Элементы атомной физики и квантовой механики.

7/Модели атома Томпсона и Резерфорда.

Как только Менделеев создал таблицу имени себя встал вопрос об строении атома.

1897 – открыли электрон, 1898 – явление радиоактивного распада, фотоэлектронной эмиссии, термоэлектронной эмиссии – показывают что из в-ва вылетают электроны. Эти явления показывают что находятся в атомах.

Модель пудинг с изюмом.

Положительный заряд расположен равномерно внутри шарика а отрицательный произвольным образом в нем. Полный заряд равен положительному (+) заряду пудинга.

1911- Резерфорд исследовал рассеяние частиц на тонкой золотой фольге.- частицы это тяжелые частицы с зарядом,. Пучкичастиц обладали высокой монохроматичностью. (рис. 10) Обнаружено что большая часть не откланяется но одна из 20тыс. частиц отклоняется на большие углы. На основе этого выводы: 1) посколькучастица + частица и она отклоняется то она взаимодействует с + частицей. 2) Она тяжелая а значит сталкивается с тяжелой частицей 3) Т.к отклонение происходит редко то эта частица должна иметь малое кол-во.

На основе этого – Планетарная модель : атом состоит из ядра заряженного положительно вокруг которого. Поскольку атом нейтрален то заряд ядра () равен сумме зарядов. Размер ядра, адвижутся по круговым орбитам. (рис. 11).- здесь 2 –неизвестныхи, поэтомубесконечное кол-во пар решения этого ур-ния, т.еможет иметь любуюи любой. Еслиизлучает тоиуменьшаются, но т.к число решении бесконечно, томожет излучать любую энергию, т.е спектр излучения атома непрерывен, однако по опыту спектр излучения не взаимодействующих атомов (разряженных газов) линейчатый, т.е в спектре присутствуют определенные дискретные значения длин волн при движениипо круговой орбите. Согласно классической электродинамикидолжен постоянно излучать энергию, а значит приближаться к ядру, т.е атом должен быть не стабилен что не подтверждено опытом. Т,е модель противоречит законам классической механики электродинамики.

8/Линейчатый спектр атома.

Исследование спектров излучения и поглощения газов показало что спектр не взаимодействующих атомов представляет собой отдельные спектральные линии – называемые линейчатыми. (рис. 12) Заметим что линии в спектре образуют группы – серии – это видно в спектре атома водорода. В атоме водорода эти серии хорошо разделены друг от друга. Расстояние между линиями убывает от более длинных волн к более коротким волнам сгущаясь к границе серии. В 1885 Бальмер подобрал эмпирически формулу описывающую все длины волн в водороде в видимой области спектра. ,;- постоянная Ридберга.. Позже исследовали другие серии в спектре атома водорода. Серия Лаймонаобласть УФ, Бальмеробласть видимого света, Остальные ИК Пашина, Брекета, Пфунда.

Бальмер обобщил формулу: - эмпирическая формула. Внутри каждой серии.

Постулаты Бора.

Бор в 1913 году предпринял 1-ю попытку построения квантовой теории. Он объединил линейный спектр невзаимодействующих атомов, ядерную модель атома Резерфорда и квантовые хар-ки излучения.

Постулаты:

1. В атоме существуют такие стационарные состояния, находясь в которых атом не излучает. Этим состояниям соответствуют определенные дискретные значения энергии, скорости, радиуса .двигаясь ускоренно по круговой орбите не излучает.

2. Правило частот – при переходе из одного стационарного состояния в другое, испускается или поглощается 1. Его энергия равна разности этих стационарных состоянии. Еслипереходит из состояния с большей энергией в состояние с меньшей () то происходит испускание, если наоборотто поглощение фотона. Таким образом переходыиз1-го состояния в другое сопровождается испусканием или поглощением, а набор дискретных значении частот и длин волн определяет линейчатый спектр атома водорода.,.

Опыт Франка и Герца.

Существование дискретных энергетических уровней атома в первые доказано 1914году Франком и Герцем. (рис. 13) Из трубки откачали воздух. В ней пары ртути под давлением . В трубе 2 электрода (катод и анод) и 2-е сетки () . между катодом и сеткой 1разность потенциалов (). Между анодом и сеткой 2разность потенциалов ().вылетают с катода и ускоряются разностью потенциалов.

(гр. 3) Измеряется зависимость анодного тока от .которые ускоряютсяпопадают в область между сетками где происходит столкновениес атомами ртути. Объяснить ВаХ можно если предположить что энергия принимает определенные дискретные значения. Тогда атомы ртути могут получить определенные дискретные значения:;до тех пор пока энергия; Происходят упругие столкновения с атомом ртути. Поскольку масса атома ртутимассы, то при столкновениине теряет энергию,проходит сквозьи в цепи наблюдается анодный ток. С увеличениемвсе большедостигают анода, увеличение до 4,86эВ. С этого моментапри столкновении с атомом ртути может передать энергиюпри этом теряет энергию (не упругое столкновение) и не может пройти сквозьмежду анодом и 2-ой сеткой, поэтому ток резко уменьшается. С увеличениемувеличивается энергия после столкновенияс атомом ртути,может преодолетьи ток снова возрастает. Атом ртути получивпереходит в возбужденное состояние и при переходе в обычное излучает фотон с энергией,;,.

При кратных 4,86эВ значениях энергии, электроны могут испытывать неупругие столкновения несколько раз. Если атом ртути находится в более разряженном состоянии то может перенести атом ртути из состоянияв. Т.о опыт показывает что спектр поглощаемой атомом энергии дискретен.

Правила квантования круговых орбит.

Условия стационарных орбит Бор получил из гипотез Планка, излучение и испускание происходит квантами. Энергия:,энергия гармонического осциллятора. Энергия гармонического осциллятора:, где- масса ч-цы,- импульс,координата.,,- ур-ние эллипса по оси координат полуоси:;;,- частицы движущиеся по окружности,,. Поскольку надвижущийся по круговой орбите действует постоянная сила, например в центре окружности, то.;,. Т.о из всех возможных орбит, возможны лишь те для которых момент импульса принимает определенные дискретные значения.

Спектр атома водорода по Бору.

Постулаты Бора позволили рассчитать спектр водорода и водородоподобных атомов. Водородоподобные атомы – это атом который состоит из ядра зарядом вокруг которого вращается один. (рис. 14)решение системы:,,, чем большетем больше радиус орбиты. При,, прии т.д .

,(), чем большетем меньше скорость.

Кинетическая энергия: .

Потенциальная энергия: ,;. Потенциальная энергия отрицательна это значит чтопритягивается к ядру .

Полная энергия .

Полная энергия отрицательна это значит что и ядро составляют связанную схему, т.е притягиваются друг к другу. С увеличениемэнергия увеличивается уменьшаясь по величине. При.Т.е с ростомрасстояние между энергетическими уровнями уменьшается. Приспектр квазинепрерывен. (рис. 15) Состояние с наименьшей энергией называется основным состоянием, все остальные – возбужденные состояния. Переход из одного состояния в другое сопровождается испусканиемс энергией,.

Эмпирическая ф-ла Бальмера: . Сравним эти 2 формулы:- постоянная Ридберга. Серия Лаймона соответствует переходам на 1-ый ур., Бальмера на 2, Пашина -3 и т.д. Это серии испускания. В серии поглощения – в спектре поглощения есть одна единственная серия Лаймона. Переход с уровнясоответствует границе серии.

Ионизация- это отрывот ядра из атома, т.е соответствует энергии перехода с 1-го уровня на.

это связанное состояниедвижется вокруг ядра.

это свободное состояние.

Энергия возбуждения это энергия которую надо сообщить чтобы перевести его из основного состояния в возбужденное.

Энергия связи данного состояния - это энергия которую надо сообщить чтобы перевести его в состояние.

Энергия ионизации - это энергия которую надо сообщитьчтобы перевести его из основного состояния в состояние с.

- главное факторное число.