Строение атома

1.

2.

• Атом - именно это понятие было
введено более 20 столетий назад
древнегреческим ученым Левкиппом
для обозначения мельчайших единиц
бытия.

3. Начальные представления о строении атома

Вещества состоят из
атомов –
мельчайших неделимых
частиц
(атомос (греч.)- неделимый)
Демокрит
(ок.460 – 370 до н.э.)

4.

Ломоносов
Михаил Васильевич
(1711-1765)
Лавуазье
Антуан Лоран
(1743-1794)
Доказана реальность существования
атомов

5. 1833г. Исследование явления электролиза

Ток в растворе электролита это
упорядоченное движение
заряженных частиц – ионов
Фарадей
Майкл
(1791-1867)
Элементарный
электрический заряд
e = 1,6·10–19 Кл
В состав атомов входят заряженные частицы

6.

1885 г.
Исследование линейчатых
спектров
Бальмер
Иоганн Якоб
(1825-1898)
Открыты дискретные
спектральные линии в
излучении атомов
водорода в видимой
части спектра
Атомы имеют сложную структуру

7.

1896 г.
Соли урана являются
источником неизвестного
излучения
Открыто явление
радиоактивности
Беккерель
Антуан Анри
(1852-1908)

8.

Склодовская-Кюри
Мария
(1867-1934)
Кюри Пьер
(1859-1906)

9.

Радиоактивное излучение
α-лучи
Поток ионов
гелия
β-лучи
Поток быстрых
электронов
γ-лучи
Жесткое
электромаг
нитное
излучение
В состав атомов входят электроны

10.

1897 г.
Открыл электрон
и измерил отношение e / m
заряда электрона к массе.
Томсон
Джозеф Джон
(1856-1940)
Электроны входят в состав атомов

11. Модель атома Томсона

Мысль об электронном
строении атома, впервые
высказанную В. Вебером в
1896 г., развил X. Лоренц:
электроны входят в
состав атома.
Опираясь на эти открытия,
Дж. Томсон в 1898 г.
предложил модель атома в
виде положительно
заряженного шара радиусом
10-10 м., в котором плавают
электроны, нейтрализующие
положительный заряд.

12.

1911г.
Проверка
состоятельности
модели атома Томсона
Резерфорд Эрнест
(1871-1937)

13. Ядерная модель атома

• Экспериментальная проверка модели
Томсона была осуществлена в 1911 г.
английским физиком Э. Резерфордом.
• Идея опыта заключалась в изучении
рассеяния -частиц (заряд +2е, масса
6,64*10-27 кг) на атомах вещества.
• -частицы были выбраны, т.к. их
кинетическая энергия много больше
кинетической энергии электронов ( -лучи) и,
в отличие от -лучей они имеют
электрический заряд.

14. Опыт Резерфорда

Пучок -частиц пропускался через тонкую золотую фольгу. Золото
было выбрано как очень пластичный материал, из которого можно
получить фольгу толщиной практически в один атомный слой. Опыты
были повторены и на других материалах.

15. Выводы из опыта Резерфорда

Э. Резерфорд и его помощники обнаружили, что какая-то часть
-частиц отклоняется на довольно значительный угол от
своего первоначального направления, а небольшая часть
отражается от фольги.
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в
противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих
опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную)
модель строения атома:
1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с
размерами самого атома ( 10-15 м).
2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по
всему объему атома и компенсирует положительный
заряд ядра.

16. Атом по Резерфорду

это положительно заряженное
ядро в центре атома и
электроны на орбитах вокруг
ядра
характер движения электронов
определяется действием
кулоновских сил со стороны
ядра
диаметр ядра в 100000 раз
меньше диаметра атома
масса ядра составляет 99,4%
от массы всего атома
заряд ядра по модулю равен
сумме зарядов электронов,
поэтому атом в целом
нейтрален.

17. Размеры атома и ядра

Радиус атома
R ≈ 10-10 м
Радиус ядра
R ≈ 10-15 м

18. Недостатки планетарной модели

Предложенная модель строения атома не позволила
объяснить устойчивость атома:
ускоренное движение электрона согласно теории Максвелла
сопровождается электромагнитным излучением, поэтому
энергия электрона уменьшается, и он движется по спирали,
приближаясь к ядру. Казалось бы, электрон должен упасть на
ядро (расчет показывает, что это должно произойти за 10-8 с),
так как при движении по спирали уменьшается энергия
электрона, в действительности атомы являются устойчивыми
системами;
спектр излучения при этом должен быть непрерывным
(должны присутствовать все длины волн). На опыте спектр
получается линейчатым;
нет ответа на вопрос о строении ядра. Если в него входят
только положительные частицы, то почему они не
отталкиваются?

19.

Модель атома Бора
«Перед нами - безумная теория.
Вопрос в том, достаточно ли она безумна,
чтобы быть верной?»
Нильс Бор

20. I постулат - постулат стационарных состояний:

I постулат - постулат
стационарных состояний:
• В атоме существуют стационарные квантовые
состояния. В этих состояниях атом не излучает
электромагнитных волн.
• Каждому стационарному состоянию атома
соответствует определенная энергия атома.
Стационарным состояниям соответствуют
стационарные орбиты, по которым движутся
электроны.

21. II постулат - правило частот:

II постулат - правило частот:
• При переходе атома из одного стационарного
состояния в другое излучается или поглощается
квант электромагнитного излучения – фотон.
а) Атом излучает фотон, когда электрон переходит
из состояния с большей энергией (Еk) в состояние с
меньшей энергией (Еn).
Энергия излученного фотона:

22.

Переходы в первое
возбужденное состояние (Е2) с
верхних уровней соответствует
частотам видимой части (кр з с)
спектра водорода.
При поглощении атомом
фотона, атом переходит в
возбужденное состояние, при
этом электрон переходит на
более отдаленную орбиту и его
связь с ядром слабеет.

23. Модель атома водорода по Бору

• Свои постулаты Н. Бор применил для построения
теории строения простейшего атома (атома
водорода).
Согласно этой теории Бор смог вычислить для
атома водорода:
- возможные радиусы орбит электрона и размеры
атома
- энергии стационарных состояний атома
- частоты излучаемых и поглощаемых
электромагнитных волн.

24. Правило квантования орбит:

• Электроны могут двигаться в атоме только
по определённым орбитам, которые
определяются условием:
mv n rn n
• где rn - радиус n-ой орбиты; vn - скорость электрона
на этой орбите; m - масса электрона, n - целое число
- номер орбиты (главное квантовое число).

25.

• Выражение для радиусов
разрешённых орбит:
2
2
nh
rn
2
m e

26.

Квантованные значения
радиусов орбит:
r1 : r2 : r3 n : n : n ....
2
1
2
2
2
3

27. Постулаты Бора объясняют происхождение линейчатых спектров и их закономерности

28. По второму постулату Бора возможные частоты излучения водорода равны:

Ek En
kn
, или
h
1
1
kn R ( 2 2 )
n
k
где R – постоянная Ридберга, равна 3,2*1015 с-1;
n и k – номера орбит.

29.

• В спектре водорода обнаружены
следующие серии:
• n = 1 - серия Лаймана ультрафиолетовое излучение
• n = 2 - серия Бальмера (1885г.) видимое излучение
• n = 3 - серия Пашена - инфракрасное
излучение
• и т.д.

30. P.S. Надо помнить!

P.S. Надо помнить!
• Однако, надо помнить, что для атомов с большим
числом электронов ( больше 1) расчеты по теории
Бора неприменимы (например, уже для гелия).
Движение электрона в атоме мало похоже на
движение планет по орбитам.
• Точнее, электрон на орбите можно смоделировать
электронным облаком, имеющим разную плотность.
Орбитой электрона в атоме называется
геометрическое место точек, в которых с
наибольшей вероятностью можно его обнаружить.

31. Трудности теории Бора

Правило квантования Бора применимо не всегда,
представление об определенных орбитах, по
которым движется электрон в атоме Бора, оказалось
условным. Теория Бора неприменима для
многоэлектронных атомов и не объясняет ряд
спектральных закономерностей.
В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность
перехода атома с высшего энергетического
состояния в низшее под влиянием внешнего
воздействия. Такое излучение называется
вынужденным излучением и лежит в основе работы
лазеров.

32.

• В 1908 году знаменитый физик Эрнест
Резерфорд сказал, что он имел дело со многими
превращениями в природе, но такое сиюминутное
превращение ему вряд ли удалось бы предвидеть. –
Из физиков в химики!
В 1908 году Э. Резерфорд получил Нобелевскую
премию по химии за свои работы в области
изучения атома. В те годы исследования по
строению атома и радиоактивности относили к
химии.