Задания № 20, 21, 22 · ЕГЭ

Атом водорода

Строение атома водорода и энергетические уровни в модели Бора
3 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Атом водорода — простейший атом, состоящий из одного протона в ядре и одного электрона. В модели Бора электрон может находиться только на определённых энергетических уровнях и при переходах между ними испускает или поглощает квант света.

Атом водорода
Атом водорода — электрически нейтральная система из положительно заряженного протона и электрона, который связан с ним кулоновским взаимодействием. В основном состоянии атом имеет минимальную энергию; возбуждённые состояния соответствуют более высоким энергетическим уровням.

Согласно стационарным состояниям, электрон не излучает энергию, пока находится на разрешённом уровне. Эти уровни нумеруют главным квантовым числом \(n=1,2,3,\ldots\). Чем больше \(n\), тем выше энергия электрона и тем дальше в среднем он находится от ядра.

\[E_n=-\frac{13{,}6\ \text{эВ}}{n^2}=-\frac{2{,}18\cdot10^{-18}\ \text{Дж}}{n^2}\]1

Знак «минус» показывает, что электрон связан с ядром: нулевой энергии соответствует свободный электрон, удалённый от атома. Переход электрона между уровнями подчиняется постулатам Бора. При переходе с уровня \(n_2\) на уровень \(n_1\) атом излучает фотон с энергией \(h\nu=E_{n_2}-E_{n_1}\), если \(n_2>n_1\). При обратном переходе фотон поглощается.

\(E_n\)
энергия уровня
Дж или эВ
\(n\)
главное квантовое число
без единицы
\(h\)
постоянная Планка
Дж·с
\(ν\)
частота излучения
Гц
№
Пример перехода

Электрон переходит с уровня \(n=3\) на уровень \(n=2\). Так как переход идёт на более низкий уровень, атом излучает фотон. Его энергия равна \(E_3-E_2\), а длина волны определяется формулой \(\lambda=c/\nu\). Такие переходы относятся к серии Бальмера, если конечный уровень равен \(n=2\).

!
Не путайте

Энергетический уровень — это возможное состояние электрона, а не круговая орбита в обычном механическом смысле. Кроме того, энергия ионизации — это энергия, необходимая для удаления электрона из атома; для основного состояния водорода её модуль равен \(13{,}6\) эВ. При переходах на уровень \(n=1\) образуется серия Лаймана, а переходы на \(n=3\) образуют серию Пашена.

Проверь себя

Что происходит с атомом водорода при переходе электрона с уровня \(n=2\) на уровень \(n=1\)?

Главное за минуту

Главное

  • Атом водорода состоит из протона и электрона; электрон может иметь только разрешённые энергии \(E_n=-13{,}6\ \text{эВ}/n^2\).
  • При переходе электрона между уровнями атом поглощает или излучает фотон с энергией, равной разности энергий уровней.
  • Конечный уровень определяет спектральную серию: \(n=1\) — Лаймана, \(n=2\) — Бальмера, \(n=3\) — Пашена.