Атомная физика

Уильям Хайд Волластон

Волластон обнаружил несколько резких темных линий, которые без видимого порядка пересекали спектр Солнца в разных местах

Ученый полагал, что их появление вызвано либо особенностями призмы, либо особенностями источника света, либо другими какими-то побочными причинами

1802 год

Джозеф фон Фраунгофер

Выделил и описал 574 темные линии поглощения в спектре видимого излучения Солнца

1814 год

Густав Роберт КирхгофРоберт Вильгельм Бунзен

1859 год

1858 год

Юлиус Плюккер

1879 год

Уильям Крукс

Свойства катодных лучей

• Вызывают свечение тел, расположенных вблизи трубки

• Распространяются прямолинейно• Отклоняются в сильных электромагнитных полях• Свободно проходят сквозь твердые тела• Распространяются в воздухе (примерно на 7 см)

Вильгельм Конрад Рентген

8 ноября 1895 года

«Х – лучи»

• Ионизируют воздух• Засвечивают фотопластинки• Вызывают флуоресценцию• Обладают высокой проникающей

способностью• Распространяются прямолинейно

Анри Беккерель

1 марта1896 года

«Лучи Беккереля» засветили фотопластинку,

на которой виднатень металлического мальтийского креста

1897 год

Джозеф Джонс Томсон

1898 год

Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория.

Позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Схема опыта по обнаружению α-, β- и γ-излучений

Эрнест Резерфорд

1899 год

Жан Перрен (1901г.) и Хантаро Нагаоко (1904г.)

Модели строения атомов

Филипп фон Ленард(1904г.)

Уильям Томсон(1902г.)

Джозеф Джонс Томсон(1904г.)

Поток α - частиц создается радиоактивным источником и через узкую щель направляется на флюоресцирующий экран.

В отсутствии препятствия, α - частицы двигаются узким пучком, вызывая на экране яркую вспышку

Когда на пути α - частиц помещали фольгу, то происходило в основном их слабое рассеивание.

Однако, было обнаружено, что отдельные α - частицы могут отскакивать от фольги, вызывая свечение дополнительных экранов, помещенных в различных участках пространства до основного экрана.

1911 год Опыт Резерфорда

1911 год Опыт Резерфорда

Планетарная модель атома

Противоречие :

В соответствии с законами классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен был непрерывно испускать электромагнитное излучение, теряя энергию

Вследствие этого, радиус орбиты электрона должен был быстро уменьшаться,

а время жизни атома быть ничтожно малым

Но атомы стабильны!

Модель атома Бора

1913 год

Нильс Бор

1913 год

Модель атома Бора

Атом Бора

I постулат

Электрон в атоме может находиться только в стационарных или

квантовых состояниях с дискретными

значениями энергии Еn, в которых

атом не излучает

II постулат

При переходе из одного стационарного состояния в другое атом испускает или поглощает квант света, частота

которого определяется соотношением

hv = Еn - Ек

Постулаты Бора

Нильс Бор1913 год

Электронные орбиты в модели Бора обозначаются

целыми числами 1, 2, 3, … n, начиная от

ближайшей к ядру

Уровни состоят из близких по

энергии подуровней

( s, p, d, f)

Квантовые числа

Состояние электрона в атоме, заданное набором квантовых n, l, m, S чисел

называется орбиталью

n – главное квантовое число

l – орбитальное квантовое число

m – магнитное квантовое число

S – спиновое квантовое число

В многоэлектронных атомах электроны с одинаковыми значениями n образуют слой или уровень

Главноеквантовое число

n =1, 2, 3, …, ∞

Определяет:

- энергию электрона,

- степень его удаленности от ядра,

- размеры электронной орбитали

Орбитальноеквантовое число

Определяет:

- орбитальный момент импульса электрона,

- пространственную форму электронной орбитали

l = n-1

( l = 0, 1, 2,…, n-1 )

Магнитноеквантовое число

Определяет -значения проекции орбитального момента на одну из осей,

-пространственную ориентацию орбиталей

- максимальное число орбиталей на электронном подуровне

m = 2l +1

(m = …, -2, -1, 0, +1, +2, …,)

s p d f

Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют "спин-вверх" (мажорные спины) и "спин-вниз" (минорные спины)

Спиновоеквантовое число

S = +1/2, -1/2

Наличие спинового квантового числа объясняется тем, что электрон обладает собственным моментом импульса ("спином"), не связанным с перемещением в пространстве вокруг ядра

Принцип запрета Паули

Два тождественных фермиона не могут одновременно находиться в

одном квантовом состоянии

Вольфганг Паули1925 год

Что же представляет

собой электрон?

Луи де Бройль , пытаясь найти объяснение постулированным в

1913 году Бором условиям квантования атомных орбит,

выдвинул гипотезу о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма

Луи де Бройль1924 год

Почему атомы устойчивы? Почему на стационарных орбитах электроны не излучают?

«Никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра, решающим образом определяющие движение такой мельчайшей частицы: ее место и ее скорость.

Никогда нельзя одновременно знать, где она находится, как быстро и в каком направлении движется.»

Гейзенберг «Физика атомного ядра»

Вернер Карл Гейзенберг1924 год

Эрвин Шрёдингер

Волновая функция описывает лишь вероятностное распределениесостояниймикро-частицы

Радиус «боровской» орбитыводорода

Электрон в атоме может находиться только в стационарных или квантовых состояниях с дискретными

значениями энергии Еn, в которых атом не излучает

Электрон в атоме может находиться только в стационарных или квантовых состояниях с дискретными

значениями энергии Еn, в которых атом не излучает

При переходе из одного стационарного

состояния в другое атом испускает или

поглощает квант света, частота

которого определяется соотношением

hv = Еk - Еn

Йоханнес Ридберг1885 год

Иоганн Бальмер1885 год

1932 Чедвик открытие нейтрона