Резерфорда

Н. Бор сформулировал в 1913 г. постулаты для объяснения модели атома

Первый постулат (постулат стационарного состояния атома). Согласно ему, в атоме разрешено стационарное состояние, при котором электрон может находиться на определенной орбите (энергетическом уровне) и не излучать энергии. Речь идет о состоянии, когда на атом не действуют внешние силы. В этом стационарном состоянии атом может находиться сколь угодно долго. Первый постулат противоречит электродинамике Д. Максвелла: движущийся электрон всегда должен создавать вокруг себя электромагнитное поле, излучать энергию. Следовательно, его масса должна

уменьшаться, и поскольку его масса существенно меньше ядра атома, то сила

тяготения «заставит» его упасть на ядро атома.

Второй постулат (правило квантования орбит электрона). Переход от стационарного состояния атома осуществляется путем поглощения или излучения квант-энергии по определенному правилу частоты. Все изменения (переходы) состояния атома (стационарное, нестационарное) связаны с поглощением или излучением электроном квант-энергии. Квантовым числом называется число, выражающее физические параметры частицы. Когда Н. Бор создавал свои постулаты, была известна лишь одна частица — электрон. Поэтому Н. Бор назвал главным числом (другие квантовые числа тогда были неизвестны) положение электрона на орбите в атоме. В настоящее время для описания движения электрона в атоме используется несколько квантовых чисел, поскольку уже известны другие физические параметры электрона, кроме его положения на орбите вокруг атома.

Модель Н. Бора производила странное впечатление: атом живет как бы по двум законам: в одних состояниях — по обычным законам, в других — по необычным законам. Кроме того, получалось, что электрон как бы наделен «полной информацией» и «свободой воли». Он, во-первых, «знает», на какую орбиту ему переходить в соответствующий пространственно-временной момент. Во-вторых,

он «знает» степень риска, переходя на верхнюю орбиту, и тем не менее не выскакивает за пространственные границы атома, опускаясь на нижнюю орбиту к центру атома, не падает на его центральную часть. Постулаты Н. Бора не имели надлежащего теоретического обоснования вплоть до появления в 1923 г. теории о

«волнах материи». Модель Н. Бора в буквальном смысле спас французский физик

Луи де Бройль-младший (1892—1987), который вначале занимался литературой и

искусством, но под влиянием своего старшего брата увлекся физикой. В 1923 г. в

Сорбонне под руководством выдающегося французского физика П. Ланжевена

(1872—1946) он защитил диссертацию, в которой развил удивительную гипотезу

о существовании загадочных волн, названных впоследствии волнами-материи.

Согласно этой гипотезе с каждым материальным объектом, имеющим импульс (произведение массы на его скорость движения), связана пропорционально волна определенной длины по следующей формуле: λ = h/p или λ = h/m v, где λ — длина волны, h — постоянная Планка, p — импульс, ν — скорость. Телу массой

в 1 г и скоростью движения 1м/с соответствует дебройлевская волна - 6,68 · 10-

27см.

Волны де Бройля связаны со всеми объектами, имеющими массу и импульс движения. Для объектов с большой массой обнаружить соответствующие им волны де Бройля технически сложно. Чтобы вычислить их значения, нужно разделить величину постоянной Планка на величину импульса этих объектов, например нашей планеты. Поэтому наблюдаемые объекты мира кажутся не дрожащими, постоянными и неизменными. Стационарное состояние атома в модели Н. Бора получило следующее объяснение.

Электрон как частица, имеющая соответствующую волну Луи де Бройля, движется на стационарной орбите таким образом, что на этой орбите уменьшается целое число длин волн де Бройля (конец волны одного оборота вокруг ядра точно совпадает с началом следующей волны). Когда же этого совпадения нет, то происходит несовпадение горбов и впадин волны, т. е. где-то горбы совпадают, а где-то горбы приходятся на впадины, что ведет к изменению энергии стационарного состояния, испусканию или поглощению квант-энергии. К 1927 г. было экспериментально доказано, что электрон, наряду со свойствами частицы, обладает еще и волновыми свойствами. Кроме этого, было обнаружено еще одно квантовое число электрона, а именно внутреннее вращение электрона вокруг своей оси. Этот параметр называется спином (S), в переводе с английского означает вращающийся волчок. Для определения вращающегося момента точки, например, на поверхности сферы, нужно знать массу (т) точки, расстояние ее до центра вращения и угловую скорость вращения данной точки. Спин частиц измеряется в постоянной Планка (h) и может быть представлен целым числом или полуцелым от 0 до 9/2 (0 — пионы, 9/2 — некоторые резонансы).

Спин фотона (Y) = 1, спин протона, нейтрона, электрона = 1/2. Спином обладают

не только электроны, но все другие частицы, за исключением мезонов. Спин (S) —

имеет не только энергетическую величину, но и направление, т. е. его проекция в трехмерном пространстве может иметь разные направления. Например, нейтрон и антинейтрон имеют одинаковую массу, оба не имеют заряда, но различаются лишь противоположными направлениями своих спинов. Электрон кроме спина (S) имеет еще момент количества движения в результате вращения вокруг ядра атома (I), а также

собственный магнитный момент (как движущаяся электрически заряженная

частица он создает собственное магнитное поле).

Полный момент количества движения электрона в атоме (J) определяется по формуле: J = I + S, где S — спин электрона, I — орбитальный момент электрона, вращение вокруг ядра.

Для описания движения электрона в атоме нужно четыре квантовых числа. Но каждый электрон в атоме не имеет одинакового значения этих чисел, согласно принципу Паули. Принципом Паули называют принцип запрета или правило заполнения энергетических уровней электроном в атоме. Число орбит электрона в атоме определяется по формуле 2л2, где n — номер орбиты. Все частицы с полуцелым спином подчиняются принципу Паули.

Дата добавления: 2014-11-29