Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома. Теория Бора. Опыты Франка и Герца. Затруднение теории Бора.

Резерфорд, исследуя прохождение α -частиц в веществе, показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые частицы резко отклоняются от первоначального направления, так как е^- не могут изменить направление столь тяжелых и быстрых частиц, он сделал вывод, что отклонение обусловлено взаимодействием с положительным зарядом большой массы.

Резерфорд предложил ядерную модель атома, согласно ей вокруг положительного ядра, размеры которого 10^-15 м и масса практически равная массе атома, по замкнутым орбитам движутся е^-. Так как атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду е^-. Тем не менее эта модель оказалась электродинамически неустойчивой.

Бор предположил, что законы электродинамики неприменимы к атомным процессам и доказал, что атомы подчинены теории квантов. Постулаты: 1) В атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии. Им соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся е^-, в этом случае их движение не сопровождается излучением. 2) При переходе с одной стационарной орбиты на другую излучается(поглощается) один фотон с энергией, равный разности энергий соответствующих стационарных состояний.

Вакуумная трубка, заполненная парами ртути содержала катод (К), две сетки (С1 и С2) и анод (А). Электроны, эмитируемые катодом, ускорялись разностью потенциалов, приложенной между катодом и сеткой С1. Между сеткой С2 и анодом приложен небольшой задерживающий потенциал. Электроны, ускоренные в области 1, попадают в область 2 между сетками, где испытывают соударения с атомами паров ртути. При неупругих соударениях электронов с атомами ртути последние могут возбуждаться. Согласно боровской теории, каждый из атомов ртути может получить лишь вполне определенную энергию. При раз-ти потенциалов = 4, 86 эВ энергия электрона становится достаточной, чтобы вызвать неупругий удар, при котором электрон отдает атому ртути всю кинетическую энергию. Таким образом, опыты Франка и Герца показали, что электроны при столкновении с атомами ртути передают атомам только определенные порции энергии.

Однако эта теория обладает внутренними противоречиями (с одной стороны, применяет законы классической физики, а с другой — основывается на квантовых постулатах). Эта теория не смогла объяснить интенсивности спектральных линий и ответить на вопрос: почему совершаются те или иные переходы.

10) Применение уравнения Шредингера к атому водорода. Сериальная формула.

Состояние е^- в атоме водорода описывается волновой функцией, удовлетворяющей стационарному уравнению:

Его решение приводит к появлению дискретных энергетических уравнений:

Спектр излучения атомарного водорода состоит из отдельных спектральных линий, эти линии могут быть представлены в виде серий или в обобщенной сериальной формуле:

В ультрафиолетовой области спектра находится серия Лаймана:

В инфракрасной области спектра:

серия Пашена

серия Брэкета

серия Пфунда

серия Хэмфри

 

 

Все серии могут быть описаны одной формулой Бальмера:

, где m- постоянное значение, n=m+1 (отдельные линии серии).

11) Квантовые числа (главное, магнитное, побочное). Спин е^-. Спиновое квантовое число. Принцип запрета Паули.

Как следует из решения уравнения Шредингера для атома водорода, квантовое состояние электрона в этом атоме полностью определяется заданием четырех квантовых чисел.

Главное квантовое число n, определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать любые целочисленные значения начиная с единицы: n=1, 2, 3… Энергия зависит от главного квантового числа.

l - орбитальное квантовое число, которое при заданном n принимает значения

l=0, 1…(n-1) т. е. всего n значений, и определяет момент импульса электрона в атоме.

m_l - магнитное квантовое число, которое при заданном l может принимать значения m=0, ±1, ±2…т. е. всего 2l+1 значений. Таким образом, магнитное квантовое число определяет проекцию момента импульса электрона на заданное направление.

Квантовые числа n и l характеризуют размер и форму электронного облака, а квантовое число m_l характеризует ориентацию электронного облака в пространстве.

Электрон обладает собственным неуничтожимым механическим моментом импульса, не связанным с движением е^- в пространстве – спином.

Спин электрона - квантовая величина; это внутреннее неотъемлемое свойство электрона, подобное его заряду и массе.

Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона.

Принцип запрета Паули: распределение электронов в атоме подчиняется принципу: в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором четырех квантовых чисел n, l, m_l и m_s.

⇐ Предыдущая12

Поделиться: