Достоинства и недостатки теории Бора

Совпадение выводов теории Бора с опытными фактами для водорода не оставляло желать лучшего. Это был крупный шаг в теории атома. Он показал, что к атомам нельзя применять законы классической физики.

Однако, после первых успехов теории Бора пошли сплошные неудачи. Теория Бора не смогла объяснить характер спектров следующего за водородом атома гелия. Хотя он является самым простым после водорода атомом.

Самой слабой стороной теории Бора была её внутренняя логическая противоречивость: с одной стороны использовался классический закон Ньютона, с другой – квантовые постулаты, т.е. она не была ни последовательно классической, ни последовательно квантовой теорией.

В настоящее время, после открытия волновых свойств вещества, совершенно ясно, что теория Бора, опирающаяся на классическую механику, могла быть только переходным этапом на пути к созданию последовательной теории атомных явлений.

Люминесценция

Люминесценцией называется излучение света телами, избыточное над тепловым при той же температуре и имеющее длительность, значительно превышающую периоды излучений в оптическом диапазоне спектра. В отличие от равновесного теплового излучения, люминесцентное излучение не имеет равновесного характера.

При этом в зависимости от способов возбуждения различают несколько видов люминесценции: хемилюминесценция ‑ люминесценция, которая происходит за счет энергии химических реакций (например, свечение светлячков, фосфора, гнилых деревьев), электролюминесценция ‑ люминесценция, которая происходит за счет электрического поля, катодолюминесценция – происходит под действием электронов, рентгенолюминесценция – происходит под действием рентгеновского излучения, фотолюминесценция ‑ люминесценция, происходящая под действием света. При этом тело поглощает фотон какой-либо частоты, а затем испускает другой фотон, обычно большей длины волны. Люминесцирующие вещества называются люминофоры.

По длительности свечения условно различают два вида фотолюминесценции: флуоресценция, при которой свечение прекращается практически одновременно с прекращением освещения ( ), и фосфоресценция, при которой имеет место затухающее послесвечение в течение длительного промежутка времени.

При фотолюминесценции энергия поглощенного фотона расходуется частично на энергию излученного фотона и частично остается в веществе. Этот остаток обычно обозначают символом . Согласно закону сохранения энергии

(25)

Обычно , соответственно и .

Соотношение (25) называется правилом Стокса (установлено в 1852 г.): длина волны люминесцентного излучения всегда больше длины волны света, возбудившего его.

Однако, с повышением температуры вещества, может наблюдаться и обратное явление ‑ антистоксовое излучение, при котором и . Это означает, что при люминесценции часть люминесцирующего света проходя через толстые слои вещества, может поглощаться этим веществом.

Широкое и тщательное изучение люминесценции было предпринято С.И. Вавиловым и его сотрудниками.

Для характеристики явления люминесценции вводят понятие квантовый выход люминесценции ( ), т.е. отношение излучаемой энергии к энергии, поглощенной люминесцирующим веществом. Из экспериментальных данных следует, что величина вначале растет с увеличением длины волны возбуждающего света, далее, в некотором интервале длин волн остается постоянной, а затем резко падает.

Это общие закономерности люминесценции. Остановимся теперь несколько подробнее на флуоресценции и фосфоресценции.

При флуоресценции процесс поглощения и излучения света разыгрывается целиком внутри поглощающих молекул и поэтому мало зависит от внешних условий. Излучение возникает при переходе электрона из возбужденного состояния, вследствие поглощения фотона падающего света, в обычное, нормальное состояние. При этом длительность послесвечения определяется временем жизни атома или молекулы в возбужденном состоянии. При флуоресценции энергия поглощаемого фотона должна быть в точности равна разности энергетических уровней электрона.

Фотон поглощается, переводя молекулу в возбужденное состояние. Обратный переход осуществляется либо сразу, либо поэтапно.

Изучение спектров флуоресцирующих веществ позволяет разбираться в их свойствах и строении, как и изучение оптических спектров.

В фосфоресцирующих кристаллах – фосфорах ‑ энергия поглощаемого фотона достаточна, чтобы вовсе удалить электрон от оптических центров. Электрон может быть захвачен другим оптическим центром, перейти на низший энергетический уровень и излучить квант света ‑ фотон. Поскольку время жизни электрона в свободном состоянии велико, то и время послесвечения для фосфоров достаточно длительно. Необходимо заметить, что повышение температуры сильно сокращает это время.

Применение люминесценции

1. Люминесцентный анализ, при котором не надо нагревать вещество для получения спектра. Достаточно добавить некоторый реагент, который переводит исследуемое вещество в разряд люминофоров. Важной особенностью люминесценции является способность светиться при очень малых концентрациях ( ) и малых количествах ( ).

2. Лампы дневного света. У обычных ламп накаливания КПД очень мал , поскольку видимый диапазон света составляет ничтожную часть от общего диапазона излучения нагретого тела. Линии излучения паров ртути концентрируются в узкой области, близкой к диапазону видимого света. Однако имеются и здесь недостатки ‑ спектр излучения паров ртути не сплошной, а линейчатый. Поэтому на внутреннюю поверхность газоразрядной трубки наносят смесь специально подобранных фосфоров, которые дают вторичное излучение в видимой части спектра. Таким путем изготавливают лампы дневного света.