Лекции 8. Квантовая теория атома

Ядерная модель атома. Постулаты Н. Бора. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Спин электрона. Спектр атома водорода. Правила отбора для квантовых чисел. Ширина спектральных линий.

Модель атома Томсона.

Джозеф Джон Томсон, открывший в 1897 г. электрон, предложил рассматривать атом как положительный однородно заряженный шар, внутри которого движутся отрицательно заряженные электроны.

Найдём собственную частоту колебаний одиночного электрона в такой модели атома. Уравнение движения электрона: . Напряжённость электрического поля можно найти по теореме Гаусса:

.

Считая, что электрический заряд равномерно распределён по объёму, можно найти плотность заряда: . Выбирая в качестве поверхности S концентрическую сферу радиуса r < R, получаем:

.

Откуда , поэтому уравнение движения примет вид: . Циклическая частота колебаний равна . Указанная величина по порядку совпадает с частотами излучения атомов.

Модель атома Резерфорда.

В 1911 г. Эрнест Резерфорд провел опыты по рассеянию a-частиц (ядер атомов гелия) на атомах золота. Результаты распределения частиц по углам рассеяния показали, что положительно заряженная область занимает небольшую часть объёма атома. На основании чего Резерфорд предложил планетарную модель атома, в которой атом состоит из положительно заряженного тяжёлого ядра очень малых размеров (, размер ядра много меньше размера атома (. Вокруг тяжёлого ядра вращаются лёгкие отрицательно заряженные электроны, подобно планетам солнечной системы. Поэтому такую модель называют планетарной моделью атома.

Эта модель не может существовать с точки зрения классической электродинамики. При вращательном движении электрон движется с (центростремительным) ускорением, поэтому атом должен непрерывно излучать энергию, что должно привести к потере энергии атомом. Т.е. с классической точки зрения атом является нестабильной системой, т.к. после исчерпания энергии электрон должен упасть на ядро.

Дата добавления: 2014-01-05