Модель атома Томсона. Атом представлялся ему в виде положительно заряженного шара, внутри которого находились отрицательно заряженные электроны. В целом атом был нейтрален. То есть положительный заряд шара компенсировался отрицательным зарядом электронов. Электрон в шаре находился в покое, но если какие-либо силы заставляли электрон покинуть положение равновесия, то он, стремясь вернуться в исходное состояние, начинал совершать колебания около положения равновесия. Томсон впервые пришел к мысли, что атом не является неделимым, как предполагалось ранее. Модель атома Томсона («пудинг с изюмом», как называли ее коллеги-физики) оказалась, мягко говоря, неверной, но послужила «толчком» для великого ученика Томсона, Резерфорда, который дополнил (выберу такое слово) своего учителя, предложив модель атома Резерфорда.

Модель атома Резерфорда. Резерфорд провел серию опытов по рассеянию α-частиц и пришел к новому пониманию строения атома. Поток α-частиц (ядра атома гелия ) направлялся на тонкую фольгу. После прохождения фольги α-частицы меняли направление своего движения (рис. 14.1). Резерфорд пришел к выводу, что это изменение связано с тем, что α-частицы отталкиваются от массивного положительного заряда, сосредоточенного в ядре атома. Значит, основную часть атома составляет его ядро.

Рис. 14.1. Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц

Резерфорд предложил совершенно новую, планетарную модель атома. В центре атома сосредоточено большое, массивное, положительно заряженное ядро. Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре. А вокруг ядра на своих стационарных орбитах находятся маленькие, отрицательно заряженные электроны. Электроны вращаются вокруг ядра. А суммарный заряд электронов равен заряду ядра.

Модель Резерфорда имела лишь один недостаток. Она не могла объяснить, каким образом атом излучает свет. Можно было предположить, что при излучении энергия атома уменьшается, электрон теряет свою скорость и, в конечном счете, должен упасть на ядро. Но этого не происходило. Следовательно, модель не была идеальной. Но заслуга Резерфорда в физике уже в этом была велика, а двенадцать из его учеников стали Нобелевскими лауреатами. Окончательные выводы сделал Бор.

Постулаты Бора.

Постулат стационарных состояний: существуют только те орбиты, которые удовлетворяют определенным квантовым условиям. Электроны находятся на одной из этих орбит и не излучают электромагнитных волн.

Правило частот: при переходе электрона с одного стационарного уровня на другой происходит излучение или поглощение одного кванта энергии E = hν. Величина этого кванта равна разности энергии уровней.

Правило квантования орбит Бора: скорость электрона на орбите v, радиус орбиты r и ее номер n связаны соотношением

      (14.1)

где me — масса электрона.

Теория Бора для водородоподобного атома (рис. 14.2). Электрон, находящийся на своей орбите, притягивается к ядру с силой Кулона. В то же самое время в противоположную сторону, от ядра, действует центробежная сила. Поскольку орбита стационарна, эти две силы уравновешивают друг друга и их можно приравнять:

где Z — порядковый номер атома (число электронов в атоме), e — заряд электрона. Данная формула написана в системе СГС (так писал сам Бор). Добавляем правило квантования (14.1) и выражаем из полученной системы радиус орбиты rn и скорость электрона на ней vn

    (14.2)

         (14.3)

Рис. 14.2. Строение атома по Бору

Из последних формул видно, что скорость электрона на орбите уменьшается с увеличением номера орбиты, а радиус орбиты увеличивается квадратично с возрастанием номера.

Пример решения задачи

Дано: определить радиусы первых трех боровских орбит и скорости электронов на этих орбитах.

Решение: радиусы орбит определим по формуле (14.2), скорости электронов — по формуле (14.3). Однако необходимо помнить, что они записаны в системе СГС. Для удобства переведем их в систему СИ

Считаем, что Z = 1 (для водорода), ε = 1 (для воздуха), и получаем результат

Если вы были внимательны, то заметили, что радиус первой боровской орбиты обозначен r0, а не r1. Это не опечатка. Мы, физики, делаем так в знак глубочайшего уважения к «отцу атома», ибо он сам именно так обозначил первую орбиту. И по той же причине называем орбиту «боровской».


Разность энергий двух уровней можно определить как

Перемножив константы перед скобкой, получим постоянную Ридберга

Кроме того, величину

назвали термом. Таким образом, разность энергий двух уровней равна разности термов

а частота электромагнитной волны, испущенной атомом при квантовом переходе с одного уровня на другой, определяется также через разность термов

К недостаткам теории Бора можно отнести то, что она создана для водородоподобного атома, у которого орбиты электронов — круговые.

Важно запомнить

  1. Правило частот: E = hν;
  2. Правило квантования орбит Бора:
  3. Радиус орбиты и скорость электрона на ней:
Последнее изменение: пятница, 23 Сентябрь 2016, 17:33