[科普中国]-玻尔理论

玻尔理论是指一种关于原子结构的理论。1913年由玻尔提出。是在卢瑟福原子模型基础上加上普朗克的量子概念后建立的。

理论基础玻尔理论的基础是普朗克（M. Planck） 的量子论和爱因斯坦的光子学说。1900年 ，普 朗克在研究黑体辐射问题时，提出了著名的量子化理论。该理论指出，物质吸收和发射能量是不连续的。也就是说，物质吸收和发射能量，就像物质微粒一样，只能以单个的、一定 分量的能量，一份一份地或按照这一基本分量的倍数吸收或发射能量 , 即能量是量子化 的。这种能晕的最小单位叫能量子，简称量子。1905年，爱因斯坦（A. Einstein）引用普朗克的 量子论并加以推广，用于解释光电效应，提出了光子学说。当能量以光的形式传播时,其最小 单位是光量子（简称光子），实验证明，光子的能量与光的频率成正比。能量 及其他物理量的不连续性是微观世界的重要特征。1

基本假设玻尔在氧原子和类氢原子（即原子核核外只有一个电子的，如 、等 ）的光谱 以及普朗克的量子论、爱因斯坦的光子学说的基础上，提出了原子结构理论的几点假设。

核外电子只能在某些特定的（有确定的半径和能量）圆形轨道上绕核运动，电子在 这些符合量子化条件的轨道上运动时，处于稳定状态，这些轨道的能量状态不随时间而改 变 ，因而被称为定态轨道。在定态轨道上运动的电子既不吸收能量，也不放出能量。

电子在不同轨道上运动时，其能量是不同的。轨道离核愈远，能量愈高。当原子中 的电子处于离核最近的轨道时，它们处于最低的能量状态，称为基态。当原子从外界获得 能量时，电子可以跃迁到离核较远、能量较髙的轨道上，这种状态称为激发态。电子的能 S量是量子化的，它不可能处于两个允许的相邻轨道的能量之间。

电子在能量不同的轨道之间跃迁时，原子才会吸收或放出能量。处于激发态的电 子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。释放出光能（光的频率）的 大小决定于两轨道之间的能量差，其关系式为：

式 中 为 髙 能 级 的 能 量 ；为 低 能 级 的 能 量 。2

意义与局限性玻尔理论不但回答了氢原子稳定存在的原因，而且还成功地解释了氢原子和类氢原 子的光谱现象。氢原子在正常状态时，核外电子处于能量最低的基态，在该状态下运动的 电子既不吸收能量，也不放出能量，电子的能量不会减少，因而不会落到原子核上,原子不 会毁灭。当氢原子从外界获得能量时，电子就会跃迁到能盘较高的激发态，处于激发态的 电子不稳定，就会自发地跃迁回能量较低的轨道，同时将能量以光的形式发射出来。由于 两个轨道即两个能级间的能量差是确定的，且轨道的能量是不连续的，所以发射出光的频 率有确定值，而且是不连续的，因此得到的氢原子光谱是线状光谱。

但是 ，玻尔的原子模 型却无法说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构。也就是说，玻尔 理论虽然引用了普朗克的量子化概念,却没有跳出经典力学的范围。而电子的运动并不 遵循经典物理学的力学定律，而是具有微观粒子所特有的规律性——波粒二象性，这种特 殊的规律性是玻尔在当时迳没有认到的。2

本词条内容贡献者为:

杨剑虹 - 教授 - 西南大学