Презентация на тему "Водородоподобные атомы"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  ВОДОРОДОПОДОБНЫЕ АТОМЫ

• 
  Слайд 2
  

  Гипотеза о том, что вещества состоят из атомов, впервые была высказана Левкиппом и Демокритом примерно в IV веке до н. э.

• 
  Слайд 3
  

  МОДЕЛИ АТОМА Ранние модели: 1) Модель Томсона – “булочка с изюмом” Томсон предложил рассматривать атом как положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Впоследствии модель была опровергнута опытами Резерфорда. 2) Планетарная модель Нагаоки В 1904 году Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн: вокруг маленького положительного ядра вращались электроны, объединённые в кольца. Модель оказалось ошибочной, но послужила основой модели атома Резерфорда.

• 
  Слайд 4

  Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц

  Эрнст Резерфорд

• 
  Слайд 5
  

  5 Альфа-частица образована 2-мя протонами и 2-мя нейтронами, заряжена положительно. Идентична ядру атома гелия (4He2+). Образуется при α-распаде ядер. При этом ее скорость достигает 1.6∙107 м/с . При движении в веществе α-частица создаёт сильную ионизацию и в результате быстро теряет энергию.

• 
  Слайд 6
  

  Резерфорд направил поток α-частиц на золотую фольгу толщиной около 0,1 мкм. Большинство частиц пролетели сквозь фольгу, но некоторые отклонились на очень большие углы вплоть до 180 град.

• 
  Слайд 7
  

  Резерфорд сделал вывод:Причиной рассеяния α-частицы является ее электрическое взаимодействие с малой по размеру положительно заряженной частью атома - ядром. В ядре сосредоточена почти вся масса атома и весь его положительный заряд.

• 
  Слайд 8

  Планетарная модель атома Резерфорда

  8 Атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг тяжёлого положительно заряженного ядра..

• 
  Слайд 9
  

  ядра , атома м. Размеры:

• 
  Слайд 10
  

  10 Неустойчивость атома Резерфорда Согласно классической электродинамике электрон при движении с центростреми-тельным ускорением должен излучать электромагнитные волны и терять энергию. В итоге он упадёт на ядро. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести особые предположения – постулаты. Постулаты Бора показали, что для атома классическая механика неприменима.

• 
  Слайд 11
  

  Теория водородоподобного атома по Бору При построении теории Бор опирался на опыт Резерфорда и данные по спектрам атомарных газов. Согласно опыту эти спектры линейчатые.

• 
  Слайд 12
  

  Водородоподобный атом – это атом с одним внешним электроном: Na, K, Rb, Cs. Спектр атома – это набор излучаемых или поглощаемых частот.

• 
  Слайд 13
  

  13 Спектр испускания атомарного водорода.

• 
  Слайд 14
  

  Спектр атома водорода образован сериями линий. Линии сгущаются к высокочастотной границе серии. В видимой области наблюдается серия Бальмера. Еще одна серия есть в УФ области. А в ИК диапазоне – много серий. ИК УФ видимый свет Серии:… Брэкета Пашена Бальмера Лаймана

• 
  Слайд 15

  Бальмер подобрал формулу для частот спектральных линий:

  Для серии Бальмера m = 2, n = 3, 4, 5, ... . Для серии Лаймана m = 1, n = 2, 3, 4, ... . R - постоянная Ридберга R = 3,3·1015 Гц.

• 
  Слайд 16

  Постулаты Бора

  Атом может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Wn. В стационарных состояниях атом не излучает. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний)

• 
  Слайд 17
  

  Второй постулат Бора (правило частот) При переходе атома из одного стационарного состояния с энергией Wn в другое с энергией Wmизлучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий этих состояний.

• 
  Слайд 18

  Квант света поглощается

  Квант света излучается

• 
  Слайд 19
  

  Третий постулат (квантование орбит) Момент импульса электрона в атоме принимает только дискретные значения, кратные постоянной Планка: m – масса электрона, vn – его скоростьна орбите радиуса rn, n = 1, 2, 3 …

• 
  Слайд 20
  

  Момент импульса

• 
  Слайд 21
  

  На электрон действует кулоновская сила. По 2-му закону Ньютона

• 
  Слайд 22
  

  Радиус ближайшей к ядру орбиты называют первым боровским радиусом. заряд ядра,

• 
  Слайд 23
  

  Полная энергия электрона в атоме: Энергия электрона на первой боровской орбите в атоме водорода:

• 
  Слайд 24
  

  Энергия электрона в атоме отрицательна. При удалении от ядра она стремится к нулю.

• 
  Слайд 25
  

  Частота излучения при переходе с n-го на m-й уровень энергии: R=3,3∙1015Гц - частотная константа Ридберга, ее значение совпало с угаданным Бальмером Длина волны : R’=1,1∙107м-1 - волновая константа Ридберга

• 
  Слайд 26

  Спектры излучения водорода

  26

• 
  Слайд 27

  Спектры поглощения водорода

  27

• 
  Слайд 28
  

  28 Для серии Лаймана m=1, n=2,3,4,…. Бальмера m=2, n=3,4, 5…. Пашена m=3, n=4, 5, 6,….

• 
  Слайд 29
  

  Опыт Франка и Герца Квантовые постулаты Бора нашли экспериментальное подтверждение в опыте Дж.Франка и Г. Герца. Опыт заключался в пропускании электронного пучка через пары ртути.

• 
  Слайд 30
  

  Электроны, испускаемые катодом К, ускоряются в электрическом поле, созданном между катодом и анодом А. Между катодом и сеткой С поддержива-ется небольшое (~1В) задерживающее напряжение, которое не пропускает «ослабевшие» электроны к аноду.

• 
  Слайд 31
  

  ВАХ

• 
  Слайд 32
  

  Опыт Франка - Герца показал, что спектр поглощаемой атомом энергии дискретен. Минимальная порция, которую может поглотить атом ртути Hg, равна 4,9 эВ. Через пары ртути пропускался поток электронов, энергия которых постепенно увеличивалась. Сначала электроны, сталкиваясь с атомами ртути, не теряют своей энергии, то есть удары упругие. И электрический ток растет. Когда же энергия электронов становится равной 4.9 эВ атомы ртути переходят в возбужденное состояние, забирая энергию у электронов, ток падает.

• 
  Слайд 33
  

  Теория Бора дала не только качественное, но и количественное описание атомных спектров, а также опытов Франка и Герца.

• 
  Слайд 34

  Достоинства и недостатки теории Бора

  Достоинства: 1. Объяснила линейчатый спектр атомов. 2. Предсказала значения частот. 3. Правильно определила размеры атома водорода. 4. Рассчитала константу Ридберга. Недостатки: 1. Для объяснения квантовых явлений использовала не только квантовую, но и классическую физику. 2. Не смогла рассчитать интенсивность спектра излучения. 3. Не дает объяснений причин перехода между уровнями энергии 4. Не верна для многоэлектронных атомов (Не и т.п.) 34

• 
  Слайд 35
  

  Квантовая теория атома

• 
  Слайд 36
  

  Электрон в атоме находится в потенциальной яме. Применим к нему уравнение Шредингера

  Решение уравнения дает дискретные значения энергии совпадающие с полученными Бором.

• 
  Слайд 37
  

  37 n=1, 2,… - главное квантовое число. Оно определяет энергию электрона, степень его удаленности от ядра, размеры электронной орбиты.

• 
  Слайд 38

  Квантование момента импульса

  l = 0, 1, 2, …, n-1-орбитальное квантовое число. 38 Модуль момента импульса электрона Lпринимает дискретные значения: Оно определяет размер и форму электронной орбиты.

• 
  Слайд 39
  

  Состояния с различными l обозначают латинскими буквами

• 
  Слайд 40
  
• 
  Слайд 41
  

  Выделим в пространстве какое-либо направление, например, направление магнитного поля. Проекция момента импульса электрона на это направление может иметь только дискретные значения.

• 
  Слайд 42
  

  Вектор момента импульса электрона прецессирует вокруг направления магнитного поля . 42

• 
  Слайд 43
  

  Проекция момента импульса на направ-ление z имеет дискретные значения: m – магнитное квантовое число Оно задает ориентацию орбиты в пространстве.

• 
  Слайд 44
  
• 
  Слайд 45
  

  Аналогично механическому моменту импульса квантуется орбитальный магнитный момент электрона:

• 
  Слайд 46
  

  Квантование спина Спин электрона – это его собственный момент импульса. Спин квантуется по закону: спиновое квантовое число

• 
  Слайд 47
  

  47 Собственный магнитный момент электрона:

• 
  Слайд 48
  

  Проекция спина электрона на направление магнитного поля может принимать только одно из двух значений магнитное спиновое квантовое число

• 
  Слайд 49
  

  Квантование спина электрона экспериментально доказано опытами Штерна и Герлаха.

• 
  Слайд 50
  

  Опыт заключался в прохождении пучка электронов через сильно неоднородное магнитное поле. Наблюдалось разделение потока электронов на два пучка с противоположными магнитными моментами МS+ и МS-- . 50

• 
  Слайд 51
  

  Вывод: Состояние электрона в атоме определяется набором 4-х квантовых чисел: главного n, (n= 1, 2, 3, …) орбитального l, (l=0, 1, 2, … , n-1) магнитного m, (m = - l, …-1, 0, 1, …, l) спинового магнитного mS , (mS = -1/2, +1/2) 51

• 
  Слайд 52
  

  Число состояний на энергетичес-ком уровне с главным квантовым числом n: с учетом спина

• 
  Слайд 53
  

  Совокупность электронов с одинаковым главным числом n образует оболочку.

• 
  Слайд 54
  

  54 Правила отбора: возможны лишь такие переходы между состояниями, при которых

• 
  Слайд 55
  

  Серия Лаймана: Серия Бальмера: