Строение атома

Модель атома Томсона 1897 г.- Дж. Томсоном выдвинута модель строения атома. Атом имеет форму шара. По всему объему атома с постоянной плотностью распределен положительный заряд. Внутри (как изюм в кексе) расположены электроны. В целом атом электрически нейтрален. Когда электроны колеблются относительно центра сферы, атом излучает свет. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц 1906 г. - Э. Резерфорд проводит опыты для проверки состоятельности модели атома Томсона:

В вакууме в свинцовом стакане располагался источник радиоактивного излучения (альфа-частиц) - полоний(Ро). Тонкая золотая фольга бомбардировалась положительно заряженными альфа-частицами, скорость которых около 20 ООО км /с. На экране регистрировались вспышки от попадания на него альфа-частиц. Кроме основного экрана следы от альфа-частиц были зафиксированы и на боковых экранах.

Зная о том, как взаимодействуют одноименно заряженные частицы, а они отталкиваются друг от друга, можно объяснить результаты опыта Резерфорда: - частицы, которые отклонялись, пролетали недалеко от ядра - частицы, которые отражались, попадали точно в ядро - частицы, которые не испытывали отклонений, пролетали далеко от ядра Понимание причин отклонения альфа-частиц позволило Э.Резерфорду выдвинуть собственную планетарную (иначе ядерную) модель строения атома. Атом по Резерфорду - это положительно заряженное ядро в центре атома и электроны на орбитах вокруг ядра - характер движения электронов определяется действием кулоновских сил со стороны ядра - диаметр ядра в 100000 раз меньше диаметра атома - масса ядра составляет 99,4% от массы всего атома - заряд ядра составляет 99,4% от заряда всего атома - заряд ядра по модулю равен сумме зарядов электронов, поэтому атом в целом нейтрален. Однако, возникли противоречия между законами классической механики и электродинамики и предложенной Резерфордом моделью атома: 1. Согласно классической механике по модели атома Резерфорда атомы должны быть неустойчивы, т.к.: электроны движутся по орбитам с ускорением, поэтому должны излучать электромагнитные волны излучая, должны терять энергию в результате должны упасть на ядро тогда атом должен прекратить свое существование. Однако, реальные атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, не излучая электромагнитные волны. 2. По законам классической электродинамики, электрон, приближаясь к ядру, должен двигаться все быстрее, излучая все более короткие электромагнитные волны, поэтому спектр излучения атома должен быть сплошным. Однако, у реальных атомов спектр излучения является линейчатым.

Квантовые постулаты нильса бора

Опыты подтвердили правильность ядерной модели атома Резерфорда, поэтому ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики. Первым решился на это признание выдающийся физик XX в. датский ученый Нильс Бор. В 1913 г. он, основываясь на разрозненных экспериментальных фактах, с помощью гениальной интуиции сформулировал в виде постулатов основные положения новой теории. Изучая противоречия модели атома Резерфорда законам классисической физики Нильс Бор в 1913 г. выдвигает "постулаты", определяющие строение атома и условия испускания и поглощения им электромагнитного излучения. Постулаты Бора показали, что атомы "живут" по законам микромира. I постулат - постулат стационарных состояний: В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не изменяющиеся с течением времени без внешнего воздействия на атом. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением. Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома. Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. II постулат - правило частот: При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается 1 фотон. а) Атом излучает 1 фотон(который несет 1 квант энергии), когда электрон переходит из состояния с большей энергией (Е k) в состояние с меньшей энергией (Е n). Энергия излученного фотона: Здесь (Ek - En) - разность энергий стационарных состояний. При Ек > Eп происходит излучение фотона. Частота излучения:

где k и n - номера стационарных состоянии, или главные квантовые числа. б) Атом поглощает 1 фотон, когда переходит из стационарного состояния с меньшей энергией (E n) в стационарное состояние с большей энергией (E k). При Ек < Еn происходит поглощение фотона. После экспериментальных проверок правильности модели атома Резерфорда и принятия постулатов Бора ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики для микроскопических тел. Модель атома водорода по Бору Свои постулаты Н. Бор применил для построения теории строения простейшего атома (атома водорода). Согласно этой теории Бор смог вычислить для атома водорода: - возможные радиусы орбит электрона и размеры атома - энергии стационарных состояний атома - частоты излучаемых и поглощаемых электромагнитных волн. Распределение энергетических уровней при излучении (испускании) и поглощении атомом водорода электромагнитных волн: .... При (n = 1) - основное энергетическое состояние, ему соответствует радиус орбиты электрона r = 0,5 • 10 -11 м. При (n больше 1) - возбужденные состояния. При поглощении атомом кванта энергии (фотона) атом переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более отдаленную орбиту и его связь с ядром слабеет. Переходы в первое возбужденное состояние (Е2) с верхних уровней соответствует частотам видимой части (кр з с с) спектра водорода. Линечатый спектр атома водорода состоит из линий, сгруппированных в серии. Частоты каждой серии спектра можно подсчитать по формуле Бальмера-Ритберга: В спектре водорода обнаружены следующие серии: n = I - серия Лаймана - ультрафиолетовое излучение n = 2 - серия  Бальмера  - видимое излучение n = 3 - серия Пашена - инфракрасное излучение и т.д. Однако, надо помнить, что для атомов с большим числом электронов ( больше 1)  расчеты по теории Бора неприменимы. P.S. Надо помнить! Движение электрона в атоме  мало похоже на движение  планет по орбитам. Точнее, электрон на орбите можно назвать электронным облаком, имеющим разную плотность. Орбитой электрона в атоме  называется геометрическое  место точек, в которых с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон. Энергия в атомной физике  измеряется в электронвольтах. 1эВ – это  энергия электрона, проходящего разность потенциалов в 1В. 1эВ = 1,6 х 10 -19 Дж