Mẫu nguyên tử Bohr và vạch quang phổ

Ở chế độ Mô hình, nguyên tử được hiện theo hai cách cạnh nhau: mẫu Bohr, với các lớp K, L, M…, và bậc thang năng lượng theo phân lớp (s, p, d). Khi electron nhảy từ mức cao xuống mức thấp hơn, nó phát ra một photon có màu phụ thuộc vào hiệu năng lượng giữa hai mức. Ở chế độ Thí nghiệm, ánh sáng của ống phóng điện đi qua khe hẹp và lăng kính rồi tạo ra trên kính ảnh các vạch quang phổ của nguyên tố: một "mã vạch" ánh sáng giúp nhận ra từng nguyên tử. Với quang phổ hấp thụ, ánh sáng trắng đi qua nguyên tử (trong Thí nghiệm, một đèn chiếu vào khí trong ống, không phóng điện): nguyên tử chỉ hấp thụ những màu có đúng năng lượng của một bước nhảy từ mức cơ bản, chúng trở thành các vạch tối. Vì vậy quang phổ hấp thụ có ít vạch hơn quang phổ phát xạ. Nhiều chất khí, như hydrogen và helium, chỉ hấp thụ tia tử ngoại: trên kính ảnh, vốn chỉ ghi vùng nhìn thấy, không xuất hiện vạch tối. Ở chế độ Lắp ráp, nguyên tử được lắp ráp bằng cách kéo proton, neutron và electron (hoặc chọn nguyên tố trong bảng tuần hoàn), đến oganesson (Z = 118), với cấu hình theo thứ tự mức năng lượng: số proton quyết định nguyên tố, electron thừa hoặc thiếu tạo thành ion và neutron thay đổi khối lượng (các đồng vị). Khi nguyên tử trung hòa, nút "Xem quang phổ" chuyển sang chế độ Mô hình với nguyên tố đó (trình mô phỏng chỉ có các vạch của nguyên tử trung hòa).

Các mức năng lượng và các vạch là giá trị đo được, lấy từ cơ sở dữ liệu quang phổ nguyên tử của NIST. Màu của mỗi vạch đến từ hiệu năng lượng giữa hai mức, $\lambda = hc/\Delta E$. Chỉ với hydrogen, mẫu Bohr mới cho đúng các giá trị này ($E_n = -13{,}6/n^2$ eV); với các nguyên tử khác, bán kính các lớp chỉ mang tính minh họa. Những vạch rất gần nhau hiện thành một vạch. Trong hấp thụ, xác suất mỗi bước nhảy hấp thụ đến từ cường độ dao động tử tính bằng các hệ số Einstein của NIST; ánh sáng trắng trong mô phỏng gửi nhiều photon ở năng lượng của các bước nhảy đó hơn một đèn thật, để các vạch xuất hiện trong vài giây.

Marco P. M. de Souza