Строение атома
<<  Электронное строение атомов, молекул и наноразмерных объектов Строение атома  >>
Трудности классического объяснения ядерной модели атома
Трудности классического объяснения ядерной модели атома
Электроны атома в ядерной модели не могут быть неподвижны
Электроны атома в ядерной модели не могут быть неподвижны
подробно обсуждался
подробно обсуждался
Видно, что скорость электрона в атоме водорода весьма велика, а
Видно, что скорость электрона в атоме водорода весьма велика, а
Применение к ядерной модели атома Резерфорда классических законов
Применение к ядерной модели атома Резерфорда классических законов
Линейчатый спектр атома водорода Светящиеся газы дают линейчатые
Линейчатый спектр атома водорода Светящиеся газы дают линейчатые
Здесь R = 10 973 731 м-1 называется постоянной Ридберга
Здесь R = 10 973 731 м-1 называется постоянной Ридберга
Кроме линий серии Бальмера, расположенных
Кроме линий серии Бальмера, расположенных
серия Пфунда:
серия Пфунда:
Все частоты (или волновые числа) всех спектральных линий водорода
Все частоты (или волновые числа) всех спектральных линий водорода
?*rpaн = R/m2
?*rpaн = R/m2
Постулаты Бора
Постулаты Бора
Трудности классического объяснения ядерной модели атома
Трудности классического объяснения ядерной модели атома

Презентация: «Трудности классического объяснения ядерной модели атома». Автор: kyy. Файл: «Трудности классического объяснения ядерной модели атома.ppt». Размер zip-архива: 101 КБ.

Трудности классического объяснения ядерной модели атома

содержание презентации «Трудности классического объяснения ядерной модели атома.ppt»
СлайдТекст
1 Трудности классического объяснения ядерной модели атома

Трудности классического объяснения ядерной модели атома

Ядерная модель атома явилась результатом опытов по рассеянию ?-частиц тонкими металлическими фольгами и теоретических расчетов Резерфорда. По этой модели в центре атома — его ядре, имеющем линейные размеры 10-15 - 10-14 м,— сосредоточен весь положительный заряд атома и практически вся его масса. Вокруг ядра, в области с размерами ~10-10 м, по орбитам движутся электроны, масса которых составляет лишь весьма малую долю от массы ядра. Вспомним, что масса электрона в 1836,5 раза меньше массы протона — ядра атома водорода. Ядерная модель атома внешне напоминает Солнечную систему: в центре системы находится «солнце» — ядро, а вокруг него по орбитам движутся «планеты» — электроны. По этой причине ядерную модель атома иногда называют планетарной.

1

2 Электроны атома в ядерной модели не могут быть неподвижны

Электроны атома в ядерной модели не могут быть неподвижны

Если бы они не двигались, то в результате кулоновских сил притяжения к ядру они сразу же упали бы на него. Атому, напротив, свойственна исключительная устойчивость. Об этом, в частности, свидетельствуют оптические спектры атомов, отличающиеся определенным для всех атомов данного химического элемента расположением спектральных линий. Устойчивость атома невозможно понять, если ядерную модель объяснять на основе классических законов механики, электричества и оптики.

Рассмотрим, например, ядерную модель простейшего атома — атома водорода, который состоит из одного электрона и ядра — протон). Для простоты будем считать, что электрон движется вокруг ядра по круговой орбите. Заметим, прежде всего, что, употребляя слово «орбита», следует помнить, что волновые свойства электрона и соотношения неопределенностей приводят к тому, что для электрона в атоме представление об орбите как о траектории движения не выдерживает критики. Этот вопрос

2

3 подробно обсуждался

подробно обсуждался

В квантовой механике классическое представление об орбите заменяется представлением о геометрическом месте точек, в которых электрон в атоме может быть обнаружен с наибольшей вероятностью. В дальнейшем, употребляя термин «орбита» электрона в атоме, мы будем иметь в виду этот его смысл.

Скорость электрона в атоме водорода на круговой орбите с радиусом r ? 10-10 м можно подсчитать, приняв во внимание, что центростремительной силой, удерживающей электрон на ор- бите, является кулоновская сила его притяжения к ядру:

Из этого уравнения, подставив численные значения массы т элект-рона, его заряда е и электрической постоянной ?0, получим, что: ? ?«106 м/с. При этом центростремительное ускорение электрона a= ?2/r по порядку величины составляет 1022 м/с2.

3

4 Видно, что скорость электрона в атоме водорода весьма велика, а

Видно, что скорость электрона в атоме водорода весьма велика, а

ускорение таково, что электрон в атоме должен вести себя как вибратор, колеблющийся с большой частотой. Как известно,; такой вибратор должен излучать электромагнитные волны. Излучение электромагнитных волн должно происходить непрерывно и связано с непрерывной потерей электроном его энергии.

Этот вывод с неизбежностью следует из применения к электрону в ядерной модели классических законов. Но отсюда, далее, следует, что атом не может быть устойчив: электрон, непрерывно теряющий энергию на излучение, не может удержаться на круговой траектории. Он должен по спирали приближаться к ядру и через время ? ? 10-10 с упасть на него. С другой стороны, частота, с ко-; торой электрон движется вокруг ядра, должна непрерывно изменяться. А из этого следует, что непрерывно должна изменяться частота электромагнитных волн, излучаемых электроном. Другими словами, атом водорода должен давать излучение с непрерывным спектром частот. Линейчатого спектра у атома быть не должно.

4

5 Применение к ядерной модели атома Резерфорда классических законов

Применение к ядерной модели атома Резерфорда классических законов

механики, электричества и оптики привело к полному противоречию с экспериментальными фактами. Из теории следовало, что: а) атом должен быть неустойчив, ввиду непрерывной потери электроном энергии на излучение электромагнитных волн; б) спектральных линий существовать не должно; должен быть только непрерывный спектр. В действительности оказывается, что: а) атом является исключительно устойчивой системой; б) атом излучает электромагнитные волны лишь при определенных условиях; в) атом испускает свет, обладающий линейчатым спектром, связанным со строением и свойствами его электронной оболочки. Полное несоответствие выводов, основанных на классическом истолковании ядерной модели атома, и опытных фактов вызвало сомнения в возможности применять к электронам в атомах законы классической физики и привело к созданию современной квантовой механики.

5

6 Линейчатый спектр атома водорода Светящиеся газы дают линейчатые

Линейчатый спектр атома водорода Светящиеся газы дают линейчатые

спектры испускания, состоящие из отдельных спектральных линий. Когда свет проходит через газы, возникают линейчатые спектры поглощения — каждый атом поглощает те спектральные линии, которые он сам может испускать. Первым был изучен спектр атома водорода. Бальмер в 1885 г. установил, что длины волн известных в то время девяти линий спектра водорода могут быть вычислены по формуле 28.3

Формулу (28.3) Ридберг предложил записывать в виде

(28.3)

(28.4)

7 Здесь R = 10 973 731 м-1 называется постоянной Ридберга

Здесь R = 10 973 731 м-1 называется постоянной Ридберга

Величина, обратная длине волны, v* = 1/?, называется волновым числом и показывает, сколько длин волн укладывается на единичной длине *). Формула Бальмера - Ридберга (28.4) впервые указала на особую роль целых чисел в спектральных закономерностях и имела огромное значение в развитии учения о строении атомов.

В настоящее время известно большое число спектральных линий водорода, длины волн которых с большой степенью точности удовлетворяют формуле Бальмера - Ридберга. Из (27.4) видно, что спектральные линии, отличающиеся различными значениями п, образуют группу, или серию, линий, называемую серией Бальмера. С увеличением п спектральные линии серии сближаются друг с другом. Граница серии Бальмера определяется длиной волны ?гран, при которой п ??: ?гран = 4/R = 364,5068 нм.

8 Кроме линий серии Бальмера, расположенных

Кроме линий серии Бальмера, расположенных

в видимой части спектра, у водорода были обнаружены другие серии спектральных линий, расположенных в невидимых частях спектра. В инфракрасной части спектра водорода была обнаружена группа спектральных линий, называемая серией Пашена. Волновые числа спектральных линий этой серии укладывались в формулу

В далекой инфракрасной области были обнаружены еще три серии спектральных линий водорода: серия Брэкета:

9 серия Пфунда:

серия Пфунда:

и серия Хэмфри:

С другой стороны от видимой области, в далекой ультрафиолетовой области спектра, была обнаружена серия Лаймана:

Каждая из этих серий характеризуется сгущением спектральных линии при возрастании чисел п и своей граничной частотой или длиной волны. На рис. 28.3 изображены серии спектра водорода.

10 Все частоты (или волновые числа) всех спектральных линий водорода

Все частоты (или волновые числа) всех спектральных линий водорода

можно выразить единой формулой:

На шкале справа указаны волновые числа в см-1. Смысл шкалы слева выяснится дальше.

Рис. 28.3

11 ?*rpaн = R/m2

?*rpaн = R/m2

Для данной серии n = m + 1, m + 2 и т. д. Для серии Лаймана т = 1, для серии Бальмера m = 2, для серии Пашена m = 3 и т. д. При возрастании чисел п частоты всех серий сходятся к соответствующим границам. Граничные волновые числа ?*rpaн серий водородного спектра равны

Формула (28.5) подтвердилась на опыте с большой, спектроскопической точностью. В ней ярко выступила особая роль целых чисел в спектроскопических закономерностях, осмысленная до конца лишь в квантовой механике. Ранее мы видели, что в квантовой механике вскрывается особая роль целых чисел — квантовых чисел п, определяющих дискретные значения энергии электронов в потенциальном «ящике» и осцилляторе. Забегая вперед, укажем, что числа т и п в формуле (28.5) также являются квантовыми числами,

(28.5)

12 Постулаты Бора

Постулаты Бора

определяющими энергетические уровни атома водорода. Однако от открытия сериальных формул для атома водорода до строгого решения задачи об энергии электрона в атоме водорода в квантовой механике физика прошла огромный путь, исторически очень короткий, но полный драматизма и выдающихся открытий. Этот путь, как и вся физика первой половины двадцатого века, навсегда будет связан с именем великого физика Нильса Бора.

В 1913 г. Бор создал первую неклассическую теорию атома. В основе этой теории лежала идея связать в единое целое три результата, полученные в физике к тому времени: а) эмпирические закономерности линейчатого спектра атома водорода, выраженные в формуле Бальмера - Ридберга; б) ядерную модель атома Резерфорда, не допускающую классического истолкования; в) квантовый характер излучения и поглощения света.

13 Трудности классического объяснения ядерной модели атома
«Трудности классического объяснения ядерной модели атома»
http://900igr.net/prezentacija/fizika/trudnosti-klassicheskogo-objasnenija-jadernoj-modeli-atoma-185331.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

134 темы
Слайды
900igr.net > Презентации по физике > Строение атома > Трудности классического объяснения ядерной модели атома