mozok.click » Фізика » Модель атома Резерфорда-Бора
Інформація про новину
  • Переглядів: 12
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 22:43
12-02-2018, 22:43

Модель атома Резерфорда-Бора

Категорія: Фізика

Історія вивчення атома. Відкриття складної будови атома - найважливіший етап становлення сучасної фізики, який позначився на її наступному розвитку. Багато часу та зусиль учених різних країн світу знадобилося, щоб сформувалисьсучасніуявлення пробудову атома. Після перших експериментів можна було робити висновки про складну будову атома і наявність в його структурі електричних зарядів. Ці результати отримано М. Фарадеєм у1833 р. під час вивчення законів електролізу. У 1897 р. Дж. Томсон, вивчаючи електричний розряд у розріджених газах, відкрив електрон. Він виміряв важливу характеристику цієї частинки - питомий заряд е/т = 1,76 10_11Кл/кг. Американський фізик - Р. Міллікен 1909 р. дуже точно виміряв заряд електрона. Він виявився однаковим у всіх електронів з різних джерел і дорівнював е = -1,б 10 19 Кл. Маса електрона приблизно в 2000 разів менша за масу одного з найлегших атомів - атома Гідрогену - і дорівнює тс = 9,1 10 п кг . Виходячи з цих результатів, Томсон запропонував модель атома, згідно з якою атом є позитивно зарядженою кулею радіусом R ~ 10 8 см , всередині якої містяться електрони. Таким чином, атом Томсона подібний булочці з родзинками, роль родзинок при цьому виконують електрони.

Однак модель атома Томсона не пояснювала багатьох фізичних явищ. Е. Резерфорд у 1906 р. запропонував планетарну модель атома. Модель була одержана з низки дослідів, які називають дослідами Резерфорда. Схему досліду зображено на мал. 274. Резерфорд зондував атоми золота швидкими ядрами Гелію (tx-частинками), які вилітали із радіоактивного джерела, вміщеного у свинцевий контейнер.

Навпроти отвору в свинцевому контейнері на екрані, покритому ZnS04, по ходу променя а-частинок, можна було помітити світну пляму. Резерфорд помістив на шляху а-частинок тонку золоту пластинку (фольгу), і помітив, що деякі ядра, проходячи крізь фольгу, відхиляються на значні кути, а незначна їх кількість навіть відбивається назад. Переважна ж більшість ядер, проходила, не помічаючи перешкоди. Узагальнивши результати дослідів. Резерфорд зробив висновки, які і сформували планетарну модель атома.



В об’ємі атома більшість простору порожня. Майже вся маса атома сконцентрована в дуже малому ядрі (діаметром d -10“15 м ).

Ядро має позитивний заряд q\ величина якого за модулем дорівнює заряду електрона, помноженому на порядковий номер елементу в таблиці Менделєєва.

Оскільки атом електрично нейтральний, то позитивний заряд ядра компенсується зарядом електронів, які мають рухатись навколо ядра. Кількість електронів дорівнює порядковому номеру елементу в таблиці Менделєєва.

Планетарна модель атома змогла пояснити багато спостережень, але одразу ж постали й питання, на які не було відповіді. Дійсно, ядро заряджено позитивно, а електрони - негативно, між ними існує кулонівська сила притягання. Для того, щоб електрони не впали на ядро, вони мусять рухатись навколо нього з доцентровим прискоренням. З теорії Максвелла випливає, що заряд, який рухається з прискоренням, має випромінювати електромагнітні хвилі, втрачаючи енергію, і за розрахунками за час At ~ 10 8 с електрон, рухаючись по спіралі, мусить припинити свій рух. Дослідні ж дані показували, що за нормальних умов атом не випромінює енергії і існує як завгодно довго. Крім того, у кінці XIX ст. досить детально були досліджені спектри випромінювання та поглинання розжарених газів - лінійчаті спектри. Закономірності цих спектрів також не узгоджувались з моделлю атома Резерфорда.

Лінійчаті спектри. Лінійчаті спектри випромінювання, що мають вигляд вузьких ліній різних кольорів (мал. 275), дістають під час світіння газів або пари.

Світіння газу можна викликати, пропускаючи крізь нього електричний струм або нагріваючи його до високої температури тощо. Можна дістати лінійчатий спектр речовини, яка у звичайних умовах перебуває у твердому стані. Для цього крупинки твердих речовин або розчин вводять у полум’я пальника. Речовина, випаровуючись, дає лінійчатий спектр. Лінійчаті спектри поглинання мають вигляд темних ліній на фоні неперервної райдуги, розташування яких збігається із розташуванням кольорових ліній у спектрі випромінювання цього ж газу.


 

Вивчення лінійчатих спектрів різних речовин показало, що кожний хімічний елемент дає свій лінійчатий спектр, який не збігається зі спектром інших елементів. Лінійчаті спектри хімічних елементів відрізняються кольором, положенням і кількістю окремих світних ліній. Характерні для кожного хімічного елемента лінії утворюються не тільки у видимій, айв інфрачервоній та ультрафіолетовій частинах спектра.

Найбільш дослідженим на той час був спектр атома Гідрогену. У 1885 р. вчителю фізики однієї із швейцарських шкіл І. Бальмеру вдалось встано-

вити для Гідрогену, що його частоти випромінювання у видимій частині спектра можуть бути визначені з формули

де R - постійна

величина, R = 3,3-1015с ’, яку називають сталою Рідберга, k - ціле число, що набуває значень 3,4,5....

З часом, після відкриття спектральних ліній не лише у видимій частині спектра, а й у інфрачервоній та ультрафіолетовій, формула набула вигляду

Ця формула отримала назву формули Бальмера1.

У деяких навчальних посібниках можна зустріти і такий запис формули Бальмера:


Справа в тому, що такий вигляд формули використовують у спектроскопії, коли спектральні лінії характеризують не частотою, а величиною, оберненою довжині хвилі. Звертаємо вашу увагу на те, що стала величина в обох випадках позначається однаково, але вона має різне значення. У даному випадку Я= 1,1-10' м 1 (відрізняється від попередньої сталої нас).

Таким чином, будь-яка теорія будови атома повинна була пояснити, чому атоми (а в розріджених газах можуть випромінювати лише атоми) випромінюють дискретні лінії і як розрахувати частоту цих випромінювань.

Квантові постулати Бора Як ми вже зазначали, запропонована Резерфордом модель атома не могла пояснити спектри випромінювання атомів. Вихід із ситуації запропонував датський фізик Нільс Бору 1913 р. Він прийшов до висновку, що планетарну модель атома Резерфорда слід доповнити

ідеями квантової теорії, яка починала утверджуватись. Бор припустив, що електрони в атомах не випромінюють енергію неперервно, випромінювати вони можуть лише під час переходу із одного енергетичного стану в інший. Н. Бор доповнив планетарну модель атома такими постулатами. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових, станах, кожному з яких відповідає певна енергія Еп . У стаціонарному стані електрон рухається по коловій орбіті радіусом г і атом енергію не випромінює.

Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких Лу визначають за формулою hv = Ек- ЕП, де k і п - цілі числа (номери стаціонарних станів); якщо Ек > Еп фотон з частотою v випромінюється, якщо Ек< Еп — поглинається.

Момент імпульсу електрона, що рухається зі швидкістю и„ на л-ій орбіті, радіус якої г„, набуває дискретних значень

де

п = 1, 2, 3,..., т - маса електрона, Й - зведена стала Планка.

Дайте відповіді на запитання

1. У чому полягає сутність моделі Томсона?

2. Побудуйте і поясніть схему досліду Резерфорда з розсіювання «-частинок. Що спостерігають в цьому досліді ? У чому сутність планетарної моделі атома ?

3. У чому планетарна модель атома не узгоджується із законами класичної фізики?

4. Сформулюйте постулати Бора.



^