Atomo di Bohr e spettri atomici: postulati di Bohr, livelli energetici quantizzati, transizioni e spettri a righe dell'idrogeno, serie di Balmer, esperimento di Franck-Hertz

Modello e postulati

Il modello di Rutherford, con elettroni in orbita attorno al nucleo, è incompatibile con l'elettromagnetismo classico: una carica accelerata dovrebbe irradiare e cadere sul nucleo. Nel 1913 Bohr introduce orbite stazionarie senza emissione, quantizzazione delle orbite tramite $n=1,2,3,\ldots$ e transizioni con emissione o assorbimento solo nei salti. Per l'idrogeno l'energia dei livelli è $E_n = -\frac{13,6}{n^2}$ in eV; il segno meno indica elettrone legato, per $n\to\infty$ l'energia tende a zero e l'energia di ionizzazione è $13,6$ eV.

Spettri e prova sperimentale

Un gas eccitato emette fotoni con energia pari alla differenza tra livelli: $\Delta E=|E_f-E_i|=hf$. Poiché i livelli sono discreti, lo spettro è a righe; i salti che terminano su $n=2$ formano la serie di Balmer, in parte visibile. L'esperimento di Franck-Hertz con vapori di mercurio mostra crolli di corrente a $4,9$ V e $9,8$ V: gli atomi assorbono energia solo per quantità discrete.

• Orbite stazionarie: stati permessi senza irradiazione.
• Transizioni: fotone emesso o assorbito con $\Delta E=hf$.
• Franck-Hertz: conferma fisica dei livelli quantizzati.