теория строения атома
0

Основные сведения по теории строения атома

В 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон; в 1909 г. Р. Малликен определил его заряд, который равен 1,6·10-19 Кл. В 1910 г. Э. Резерфорд провел опыты по бомбардировке металлической фольги a-частицами, в результате опытов было установлено, что некоторые a-частицы рассеиваются фольгой. Отсюда Э. Резерфорд предложил ядерную планетарную модель атома, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена основная часть массы атома, и электронов, вращающихся вокруг ядра по орбитам, подобно планетам солнечной системы. Однако Э. Резерфорд не смог объяснить устойчивость  атома и наличие линейчатых спектров атомов; как показывает теория электромагнитного поля, электроны в этом случае должны двигаться по спирали, непрерывно излучая энергию, и падать на ядро.

В 1913г. датский ученый Н. Бор, используя модель Резерфорда и теорию Планка, предложил модель строения атома водорода.

Основные положения своей теории Н. Бор сформулировал в виде постулатов (утверждений, принимаемых без доказательств):

I постулат.

Электрон в атоме находится на определенных стационарных орбитах и при этом не излучает и не поглощает энергии.

Каждая орбита имеет номер n (1, 2, 3, 4, …), который назвали главным квантовым числом. Бор вычислил радиусы орбит. Радиус первой орбиты (боровский радиус r0) был 5,29 ·10-13 м, радиус других орбит вычислялся по формуле:

rn =5,29·10-13 ·   n 2

Энергия электрона (эВ) зависела от значения главного квантового числа п:

Еп= — 13,6(1/n2)

Атом водорода обладает минимальной энергией, когда электрон находится на первой орбите (рис. 1). Такое состояние называется основным. При переходе электрона на более высокие орбиты атом становится возбужденным. Такое состояние атома неустойчиво.

Рис.1

Рис.1 Схема энергетических состояний атома водорода

 

II  постулат.

При переходе электрона с  одного  стационарного  состояния (энергетического уровня) на другой происходит излучение или поглощение энергии в виде кванта, энергия которого равна разности энергий  в конечном и начальном состояниях.

Ek—  EH  = hn ,

где    h —   постоянная Планка;   h = 6,626 · 10-34 Дж·с, n- частота волны

Экспериментально  квантование энергии   атомов  обнаруживается  в  их спектрах поглощения и испускания. Атомные спектры имеют линейчатый характер (рис. 2) .

 

Рис. 2

Рис. 2 Линии видимого спектра атомного водорода (серия Бальмера).

Возникновение линий в спектре обусловлено тем, что при возбуждении атомов (нагревании газа, электроразряде и пр.) электроны, принимая соответствующие порции энергии, переходят в состояние с более высокими энергетическими уровнями. В таком возбужденном состоянии атомы находятся лишь ничтожные доли секунды. Переход электронов в состояния с более низкими энергетическими уровнями сопровождается выделением кванта энергии. Это отвечает появлению в спектре отдельных линий, соответствующих излучению определенной частоты колебаний (длины волны). Поскольку газообразный атомный водород содержит множество атомов в разных степенях возбуждения, спектр состоит из большого числа линий.

Видимый спектр водорода (рис. 2) возникает при переходе возбужденных электронов в состояние с главным квантовым числом n=2 (серия Бальмера).

Теория Бора была усовершенствована его учеником А. Зоммерфельдом. Он предположил  что электроны могут вращаться в атоме не только по круговым, но и по эллиптическим орбитам.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *