Что представляет собой атом.

А́ том (от др.-греч. ἄ τ ο μ ο ς — неделимый) — наименьшая, химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.^[1] Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит изположительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, связанных между собой при помощисильного взаимодействия. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целомоказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным илиотрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтроновв ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а числонейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.

Формула Бальмера.

Спектры излучения изолированных атомов, например, атомов разреженного одноатомного газа или паров металла, состоят из отдельных спектральных линий и носят название линейчатых. Относительная простота линейчатых спектров объясняется тем, что электроны, входящие в состав таких атомов, находятся под действием только внутриатомных сил и практически не испытывают возмущающего действия со стороны окружающих удаленных атомов. Изучение линейчатых спектров показывает, что в расположении линий, образующих спектр, наблюдаются определённые закономерности: линии располагаются не беспорядочно, а группируются сериями. Впервые это было обнаружено Бальмером (1885 г.) для атома водорода. Сериальные закономерности в атомных спектрах присущи не только атому водорода, но и другим атомам и свидетельствуют о проявлении квантовых свойств излучающих атомных систем. Для атома водорода эти закономерности могут быть выражены с помощью соотношения (обобщенная формула Бальмера)

Сериальные формулы свидетельствуют о существовании физических закономерностей в спектре атома водорода, объяснить которые с помощью классической физики невозможно.

 

Спектр излучения атома водорода.

Первые исследования спектров атома водорода были выполнены И. Бальмером в 1885 г., которые показали, что спектр атомов водорода является линейчатым, а известные в то время девять линий в видимой части спектра удовлетворяют формуле:

, (1)

где R′ = 10973731, 77 м^-1; n = 3, 4, …. Константа R′ была определена экспериментально Й. Ридбергом и называется постоянной Ридберга. На рис. 1 приведен примерный вид спектра атомов водорода в видимой области спектра, где символами , , обозначены первые четыре линии этого спектра. Символом обозначена линия с минимальной длиной волны в этой области спектра.

Дальнейшие исследования спектров атомов водорода обнаружили излучение водорода в ультрафиолетовой (Лайман) и инфракрасной (Пашен, Брэкет, Пфунд, Хэмфри) областях спектра. Причем все эти линии располагаются сериями и могут быть описаны формулой

, (2)

где n и k – целые числа. Эта формула называется формулой Бальмера–Ридберга. Для серии Лаймана n = 1, для серии Бальмера n = 2, для серии Пашена n = 3 и т.д.

Законы классической электродинамики не позволяют объяснить дискретный характер спектров излучения атомов.

Вращающийся по орбите электрон согласно классической электродинамике непрерывно излучает электромагнитные волны. При этом энергия его должна непрерывно уменьшаться, непрерывно также изменяется и частота обращения электрона вокруг ядра, следовательно, спектр излучения атома должен быть непрерывным. Истратив энергию на излучение, электрон должен упасть на ядро и атом как физический объект исчезает. В действительности же атом является устойчивой системой. Кроме того, из эксперимента следует, что спектр излучения атома водорода является линейчатым.

Постулаты Бора.

Основу теории Бора составили три постулата и классическая механика Ньютона. На основании того, что атомные спектры представляют собой набор отдельных линий, соответствующих дискретному набору частот , , ...., Бор сделал вывод, что атомы не могут обладать энергией, способной изменяться непрерывно, и сформулировал следующие постулаты:

1. Постулат стационарных состояний. В атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, характеризующиеся определенными дискретными значениями энергии, в которых он не излучает и не поглощает энергию.

2. Постулат квантования орбит. В стационарных состояниях атома электрон может двигаться лишь по таким орбитам, для которых момент импульса электрона имеет дискретные значения, удовлетворяющие условию:

где n = 1, 2, 3 …, скорость электрона поn-ой орбите радиуса , – постоянная Планка.

3. Постулат частот. При переходе электрона из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние излучается (поглощается) один фотон с энергией, равной разности энергий соответствующих стационарных состояний и :

При происходит излучение энергии, при - поглощение энергии. Набор возможных квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома:

Строение ядра.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: