Строение атома. Модель Томсона. Опыты Резерфорда. Модель Резерфорда.

Решение уравнения Шредингера для свободной частицы.

Рассмотрим поведение свободной частицы, движущейся вдоль оси Х, т.е. потенциальная энергия равна нулю.

Уравнение Шредингера для свободной частицы

(22.5.1)

Решением такого уравнения является волновая функция

(22.5.2)

Подставляя уравнение (22.5.2) в уравнение Шредингера (22.5.1) получаем

Следовательно, энергетический спектр для свободной частицы должен быть сплошным.

Глава 23. Физика атомов и молекул

Большую роль в атомистической теории сыграл Д.И. Менделеев, разработавший в 1869 г. Периодическую систему элементов, в которой впервые на научной основе был поставлен вопрос о единой природе атомов. Во второй половине ХIХ в. экспериментально было доказано, что электрон является одним из основных составных частей любого вещества. Эти выводы, привели к тому, что в начале ХХ в. встал вопрос о строении атома.

Первая попытка создания на основе накопленных сведений «модели» атома, т.е. представления о его структуре принадлежит Д.Д. Томсону (1903 г.). Томсон полагал, что атом представляет собой сферу, заполненную положительно заряженной материей, в которой движутся корпускулы – электроны. Но эта модель не смогла объяснить таблицы Менделеева – периодичности свойств атомов и просуществовала всего 1,5 года.

В 1911 г. на основании результатов экспериментов по рассеянию α – частиц тонкими металлическими фольгами и следствий, к которым привели эти эксперименты, Резерфордом была предложена ядерная (планетарная) модель атома. Согласно этой модели, атом представляет собой систему зарядов, в центре которой расположено тяжелое положительное ядро с зарядом Ze, имеющее размеры, не превышающие 10^{-14 м, вокруг которого по орбитам кружатся электроны Почти вся масса атома сосредоточена в ядре. Размер атома 10-10 м. Исходя из таких предположений, Резерфорд разработал количественную теорию рассеяния α – частиц. По представлениям Резерфорда атом подобен солнечной системе («Солнце» - ядро, «планеты» - электроны).}

Для простоты предположим, что электрон движется вокруг ядра по круговой орбите радиуса r. При этом сила кулоновского взаимодействия между ядром и электроном сообщает электрону центростремительное ускорение. Тогда по второму закону Ньютона:

Согласно классической электродинамике, если заряженный объект движется с ускорением, то он излучает электромагнитные волны и вследствие этого непрерывно терять энергию. В результате электрон будет приближаться к ядру и в конце концов упадет на него. Таким образом, атом Резерфорда оказался неустойчивой системой, что противоречило экспериментальным данным. Преодоление возникших трудностей потребовало создание новой теории, получившей название квантовой теории атома.

Дата добавления: 2014-11-18