Строение атома
Закон постоянства состава (1801–1807 г.) Пруст:
Всякое чистое вещество имеет постоянный количественный и качественный состав независимо от способов его получения. Закон кратных соотношений (1803 г.) Дальтон:
Если два элемента образуют между собой ряд соединений, то масса одного элемента, приходящаяся на одну и ту же массу другого элемента, относятся как небольшие целые числа.
Закон сохранения массы и энергии (1905 г.) Эйнштейна Е=mc2, где m – масса – мера энергии, Е – мера движения и взаимодействия различных видов материи, с – скорость света. Масса может переходить в энергию и наоборот. При протекании химических реакций (энергия до 100 кДж/моль) именение массы невозможно зарегистрировать, поэтому закон выполняется.
Девиз: «АТОМ НЕИСЧЕРПАЕМ ТАК ЖЕ КАК ВСЕЛЕННАЯ»
ЛЕКЦИЯ 2 - СТРОЕНИЕ АТОМА
План лекции
1.Строение атома (история вопроса).
2.Значение теории Бора.
3.Энергетические состояния электрона в атоме.
Атом – в переводе с греческого – неделимый. Понятие введено Демокритом как мельчайший кирпичик мироздания (V век до н.э.). Считалось, что атомы неделимы, т.е. не содержат более простых составных частей и не могут превратиться в атом другого элемента.
В конце XIX века установлен ряд фактов, свидетельствующих о сложном составе атома и о возможности их взаимопревращений.
1896 г. Явление радиоактивности (Р) (radius – луч, с латинского) обнаружил у соединений урана французский физик А.Беккерель.
Р – явление испускания некоторыми элементами излучения, способного проникать через вещества, ионизировать воздух, вызывать почернение фотопластинок.
1897 г. Английский физик Дж.Дж.Томсон открыл электрон – элементарную частицу, обладающую наименьшим существующим в природе отрицательным электрическим зарядом 1,6–10 -19 Кл. Масса 9,1–10-28 г., в 2000 раз меньше атома водорода.
1898 г. Мария Кюри-Склодовская и Пьер Кюри в составе урановых руд открыли 2 новых радиоактивных элемента – ПОЛОНИЙ (Polonia –Польша) и радий, которые оказались более мощными источниками радиоактивного излучения, чем уран и торий. Супруги Кюри и Э.Резерфорд установили неоднородность радиоактивного излучения: под действием магнитного поля оно разделяется на три пучка один из которых не изменяет первоначального направления, а два другие отклоняются в противоположном направлении.
Существование дискретных энергетических уровней атома подтвердили опыты Герца в 1914 году.
Теория Нильса Бора позволяет вычислить возможные частоты излучения, способного испускаться или поглощаться атомом, т. е. рассчитывать спектр атома водорода.
ПОСТУЛАТЫ БОРА противоречат положениям классической механики и электродинамики. Электрон может вращаться по любым орбитам и должен излучать при движении по круговой орбите.
Расчет спектра простейшего атома – атома водорода, выполненный Бором, дал блестящие результаты: вычисленное положение спектральных линий в видимой части спектра превосходно совпало с их действительным местоположением в спектре. При этом оказалось, что эти линии соответствуют переходу электрона с более удаленных орбит на вторую от ядра орбиту.
На основе своей теории БОР предсказал существование и местоположение НЕИЗВЕСТНЫХ в то время спектральных серий водорода, находящихся в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и связанных с переходом электрона на ближайшую к ядру орбиту и на орбиты более удаленные от ядра, чем вторая.
Все эти серии были ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО обнаружены.
Значение теории Бора
1. Нельзя переносить автоматически законы природы, справедливые для больших тел – объектов МАКРОМИРА, на ничтожно малые объекты МИКРОМИРА – атомы, электроны, фотоны.
ТЕОРИЯ ДОЖНА РАБОТАТЬ КАК ДЛЯ МАКРО ТАК И ДЛЯ МИКРООБЬЕКТОВ (принцип соответствия Н.Бора).
Эта задача была решена в 20-х годах ХХ в. – квантовой или волновой механикой.
Создание квантовой механики произошло на пути обобщения представления о корпускулярно-волновой двойственности фотона на все объекты микромира, и, прежде всего, на электроны.
Корпускулярные свойства фотона: Е=hv. Фотон – дискретное образование, имеющее волновые свойства: v=с/ , E=hc/ → объединяющее корпускулярные и волновые свойства фотона, но E=mc2 → mc2 = hc/ → = hc/c2m = h/cm → = h/p, где р-импульс – количество движения.
1924 г. Луи де Бройль (Франция)– автор гипотезы о волновых свойствах материи, которая легла в основу квантовой механики, предположил, что корпускулярно-волновая двойственность присуща не только фотонам, но и электронам:
= h/mv — уравнение де Бройля.