Вопрос № 4.

Ядерная модель Резерфорда. Противоречия ядерной модели. Постулаты Бора.

В 1911 г. Резерфорд для проверки модели Томсона провёл опыт с частицами

1 из 10.000 ZnS

Сu, Ag, Pl

1)В центре атома находится положительно заряженное ядро. В нем сосредоточена почти вся масса атома. Положительно заряженные частицы ядра он назвал протоны .

Ядро занимает ничтожно малую часть внутреннего пространства.

r_атома>r_ядра 10⁴ - 10⁵

2 ) Вокруг ядра вращаются электроны, их число равно числу протон в ядре, атом электронейтрален.

H

+ е

3) Электростатическое притяжение между ядром и электроном уравновешивается центробежной силой электрона.

Атом – система устойчивая.

Планетарная или атомная модель атома.

Недостатки теории Резерфорда: по его мнению электрон вращаясь вокруг ядра непрерывно излучает энергию и спектр атома должен быть сплошным, а он линейчатый. Резерфорд работая с - частицами не только обнаружил ядро в атоме, но и определил заряд ядра. Он определил заряд ядер атомов металла из которых была сделана фольга.

P

Заряд ядра был близок к порядковому номеру

l 77,4

Ag 46,3

Cu 29,3

В 1913 Мозли работая в лаборатории Резерфорда изучал рентгеновские спектры некоторых элементов. Он установил простую связь между длиной волны рентгеновского спектра и порядковым № элемента. Оказалось что длина волны равномерно уменьшается с увеличением порядкового № элемента.

Противоречия:

1) Теория Резерфорда не могла объяснить устойчивости атома. Электрон, вращающийся вокруг положительно заряженного ядра, должен, подобно колеблющемуся электрическому заряду испускать электромагнитную энергию в виде световых волн. Но излучая свет электрон теряет часть своей энергии, что приводит к нарушению равновесия между центробежной силой, связанной с вращением электрона, и силой электростатического притяжения электрона к ядру. Для восстановления равновесия электрон должен переместиться ближе к ядру. Таким образом, электрон, непрерывно излучая электромагнитную энергию и двигаясь по спирали, будет приближаться к ядру. Исчерпав всю свою энергию, он должен упасть на ядро, - и атом прекратит свое существование. Этот вывод противоречит реальным свойствам атомов, которые представляют собой устойчивые образования и могут существовать, не разрушаясь чрезвычайно долго.

2) Модель Резерфорда приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров. Электрон, вращаясь вокруг ядра , должен приближаться к ядру, непрерывно меняя скорость своего движения. Частота испускаемого им света определяется частотой его вращения и, следовательно, должна непрерывно меняться. Это означает, что спектр излучения атома должен быть непрерывным, сплошным, а это не соответствует действительности. Таким образом, теория Резерфорда не смогла объяснить ни существование устойчивых атомов, ни наличия у них линейчатых спектров.

Существенный шаг в развитии представлений о строении атома сделал в 1913 г. Нильс Бор, предложивший теорию, объединяющую ядерную модель атома с квантовой теорией.

В 1913г. Нильс Бор предложил теорию строения атома водорода, в которой связал планетарную модель атома с квантовой теорией излучения Планка и учения Эйнштейна о световых квантах. Бор показал, что если квантуется вся энергия, то энергия электрона тоже должна квантоваться.

В 1900 Планк доказал, что чистая энергия излучается квантом, энергия одного кванта рассчитывается по простой формуле.

E=h , где h-постоянная Планка, v-частота квантовой колебаний: h=6,626 10^-34 Дж*Сек.

С= * Е= =

Фотон обладает массой

E =mc² mc²= =

фотон

Волновые - = - корпускулярные

Уравнение показывает корпускулярные – волновые свойства фотона

В своих постулатах Бор учитывал, что энергия электрона в атоме изменяется скачкообразно – дискретно.

Постулаты:

1. Электрон вращается вокруг ядра не по любым орбитам, а по стационарным, радиусы которых относятся к квадрату целых чисел.

2. Двигаясь по стационарной орбите электрон энергию не излучает и не поглощает, он находится в основном состоянии r₁=0,053 Hм.

3. Излучение или помещение энергии происходит, при переходе электрона с одной орбиты на другую.

∆Е=Ен-Ек ∆Е=h =

=

Излучение, испускаемое твёрдыми телами или жидкостями, всегда дает сплошной спектр. Излучение, испускаемое раскаленными газами и парами, в отличие от излучения твердых тел и жидкостей, содержит только определенные длины волн. Поэтому вместо сплошной полосы на получается ряд отдельных цветных линий, разделенных тёмными промежутками. Число и расположение этих линий зависит от природы раскалённого газа или пара. Такие спектры называются линейчатыми.

Например: пары калия дают спектр, состоящий из трёх линий – 2-х красных и одной фиолетовой; в спектре паров кальция несколько красных, желтых и зеленых линий.

Теория Бора не только объяснила физическую природу атомных спектров как результат перехода атомных электронов с одних стационарных орбит на другие, но и впервые позволила рассчитывать спектры. 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.

Бор не ограничился объяснением уже известных свойств спектра водорода, но на основе своей теории предсказал существовании 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 спектральные серии были в последствии экспериментально обнаружены в замечательном согласии с расчетами Бора.