Teoria Bohra tłumaczyła bardzo dobrze rozkład linii widmowych atomów wodoropodobnych. Jednak niedługo odkryto, iż linie widmowe obserwowane dotąd nie są jednorodne, a składają się z położonych obok siebie kilku linii.
|
Arnold Sommerfeld (1868-1951) - uczony niemiecki, aby wytłumaczyć ten fakt, założył, iż orbity elektronów nie muszą być okręgami. I oprócz kołowych orbit występują również orbity eliptyczne. Elektrony mogą poruszać się jedynie po niektórych, dozwolonych elipsach. Naukowiec wprowadził drugą liczbę l, którą nazwano poboczną liczbą kwantową. Liczba ta określała kształt, "spłaszczenie' orbity. Dla n=1, orbita może być tylko kołowa (l=0), dla n=2 są dwie orbity o różnych kształtach (l=0 - eliptyczna, l=1 - kołowa). Ogólnie dla dowolnego n jest n kształtów orbit. Elektrony poruszające się po dwóch o jednakowej liczbie n, ale posiadających różne kształty, różnią się nieco energiami. Tłumaczy to odkrytą strukturę linii widmowych. |
Kolejnym udoskonaleniem modelu Bohra było odkrycie faktu, iż orbity elektronów nie muszą leżeć w jednej płaszczyźnie. Orbity te mogą być zorientowane w przestrzeni w pewnych określonych kierunkach. Orientacja ich jest określana kwantową liczbą magnetyczną ml. Elektron krążący po orbicie wytwarza pole magnetyczne. Jeżeli układ ten dodatkowo znajduje się w zewnętrznym polu magnetycznym, orbita elektronu ustawi się tak, aby kierunek i zwrot pola magnetycznego wytwarzanego przez elektron był zgodny z polem zewnętrznym. Aby odchylić ją do innego położenia należy dostarczyć dodatkowej energii. Sommerfeld dowiódł, iż istnieje jedynie pewna określona liczba możliwych położeń orbit w przestrzeni. Liczba ta równa jest 2*l+1. Każde położenie w polu magnetycznym ma nieco inną energię. Liczba m może przyjmować wartości od l do -l. Zjawisko zajmowania w polu magnetycznym różnych orbit o różnych energiach dla tej samej n tłumaczy rozszczepienie linii widmowych w tym polu - zjawisko Zeemana.
Dla lepszego zrozumienia liczb kwantowych n, l, ml wartości ich dla n=1, n=2, n=3, n=4 podane są w tabeli (tab. 1).
Oprócz opisanych już faktów, odkryto jeszcze jeden. Zauważono, że linie widmowe składają się dodatkowo z dwóch bardzo blisko, znacznie bliżej niż dla dwóch kształtów orbit, linii widmowych. Faktu tego w żaden sposób nie tłumaczył model Bohra-Sommerfelda. Dopiero dwaj duńscy fizycy - Uhlenbeck i Goudsmit wyjaśnili to zjawisko. Stwierdzili oni, że elektron nie tylko krąży dookoła jądra, ale również obraca się wokół własnej osi. Elektron może wirować w jedną lub drugą stronę (rys. 2). Wytwarza on prąd kołowy płynący zgodnie z kierunkiem obrotu. Prąd ten wytwarza pole magnetyczne zgodne lub przeciwne do pola wytworzonego przez elektron poruszający się po orbicie. Pole to dodaje się więc lub odejmuje od niego. Elektron wytwarzający pole przeciwne ma nieco mniejszą energię niż ten wytwarzający pole zgodne. Następuje więc rozszczepienie linii widma. Do oznaczenia kierunku wirowania elektronu stosuje się
Po uzupełnieniu teorii Bohra opisywała ona w sposób bardzo dobry obserwowane widma atomu wodoru. Linie główne powstają dzięki zajmowania przez elektron różnych orbit (określonych liczbą n). Linie te składają się z kilku linii leżących blisko siebie odpowiadających różnym kształtom orbit (określonych liczbą l). W polu magnetycznym linie ulegają rozszczepieniu co wynika z zajmowaniem przez orbity określonych orientacji płaszczyzn w przestrzeni. Dodatkowo elektron krążący po orbicie może obracać się wokół swojej osi w dwie strony. Powoduje to rozbicie linii widmowych na dwie sąsiadujące linie.
Uzupełniona teoria Bohra tłumaczyła widmo wodoru i innych atomów wodoropodobnych (np. He+). Opisywała budowę atomów, orbity elektronów. Odnosiła więc liczne sukcesy. Jednakże jej założenia wydawały się naukowcom sztuczne. Zadawano sobie często pytanie dlaczego elektrony mogą krążyć wokół jądra tylko po pewnych dozwolonych orbitach. Odpowiedzi na nie udzielili de Broglie, Schrodinger i Planck po 1925 roku.
