Элементы атомной физики

Содержание

Слайд 2

Планетарная модель атома по Резерфорду Размеры атома – порядка 10-10 м

Планетарная модель атома по Резерфорду

Размеры атома – порядка 10-10 м
Размеры ядра

– порядка 10-14 м
Слайд 3

Недостатки модели: Время жизни атома – порядка 10-7 с Спектр излучения

Недостатки модели:

Время жизни атома – порядка 10-7 с
Спектр излучения – непрерывный



На самом деле:
- спектр излучения линейчатый
- время жизни – очень большое

Слайд 4

В 1885г. Бальмер нашел, что длину волны λ, которая соответствует линиям

В 1885г. Бальмер нашел, что длину волны λ, которая соответствует линиям

водорода, расположенным в видимой части спектра, можно вычислить по эмпирической формуле:

БАЛЬМЕР
Иоганн Якоб
(1825-98)

где вместо n следует подставлять
целые числа 3, 4, 5, 6,
а В - эмпирическая константа,
равная 3645,6⋅10-10 м = 3645,6 Å

Слайд 5

Волновое число: Тогда формула Бальмера принимает вид: R - постоянная Ридберга

Волновое число:

Тогда формула Бальмера принимает вид:

R - постоянная Ридберга
(R=1,097·107 м-1).

Johannes

Robert Rydberg, 1854-1919 - шведский физик
Слайд 6

Слайд 7

Нильс Хенрик Давид Бор (1885 - 1962) Постулаты Бора 1. Существуют

Нильс Хенрик Давид Бор
(1885 - 1962)

Постулаты Бора

1. Существуют стационарные

состояния атома. Этим стационарным состояниям соответствуют вполне определенные (стационарные) орбиты электронов. При движении по стационарным орбитам электроны не излучают электромагнитные волны.

4.2. Модель атома водорода по Н. Бору.

Слайд 8

2. При переходе электрона с внешней стационарной орбиты на внутреннюю, ближе

2. При переходе электрона с внешней стационарной орбиты на внутреннюю, ближе

к ядру, атом излучает квант энергии:

Опыт Франка – Герца.

Слайд 9

Слайд 10

Чтобы электрон удержался на орбите, сила кулонов-ского взаимодействия должна сообщать ему центро-стремительное ускорение. (4.5)

Чтобы электрон удержался на орбите, сила кулонов-ского взаимодействия должна сообщать

ему центро-стремительное ускорение.

(4.5)

Слайд 11

Полная энергия электрона на орбите: Из первого постулата Бора:

Полная энергия электрона на орбите:

Из первого постулата Бора:

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Задача 4.1 Определить по теории Бора радиус, частоту и скорость обращения

Задача 4.1

Определить по теории Бора радиус, частоту и скорость обращения электрона

для первой орбиты, а также энер-гию ионизации для атома гелия.
Слайд 15

Слайд 16

Задача 4.2 Атом водорода в основном состоянии поглотил квант света с

Задача 4.2

Атом водорода в основном состоянии поглотил квант света с

длиной волны 0,1215 мкм. Определить радиус электронной орбиты возбужденного атома водорода.
Слайд 17

Слайд 18

4.3. Квантовые числа.

4.3. Квантовые числа.

Слайд 19

n = 1, 2, 3, 4…

n = 1, 2, 3, 4…

Слайд 20

l = 0, 1, 2, 3, … (n-1). Согласно принципу неопределенности

l = 0, 1, 2, 3, … (n-1).

Согласно принципу

неопределенности Гайзенберга одновременно могут иметь определенные значения лишь модуль момента импульса и одна из проекций момента на координатные оси.
Слайд 21

m – магнитное число, так как момент импульса и магнитный момент

m – магнитное число, так как момент импульса и магнитный момент

однозначно связаны гиро-магнитным соотношением.

Магнитное квантовое число m характеризует пространственную ориентацию орбит в магнитном поле. Под действием внешнего магнитного поля, направ-ленного по оси z, орбита электрона в атоме принимает такую ориентацию, при которой проекция вектора момента импульса на заданное направление z будет определяться формулой (4.13)

m = -l, -l+1, -l+2, … -1, 0, 1, 2, … l-2, l-1, l

Слайд 22

Слайд 23

Кратность вырождения: В электрическом и магнитном полях вырождение снимается (эффекты Штарка и Зеемана).

Кратность вырождения:

В электрическом и магнитном полях вырождение снимается (эффекты Штарка

и Зеемана).
Слайд 24

- определяет вероятность состояния электрона. l – определяет форму волновой функции

- определяет вероятность состояния электрона.

l – определяет форму волновой функции («орбиты»)

электрона.
l = 0 – сферическая симметрия (s – состояние)
l = 1 – p - состояние
l = 2 – d - состояние
l = 3 – f - состояние

m – определяет ориентацию орбиты в магнитном поле.

Слайд 25

Полный момент импульса электрона:

Полный момент импульса электрона:

Слайд 26

4.4. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме. Правила отбора: Переход из

4.4. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

Правила отбора:

Переход из d

– состояния (l = 2) c s = ½ (j = 5/2) возможен в состояние p (l = 1) c s = ½ (j = 3/2) и невозможен в состояние p c s = - ½ (j = ½ )

Пример

Любая система стремится занять состояние с минимальной энергией.
В атоме это состояние n = 1, l = 0, m = 0.

Слайд 27

Вольфганг Эрнст Паули 1900 - 1958 n=1 l=0 m=0 s=±½ -

Вольфганг
Эрнст Паули
1900 - 1958

n=1 l=0 m=0 s=±½
- 2 электрона
n=2

l=0, 1 m=-1, 0, +1 s=±½
- 8 электронов
n=3 l=0, 1, 2 m=-2, -1, 0, 1, 2 s=±½
- 18 электронов
Слайд 28

Подоболочки: 1s; 2s, 2p; 3s, 3p, 3d; 4s, 4p, 4d, 4f; Число состояний в подоболочке 2(2l+1)

Подоболочки:
1s; 2s, 2p; 3s, 3p, 3d; 4s, 4p, 4d, 4f;

Число

состояний в подоболочке 2(2l+1)
Слайд 29

Слайд 30

4.5. Периодическая система Д.И. Менделеева. В 1869 г. Д.И. Менделеев открыл

4.5. Периодическая система Д.И. Менделеева.

В 1869 г. Д.И. Менделеев

открыл периодический закон изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомных масс.

Порядковый номер элемента Z совпадает с числом положительных элементарных зарядов в ядре и количеством электронов в атоме.

Периодичность свойств химических элементов свя-зана с определенной периодичностью в расположении электронов в атоме.

Слайд 31

Квантовые числа атома равны сумме соответству-ющих квантовых чисел всех электронов атома.

Квантовые числа атома равны сумме соответству-ющих квантовых чисел всех электронов

атома.


Для полностью заполненной подоболочки L = 0, S = 0, J = 0.

Правило Хунда (для электронов одной оболочки):
1. Минимальная энергия соответствует состоянию с наибольшим возможным спином S и с наибольшим возможным при таком S значении L.