1.Цель работы:
Изучение эмиссионных спектров атомарного водорода и ртути и неизвестного элемента; идентификация неизвестного элемента с использованием табличных данных.
Характеристичность спектров атомов позволяет использовать их для идентификации элементов. Каждому химическому элементу соответствует свои характеристический набор линий в спектре. Идентификация химического элемента может осуществляться, как минимум, по трем линиям его эмиссионного спектра.
2. Основные законы, формулы и определения, теоретическая часть.
Ионизация атомов
Энергия, необходимая для удаления электрона из атома, носит название энергии, или потенциала ионизации атома. Различают первую, вторую и так далее – по числу электронов в атоме – энергии ионизации. Интервал, в котором заключены первые энергии ионизации известных атомов простирается от 380 кДж/моль (для цезия) до 2400 кДж/моль (для гелия).
В
атоме водорода на каждом из дискретных
энергетических уровней энергия электрона
считается равной, здесь Z
есть заряд ядра, R – константа, а
n=1,2,3,4... – это главное квантовое число.
Данное выражение носит название
спектральный терм атома – это, собственно,
энергия, необходимая для удаления
электрона с данного уровня, т.е. энергия
ионизации одноэлектронного атома
Квантование энергии.
О
бъединяя
уравнение М.Планка E=hv
с известной формулой А.Эйнштейна E=mc*c
и уравнением энергии кванта, получаем
связь длины волны и массы фотона.
Французский учёный Де Бройль предположил,
что не только фотону, но и любой другой
движущейся со скоростью V
частице, можно приписать некоторую
длину волны. Уравнение
объединяет волновую и корпускулярную
теории.
Квантово-механическое описание атома.
Современная теория атома строится на базе волновой концепции австрийского физика Э.Шредингера, точнее – на основе волнового уравнения, описывающего состояние электрона в атоме.
Принимая в расчет корпускулярно-волновой дуализм электрона и другие накопленные наукой знания об атоме, Э.Шрёдингер выдвинул концепцию о том, что движение электрона в атоме может быть описано волновым уравнением с граничными условиями. В качестве таковых предпопожено равенство нулю волновой функции при нулевой и при бесконечной координате электрона относительно ядра. Вводя в уравнение стоячей волны соотношение де Бройля и выражение для кинетической энергии, а также производя необходимые математические преобразования, можно получить так называемое волновое уравнение Шредингера. Для того, чтобы отличать волновую функцию от амплитуды осциллятора, ей присвоено обозначение Ψ
-
оператор,
предусматривающий двукратное
дифференцирование по трём координатам
X,
Y,
Z;
-масса электрона.
Волновая функция.
Волновая
функция представляет собой некоторую
характеристику электрона, определяющую
состояние электрона в атоме
, где R(r) – радиальная часть волновой функции, О(0)*Ф(ф) – угловая часть волновой функции.
С
огласно
современным представлениям, собственно
волновая функция физического смысла
не имеет, имеет смысл лишь ее квадрат.
Эта величина определяет вероятность
(р) нахождения электрона в элементарном
объеме на том или ином расстоянии (r)
от ядра:
Под размером атома понимается размер той области пространства, вероятность обнаружить электрон внутри которой равна заранее заданной величине. Обычно задается 90 % вероятность.
Квантовые числа
Главное квантовое число определяет возможные энергетические состояния в атоме и обозначается n.
Орбитальное квантовое число определяет форму электронного облака, пространственную конфигурацию электронной орбитали, задаёт число узловых поверхностей, проходящих через центр атома и обозначается l.
При этом n>l всегда, n и l принимают только целые неотрицательные значения.