 |
|
Основні положення та означення.
1.Оскільки світло випромінюється і поглинається атомами речовини, то виникає питання: яка структура атомів забезпечує квантовий характер вказаних процесів? Відповідь на це питання дав Резерфорд (1911р), аналізуючи результати експериментального дослідження розсіяння 
-частинок на тонких металічних плівках. Він запропонував ядерну модель атома, згідно з якою:
- в центрі атома
розміщене позитивно заряджене ядро 
, в якому сконцентрована практично вся маса атома. - навколо ядер по колових чи еліптичних орбітах рухаються електрони. Якщо в нейтральному атомі Z електронів, то заряд ядра
, де 
– елементарний заряд
2. Недоліки моделі Резерфорда. - Рух електрона по орбіті є прискореним, і тому, з точки зору класичної фізики, електрон, що рухається прискорено, повинен випромінювати електромагнітні хвилі, втрачати енергію і кінець кінцем впасти на ядро. Але атом – стійка система електричних зарядів. І тому, приймаючи ядерну модель атома, потрібно відмовитись від класичного опису орбітального руху електронів.
3. Недоліки моделі Резерфорда було усунено в моделі , яку розробив Н. Бор (1913 р.). В основі моделі Бора лежать два наступні постулати:
-
1. Атому властиві цілком стійкі стаціонарні стани з відповідними значеннями енергії Е1, Е2, ….. Еn , перебуваючи в яких, атом не випромінює і не поглинає енергіїНаслідок : із усіх можливих механічних станів (орбіт) електрон в атомі може перебувати лише на таких, радіус яких визначається із співвідношення 
де 
– номер орбіти, Такі стани (орбіти) називаються стаціонарними;
- 2. При переході з одного стаціонарного стану на інший електрон випромінює або поглинає квант світла з енергією, рівною різниці енергій цих станів, тобто
4. Отже, основна ідея постулатів Бора полягає в квантуванні механічних характеристик руху електронів в атомі (моменту імпульса, енергії тощо) і в стрибкоподібній зміні цих характеристик.
5. Вперше ядерна модель атома з постулатами Бора була застосована до воднеподібних атомів 
тощо), в яких навколо ядра рухається по коловій орбіті радіусом r лише один електрон. При цьому ядро вважається нерухомим, а електрон розглядається як класична матеріальна точка. Враховуючи, що в ролі доцентрової сили виступає кулонівська сила взаємодії між електроном та ядром, тобто 
, отримаємо для радіуса стаціонарної орбіти електрона вираз , 
де 
– борівський радіус, який має зміст радіуса першої ( 
орбіти електрона в атомі водню ( 
. Отже, має місце квантування радіусів стаціонарних орбіт електрона, оскільки 
.
6. Для повної механічної енергії електрона 
легко отримати вираз
,
де 
– постійна Рідберга.
7. Отже, енергія воднеподібних атомів в стаціонарних станах приймає дискретні значення, тобто квантується. Стан з найнижчою енергією 
називається основним, усі інші стани – збудженими. Стан з найвищою енергією 
відповідає іонізації атома. Отже, енергія іонізації воднеподібних атомів 
, (еВ). . Відповідно енергія на довільному рівні в атомі водню виражатиметься: 
8. Зобразимо енергетичну діаграму борівського атома водню ( . В основному стані атом може перебувати як завгодно довго. Якщо ж його перевести певним чином (теплом, світлом, ударом вільних електронів тощо) в збуджений стан, то тривалість перебування в цьому стані складає 
, і атом самовільно переходить в основний чи нижчі збуджені стани , випромінюючи фотони з енергіями
.
9. Довжини випромінюваних світлових хвиль розраховуються за серіальною формулою Бальмера:
,
де n2 – квантове число стану, з якого відбувається перехід, n1 – квантове число стану, в який переходить атом.
10. Усі спектральні лінії можна згрупувати в наступні серії: І–серія Лаймана ( 
n2 
; ІІ–серія Бальмера ( 
ІІІ–серія Пашена ( 
тощо. Лінії серії Лаймана лежать в ультрафіолетовій області, серії Бальмера – у видимій області, серії Пашена – в інфрачервоній області.
11. Теорія Бора дуже добре описала положення спектральних ліній випромінювання воднеподібних атомів, але виявилась нездатною пояснити спектри випромінювання складних атомів, а також інтенсивності спектральних ліній навіть атомарного водню. Слабкість цієї теорії зумовлена її непослідовністю: вона – напівкласична, напівквантова.
Конспект.