Строение атома

На основании результатов опытов по рассеянию -частиц тонкой металлической фольгой, Резерфордом была предложена ядерная модель атома. Согласно этой модели, в ядре атома сосредоточен весь положительный заряд и почти вся масса атома. Вокруг ядра движутся электроны по орбитам, зависящим от энергии электрона. Основные постулаты, сформулированные Бором, позволили устранить противоречия между результатами опытов Резерфорда и классическим представлениям об атоме.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает энергию. При этом полная энергия электрона Е_n, находящегося в одном из стационарных состояний с числомnопределяется выражением:,

где m_eиe– масса и заряд электрона,₀–электрическая постоянная,h- постоянная Планка,Z– заряд ядра атома.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон. Энергия испускаемого фотона_фравна разности энергий стационарных состояний Е_mи Е_n(m>n):,

где - частота излучения при переходе изm-стационарного состояния вn-стационарное.

Частота излучения для водородоподобных атомов определяется по обобщенной формуле Бальмера: ,

где R′ = 3,29·10¹⁵с^-1– постоянная Ридберга. При переходе электрона сm–ного уровня на уровеньnобразуются серии спектральных линий (спектры излучения). Для спектральных линий серии Лаймана (ультрафиолетовая область)n=1, для серии Бальмера (видимая область спектра)n=2, для спектральных линий серии Пашена (инфракрасная область)n=3. Для серий Брэкета и Пфундаn=4 иn=5, соответственно.

Энергия ионизации атома Е_iравна энергии удаления электрона сn-ной орбиты в бесконечность (m=):.

Атомное ядро

Атомное ядро состоит из двух видов элементарных частиц – протонов (р) и нейтронов (n), называемых нуклонами.

Протон обладает положительным зарядом, равным заряду электрона: . Масса покоя протона равнаm_p=1,673·10^-27 кг. Масса покоя нейтрона m_n=1,675·10^-27кг.

Число протонов в ядре называется зарядовым числом Z. Число нуклонов в ядре называется массовым числом А: А=Z+N,

где N- число нейтронов в ядре. Обозначение ядра: , где Х – химический символ элемента. Ядра с одинаковымиZ и разными А называются изотопы. Например, и- изотопы водорода дейтерий и тритий.

При объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов Е_св друг с другом: ,

где с – скорость света, Δm – дефект массы, равный разности масс нуклонов и массы образовавшегося ядра m_ядра: .

Для того чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, необходимо совершить работу, равную энергии связи нуклонов в ядре.

При взаимодействии ядер разных элементов выделяется ядерная энергия Q, пропорциональная разности масс частиц, вступивших в реакцию, М и масс, образовавшихся частиц, М′: .

В процессе ядерной реакции соблюдаются законы сохранения: массы (или энергии), электрического заряда, массового числа и импульса: ,.