Історичні моделі будови атому Досліди Резерфорда ...

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 1

ІСТОРИЧНІ МОДЕЛІ БУДОВИ АТОМУ ДОСЛІДИ РЕЗЕРФОРДА ПЛАНЕТАРНА МОДЕЛЬ АТОМА

РЕЗЕРФОРДА КВАНТОВІ ПОСТУЛАТИ БОРА АТОМ ВОДНЮ В ТЕОРІЇ БОРА СПЕКТР АТОМА ВОДНЮ СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ. ТИПИ СПЕКТРІВ ЕЛЕМЕНТИ КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ ГІПОТЕЗА ДЕ БРОЙЛЯ СПІВВІДНОШЕННЯ НЕВИЗНАЧЕНОСТЕЙ

ГЕЙЗЕНБЕРГА ХВИЛЬОВА ФУНКЦІЯ

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 2

ІСТОРИЧНІ МОДЕЛІ БУДОВИ АТОМУ 1 Модель У. Томсона (лорда Кельвіна)

Атом є згустком позитивно зарядженої матерії, всередині якої рівномірно розподілені електрони (кекс з ізюмом)

1902

у 1901 р. Жан Перрен висунув припущення про ядерно-планетарну будову атома

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 3

ІСТОРИЧНІ МОДЕЛІ БУДОВИ АТОМУ

2 Модель Дж. Дж. Томсона

Атом є позитивно зарядженою кулею, всередині якої електрони містяться у одній площині та утворюють концентричні кільця

1903

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 4

ІСТОРИЧНІ МОДЕЛІ БУДОВИ АТОМУ

3 Модель Філіпа фон Лєнарда

Атом є кулею, в якій протилежні заряди не існують окремо

1903 р.

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 5

ІСТОРИЧНІ МОДЕЛІ БУДОВИ АТОМУ

4 Модель Хантаро Нагаока

атом подібний до планети Сатурн

1904 р.

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 6

Схема досліду Резерфорда з розсіювання альфа-частинок

K – свинцевий контейнер із радіоактивною речовиною,

Э – екран, покритий сірчистим цинком,

Ф – золота фольга,

M – мікроскоп.

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 7

11

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 8

Розсіювання альфа – частинок на атомі 22

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 9

Планетарна модель атома за Резерфордом

Електрони обертаються навколо ядра Енергія атома може набирати

довільних значень. Це означає, що і величина енергії, яка поглинається теж може бути довільною

Існує нескінченна кількість можливих орбіт електронів у атомі

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 10

Ернест РЕЗЕРФОРД, Барон Резерфорд Нельсонський I

Новозеландський фізик. Народився в Новозеландський фізик. Народився в Нельсоні, у родині фермера. Виграв Нельсоні, у родині фермера. Виграв стипендію для одержання освіти у стипендію для одержання освіти у Кембриджі. Працював у Канаді (дослідження Кембриджі. Працював у Канаді (дослідження радіоактивності) та врадіоактивності) та в Манчестерському Манчестерському університеті (встановлення планетарної університеті (встановлення планетарної моделі атома). моделі атома).

В роки Першої світової війни розробляв сонари. У 1919 році став професором фізики і директором Кавендишської лабораторії Кембриджського університету (відкриття розпаду ядра внаслідок бомбардування важкими частинками високих енергій). На цій посаді Резерфорд залишався до кінця життя. Одночасно був президентом Королівського наукового товариства. Похований у Вестмінстерському абатстві поруч з Ньютоном, Дарвіном і Фарадеєм.

1871-1937

1908 – нобелівська 1908 – нобелівська премія з хіміїпремія з хімії

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 11

ПЛАНЕТАРНА МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 12

Модель атома вуглецю

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 13

Труднощі планетарної моделі Резерфорда

електрони, що рухаються прискорено, випромінюють електромагнітні хвилі, тому їх енергія має зменшуватися, а разом із цим має зменшуватися радіус орбіти. Розрахунки показують, що приблизно за 10-8 с електрон повинен упасти на ядро.

Нагріте тіло, безупинно втрачаючи енергію внаслідок випромінювання, має остудитися до абсолютного нуля.

Неможливо пояснити спектральні закономірності

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 14

НЕСТАБІЛЬНІСТЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 15

ПОСТУЛАТ СТАЦІОНАРНИХ СТАНІВ:існують стаціонарні стани атома, у яких він не випромінює і не поглинає енергію.Цим стаціонарним станам відповідають цілком визначені (стаціонарні) орбіти, по яким рухаються електрони. Правило квантування орбіт: в стаціонарному стані атома електрон має квантові значення моменту імпульсу

де (n=1, 2, 3, …) – головне квантове число, що нумерує орбіти електрона в теорії Бора. Стан з n=1 є основним, не збудженим станом атома. В основному стані атом може знаходитися нескінченно довго. Стани з n>1 - це збуджені стани атома. В таких станах атом може існувати обмежений час.

vL m r n

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 16

ПРАВИЛО ЧАСТОТ: при переході атома з одного стаціонарного стану

в інший випромінюється або поглинається один фотон (квант енергії).

Випромінювання відбувається при переході атома зі стану з більшою енергією в стан з меншою енергією. Поглинання фотонів супроводжується переходом атомів у стан з більшою енергією. Зміна енергії атома, пов'язана з випромінюванням або поглинанням фотона, пропорційна частоті випромінювання

E h

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 17

Нільс Бор, один з основоположників сучасних уявлень про субатомний світ, творець першої квантово-механічної моделі будови атома. Фотографія зроблена в 1948 році в Принстонському університеті (США)

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 18

Поглинання фотона

Випромінювання фотона

Електрон перескакує на більш високу орбіту

Електрон перескакує на більш низьку орбіту

1

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 19

2

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 20

2 2

1 1Rm n

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 21

Спектр атома водню Усі лінії спектра випромінювання атомів, що

випромінюються при переході електронів з будь-якої орбіти на певну, називають серією.

m = 1 - серія Лаймана, (n =2,3,4...)вона належить до ультрафіолетової частини спектра;

m = 2 - серія Бальмера, (n =3,4,5...) видима серія. Ця серія вивчається в даній роботі;

m = 3 - серія Пашена, (n =4,5,6...) - в близькій інфрачервоній області,

m = 4 - серія Брэкета, (n =5,6,7...) - в близькій ІЧ області. m = 5 - серія Пфунда, (n =6,7,8...) - в далекій ІЧ області. Наведені серіальні закономірності є яскравим проявом

квантових властивостей атомних систем.

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 22

Спектр атому водню

І – серія Лаймана; ІІ – серія Бальмера; ІІІ – серія Пашена; ІV – серія Брэкета; V – серія Пфунда.

ІІ

IV

-13,6

-3,4

-1,5

- 0,85

0

E, еВ

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

I

n=∞

ІІІ

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 23

Спектр - сукупність значень та їх розподіл за певним параметром, значення якого може набувати спостережувана величина.

Оптичний спектр - розподіл потоку випромінювання або частинок за довжинами хвиль або енергії.

Розрізняють Суцільні, лінійчасті та смугасті спектри

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 24

СУЦІЛЬНИЙ СПЕКТР Суцільні спектри дають речовини в твердому

стані або в стані високотемпературної плазми (зірки, Сонце – зірка)

Уїльям Воластон у 1802 р. спостерігав темні лінії у сонячному спектрі, але знехтував спостереженнями. У 1814 р. ці лінії незалежно виявив та докладно описав Фраунгофер

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 25

ЛІНІЙЧАСТИЙ СПЕКТР

Лінійчасті спектри дають речовини в атомарному стані

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 26

ПРИКЛАД ЛІНІЙЧАСТОГО СПЕКТРА ПОГЛИНАННЯ

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 27

СМУГАСТИЙ СПЕКТР

Смугасті спектри дають речовини в молекулярному стані

На рисунку зображений спектр бутанового пальника

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 28

Спектри кадмію (1), рубідію (2), цинку (3) та DPSS лазера (532 нм):

1

2

3

4

Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ 29

Спектри атомів у видимому діапазоні