Історія розвитку вчення про будову

атома. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора.

Поняття атом, як і саме слово, має давньогрецьке походження, хоча істинність гіпотези про існування атомів знайшла своє

підтвердження лише в 20 столітті. Основною ідеєю, яка стояла за даним поняттям протягом всіх сторіч, було уявлення про світ як про набір величезної кількості неподільних елементів, які є

дуже простими за своєю структурою і існують від початку часів.

Розвиток вчення про

будову атома почався з

Давньої Греції. Перші роботи з

атомно-молекулярного

вчення належить Левкіппу

(500 — †440 pp. до н. е)

Демокріт (370 до н.е.) розвинув вчення про атоми

свого вчителя філософа

Левкіппа. Він приходить до ідеї

неподільних атомів, які

можуть бути різної

конфігурації.

Епікур – послідовник Демокріта висунув ідею про те, що всередині атома існує безперервний рух і атоми можуть взаємодіяти між собою.

Атомно-молекулярне вчення створено на поч. 18ст. М.В. Ломоносовим і Дж. Дальтоном.

Не відразу вчені дійшли правильного

розуміння будови атома. Після перших експериментів можна

було робити висновки про

складну будову атома і наявність в його

структурі електричних зарядів.

Ці результати отримано

М.Фарадеєм 1833 року під час

вивчення законів електролізу.

1897 року Джозеф Джон Томсон, вивчаючи катодні промені, відкрив електрон і прийшов до висновку, що вони є у кожному атомі. Він виміряв важливу характеристику цієї частинки - питомий заряд - e/m = 1,76·10-

11 Кл/кг. Таким чином, було спростоване припущення, що атоми є неподільними компонентами речовини.

Він створив першу модель будови атома, яка отримала назву моделі сливового пудинга, де негативно заряджені електрони, що плавають в

однорідній позитивно зарядженій сфері.

Американський фізик Міллікен 1909р. дуже точно виміряв заряд електрона. Він виявився однаковим у всіх електронів і дорівнює: e = – 1,6·10-19 Кл.

В 1909 р. Ганс Гейгер, Ернест Резерфорд і Ернест Марсден після

дослідів із бомбардування золотої фольги альфа-частинками виявили, що

невелика частина альфа-частинки відбиваються, що йде врозріз з

прогнозами моделі Томсона. Виходячи з цих результатів, Резерфорд створив

нову модель атома, що отримала назву планетарної.

Розсіювання α-частинки в атомі Томсона (a) і в атомі Резерфорда (b)

У цій моделі додатній заряд і основна маса атома зосереджена в ядрі, навколо якого обертаються

негативно заряджені електронів. Таким чином, на підставі одержаних експериментальних даних Е.

Резерфорд запропонував ядерну модель атома, яка узгоджувалася з результатами його дослідів і пояснювала багато інших явищ, пов’язаних із

будовою атома.

Планетарна модель атома багато пояснила в його будові, але одразу після її створення виникли труднощі: ядро заряджено позитивно, а електрони - негативно. Між ними існує кулонівська сила притягання. Для того, щоб електрони не впали на ядро, вони мусять рухатись навколо нього з доцентровим прискоренням. З теорії Максвелла випливає, що якщо заряд рухається з прискоренням, то при цьому має випромінюватись електромагнітна хвиля, а розрахунки показують, що за час  ∆t ≈10-8 електрон, рухаючись по спіралі мусить припинити свій рух.

Дослідні ж дані показували, що за нормальних умов

атом не випромінює

енергію і існує як завгодно довго.

Вихід із ситуації 1913 року

запропонував датський фізик

Нільс Бор.

Бор створив теорію атома на основі таких постулатів:1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія En. У стаціонарному стані атом енергію не випромінює.2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких hn визначають за формулою hnkn = Ek – En, (1)де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо Ek > En фотон з частотою nkn випромінюється, якщо Ek < En - поглинається.

3. Радіуси rn стаціонарних станів задовольняють умову:

де n = 1, 2, 3, …, m - маса електрона,    - зведена стала Планка.

Інколи частоту випромінювання можна записати таким чином:

Поглинаючи світло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в

стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні

стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно

довго кожен атом може знаходитись лише в

стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії.

Цей стан атома називається основним, всі

інші - збудженими.

Постулати Бора дозволяють визначити частоти випромінювання атомів водню під час переходу між

різними станами. Усі частоти випромінювань атома водню складають низку серій, кожна з яких утворюється

під час переходу атома з одного енергетичного стану в інший.

Існують такі серії:1. серія Лаймана, що відповідає переходу електрона на першу орбіту з другої, третьої і т. д.

2. серія Бальмера, коли електрони переходять на другу орбіту з третьої, четвертої і т.д.

3. серія Пашена, коли переходять електрони на третю

орбіту або на третій рівень з четвертої, п'ятої і т. д.

Атомна модель Бора

На основі постулатів Бора можна визначити частоти nkn і nnk атомів електромагнітних хвиль, що випромінюють:

де R = 3,27·1015 c-1 - стала Ридберга.

Найбільший успіх теорія Бора мала в застосуванні до атома водню, для якого вдалося побудувати кількісну теорію спектра. Проте побудувати

кількісну теорію вже для наступного за воднем атома гелію за допомогою постулатів Бора не вдалося. Ця теорія була штучним поєднанням класичних законів фізики і квантових уявлень.

http://elearn.univector.net/mod/book/view.php?id=6708&chapterid=4

http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC

Джерела