БУДОВА АТОМА І ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК

3 БУДОВА АТОМА І ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК

3.1 Будова атома

3.1.1 Квантово-механічні закономірності, що лежать в основі будови атома

Велику роль у встановленні структури атома зіграло відкриття і вивчення радіоактивності . Крім того, на рубежі XIX-XX ст. були відкриті такі явища, як фотоелектричний ефект , катодні промені , рентгенівські промені . Ці відкриття свідчили про складну структуру атома.

Спочатку було запропоновано дві моделі атома. згідно моделі Томсона , Атом складається з позитивного заряду, рівномірно розподіленого по всьому об'єму атома, і електронів , Тих, хто вагається всередині цього заряду. Для перевірки гіпотези Томсона Резерфорд провів досліди по розсіюванню α - частинок металевими пластинками. Ці досліди показали, що основна частка α - частинок проходила через пластинки безперешкодно, тобто переважна частина простору, займаного атомом, є "порожній", а майже вся його маса займає дуже малу частку обсягу. Резерфордом в 1911 р була запропонована планетарна модель атома . Відповідно до цієї моделі, атом складається з позитивно зарядженого ядра , В якому зосереджена переважна частина маси атома, і що обертаються навколо нього електронів .

Ця модель спочатку не могла пояснити стійкість атома, тому що обертається навколо ядра електрон повинен випромінювати енергію Будь-яка заряджена частинка, що рухається з прискоренням, випромінює електромагнітні хвилі. Рух електрона навколо ядра є прискореним (доцентрове прискорення). і в кінці кінців "впасти" на ядро. Другим протиріччям цієї моделі була неможливість пояснити лінійчатий характер атомних спектрів , Тобто випромінювання атомом електромагнітних хвиль тільки з певними довжинами хвиль.

Для усунення цих протиріч Бор в 1913 р Доповнив планетарну модель атома на основі наступних припущень ( постулати Бора ):

1) Електрон може обертатися навколо ядра не по будь-яких орбітах, а лише за деякими певним (стаціонарним) орбітах, на яких він не випромінює енергії.

2) Найближча до ядру орбіта відповідає найбільш стійкого стану атома. При повідомленні енергії ззовні електрон може перейти на одну з більш віддалених орбіт (збуджений стан атома).

3) Поглинання і випромінювання енергії атомом може відбуватися тільки при переході електрона з однієї орбіти на іншу. При цьому різниця енергій початкового і кінцевого станів сприймається або віддається у вигляді кванта променевої енергії. Цьому випромінювання відповідає частота коливань ν, що виражається рівнянням планка :

h ν = E н - E до,

де h - постійна Планка (H = 6,62 · 10-34 Дж · с); Е н, Е к - відповідно енергії початкового і кінцевого станів.

Виходячи з цих уявлень, були обчислені радіуси стаціонарних орбіт . Вони ставляться один до одного як квадрати натуральних чисел 12:22:32: ...: n 2. Величина n (порядковий номер орбіти, або номер енергетичного рівня) була названа головним квантовим числом . Для атома водню радіус найближчої до ядра орбіти дорівнює 52,9 · 10-12 м. Електрон обертається по ній із швидкістю 2200 км / год.

Для того, щоб пояснити, чому має місце квантування енергетичних рівнів (існування стаціонарних орбіт), в 1924 р де Бройлем була висунута гіпотеза , Що кожна рухома частинка одночасно має властивості хвилі, довжина якої Для того, щоб пояснити, чому має місце квантування енергетичних рівнів (існування стаціонарних орбіт), в 1924 р де Бройлем була висунута гіпотеза , Що кожна рухома частинка одночасно має властивості хвилі, довжина якої . Ця гіпотеза грунтувалася на останніх досягненнях фізики того часу (наприклад, було вже відомо, що світло має двоїсту природу , Володіючи властивостями електромагнітної хвилі і одночасно властивостями потоку частинок - фотонів ). Гіпотеза де Бройля експериментально підтверджується дифракцией електронів в кристалах і дозволяє пояснити існування стаціонарних орбіт. Електрон може без втрати енергії перебувати на тих орбітах, в яких укладається ціле число хвиль де Бройля. В цьому випадку виконується умова існування стоячій хвилі .

Можливість розглядати кожну частинку одночасно як хвилю називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом . З нього випливає співвідношення невизначеностей Гейзенберга . згідно класичній механіці , рух матеріальної точки однозначно описується значеннями координат і імпульсу Імпульсом називається добуток маси об'єкта на його швидкість: p = mv. У разі мікрооб'єктів, коли рух відбувається відповідно до законів квантової механіки , Описати координати і швидкість з будь-якою точністю принципово неможливо. Гейзенберг встановив, що координати і імпульс Імпульсом називається добуток маси об'єкта на його швидкість: p = mv можна визначити з обмеженою точністю x + Δ x; p + Δ p, причому Δ x і Δ p - це не помилки вимірювання, а принципово обумовлені невизначеності величин. співвідношення невизначеностей має вигляд нерівності Δ x · Δ p ≥ h і також дозволяє пояснити стійкість атома. Будемо вважати, що рух електрона в атомі водню H відбувається в області простору радіусу r. Тоді невизначеність в його становищі можна прийняти рівною r. Якщо спробувати локалізувати електрон на ядрі (Δ x → 0), то невизначеність імпульсу буде необмежено зростати (Δ p → ∞). Таким чином, "падіння" електрона на ядро, допустимий з точки зору класичної механіки , В дійсності виявляється неможливим. Для прикладу припустимо, що положення електрона визначено з точністю 0,001 нм = 0,001 · 10-9 м. Тоді невизначеність в швидкості його руху складе величезну величину 58000 км / с.

До наступного розділу

До змісту