Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Атомы разных элементов различаются по массе. Совокупность одинаковых атомов образуют простое вещество, соответствующее определенному химическому элементу





3. Атомы разных элементов взаимодействуют друг с другом в целочисленных отношениях с образованием более сложных частиц – молекул.

В конце 18, начале 19 века физики сделали ряд открытий, согласно которым атом перестал быть неделимой частицей. Росло число наблюдений и экспериментов, свидетельствующих о сложном строении атома. Какие это открытия?

В 1832 году М.Фарадей установил законы электролиза и тот факт, что электричество, как и вещество можно разложить на «атомы электричества». Эти кирпичики электричества были обнаружены в опытах английского физика В. Крукса, который открыл катодные лучи – поток частиц (впоследствии названных электронами), проходящий под действием разности потенциалов через вакуум от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду). Дж.Дж.Томпсон измерил соотношение между массой и зарядом электрона, а Р.С.Малликен измерил его массу и заряд и приписал ему знак (-). Масса электрона мала и составляет 1/1837 массы атома водорода. В химии принято выражать заряды ионов в единицах зарядов электронов с соответствующим знаком: Н+, Са2+, СО32-. (см таблицу). Кроме катодных лучей в трубке Крукса с полым катодом в противоположном электронам направлении распространялись положительно заряженные лучи. Масса частиц, из которых состояли эти лучи зависела от природы газа в трубке. Масса самой легкой из частиц была равна массе атома водорода. В 1920 году эта частица была названа протоном с зарядом, равным численно заряду электрона, но с противоположным знаком (+). Дальнейшая информация о строении атома связаны с открытием радиоативности. Было установлено, что излучение радия и других радиоактивных элементов по поведению в электрическом и магнитном полях может быть разделено на три составляющие:

- альфа ( поток положительно заряженных частей атомов гелия Не2+ с массой 4а.е.м. и зарядом +2;

- бета-лучи (поток электронов);

- гамма-лучи, идентичные рентгеновским лучам.

С точки зрения современной науки было установлено, что атом – это сложная микросистема, находящихся в движении элементарных (фундаментальных) частиц.

В настоящее время нас, как химиков интересует только три частицы: электрон, протон и нейтрон. Известно в настоящее время уже более 300 частиц, из которых истинно элементарными, т. е. неделимыми являются электрон, кварк и лептон. Существует 18 типов кварков (по 3 кварка, которые удерживаются сильным взаимодействием, обусловленным самыми загадочными частицами – глюонами, которые трудно себе представить с точки зрения человеческого восприятия). Элементарные частицы имеют точечный заряд, (например, электрон, фотон), фундаментальные частицы – это частицы, имеющие конечные размеры (протон и нейтрон) -10-6 нм (1нм = 10-9м).



Первая модель строения атома, на основе новейших достижений была представлена Джозефом Джоном Томпсоном – «модель сливового пудинга»: атом – сфера положительного электричества одинаковой плотности размером 1А (10-8см), в которой свободно плавают электроны, нейтрализуя положительный заряд.

Но опыты Эрнеста Резерфорда доказали несостоятельность этой модели атома. Обстреливая тонкую золотую фольгу (толщина порядка 1000 атомов) сфокусированным пучком альфа-частиц, Резерфорд обнаружил, что лишь одна из 100000(ста тысяч) альфа-частиц резко (более, чем на 90%) отклонялись от своего первоначального направления. На этом основании был сделан вывод, что основная масса атома сосредоточена в очень малой части его объема; эта часть атома была названа ядром.

Планетарная модель атома (1906-1911гг.) Э.Резерфорда.Электроны с большой скоростью движутся по круговым орбитам вокруг ядра, подобно планетам по отношению к Солнцу, причем кулоновская сила притяжения между отдельным электроном и ядром точно компенсируется центробежной силой отталкивания: Ze2/r2 = mv2/r, где Z – заряд ядра; е – заряд электрона; m и v– его масса и скорость. Однако с точки зрения классической механики электрон, движущийся по круговой орбите, с радиусом порядка 10-8см , должен излучать электромагнитные волны, теряя энергию. В результате такой атом не мог бы существовать более 10-8сек. Кроме того, модель Резерфорда не объясняла линейчатые спектры атомов.

Более совершенная модель атома была предложена датским физиком Нильсом Бором в 1913 году (лауреат Нобелевской премии 1922г.). Бор опирался на идею Макса Планка о квантовании энергии. Планк установил, что, хотя свет, испускаемый раскаленным телом, кажется сплошным. Световая энергия (Е) поглощается или испускается раскаленными телами отдельными порциями – квантами, пропорциональными частоте (n = c/l) светового электромагнитного колебания Е = hn, где l -длина волны, h = 6,625х10-34Дж/с – коэффициент пропорциональности, названный постоянная Планкаи характеризующая размерность энергии в микромире. Таким образом, в науку было введено понятие кванта света, или некоторого светового пакета – фотона– неделимой материальной частицы (по определению Эйнштейна в исследовании фотоэффекта – испускании металлами электронов при облучении их УФ), отражающее не только волновую, но и корпускулярную природу света (частица и волна). Бор объяснил противоречия в модели Резерфорда, предложив два постулата, которые легли в основу его модели строения атома.

1. Из бесконечного числа орбит, возможных с точки зрения классической механики, допустимы лишь определенные, дискретные орбиты, по которым электрон движется, не излучая. Было введено понятие квантового числа – положительного числа n = 1,2,3,4… Если электрон располагается на ближайшей к ядру орбите, то атом обладает минимальной энергией, и такое состояние атома называется основным. Квантовое число изменяется дискретно или квантовано: n = 1,2,3,4… до бесконечности; характеризует орбиту электрона и энергию электрона на энергеическом уровне: Е1, Е2, Е3Орбиты устойчивы при условии равенства момента количества движения М целому n, кратному постоянной Планка:

М = n(h /2p)

h = h /2p - постоянная Дирака; по своему физическому смыслу это квант действия – та основная мера, которой измеряются все основные величины в микромире.

2. Атом излучает и поглощает энергию при переходе с одной орбиты на другую, при этом испускается или поглощается квант света, частота которого определяется уравнением: Еn- Еm = hn.Если m< n, то происходит переход атома из стационарного состояния с более высокой энергией на орбиту с меньшей энергией с выделением кванта лучистой энергии. При m> n наблюдается обратная картина с поглощением кванта света. В основном состоянии атомы могут только поглощать кванты света, переходя в возбужденное состояние. Возбужденный же атом может как поглощать, так испускать фотоны (рис.). Каждому такому переходу соответствует своя частота n.

Бор рассчитал скорость движения электрона в атоме водорода, энергию электрона и радиусы разрешенных орбит электрона в атоме. Важнейшей заслугой Бора явилось количественное обоснование экспериментального линейчатого спектра атома водорода.

Один из методов спектрального анализа основан на испускании света раскаленным образцом, который регистрируется специальными приборами - спектрометрами. Для получения спектров атома водорода пучок непрерывного излучения (белый свет) пропускают через раскаленный газообразный образец (водород). В пропущенном через образец пучке недостает излучения с определенными длинами волн l.На фотопленке, длины волн или частоты (n = c/l) поглощенного излучения обнаруживаются по темным линиям на фоне непрерывного спектра. Серии линий обнаружены в спектре атома водорода

- в УФ области спектра (l= 10-400нм) – серия Лаймена, соответствующая возвращению возбужденного электрона с высших энергетических уровне в основное состояние с квантовым число n = 1;

- в видимой области спектра (l= 400-700нм) – серия Бальмера, соответствующая возвращению электрона с различных высоко расположенных энергетических уровней в первое возбужденное состояние с n = 2;

- в ИК- области (l= 700 – 106 нм) – серия Пашена, соответствующая возвращению электрона на уровень с n = 3.

Если атом получит большую энергию, то электрон оторвется от атома и превратиться в положительно заряженный ион Н+.

Произведем расчеты скорости движения электрона в атоме водорода, энергию электрона и радиуса разрешенных орбит электрона в атоме.Атом водорода 1Нсостоит из ядра с одним протоном и одного электрона на орбите с n = 1.Существуют еще изотопы водорода –дейтерий 2Ни тритий 3Н, в ядре которых соответственно присутствуют один (у дейтерия) и два (у трития) нейтрона. О них речь не идет.

 

В состоянии с наименьшей энергией, так называемом основном состоянии, n = 1, r 0 = 0, 053нм. Соответственно энергия основного состояния атома водорода равна -13,6 эВ. Такое количество энергии выделится (поэтому знак минус) при образовании атома водорода из протона и электрона, находящихся в бесконечном удалении друг от друга.

Из условия Еm- Еn = hn,выразим n:

Коэффициент перед скобками есть теоретическое выражение константы Ридберга R для описания линий спектра водорода в видимой области (серия Бальмера).

R =

 

Рассчитанная по формуле константа в этом уравнении хорошо совпадала с опытной величиной константы Ридберга, что явилось триумфом теории Бора.

 

 

Атом

 

ядро (+Z) электронная оболочка(-Z)

 

Nр = Nе = Z –заряд ядра

протоны нейтроны mат = mяд = mр = mn

1p 1n

 

А (а.е.м.) = Nр + Nn = Z + Nn Nnор = Z

 

В таблице Менделеева атомные массы – дробные числа, т.к. А – это средние значения атомных масс всех известных изотопов данного элемента. Изотопы (нуклиды) - это атомы с одинаковым числом протонов, но разным количеством нейтронов: 40Са, 42Са, 43Са.

Атомный номер – фундаментальное свойство атома – это число протонов. Физический смысл атомного номера элемента раскрыл Генри Мозли (1913г.). Он открыл закон, проводя эксперимент – бомбардировал металлы катодными лучами, и они испускали рентгеновское излучение. Закон Мозли: квадратный корень частоты характеристического рентгеновского излучения прямо пропорционален некоторому числу Z, которое совпадало примерно с половиной значения атомной массы.Тесная связь между рентгеновскими спектрами и порядковыми номерами указывала на то, что порядковый номер не просто регистрирует положение элемента в ПС, а имеет определенный физический смысл. Г.Мозли предсказал также существование трех элементов: технеция, прометия и рения. Вывод о том, что заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента был подтвержден в 1920 году английским физиком Чэдвиком путем измерения зарядов ядер атомов меди, серебра и платины.

 





Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1074; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

  1. Акты разных видов
  2. Анализ параллельной работы вентиляторов установленных на разных стволах (связанных между собою горными выработками)
  3. Анализ параллельной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик
  4. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети.
  5. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик.
  6. Анализ последовательной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик.
  7. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети
  8. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик
  9. ВАЛЕНТНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
  10. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛАХ БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИЕНИЙ. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ. КИСЛОТНЫЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИООРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
  11. Влияние легирующих элементов на свойства сплавов

studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.