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)

Модель атома Бора (1913 г.)





Ядерная модель атома Э.Резерфорда (1911 г.).

Модель атома Томсона ( 1903 г.).

Д.И. Менделеева

Лекция 5. Строение электронных оболочек атома и периодический закон

 

1. Развитие представлений о строении атома.

2. Квантовые числа.

3. Электронные формулы и электронно-структурные схемы атомов.

 

 

1. Развитие представлений о строении атома

До конца 19 века атом считался конечной неделимой частицей материи. Однако в конце 19 века были сделаны следующие открытия:

1) открытие катодных лучей (1879 г.);

2) открытие радиоактивности (1896 г.);

3) рентгеновских лучей (1895 г.);

4) электролиза и фотоэлектрического эффекта;

5) открытие электрона (1897 г.).

Все эти открытия свидетельствовали о том, что атом - это сложная частица и состоит из более мелких частиц. Поэтому был предложен ряд моделей строения атома.

По Томсону атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома. Этот положительный заряд нейтрализуется электронами, которые колеблются внутри этого положительного заряда.

Эта модель была опровергнута опытами Резерфорда, который создал ядерную модель атома.

Согласно этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В ядре находится подавляющая часть массы атома (93-99%). Размеры ядра очень малы по сравнению с размерами атома в целом: диаметр атома равен примерно 10-10 м, а диаметр ядра равен 10-15 - 10-14м. Вокруг ядра вращаются электроны по электронным орбитам подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца (поэтому эта модель еще называется планетарной).

Эта модель была усовершенствована Нильсом Бором (Дания).

Нильс Бор создал модель атома. Основные положения теории Бора следующие:

1) Электрон в атоме может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам, которые называются стационарными.

2) Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает и не поглощает энергии.

3) Поглощение или излучение атомом энергии происходит только при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом энергия испускается или поглощается в виде кванта электромагнитного излучения.



Следующим этапом в развитии теории строения атома явилась квантовая механика, которая изучала движение микрочастиц (электрон, фотон, нейтрон и др.).

Основным положением квантовой механики является корпускулярно-волновая двойственность микрочастиц (электрона, фотона, нейтрона и других маленьких частиц), т.е. микрочастица обладает и свойствами частицы, и свойствами волны.

Впервые корпускулярно-волновая двойственность была доказана для света. С одной стороны свет состоит из микрочастиц (фотонов), переносящих кванты энергии. С другой стороны свет распространяется как волна и характеризуется длиной волны λ. Явления дифракции и интерференции света доказывают его волновую природу. В то же время свет обладает массой, энергией, давлением, вызывает фотоэффект, т.е. проявляет свойства частицы.

Энергия фотона выражается уравнением Планка (1900 г.):

Е = h · n,

где h – постоянная Планка,

n - частота колебания света.

В то же время фотон с энергией Е обладает и массой "m" в соответствии с уравнением Эйнштейна (1905 г.), которое справедливо как для макротел (больших тел), так и для микрочастиц:

Е = mс2,

где с – скорость света.

Отсюда получаем: hn = mс2.

Так как n = с/l (где l - длина волны света), то получим: h × с/l = mс2. После сокращений получим:

l = h/mс(1)

В 1924 г. Луи де Бройль предположил, что корпускулярно-волновые свойства имеют не только фотоны света, но и все микрочастицы (в том числе и электрон). Поэтому для электрона можно записать уравнение, аналогичное уравнению (1):

l = h/mυ(2)– уравнение де Бройля.

Согласно этого уравнения, микрочастице (например, электрону) массой “m” и движущейся со скоростью υ, соответствует волна длиной l. Другими словами: каждая движущаяся микрочастица одновременно обладает свойствами волны.

Предположение де Бройля о наличии у электрона волновых свойств была подтверждена на опыте, когда в 1927 г. было установлено для электрона явление дифракции, причем длина волны электрона совпадала с рассчитанной по уравнению де Бройля и равна 10-10 м, т.е. соизмерима с размерами атомов.

В 1926 г. австрийский физик Э.Шредингер предложил волновое уравнение:

(d2y/dх2) + (d2y/dу2) + (d2y/dz2) + (8p2m/h2) (E – U) y = 0,

где y - (ПСИ) – волновая функция, описывающая волновое движение электронов в атоме,

х, у, z - координаты трехмерного пространства,

h – постоянная Планка,

m – масса электрона,

Е – полная (общая) энергия электрона,

U – потенциальная энергия электрона.

Таким образом, волновое уравнение Шредингера связывает волновую функцию y с энергией электрона Е и с координатами электрона в атоме (х, у, z). Волновая функция y соответствует амплитуде волны (но до конца физический смысл y не установлен),поэтому y может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Важный физический смысл имеет квадрат волновой функции, а именно y2 · ΔV – это произведение представляет собой вероятность нахождения электрона в малом объеме атома ΔV. Решая уравнение Шредингера, можно для данного значения энергии электрона Е и заданных значений х, у, z рассчитать значение y, а значит и y2, т.е. найти вероятность нахождения электрона в данной точке атома с координатами х, у, z. Рассчитывая y при других значениях энергии Е, можно описать движение электрона в атоме.

Корпускулярно-волновую двойственность электрона объясняет установленный В.Гейзенбергом (1927 г.) принцип неопределенности: невозможно одновременно точно определить местонахождение (координату х) электрона и его скорость v, т.е. Δх ∙ Δυ ≥ h/m, т.е. произведение неопределенностей координаты Δх и скорости Δυ никогда не может быть меньше h/m, т.е. некоторой постоянной величины (где m – масса электрона, h – постоянная Планка).



Чем точнее определены координаты электрона в атоме (т.е. чем меньше неопределенность Δх), тем менее точно определена скорость υ электрона (т.е. больше Δυ) и наоборот. Так, если положение электрона определено с точностью Δх = 10-12 м, т.е. довольно точно, то неопределенность в скорости Δυ будет равна 58 000 км/сек (при скорости электрона примерно 2000 км/сек), т.е. ошибка в определении скорости в 29 раз больше, чем сама скорость, поэтому скорость мы не определили.

На основании принципа неопределенности характер движения электрона в атоме не может быть точно установлен. Поэтому представления об электроне только как о материальной точке, движущейся в атоме по определенным орбитам (с точки зрения ядерной модели атома Э.Резерфорда), неправильно. Правильнее рассматривать лишь вероятность нахождения электрона в том или ином месте атома (и эта вероятность пропорциональна ψ2). Поэтому рассматривают изображение электрона “размазанного” (распределенного) по всему объему атома в виде электронного облака . Чем плотнее расположены точки в том или ином месте атома, тем больше величина ψ2 Δυ, т.е. больше вероятность нахождения электрона в этом месте атома, тем больше плотность электронного облака.

Таким образом, электронное облако - это модель, описывающая состояние электрона в атоме с точки зрения квантовой механики. Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно пребывание электрона в атоме, называется атомной орбиталью.

 

2. Квантовые числа





Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 361; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


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



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) 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.