Vývoj představ o stavbě atomu

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je PaedDr. Pavel KovářDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3

Autor PaedDr. Pavel Kovář

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-In-F/2-MA-3/17Název DUM Vývoj představ o stavbě atomu

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 36-52-H/01

Obor vzdělávání Instalatér

Vyučovací předmět Fyzika

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, vyžaduje doplňující výklad náplň: Vývoj přestav o stavbě atomu – beseda

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Atom, model, stavba atomu

Datum 25. 3. 2013

Vývoj představ o stavbě atomu

Náplň výuky

Specifikace slova ATOMJaké vlastnosti atomu ve své době postačovaly k jeho popisuAntika – atomisté Demokritos Leukipos a EpikúrosPředstava Daltonova a MendělejevovaThomsonův pudingový model atomuRuthefordův planetární model atomuBohrův kvantově mechanický model atomuSommerfeldův model atomuNástin současných představy o stavbě atomového jádra

Antická představa o nemožnosti nekonečné dělitelnosti

elementu materiáluústila z čistě logické myšlenky.

Tou byla nemožnost dělit materiál na stále menší a menší části.

Zavádí se termín ATOMOS = NEDĚLITELNÝ.

Raně fyzikální model „ATOMOS“ je základní filozofickou i čistě stavební jednotkou jakékoli látky

(atom dřeva, atom pískovce, atom lidského vlasu či okvětního lístku)Tato představa o stavbě látky je připisována Demokritovi, Epikúrovi a Leukipovi

Obr. 1

Obr. 3Obr. 2

Thomsonův (pudingový) model atomuVědecký přínos do současnosti – záporný elektron, elektrické síly v atomu…

Ohmův zákonKirchhoffovy zákony

Obr. 4

Nedostatky:

Přednosti :uvnitř atomu působí elektr ická s í la, tok elektronů vnímáme jako elektr ickýproud, jsme schopni modelovat pojemelektr ický potenciál a elektr ické napětíOhmův zákon a oba Kirchohoff ovy zákonyvystačí s představou pudingového modelu.

Neřeší problém magneti ckého pole a nenachází souvis lost s polem elektr ickým. Model je koncepčně naivní .

Ruthefordův(planetární) model atomu

Modelová představaElektron = planetaJádro = Slunce

Alfa++ částice = jádro helia

Obr. 5

Obr. 6

Přednosti :

Nedostatky:

Rutheford svým pokusem s alfa-částicemi a zlatou fólií přesvědčivě dokazuje, že atom má velmi malé, kladné jádro s neuvěřitelně vysokou hustotou, jádro do něhož je prakticky soustředěna veškerá hmotnost atomu. Thomsonův poznatek o záporném náboji elektronu je potvrzen a dráha elektronu se z beztvarého mraku u Thomsonova modelu zpřesnila na jasně definovanou kružnici (pozdějším zdrojem chyb při vysvětlování násobných spektrálních čar v atomu vodíku …) Poprvé je zavedeno kvantování, které popis mikrosvěta ovlivňuje doposud.

Obecná pozice elektronu na orbitu je nemožná, elektron by velmi rychle interagoval s jádrem atomu za doprovodu intenzívního gama záblesku a následného zániku hmoty v té podobě, jak ji známe. Vysvětlení těchto zdánlivých rozporů čekalo na kvantovou teorii, která je poskytla.

Absorpční spektrální čáry (tzv. série Fraunhoferových čar). Ani Bohrův model, který přichází s myšlenkou kvantování drah elektronů, nevysvětluje násobnost spektrálních čar. Jejich objasnění uspokojivě nabízí až model Sommerfeldův.

obr. 7

Pozn. :H-alfa (Hα) je specifická červená (viditelná) spektrální čára o vlnové délce 656,28 nm vytvářená vodíkem. Vznikne, když vodíkový elektron klesne na třetí z druhé nejnižší energetické hladiny. Pro člověka je obtížné vidět H-alfa v noci, ale vzhledem k množství vodíku ve vesmíru se H-alfa často stává nejjasnější vlnovou délkou viditelného světla ve hvězdné astronomii.

Co je to kvantování … jak s i je l ze představi t

0 ,5 l i t ru BZ

0,5 l i t ru BZ

1 l i t r BZ

1 l i t r BZ

a)

b)

c)

d)

Jde o stejný typ automobilu. Nádrž naplněná daným objemem PHM nutně kvantuje dojezd vozů

Bohrův model atomu

EnergieVyšší energetická hladina orbitu elektronu.Tentýž elektron jako na obr. vlevo – pouze po dodávce energetického kvanta

Původní, nižší energetická hladina

Zvenku dodaná energie může mít formu např. dopaduvnějšího záření (RTG záření)

n=2

n=1

n=1

+ +

Přijme-li atom vnější energii, posouvá se orbit elektronu z nižší hladina na vyšší.Vydá-li atom energii (luminiscence, laser) elektron klesá z vyšší energetické dráhy na nižší.

Obr. 8

Přednosti :

Nedostatky:Bohrův model nevysvětluje existenci dubletů, tripletů či obecně multipletů – tedy násobných spektrálních čar, které vznikají při přechodu elektronu z jednoho orbitu na druhý. Na kruhových drahách kopírujících Bohrův model bychom předpokládali jednu ostrou spektrální čáru.Bohrův model atomu zůstává u popisu jediného atomu – a to atomu vodíku. Kterýkoli složitější atom natolik komplikuje výpočty, že jeho řešení je prakticky nemožné.

Kvantování drah a energetická kvanta , která přijímá elektronový obal, přechody elektronu na vyšší příp. nižší orbit – ty položily základy moderní atomové fyzice. Bohrův model je pro atom vodíku natolik elegantně vyřešen, že se dodnes vyučuje pro svou srozumitelnost a matematickou krásu.

Obr. 9

Sommerfeldův model atomuZákladním orbitem pro kvantovou dráhu n=1 zůstává ve shodě s Bohrovým modelem kružnice (resp. koule) Vyšší orbity však tvoří stáčející se elipsy (kvantové číslo l) jimiž je nový model (viz obr. 9) charakteristický.

Důležitou roli v popisu tohoto modelu atomuhraje pravděpodobnostvýskytu částice v dané oblasti.

Podrobnějším popisem sezabýval v roce 1926rakouskýfyzikErwinSchrödinger

Tato představa o atomovém obalu je základem současného pohledu na atom.Nehledáme konkrétní pozici částice, řešíme však pravděpodobnost jejího výskytu.Erwin Schrödinger, Paul Dirac…

Kontrolní otázky: Popiš Thomsonův model atomu. Uveďte přednosti a vědecký přínos Ruthefordova modelu atomu. Jaké nedostatky měl Bohrův model atomu? Načrtni schéma Sommerfeldova popisu atomu a uveď jeho stručnou

charakteristiku.

Problémová úloha:Pomocí internetového vyhledávače zjisti, co to byla tzv. Schrödingerova kočka (úsměvný příměr pohledu statistické fyziky na hmotu)…

Obr. 1: vlastní

Obr. 2: vlastní

Obr. 3: vlastní

Obr. 4: vlastní

Obr. 5: vlastní

Obr. 6: Anonym, [vid 11. 1. 2013], dostupné z: http://www.google.cz/imgres?q=model+atomu&num=10&hl=cs&tbo=d&biw=1366&bih=671&tbm=isch&tbnid=qeibBNMPWoe6ZM:&imgrefurl

Obr. 7: Anonym, [vid 11. 1. 2013] dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Fraunhofer_lines.jpg

Obr. 8: vlastní

Obr. 9: Anonym, [vid 11. 1. 2013] dostupné z: http://www.google.cz/search?num=10&hl=cs&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1366&bih=671&q=model+atomu&oq=model+atomu&gs

Seznam obrázků:

Seznam použité literatury: