Основные концепции квантовой механики. Строение атомов

Квантовая физика – это физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне. Ее начало совпало с началом XX в. Немецкий физик М. Планк в 1900 г. Предположил, что свет испускается неделимыми порциями энергии – квантами и представил это в виде формулы E=hv, где E - энергия, v- частота света, h- универсальная постоянная, характеризующая меру дискретной порции энергии, которой обмениваются вещество и излучение. В атомную теорию вошли, т.о., прерывистые физические величины, изменяющиеся только скачками.

Изучение внутреннего строения атомов начинается с 1897 г., когда английский физик Д.Д. Томсон (1856-1940) при исследовании катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах, открыл электрон.

В 1911г. английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) после исследования движения альфа-частиц в газах и др. веществах предложил планетарную модель атома. Согласно модели Резерфорда, в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Так как масса электрона ничтожно мала, то почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

Далее было установлено, что чем больше заряд ядра, тем сильнее отклоняются альфа-частицы от прямолинейного пути при прохождении через вещество. Это позволило уточнить формулировку периодического закона Д.М. Менделеева: химические свойства элементов находятся в периодической зависимости не от атомной массы элементов, а от электрического заряда их ядер. В соответствии с величиной заряда ядер элементы выстраиваются в определенной последовательности.

В свою очередь, в модели Резерфорда имелись существенные недостатки. Согласно классической электродинамике, электрон в процессе вращения с центростремительным ускорением должен часть своей энергии терять на излучение и за короткое время упасть на ядро. Спектр излучения атома должен быть непрерывным.

Частично эти недостатки удалось исправить датскому физику Нильсу Бору(1885-1962), который сформулировал два постулата:

1) В атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение по стационарным орбитам не сопровождается излучением.

2) При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией, равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.

Теория атома Н. Бора позволяла дать точное описание атома водорода. Дальнейшее распространение теории на многоэлектронные атомы и молекулы столкнулось с непреодолимыми трудностями. Как стало ясно в ходе развития квантовой теории, эти трудности главным образом были связаны с волновыми свойствами электрона. Длина волны движущегося в атоме электрона равна примерно 10^-8см, т. е. она того же порядка, что и размер атома. Электрон не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны.

Атомную модель Н. Бора не следует понимать буквально. Процессы в атоме, в принципе, нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире.

Дата добавления: 2014-01-07