Історичні моделі будови атому Досліди Резерфорда Планетарна модель атома Резерфорда

1. Будова атому • Історичні моделі будови атому • Досліди Резерфорда • Планетарна модель атома Резерфорда • Квантовіпостулати Бора • Атом водню в теорії Бора • Спектр атома водню • Спектральний аналіз. Типи спектрів • ЕЛЕМЕНТИ КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ • Гіпотеза де Бройля • Співвідношення невизначеностей Гейзенберга • Хвильова функція Зміст лекції Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

2. Історичні моделі будови атому1Модель У. Томсона (лорда Кельвіна) • у 1901 р. Жан Перрен висунув припущення про ядерно-планетарну будову атома • Атом є згустком позитивно зарядженої матерії, всередині якої рівномірно розподілені електрони (кекс з ізюмом) 1902 Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

3. Історичні моделі будови атому2 Модель Дж. Дж. Томсона • Атом є позитивно зарядженою кулею, всередині якої електрони містяться у одній площині та утворюють концентричні кільця 1903 Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

4. Історичні моделі будови атому3Модель Філіпа фон Лєнарда • Атом є кулею, в якій протилежні заряди не існують окремо 1903 р. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

5. Історичні моделі будови атому4 Модель ХантароНагаока • атом подібний до планети Сатурн 1904 р. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

6. Схема досліду Резерфорда з розсіювання альфа-частинок K – свинцевий контейнер із радіоактивною речовиною, Э – екран, покритий сірчистим цинком, Ф – золота фольга, M – мікроскоп. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

7. Досліди Резерфорда 1 Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

8. Досліди Резерфорда 2 • Розсіювання альфа – частинок на атомі Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

9. Планетарна модель атома за Резерфордом • Електрони обертаються навколо ядра • Енергія атома може набирати довільних значень. Це означає, що і величина енергії, яка поглинається теж може бути довільною • Існує нескінченна кількість можливих орбіт електронів у атомі Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

10. Ернест РЕЗЕРФОРД, Барон Резерфорд Нельсонський I • Новозеландський фізик. Народився в Нельсоні, у родині фермера. Виграв стипендію для одержання освіти у Кембриджі. Працював у Канаді (дослідження радіоактивності) та вМанчестерському університеті (встановлення планетарної моделі атома). • В роки Першої світової війни розробляв сонари. У 1919 році став професором фізики і директором Кавендишської лабораторії Кембриджського університету (відкриття розпаду ядра внаслідок бомбардування важкими частинками високих енергій). На цій посаді Резерфорд залишався до кінця життя. Одночасно був президентом Королівського наукового товариства. Похований у Вестмінстерському абатстві поруч з Ньютоном, Дарвіном і Фарадеєм. 1871-1937 1908 – нобелівська премія з хімії Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

11. Планетарна модель атома Резерфорда Науки поділяються на дві групи: на фізику та збирання марок Ернест Резерфорд Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

12. Модель атома вуглецю Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

13. Труднощі планетарної моделі Резерфорда • електрони, що рухаються прискорено, випромінюють електромагнітні хвилі, тому їх енергія має зменшуватися, а разом із цим має зменшуватися радіус орбіти. Розрахунки показують, що приблизно за 10-8 с електрон повинен упасти на ядро. • Нагріте тіло, безупинно втрачаючи енергію внаслідок випромінювання, має остудитися до абсолютного нуля. • Неможливо пояснити спектральні закономірності Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

14. НЕСТАБІЛЬНІСТЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

15. Квантові постулати Бора Перший постулат Постулат стаціонарних станів: • існують стаціонарні стани атома, у яких він не випромінює і не поглинає енергію. • Цим стаціонарним станам відповідають цілком визначені (стаціонарні) орбіти, по яким рухаються електрони. • Правило квантування орбіт: в стаціонарному стані атома електрон має квантові значення моменту імпульсу • де (n=1, 2, 3, …) – головне квантове число, що нумерує орбіти електрона в теорії Бора. • Стан з n=1 є основним, не збудженим станом атома. В основному стані атом може знаходитися нескінченно довго. Стани з n>1 - це збуджені стани атома. В таких станах атом може існувати обмежений час. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

16. Квантові постулати Бора Другий постулат ПРАВИЛО ЧАСТОТ: • при переході атома з одного стаціонарного стану в інший випромінюється або поглинається один фотон (квант енергії). • Випромінювання відбувається при переході атома зі стану з більшою енергією в стан з меншою енергією. Поглинання фотонів супроводжується переходом атомів у стан з більшою енергією. Зміна енергії атома, пов'язана з випромінюванням або поглинанням фотона, пропорційна частоті випромінювання Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

17. Нільс Бор • Нільс Бор, один з основоположників сучасних уявлень про субатомний світ, творець першої квантово-механічної моделі будови атома. Фотографія зроблена в 1948 році в Принстонському університеті (США) Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

18. Електрон перескакує на більш низьку орбіту Випромінювання фотона Поглинання фотона Електрон перескакує на більш високу орбіту Атом водню в теорії Бора 1 Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

19. Атом водню в теорії Бора 2 Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

20. Узагальнена формула Бальмера Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

21. Спектр атома водню • Усі лінії спектра випромінювання атомів, що випромінюються при переході електронів з будь-якої орбіти на певну, називають серією. • m = 1 - серія Лаймана, (n =2,3,4...)вона належить до ультрафіолетової частини спектра; • m = 2 - серія Бальмера, (n =3,4,5...) видима серія. Ця серія вивчається в даній роботі; • m = 3 - серія Пашена, (n =4,5,6...) - в близькій інфрачервоній області, • m = 4 - серія Брэкета, (n =5,6,7...) - в близькій ІЧ області. • m = 5 - серія Пфунда, (n =6,7,8...) - в далекій ІЧ області. • Наведені серіальні закономірності є яскравим проявом квантових властивостей атомних систем. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

22. E, еВ 0 n=∞ n=5 IV n=4 -0,85 ІІІ -1,5 n=3 ІІ n=2 -3,4 I -13,6 n=1 Енергетичний спектр атома водню • Спектр атому водню • І – серія Лаймана; • ІІ – серія Бальмера; • ІІІ – серія Пашена; • ІV – серія Брэкета; • V – серія Пфунда. Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

23. спектральний аналіз • Спектр - сукупність значень та їх розподіл за певним параметром, значення якого може набувати спостережувана величина. • Оптичний спектр - розподіл потоку випромінювання або частинок за довжинами хвиль або енергії. Розрізняють • Суцільні, лінійчасті та смугасті спектри Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

24. Суцільний спектр • Суцільні спектри дають речовини в твердому стані або в стані високотемпературної плазми (зірки, Сонце – зірка) Уїльям Воластон у 1802 р. спостерігав темні лінії у сонячному спектрі, але знехтував спостереженнями. У 1814 р. ці лінії незалежно виявив та докладно описав Фраунгофер Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

25. ЛІНІЙЧАСТИЙ СПЕКТР • Лінійчасті спектри дають речовини в атомарному стані Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

26. ПРИКЛАД ЛІНІЙЧАСТОГО СПЕКТРА ПОГЛИНАННЯ Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

27. СМУГАСТИЙ СПЕКТР • Смугасті спектри дають речовини в молекулярному стані • На рисунку зображений спектр бутанового пальника Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

28. 1 3 4 2 Спектри кадмію (1), рубідію (2), цинку (3) та DPSS лазера (532 нм): Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ

29. Спектри атомів у видимому діапазоні Ігнатенко В.М. ЗТФ СумДУ