太陽の周りを回る惑星と違って、電子は原子核から任意の距離にいることができず、許容軌道という特定の位置にしか存在できない。 この性質は、デンマークの物理学者ニールス・ボーアによって 1913 年に初めて説明されたもので、量子力学のもうひとつの成果です。 軌道の大きさとエネルギーは量子化されている。 電子が原子核に近い軌道から別の軌道に移るとき、原子からエネルギーが放出される。 3599> Encyclopædia Britannica, Inc.
ボーア原子では、電子は許容軌道にのみ存在し、これらの許容軌道は異なるエネルギーにあります。 この軌道は、重力ポテンシャルエネルギーが各ステップで異なり、ボールがどのステップでも見つけることができるが、その間にあることはない階段のセットに類似している
量子力学の法則は、電子がある許容軌道、またはエネルギーレベルから別のものに移動できるプロセスを記述する。 量子力学の世界の多くの過程と同様に、この過程は可視化することが不可能です。 電子は、現在いる軌道から消え、新しい軌道に再び現れるが、その間のどの場所にも現れることはない。 このプロセスは量子跳躍または量子ジャンプと呼ばれ、マクロの世界には類似点がない。
異なる軌道は異なるエネルギーを持つので、量子跳躍が起こるたびに、電子が持つエネルギーは跳躍後に異なるものとなる。 たとえば、電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位にジャンプした場合、失われたエネルギーはどこかに行かなければならず、実際、電磁波の束になって原子から放出される。 この束は光子と呼ばれ、このエネルギー準位の変化に伴う光子の放出が、原子が発光する過程である。 レーザーも参照。
同じように、原子にエネルギーを加えると、電子はそのエネルギーを使って低い軌道から高い軌道へと量子的な飛躍をすることができます。 このエネルギーはさまざまな方法で供給することができます。 一つは、原子にちょうどよい周波数の光子を吸収させる方法。 例えば、原子に白色光を当てると、原子は軌道間のエネルギー差に対応する周波数を選択的に吸収します。
各元素は固有のエネルギー準位を持つので、光を吸収して放出する周波数は、特定の元素を識別する指紋のようなものです。
エネルギーの吸収や放出を伴いながら、電子が許容軌道の間を上下に動くという原子のこの絵は、ボーア原子モデルの本質的な特徴を含んでおり、ボーアは1922年にノーベル物理学賞を受賞している。 しかし、水素よりも複雑な原子の構造の詳細を説明するには、彼の基本モデルはうまく機能しない。 そのため、量子力学を導入する必要がある。 量子力学では、電子の軌道を「波動関数」と呼ばれる数式で表し、ギターの弦を振動させて電子の軌道に沿うように並べる。 この波形を軌道と呼ぶ。 量子力学も参照のこと。 ボーアの原子論
も参照。