1. Электрон, двигаясь вокруг ядра, должен был бы, согласно электромагнитной теории, непрерывно излучать энергию, т.е. должен «упасть» на ядро. Никаких доказательств того, что атомы непрерывно исчезают, не было.

2. Согласно теории Резерфорда спектр атома водорода сплошной, практически – спектр линейчатый.

3. Гипотеза Планка. Кванты света.

Известен постулат Планка (1911): свет излучается и поглощается квантами E = hn .

Немецкий физик Макс Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте v излучения: E = hv .

Коэффициент пропорциональности h получил название постоянной Планка. Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения.

Но этот успех был получен ценой отказа от законов классической физики применительно к микроскопическим системам и излучению.

4. Строение атома по теории Бора.

Бор сформулировал свои постулаты (1913):

1. Электрон в атоме находится в “стационарном” состоянии ( движется по стационарной орбите) и никакой энергии не излучает.

2. Будучи выведен из стационарного состояния (переведен на другую орбиту), электрон, возвращаясь, излучает квант света hn = Е₂ – Е₁.

3. Электрон в атоме может находиться только на тех “разрешенных” орбитах, для которых момент количества движения (mvr) принимает некие дискретные значения, а именно mvr = nh/2p (4), где n – целое число 1,2,3…

Решая уравнение (4) относительно v, получим

Подставив полученное значение v в условие стационарности орбиты (2), получим

(5)

радиусы разрешенных орбит. Подставив значения r в уравнение (3), получим значения энергии для этих орбит

(6)

Подставив соответствующие константы, получим радиус первой Боровской орбиты для атома водорода r=0.529 A. Отметим, что энергия обратно пропорциональна n² (cм. Уравнение 1). Кстати, энергия первой орбитали атома водорода по Бору (вычисленная из (6)) равна 13.6 эВ.

Достижения Бора:

Описал радиус атома водорода,

Определил энергию его ионизации,

Описал количественно спектр атома водорода.

Недостатки теории: не удается описать спектры многоэлектронных атомов, поведение атомов в магнитном поле.

В 1916 г. Зоммерфельд развил теорию Бора, рассмотрев движение электрона по эллиптическим орбитам и обобщив правила квантования Бора. Зоммерфельд дал также теорию тонкой структуры спектральных линий, введя релятивистское изменение массы со скоростью. В его расчеты вошла безразмерная универсальная постоянная тонкой структуры:

Вопросы для закрепления знаний:

1. Как устроена электронная оболочка атома?

2. Как объяснить, что спектры излучения атомов не сплошные, а состоят из линий?

3. В чем суть опыт Резерфорда? Объясните планетарную модель атома Резерфорда.

4. Достижения и недостатки теории строения атома по Бору. Назовите постулаты Бора.

Вопросы для самоконтроля: Конспекты в рабочей тетради:

1. «Простые и сложные вещества».

Лекция № 3

Квантово-механическая модель атома.

Цель: Довести до сознания студентов, что электрон обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами, помочь им понять значение волновой функции.

Ключевые слова: Корпускулярно-волновая природа электрона, волновая функции, теория Луи де Бройля, принцип неопределенности Гейзенберга, уравнение Шредингера.

План.

1. Волновая теория строения атома. Двойственная природа электрона.

2. Волновая функция. Уравнение Шредингера. Понятие об электронном облаке,

1. Волновая теория строения атома.

Двойственная природа электрона.

В 20-х годах XX столетия было установлено, что любая частица имеет корпускулярно-волновую природу:

1. Электрон - частица: имеет массу, оказывает физическое воздействие ( вертушка), имеет скорость.

2. Электрон - волна: имеет фазу, можно определить длину волны, пучок электронов испытывает дифракцию, интерференцию.

В 1924 г. Луи де Бройль предположил, что электроны, подобно фотонам, распространяются волнами. Для фотонов Эйнштейн предложил уравнение, связывающее массу и энергию:

E = mc² (1)

при этом известно, что энергия фотона определяется через его частоту:

E = hn (2)

Приравняв (1) и (2), де Бройль получил следующее:

mv² = hn = hv/l (3)

где l - длина волны электрона. Тогда можно получить фундаментальное соотношение между корпускулярными и волновыми свойствами частиц:

(4)

Согласно теории Л. де Бройля (1924 г.), каждой частице с импульсом соответствует волновой процесс с длиной волны λ, т.е. λ = h / p. Чем меньше масса частицы, тем больше длина волны. Для элементарных частиц В. Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, согласно которому невозможно одновременно определить положение частицы в пространстве и ее импульс. Следовательно, нельзя рассчитать траекторию движения электрона в поле ядра, можно лишь оценить вероятность его нахождения в атоме с помощью волновой функции ψ, которая заменяет классическое понятие траектории.