مستويات الطاقة

نظرية بور: تدور الإلكترونات في مستويات طاقةٍ محدّدةٍ (مكمّاة)، والإلكترون في مداره المستقرّ لا يُشِعّ طاقة (لا تنطبق قوانين الكهرومغناطيسية الكلاسيكية داخل الذرة)؛ غير أنّ النموذج نجح مع ذرّة الهيدروجين فقط.

حالة الاستقرار (المستوى الأرضي) حالةُ الذرة وهي في أقلّ طاقةٍ مسموحةٍ لها، وحالة الإثارة حين تكتسب طاقةً فترتفع إلى مستوًى أعلى.
عند امتصاص الإلكترون طاقة ينتقل إلى مستوى أعلى (إثارة)، وعند انبعاث فوتون يهبط إلى مستوى أدنى (استقرار).
التغيّر في طاقة الذرة = طاقةُ المستوى النهائي − الابتدائي: ΔE = E_f − E_i، ويساوي طاقةَ الفوتون الممتَصِّ أو المنبعث.
كلّما زاد الفرقُ في الطاقة بين المستويين زاد تردّدُ الفوتون ونقص طولُه الموجي؛ علمًا أنّ الفرق بين المستويات يقلّ كلّما ابتعدنا عن النواة.

ويُعطي نموذج بور لذرّة الهيدروجين طاقةَ المستوى ونصفَ قطره:

E_n = −13.6n² (eV) ، r_n = 5.3 × 10⁻¹¹ · n² (m)

نموذج بور — الانبعاث مقابل الامتصاص: في **الانبعاث** (يسارًا) يهبط الإلكترون من مستوًى أعلى (n=3) إلى أدنى (n=1) فيُطلق فوتونًا؛ وفي **الامتصاص** (يمينًا) يقفز الإلكترون من مستوًى أدنى (n=1) إلى أعلى (n=3) بامتصاص فوتونٍ وارد. وطاقةُ الفوتون في الحالتين تساوي الفرقَ بين طاقتَي المستويين.

سلاسل طيف ذرة الهيدروجين (حسب مدار عودة الإلكترون):

السلسلة	مدار العودة	موقع الطيف
ليمان	n = 1	فوق البنفسجية
بالمر	n = 2	الضوء المرئي
باشن	n = 3	تحت الحمراء

سلاسلُ طيف الهيدروجين تُصنَّف بحسب **المدار الذي يعود إليه الإلكترون**: فالهبوطُ إلى **n = 1** يُكوّن سلسلة **ليمان** في فوق البنفسجية، والهبوطُ إلى **n = 2** يُكوّن سلسلة **بالمر** في الضوء المرئي، والهبوطُ إلى **n = 3** يُكوّن سلسلة **باشن** في تحت الحمراء. وكلّما بَعُد المستوى الابتدائي عن مدار العودة زادت طاقةُ الفوتون المنبعث وقصُر طولُه الموجي. (المسافات بين المستويات تقريبيةٌ للتوضيح.)

مثالطاقة المستوى الأول لذرّة الهيدروجين −13.6 eV؛ فما طاقة المستوى الثاني؟

E₂ = −13.62² = −3.4 eV

الطيف الذري نوعان:

طيف الانبعاث مجموعةُ الأطوال الموجية المنبعثة من الذرة عند هبوط إلكتروناتها إلى مستوياتٍ أدنى (كضوء الغازات الساخنة عند فرق جهدٍ عالٍ)، ويُستعمَل لتحديد نوع العناصر وتراكيزها؛ وهو نوعان: متّصل (من جسمٍ ساخنٍ أو صلبٍ متوهّج) ومنفصل/خطّي (من الغاز، سلسلةٌ من الخطوط المنفصلة).
طيف الامتصاص خطوطٌ معتمةٌ تنشأ عند امتصاص غازٍ باردٍ لأطوالٍ موجيةٍ محدّدةٍ من ضوءٍ يمرّ خلاله (هي نفسُها الأطوال التي يبعثها الغاز عند إثارته)؛ وتُسمّى الخطوطُ المعتمةُ في طيف الشمس خطوط فراونهوفر.
التحليل الطيفي هو الأداةُ الوحيدةُ المتاحةُ حاليًّا لدراسة مكوّنات النجوم البعيدة.

الطيفُ الذري ثلاثةُ أنماط: **طيفٌ متّصل** يصدر عن جسمٍ ساخنٍ متوهّجٍ ويحوي كلَّ الأطوال الموجية؛ و**طيفُ انبعاثٍ خطّيٌّ** يصدر عن غازٍ مُثارٍ على هيئة خطوطٍ مضيئةٍ منفصلةٍ عند أطوالٍ موجيةٍ محدّدة؛ و**طيفُ امتصاصٍ** يُظهر خطوطًا معتمةً حين يمتصّ غازٌ باردٌ تلك الأطوالَ نفسَها من ضوءٍ متّصلٍ يمرّ خلاله (وهي خطوط فراونهوفر في طيف الشمس). تقع الخطوطُ المضيئةُ والمعتمةُ في المواضع نفسِها لأنّها بصمةٌ مميِّزةٌ لكلّ عنصر.

مستويات الطاقة المكمّاة: يصدر الفوتون عند هبوط الإلكترون بين مستويين، E = E₂ − E₁ = h·f.

نموذج بور وطيف الهيدروجين

أمثلة على «نموذج بور وطيف الهيدروجين»