THUYẾT LƯỢNG TỬ BỨC XẠ
Lí thuyết sóng của sự truyền năng lượng bức xạ dường như ngụ ý rằng năng lượng được phát ra (hoặc hấp thụ) thành các sóng liên tục. Vào năm 1900, Max Planck đã nghiên cứu các vạch phổ thu được từ bức xạ vật nóng ở những nhiệt độ khác nhau. Theo ông, bức xạ ánh sáng được phát ra không liên tục bởi các phân tử của vật nóng, mỗi bức xạ dao động với một tần số riêng tăng theo nhiệt độ. Từ đó Planck đề xuất một lí thuyết mới rằng một vật nóng phát xạ năng lượng không theo các sóng liên tục mà theo những đơn vị nhỏ của sóng. “Sóng đơn vị” hay “xung năng lượng” đó được gọi là lượng tử. Vào năm 1905, Albert Einstein đã chứng minh rằng các bức xạ ánh sáng phát ra bởi các nguyên tử hay phân tử “kích thích” cũng được truyền đi dưới dạng hạt hay các lượng tử năng lượng. Những lượng tử ánh sáng này được gọi là photon.
(1) Khi nguyên tử hay phân tử hấp thụ hoặc phát ra năng lượng bức xạ, thì chúng hấp thụ hoặc phát xạ theo những “đơn vị sóng” rời rạc gọi là lượng tử hay photon. Như vậy, bức xạ ánh sáng thu được từ các nguyên tử “kích thích” là gồm một dòng hạt photon chứ không phải các sóng liên tục.
(2) Năng lượng, E, của một lượng tử hay photon được cho bởi hệ thức
E = hν (1)
trong đó ν là tần số của bức xạ phát ra, và h là hằng số Planck. Giá trị của h bằng 6,62 × 10-27 erg.s hoặc 6,62.10-34 Js.
Ta biết rằng c, vận tốc bức xạ, được cho bởi phương trình
c = λν (2)
Thay giá trị của n từ (2) vào (1), ta có thể viết
E = hc/λ
Như vậy, độ lớn của một lượng tử hay photon năng lượng tỉ lệ thuận với tần số của năng lượng bức xạ, hay tỉ lệ nghịch với bước sóng λ của nó.
(3) Một nguyên tử hay phân tử có thể phát xạ (hay hấp thụ) hoặc một lượng tử năng lượng (hν) hoặc bất kì bội số nguyên nào của đơn vị này.
Hình 1.20
Một sóng liên tục và các photon.
Như vậy, năng lượng bức xạ có thể được phát ra là hν, 2hν, 3hν, và vân vân, chứ không bao giờ là 1,5hν, 3,27hν, 5,9hν, hay bất kì giá trị phân số nào khác của hν, tức là nhν.
Thuyết lượng tử cung cấp một cơ sở để giải thích hiệu ứng quang điện, quang phổ nguyên tử, và đồng thời giúp tìm hiểu các khái niệm hiện đại của cấu trúc nguyên tử và phân tử.
BÀI TẬP GIẢI SẴN
Tính độ lớn năng lượng của photon (hay lượng tử) đi cùng với ánh sáng bước sóng 6057,8 angstrom. (1 angstrom = 10-8 cm)
GIẢI
(a) Tính tần số:
ν = c/λ = (3,0 × 1010 cms-1)/(6057,8 × 10-8 cm) = 4,952 × 1014 s-1
(b) Tính năng lượng:
E = hν = (6,625 × 10-34 Js)(4,952 × 1014s-1) = 3,281 × 10-19 J
Hóa Lí Căn Bản - Arun Bahl, B.S. Bahl, G.D. Tuli
Phần tiếp theo >>
