72. Молекули. Хімічні зв’язки. Енергія молекули. Молекулярні спектри

Моле́кула — здатна до самостійного існування частинка простої або складної речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою. Молекула складається з атомів, а якщо точніше, то з атомних ядер, оточених певним числом внутрішніх електронів, та зовнішніх валентних електронів, які утворюють хімічні зв'язки. Хімі́чний зв'язо́к — енергія взаємодії між атомами, яка утримує їх у молекулі чи твердому тілі. Хімічні зв'язки є результатом складної взаємодії електронів та ядер атомів і описуються квантовою механікою. Серед типів хімічного зв'язку розрізняють: Полярний зв'язок, Водневий зв'язок, Ковалентний зв'язок, Йонний зв'язок, Металічний зв'язок. Енергія взаємодії атомів залежить від відстані між ядрами. На дуже великих відстанях ця енергія дорівнює нулю. Перепоною до сильного зближення атомів є також неможливість суміщення їх внутрішніх електронних оболонок. Молекулярні спектри, оптичні спектри випускання і поглинання, а також комбінаційного розсіяння світла, що належать вільним або слабо зв'язаним між собою молекулам. Молекулярні спектри мають складну структуру. Типові Молекулярні спектри — смугасті, вони спостерігаються у випусканні і поглинанні і в комбінаційному розсіянні в вигляді сукупності більш менш вузьких смуг в ультрафіолетовій, видимій і близькій інфрачервоній областях, що розпадаються при достатній вирішуючій силі вживаних спектральних приладів на сукупність тісно розташованих ліній. Для вельми складних молекул видимі і ультрафіолетові спектри складаються з небагатьох широких суцільних смуг; спектри таких молекул схожі між собою.

73. Принцип суперпозиції в квантовій механіці. Рівняння Шредінгера. Стаціонарний стан. Розв'язок рівняння Шредінгера. Найпростіші задачі квантової механіки: частинка в потенціальній ямі, лінійний гармонічний осцилятор, проходження частинки крізь потенціальний бар'єр

Принцип суперпозиції – 1. результат впливу на частинку кількох зовнішніх сил є векторна сума впливу цих сил. 2. Взаємодія між двома частинками не змінюється при внесенні третьої частинки, також взаємодіє з першими двома. 3. Енергія взаємодії всіх частинок в багаточастковій системі є просто сума енергій парних взаємодій між усіма можливими парами частинок. Рівняння Шредінгера — основне рівняння нерелятивістської квантової механіки, яке визначає закон еволюції квантової системи з часом. Задача про рух частинки в потенціальній ямі є однією з найважливіших у фізиці. Глибина та форма ями визначають частоти коливань частинок, які проявляються в оптичних спектрах. Існування потенціальних ям для частинок обмежує їхню дифузію, для активації якої необхідно, щоб частинки отримувати певну енергію внаслідок взаємодії із тепловим рухом інших частинок. Скінченний потенціальний бар'єр — в квантовій механіці це стандартна одновимірна задача, що демонструє явище квантове тунелювання. У класичному випадку частка відіб'ється від бар'єра у випадку, коли її потенціальна енергія менша за висоту бар'єра. У квантовому випадку існує кінцева ймовірність проникнення частки через потенціальний бар'єр навіть у випадку, коли її енергія менша висоти бар'єра. Процес відбивання частки від бар'єра характеризується коефіцієнтом відбивання, а процес тунелювання частки через бар'єр — коефіцієнтом проникнення.

74. Спектральні серії випромінювання атомів. Досліди Резерфорда. Постулати Бора. Теорія атома водню. Досліди Франка і Герца. Принцип відповідності

А́томні спе́ктри — оптичні спектри, що утворюються при випромінюванні атомарної пари або газу. Випромінювання атомів зумовлене переходами атомів із стану з більшою енергією E₂ у стан з меншою енергією E₁. Частота випромінювання ν визначається з формули hυ=E₂-E₁. Спектральні лінії об'єднуються в спектральні серії. Найпростіший за будовою атом водню має кілька серій, в яких положення ліній добре визначається формулою Бальмера. В атомні спектри багатоелектронних атомів теж вдається згрупувати лінії в серії, але з складнішою закономірністю, ніж формула Бальмера. Атомні спектри виникають при нагріванні газу або при електричному розряді всіх видів (дуга, іскра та ін.) через гази. Здійснити вибір між цими двома моделями атома дозволили результати дослідів, проведених в Англії, в лабораторії Ернеста Резерфорда його учнями Ернестом Марсденом і Гансом Гейгером. На металеву фольгу, розташовану в центрі вакуумної камери , спрямовували потік α-частинок (ядер гелію), які вилітали з радіоактивного препарату ; через мікроскоп спостерігали (за спалахами світла на екрані з сірчистого цинку) їх розсіювання фольгою. Мікроскоп разом з екраном обертали навколо осі, що проходила через центр камери; це дозволяло реєструвати α-частинки, розсіювані під різними кутами. Було виявлено, що більшість частинок проходять крізь фольгу майже безперешкодно, але невелика кількість частинок відкидається майже назад, відхиляючись ядром. Експерименти переконливо довели недостовірність моделі Томсона та існування ядер в атомах. Таким чином, було обґрунтовано ядерну модель атома (атом Резерфорда).  Постулати Бора — сформульовані датським фізиком Нільсом Бором основні положення будови атома, що враховують квантований характер енергії, випромінюваної електронами. 1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. 2. У стаціонарному стані атома електрон повинен мати дискретні (квантовані) значення моменту імпульсу. Радіуси r_n орбіт електронів задовольняють умову: L_n=mv_nr_n=nh. 3. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких hυ визначають за формулою: hυ_kn=E_k-E_n , де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів). Дослід Франка — Герца — експеримент, поставлений у 1913–1914 роках Джеймсом Франком та Густавом Людвігом Герцом, з непружного розсіяння електронів на атомах. Експеримент підтвердив припущення моделі будови атома Нільса Бора. Напруга на аноді підтримувалася дещо нижчою, ніж на сітці, щоб його досягали тільки електрони з достатньою кінетичною енергією. Напруга на сітці поступово збільшувалася й вимірювалася сила струму. Трубка була заповнена парою ртуті. При напрузі 4,9В сила струму починала спадати й досягала майже нуля. Потім вона знову зростала, досягаючи нового піку при напрузі 9,8 В. Ще один пік спостерігався при напрузі 14,7 В. Такі періодичні осциляції можна розрізнити до напруги 100 В. Принцип відповідності — одне з положень копенгагенської інтерпретації квантової механіки, яке вимагає того, щоб при збільшенні розмірів фізичної системи її квантові властивості переходили б у класичні.