54. Ядерна модель атома. Постулати Бора. Правило квантування електронних орбіт.

Узагальнивши результати дослідів, Резерфорд запропонував ядерну (планетарну) модель будови атома, в якій атом має вигляд мініатюрної Сонячної системи. За цією моделлю, весь позитивний заряд і майже вся маса атома (99,4%) зосереджені в атомному ядрі. Розмір ядра (~ 10^-15 м) дуже малий порівняно з розміром атома (~ 10^-10 м). Навколо ядра по замкнених еліптичних орбітах, які в першому наближені можна вважати коловими, рухаються електрони, утворюючи електронну оболонку атома. Заряд ядра дорівнює сумарному заряду електронів.

Проте запропонована Резерфордом модель будови атома не пояснила спектральних закономірностей і навіть суперечила законам класичної механіки й електродинаміки.

Справді, рух по орбіті, як і всякий криволінійний рух є рухом з прискоренням. За законами класичної електродинаміки, криволінійний рух повинен супроводжуватись випромінюванням світла відповідної частоти. Отже, в процесі руху електрона навколо ядра атом повинен безперервно випромінювати енергію. Але зменшення енергії призводить до зменшення радіуса орбіти електрона - електрон повинен рухатися по спіралі, наближаючись до ядра. А оскільки швидкість руху електрона не змінюється, то повинна збільшуватись і колова частота його обертання, повинна неперервно зростати частота випромінювання, тобто спектр випромінювання повинен бути суцільним. Неперервно наближаючись до ядра, електрон через малий час повинен упасти на ядро, тобто в моделі Резерфорда атом - нестійка система.

Насправді атоми - дуже стійкі системи і мають лінійчаті, а не суцільні спектри випромінювання.В основі борівської теорії атома лежать два основних положення - постулати:

1.Електрони можуть рухатися в атомі по певних орбітах, перебуваючи на яких вони, незважаючи на наявність у них прискорення, не випромінюють.

ці орбіти відповідають стаціонарним станам електронів в атомі визначаються умовою

2.Атом випромінює або поглинає квант електромагнітної енергії при переході електрона з одного стаціонарного стану в інший.

Енергія кванта дорівнює різниці енергій стаціонарних станів електрона до (Е_к) і після (Е_п) переходу:

Випромінювання відбувається, коли атом переходить із стану з більшою енергією в стан з меншою енергією. Поглинання атомом енергії супроводжується переходом його із стану з меншою енергією в стан з більшою енергією

Отже, на основі теорії Бора можна пояснити наявність лінійчастих спектрів, які утворюються у атома водню при переході з одного стаціонарного стану в інший

55. Основні властивості атомних ядер. Відкриття нейтрона і позитрона

Згідно з рівнянням Ейнштейна

Е = тс2, енергія зв'язку нуклонів у ядрі дорівнює

де тp , тn , тя — відповідно маси протона, нейтрона і ядра. Часто замість маси ядра користуються масою атома (т), тоді вираз набуває вигляду:

де mн — маса атома Гідрогену.

Енергія зв'язку нуклонів у ядрі в мільйони разів.перевищує енергію зв'язку атомів у молекулі, тому при хімічних перевореннях речовин атомні ядра не змінюються.

Величина

Am = [Zmp + (A - Z)m] - тя називається дефектом маси ядра. На цю величину зменшується маса всіхнуклонів при утворенні з них атомного ядра.

Часто замість енергії зв'язку Е використовують питому енергію зв'язку  — енергію зв'язку, віднесену до одного нуклона. Ця фізична величина дорівнює тій роботі, яку потрібно зробити для видалення нуклона з ядра без надання йому кінетичної енергії. Чим більшим є значення  , тим стійкішим є ядро  . Найбільш стійкими є магічні ядра, у яких магічними є і число протонів, і число нейтронів. Вельми стійкими є ядра середньої частини таблиці Менделєєва. Важкі (А > 60) і легкі (А > 12) ядра менш стійкі. Це означає, що енергетично вигідними є такі процеси:

1) поділ важких ядер на легші;

2) злиття легких ядер у важчі.

Обидва процеси протікають із виділенням величезної кількості енергії, що дозволяє практично використовувати ці реакції (термоядерні, реакції поділу).

56. Хвильові властивості речовини. Хвилі де Бройля. Досліди Девісона і Джермера.

Ідея приписати хвильові властивості електрону належить французькому фізику Луї де Бройлю. Проводячи аналогію між квантом, який має енергію і , та імпульсом р , де Бройль припустив, що

рух електрона або будь-якої іншої частинки, яка має масу спокою, пов'язаний із хвильовим процесом.

Цьому процесу відповідає хвиля (хвиля де Бройля), Ґрунтуючись на гіпотезі де Бройля, можна пояснити перший постулат Бора. Підставивши значення визначене з формули 1, дістанемо

Це співвідношення показує, що з точки зору гіпотези де Бройля стаціонарними є лише ті орбіти, на яких вкладається ціле число хвиль де Бройля. Оскільки частинки речовини мають хвильові властивості, то можна спостерігати їх інтерференцію і дифракцію. Саме з цього боку гіпотеза де Бройля і дістала експериментальне підтвердження в ряді дослідів, під час яких встановлено дифракцію електронів, протонів, нейтронів, атомів

У 1927 р. К. Девіссон і Л. Джермер вивчали розсіяння електронів намонокристалі нікелю. Досліди показали, що при заданому куті падіння електрони відбиваються від поверхні кристала під різними кутами, причому в одних напрямах виникали максимуми числа відбитих електронів, в інших - мінімуми, тобто спостерігалась дифракційна картина. Досліди Девіссона і Джермера встановили, що електрони дифрагували як хвилі, довжини цих хвиль точно збігалися з довжинами хвиль де Бройля.

Хвильові властивості характерні не тільки для пучка рухомих частинок, а й для окремої рухомої частинки. За допомогою дослідів В. Фабрикант, Г. Біберман і П. Сушкін виявили явище дифракції одиночних електронів. Обстрілюючи металеву плівку окремими електронами, також спостерігали дифракційну картину, як і тоді, коли проходив пучок електронів. Отже, електрони, як і фотони, мають подвійну корпускулярно- хвильову природу. Корпускулярні і хвильові характеристики зв'язані між собою квантом дії - сталою Планка