Слайд 2
Гипотеза о том, что вещества состоят из атомов,
впервые была высказана Левкиппом и Демокритом примерно в IV
веке до н. э.
Слайд 3
МОДЕЛИ АТОМА
Ранние модели:
1) Модель Томсона – “булочка с
изюмом”
Томсон предложил рассматривать атом как положительно заряженное тело
с заключёнными внутри него электронами. Впоследствии модель была опровергнута опытами Резерфорда.
2) Планетарная модель Нагаоки
В 1904 году Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн: вокруг маленького положительного ядра вращались электроны, объединённые в кольца.
Модель оказалось ошибочной, но послужила основой модели атома Резерфорда.
Слайд 4
Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц
Эрнст Резерфорд
Слайд 5
Альфа-частица образована 2-мя протонами и 2-мя нейтронами, заряжена
положительно. Идентична ядру атома гелия (4He2+).
Образуется при α-распаде
ядер. При этом ее скорость достигает 1.6∙107 м/с .
При движении в веществе α-частица создаёт сильную ионизацию и в результате быстро теряет энергию.
Слайд 6
Резерфорд направил поток α-частиц на золотую фольгу толщиной
около 0,1 мкм. Большинство частиц пролетели сквозь фольгу, но
некоторые отклонились на очень большие углы вплоть до 180 град.
Слайд 7
Резерфорд сделал вывод:
Причиной рассеяния α-частицы является ее электрическое
взаимодействие с малой по размеру положительно заряженной частью атома
- ядром.
В ядре сосредоточена почти вся масса атома и весь его положительный заряд.
Слайд 8
Планетарная модель атома Резерфорда
Атом представляет собой подобие планетной
системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг тяжёлого
положительно заряженного ядра..
Слайд 10
Неустойчивость атома Резерфорда
Согласно классической электродинамике электрон при движении
с центростреми-тельным ускорением должен излучать электромагнитные волны и терять
энергию. В итоге он упадёт на ядро.
Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести особые предположения – постулаты. Постулаты Бора показали, что для атома классическая механика неприменима.
Слайд 11
Теория водородоподобного атома по Бору
При построении теории Бор
опирался на опыт Резерфорда и данные по спектрам атомарных
газов. Согласно опыту эти спектры линейчатые.
Слайд 12
Водородоподобный атом – это атом с одним внешним
электроном: Na, K, Rb, Cs.
Спектр атома – это
набор излучаемых или поглощаемых частот.
Слайд 13
Спектр испускания атомарного водорода.
Слайд 14
Спектр атома водорода образован сериями линий. Линии сгущаются
к высокочастотной границе серии.
В видимой области наблюдается
серия
Бальмера.
Еще одна серия есть в УФ области. А в ИК диапазоне – много серий.
ИК
УФ
видимый свет
Серии: … Брэкета Пашена Бальмера Лаймана
Слайд 15
Бальмер подобрал формулу для частот спектральных линий:
Для
серии Бальмера m = 2, n = 3, 4, 5, ... .
Для серии Лаймана m = 1,
n = 2, 3, 4, ... .
R - постоянная Ридберга
R = 3,3·1015 Гц.
Слайд 16
Постулаты Бора
Атом может находится только в особых стационарных
или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия
Wn.
В стационарных состояниях атом
не излучает.
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний)
Слайд 17
Второй постулат Бора (правило частот)
При переходе атома из
одного стационарного состояния с энергией Wn в другое с
энергией Wm излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий этих состояний.
Слайд 18
Квант света поглощается
Квант света излучается
Слайд 19
Третий постулат (квантование орбит)
Момент импульса электрона в атоме
принимает только дискретные значения, кратные постоянной Планка:
m
– масса электрона,
vn – его скорость на орбите радиуса rn , n = 1, 2, 3 …
Слайд 21
На электрон действует кулоновская сила. По 2-му закону
Ньютона
Слайд 22
Радиус ближайшей к ядру орбиты называют
первым боровским
радиусом.
заряд ядра,
Слайд 23
Полная энергия электрона в атоме:
Энергия электрона на первой
боровской орбите в атоме водорода:
Слайд 24
Энергия электрона в атоме отрицательна. При удалении от
ядра она стремится к нулю.
Слайд 25
Частота излучения при переходе с n-го
на m-й
уровень энергии:
R=3,3∙1015 Гц - частотная константа Ридберга, ее значение
совпало с угаданным Бальмером
Длина волны :
R’=1,1∙107 м-1 - волновая константа Ридберга
Слайд 28
Для серии
Лаймана m=1, n=2, 3, 4,….
Бальмера m=2, n=3,
4, 5….
Пашена m=3, n=4, 5, 6,….
Слайд 29
Опыт Франка и Герца
Квантовые постулаты Бора нашли экспериментальное
подтверждение в опыте Дж.Франка и Г. Герца.
Опыт заключался
в пропускании электронного пучка через пары ртути.
Слайд 30
Электроны, испускаемые катодом К, ускоряются в электрическом поле,
созданном между катодом и анодом А. Между катодом и
сеткой С поддержива-ется небольшое (~1В) задерживающее напряжение, которое не пропускает «ослабевшие» электроны к аноду.
Слайд 33
Теория Бора дала не только качественное, но и
количественное описание атомных спектров, а также опытов Франка и
Герца.
Слайд 34
Достоинства и недостатки теории Бора
Достоинства:
1. Объяснила линейчатый
спектр атомов.
2. Предсказала значения частот.
3. Правильно определила размеры атома
водорода.
4. Рассчитала константу Ридберга.
Недостатки:
1. Для объяснения квантовых явлений использовала не только квантовую, но и классическую физику.
2. Не смогла рассчитать интенсивность спектра излучения.
3. Не дает объяснений причин перехода между уровнями энергии
4. Не верна для многоэлектронных атомов (Не и т.п.)
Слайд 36
Электрон в атоме находится в потенциальной яме. Применим
к нему уравнение Шредингера
Решение уравнения дает дискретные значения энергии
совпадающие
с полученными Бором.
Слайд 37
n=1, 2,… - главное квантовое число.
Оно определяет
энергию электрона, степень его удаленности от ядра, размеры электронной
орбиты.
Слайд 38
Квантование момента импульса
l = 0, 1,
2, …, n-1 - орбитальное квантовое число.
Модуль момента импульса
электрона L принимает дискретные значения:
Оно определяет размер и форму электронной орбиты.
Слайд 39
Состояния с различными l обозначают латинскими буквами
Слайд 41
Выделим в пространстве какое-либо направление, например, направление магнитного
поля.
Проекция момента импульса электрона на это направление может
иметь только дискретные значения.
Слайд 42
Вектор момента импульса электрона прецессирует вокруг направления магнитного
поля .
Слайд 43
Проекция момента импульса на направ-ление z имеет дискретные
значения:
m – магнитное квантовое число
Оно задает ориентацию
орбиты в пространстве.
Слайд 45
Аналогично механическому моменту импульса квантуется орбитальный магнитный момент
электрона:
Слайд 46
Квантование спина
Спин электрона –
это его собственный момент импульса.
Спин квантуется по закону:
спиновое
квантовое число
Слайд 47
Собственный магнитный момент электрона:
Слайд 48
Проекция спина электрона на направление магнитного поля может
принимать только одно из двух значений
магнитное спиновое квантовое число
Слайд 49
Квантование спина электрона экспериментально доказано опытами Штерна и
Герлаха.
Слайд 50
Опыт заключался в прохождении пучка электронов через сильно
неоднородное магнитное поле. Наблюдалось разделение потока электронов на два
пучка с противоположными магнитными моментами МS+ и МS-- .
Слайд 51
Вывод:
Состояние электрона в атоме определяется набором 4-х квантовых
чисел:
главного n, (n = 1, 2, 3,
…)
орбитального l, (l = 0, 1, 2, … , n-1)
магнитного m, (m = - l, …-1, 0, 1, …, l)
спинового магнитного mS , (mS = -1/2, +1/2)
Слайд 52
Число состояний на энергетичес-ком уровне с главным квантовым
числом n:
с учетом спина
Слайд 53
Совокупность электронов с одинаковым главным числом n образует
оболочку.
Слайд 54
Правила отбора:
возможны лишь такие переходы между состояниями,
при которых