Moscow State University of Economics Statistics Informatics
Abstract sa disiplina: "KSE"
Naaayon sa paksa :
"Planetary Model ng Atom"
Nakumpleto:
3rd year student
Mga pangkat DNF-301
Ruziev Temur
Guro:
Mosolov D.N.
Moscow 2008
Ipinapalagay ng unang teorya ng atomiko ni Dalton na ang mundo ay binubuo ng isang tiyak na bilang ng mga atomo - elementarya na mga bloke ng gusali - na may mga katangiang katangian na walang hanggan at hindi nagbabago.
Ang mga ideyang ito ay nagbago nang husto pagkatapos ng pagtuklas ng elektron. Ang lahat ng mga atom ay dapat maglaman ng mga electron. Ngunit paano nakaayos ang mga electron sa kanila? Ang mga physicist ay maaari lamang mag-pilosopo sa batayan ng kanilang kaalaman sa klasikal na pisika, at unti-unting lahat ng mga punto ng pananaw ay nagtatagpo sa isang modelo na iminungkahi ni J.J. Thomson. Ayon sa modelong ito, ang isang atom ay binubuo ng isang positibong sisingilin na substansiya na may mga electron na pinagsalitan (marahil sa maraming paggalaw) upang ang atom ay kahawig ng isang puding na may mga pasas. Ang modelo ng atom ni Thomson ay hindi maaaring direktang masuri, ngunit ang lahat ng uri ng pagkakatulad ay nagpatotoo sa pabor nito.
Noong 1903, iminungkahi ng German physicist na si Philipp Lenard ang isang modelo ng isang "walang laman" na atom, kung saan ang ilang mga neutral na particle na hindi natuklasan ng sinuman ay "lumipad", na binubuo ng magkaparehong balanseng positibo at negatibong mga singil. Nagbigay pa nga ng pangalan si Lenard para sa kanyang mga di-umiiral na particle - mga dynamids. Gayunpaman, ang tanging may karapatan na umiral ay napatunayan ng mahigpit, simple at magagandang eksperimento ay ang modelo ni Rutherford.
Ang napakalaking saklaw ng gawaing pang-agham ni Rutherford sa Montreal - naglathala siya ng 66 na artikulo, parehong personal at kasama ng iba pang mga siyentipiko, hindi binibilang ang aklat na "Radioactivity", ang nagdala kay Rutherford ng katanyagan bilang isang first-class na mananaliksik. Nakatanggap siya ng imbitasyon na umupo sa upuan sa Manchester. Noong Mayo 24, 1907, bumalik si Rutherford sa Europa. Nagsimula ang bagong yugto ng kanyang buhay.
Ang unang pagtatangka upang lumikha ng isang modelo ng atom batay sa naipon na pang-eksperimentong data ay kabilang kay J. Thomson (1903). Naniniwala siya na ang atom ay isang electrically neutral spherical system na may radius na humigit-kumulang 10-10 m. Ang positibong singil ng atom ay pantay na ipinamamahagi sa buong volume ng bola, at ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay nasa loob nito. Upang ipaliwanag ang line emission spectra ng mga atomo, sinubukan ni Thomson na tukuyin ang lokasyon ng mga electron sa isang atom at kalkulahin ang mga frequency ng kanilang mga oscillations sa paligid ng mga posisyon ng equilibrium. Gayunpaman, ang mga pagtatangka na ito ay hindi matagumpay. Pagkalipas ng ilang taon, sa mga eksperimento ng mahusay na Ingles na physicist na si E. Rutherford, napatunayang mali ang modelong Thomson.
Ang English physicist na si E. Rutherford ay nag-imbestiga sa kalikasan ng radiation na ito. Ito ay lumabas na ang isang sinag ng radioactive radiation sa isang malakas na magnetic field ay nahahati sa tatlong bahagi: a-, b- at y-radiation. Ang b-ray ay isang stream ng mga electron, ang a-ray ay ang nucleus ng isang helium atom, ang y-ray ay short-wave electromagnetic radiation. Ang kababalaghan ng natural na radyaktibidad ay nagpapahiwatig ng kumplikadong istraktura ng atom.
Sa mga eksperimento ni Rutherford upang pag-aralan ang panloob na istraktura ng atom, ang gintong foil ay na-irradiated ng mga particle ng alpha na dumadaan sa mga puwang sa mga lead screen sa bilis na 107 m/s. a-Ang mga partikulo na ibinubuga ng isang radioactive source ay ang nuclei ng helium atom. Matapos makipag-ugnayan sa mga atomo ng foil, nahulog ang mga a-particle sa mga screen na pinahiran ng isang layer ng zinc sulfide. Ang pagpindot sa mga screen, ang mga a-particle ay nagdulot ng mahinang pagkislap ng liwanag. Ang bilang ng mga pagkislap ay ginamit upang matukoy ang bilang ng mga particle na nakakalat ng foil sa ilang partikular na anggulo. Ang pagkalkula ay nagpakita na ang karamihan sa mga o-particle ay dumadaan sa foil nang walang hadlang. Gayunpaman, ang ilang mga α-particle (isa sa 20,000) ay lumihis nang husto mula sa kanilang orihinal na direksyon. Ang banggaan ng isang α-particle sa isang electron ay hindi maaaring baguhin nang malaki ang trajectory nito, dahil ang mass ng isang electron ay 7350 beses na mas mababa kaysa sa mass ng isang α-particle.
Iminungkahi ni Rutherford na ang pagmuni-muni ng a-particle ay dahil sa kanilang pagtanggi sa pamamagitan ng positively charged na mga particle na may masa na katumbas ng mass ng a-particle. Batay sa mga resulta ng ganitong uri ng mga eksperimento, iminungkahi ni Rutherford ang isang modelo ng atom: sa gitna ng atom ay may positibong sisingilin na atomic nucleus, kung saan (tulad ng mga planeta na umiikot sa Araw) ang mga electron na may negatibong sisingilin ay umiikot sa ilalim ng pagkilos ng electric forces of attraction. Ang isang atom ay neutral sa kuryente: ang singil ng nucleus ay katumbas ng kabuuang singil ng mga electron. Ang linear na sukat ng nucleus ay hindi bababa sa 10,000 beses na mas maliit kaysa sa laki ng isang atom. Ito ang planetary model ni Rutherford ng atom. Ano ang pumipigil sa isang electron na mahulog sa isang napakalaking nucleus? Siyempre, ang mabilis na pag-ikot sa paligid nito. Ngunit sa proseso ng pag-ikot na may acceleration sa larangan ng nucleus, ang electron ay dapat mag-radiate ng bahagi ng enerhiya nito sa lahat ng direksyon at, unti-unting bumababa, gayunpaman ay mahulog sa nucleus. Ang kaisipang ito ay pinagmumultuhan ang mga may-akda ng planetaryong modelo ng atom. Ang susunod na balakid sa paraan ng bagong pisikal na modelo, tila, ay upang sirain ang buong larawan ng atomic na istraktura, na itinayo nang napakahirap at napatunayan ng malinaw na mga eksperimento...
Sigurado si Rutherford na makakahanap ng solusyon, ngunit hindi niya maisip na mangyayari ito nang ganoon kaaga. Ang depekto sa planetary model ng atom ay itatama ng Danish physicist na si Niels Bohr. Nahirapan si Bohr sa modelo ni Rutherford at naghanap ng nakakumbinsi na mga paliwanag kung ano ang malinaw na nangyayari sa kalikasan sa kabila ng lahat ng pagdududa: ang mga electron, nang hindi nahuhulog sa nucleus at hindi lumilipad palayo dito, ay patuloy na umiikot sa kanilang nucleus.
Noong 1913, inilathala ni Niels Bohr ang mga resulta ng mahahabang pagmuni-muni at kalkulasyon, ang pinakamahalaga sa mga ito ay nakilala bilang mga postulate ni Bohr: palaging may malaking bilang ng mga matatag at mahigpit na tinukoy na mga orbit sa atom, kung saan ang isang elektron ay maaaring sumugod nang walang katiyakan. , dahil ang lahat ng pwersang kumikilos dito, ay balanse; Ang isang elektron ay maaaring lumipat sa isang atom lamang mula sa isang matatag na orbit patungo sa isa pang pantay na matatag. Kung, sa panahon ng gayong paglipat, ang elektron ay lumayo mula sa nucleus, kung gayon kinakailangan na ibigay dito mula sa labas ang isang tiyak na halaga ng enerhiya na katumbas ng pagkakaiba sa reserbang enerhiya ng elektron sa itaas at mas mababang mga orbit. Kung ang isang elektron ay lumalapit sa nucleus, pagkatapos ay "itinatapon" nito ang labis na enerhiya sa anyo ng radiation ...
Malamang, ang mga postulate ni Bohr ay nakakuha ng isang katamtamang lugar sa gitna ng isang bilang ng mga kagiliw-giliw na paliwanag ng mga bagong pisikal na katotohanan na nakuha ni Rutherford, kung hindi para sa isang mahalagang pangyayari. Si Bohr, gamit ang mga relasyon na natagpuan niya, ay nagawang kalkulahin ang radii ng "pinapayagan" na mga orbit para sa isang electron sa isang hydrogen atom. Iminungkahi ni Bohr na dapat ang mga dami na nagpapakilala sa microworld damihan
, ibig sabihin. maaari lamang silang kumuha ng ilang mga discrete value.
Ang mga batas ng microworld ay mga batas ng quantum!
Ang mga batas na ito sa simula ng ika-20 siglo ay hindi pa naitatag ng agham. Bohr formulated ang mga ito sa anyo ng tatlong postulates. pagpupuno (at "pagtitipid") ng atom ni Rutherford.
Unang postulate:
Ang mga atom ay may bilang ng mga nakatigil na estado na tumutugma sa ilang mga halaga ng enerhiya: E 1 , E 2 ...E n . Ang pagiging nasa isang nakatigil na estado, ang isang atom ay hindi nagpapalabas ng enerhiya, sa kabila ng paggalaw ng mga electron.
Pangalawang postulate:
Sa nakatigil na estado ng isang atom, ang mga electron ay gumagalaw sa mga nakatigil na orbit, kung saan nasiyahan ang quantum relation:
m V r=n h/2 p (1)
kung saan m·V·r =L - angular momentum, n=1,2,3..., h-Planck's constant.
Pangatlong postulate:
Ang paglabas o pagsipsip ng enerhiya ng isang atom ay nangyayari kapag ito ay pumasa mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa. Sa kasong ito, ang isang bahagi ng enerhiya ay ibinubuga o hinihigop ( dami
) katumbas ng pagkakaiba ng enerhiya ng mga nakatigil na estado kung saan nangyayari ang paglipat: e = h u = E m -E n (2)
1. mula sa pangunahing nakatigil na estado hanggang sa isang nasasabik,
2. mula sa excited stationary state hanggang sa ground state.
Ang mga postulate ni Bohr ay sumasalungat sa mga batas ng klasikal na pisika. Nagpapahayag sila ng isang katangian ng microworld - ang quantum nature ng mga phenomena na nagaganap doon. Ang mga konklusyon batay sa mga postulate ni Bohr ay sumasang-ayon sa eksperimento. Halimbawa, ipinaliwanag nila ang mga regularidad sa spectrum ng hydrogen atom, ang pinagmulan ng katangian ng spectra ng X-ray, atbp. Sa fig. Ang 3 ay nagpapakita ng bahagi ng energy diagram ng mga nakatigil na estado ng hydrogen atom. 
Ang mga arrow ay nagpapakita ng mga paglipat ng atom, na humahantong sa paglabas ng enerhiya. Makikita na ang mga linya ng parang multo ay pinagsama sa serye, na naiiba sa antas kung saan ang paglipat ng atom ay nangyayari mula sa iba pang (mas mataas).
Alam ang pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng isang electron sa mga orbit na ito, posible na bumuo ng isang curve na naglalarawan sa radiation spectrum ng hydrogen sa iba't ibang excited na estado at upang matukoy kung anong wavelength ang dapat na agad na ilalabas ng hydrogen atom kung ang labis na enerhiya ay ibinibigay dito mula sa sa labas, halimbawa, gamit ang maliwanag na mercury light. lamp. Ang teoretikal na kurba na ito ay ganap na kasabay ng emission spectrum ng excited hydrogen atoms, na sinukat ng Swiss scientist na si J. Balmer noong 1885!
Mga Ginamit na Aklat:
- A. K. Shevelev "Istruktura ng nuclei, mga particle, vacuum (2003)
- A. V. Blagov "Mga Atom at nuclei" (2004)
- http://e-science.ru/ - portal ng mga natural na agham
Ano ito? Ito ang modelo ng atom ni Rutherford. Ito ay pinangalanan sa New Zealand-born British physicist na si Ernest Rutherford, na noong 1911 ay inihayag ang pagkatuklas ng nucleus. Sa kurso ng kanyang mga eksperimento sa pagkalat ng mga alpha particle sa pamamagitan ng manipis na metal foil, nalaman niya na karamihan sa mga particle ng alpha ay direktang dumaan sa foil, ngunit ang ilan ay tumalbog. Iminungkahi ni Rutherford na sa rehiyon ng maliit na lugar kung saan sila tumalbog, mayroong isang positibong sisingilin na nucleus. Ang pagmamasid na ito ay humantong sa kanya sa isang paglalarawan ng istraktura ng atom, na, na may mga pagwawasto para sa quantum theory, ay tinatanggap ngayon. Kung paanong ang Earth ay umiikot sa Araw, ang electric charge ng isang atom ay puro sa nucleus, kung saan umiikot ang mga electron ng magkasalungat na charge, at pinapanatili ng electromagnetic field ang mga electron sa orbit sa paligid ng nucleus. Samakatuwid, ang modelo ay tinatawag na planetary.
Bago si Rutherford, may isa pang modelo ng atom, ang modelo ng bagay ng Thompson. Wala itong nucleus, ito ay isang positibong sisingilin na "cupcake" na puno ng "mga pasas" - mga electron na malayang umiikot dito. Siyanga pala, si Thompson ang nakatuklas ng mga electron. Sa isang modernong paaralan, kapag nagsimula silang maging pamilyar, palagi silang nagsisimula sa modelong ito.
Mga modelo ng atom ni Rutherford (kaliwa) at Thompson (kanan)
// wikimedia.org
Ang modelong quantum na naglalarawan sa istraktura ng atom ngayon ay, siyempre, iba sa isa na naisip ni Rutherford. Walang quantum mechanics sa paggalaw ng mga planeta sa paligid ng Araw, ngunit mayroong quantum mechanics sa paggalaw ng isang electron sa paligid ng nucleus. Gayunpaman, ang konsepto ng isang orbit ay nanatili pa rin sa teorya ng istraktura ng atom. Ngunit pagkatapos na malaman na ang mga orbit ay binibilang, iyon ay, walang tuluy-tuloy na paglipat sa pagitan ng mga ito, gaya ng naisip ni Rutherford, naging hindi tama na tawagan ang gayong planetaryong modelo. Ginawa ni Rutherford ang unang hakbang sa tamang direksyon, at ang pag-unlad ng teorya ng istraktura ng atom ay sumama sa landas na kanyang binalangkas.
Bakit ito kawili-wili para sa agham? Natuklasan ng eksperimento ni Rutherford ang nuclei. Ngunit lahat ng alam namin tungkol sa kanila, natutunan namin sa ibang pagkakataon. Ang kanyang teorya ay nabuo sa loob ng maraming dekada, at naglalaman ito ng mga sagot sa mga pangunahing katanungan tungkol sa istruktura ng bagay.
Ang mga kabalintunaan ay mabilis na natuklasan sa modelo ni Rutherford, ibig sabihin: kung ang isang sisingilin na elektron ay umiikot sa paligid ng nucleus, dapat itong mag-radiate ng enerhiya. Alam namin na ang isang katawan na gumagalaw sa isang bilog sa isang pare-pareho ang bilis ay pa rin accelerating dahil ang bilis ng vector ay lumiliko sa lahat ng oras. At kung ang isang sisingilin na butil ay gumagalaw nang may acceleration, dapat itong mag-radiate ng enerhiya. Nangangahulugan ito na halos agad na mawala ang lahat ng ito at mahulog sa kaibuturan. Samakatuwid, ang klasikal na modelo ng atom ay hindi ganap na naaayon sa sarili nito.
Pagkatapos ay nagsimulang lumitaw ang mga pisikal na teorya na sinubukang pagtagumpayan ang kontradiksyon na ito. Ang isang mahalagang karagdagan sa modelo ng istraktura ng atom ay ginawa ni Niels Bohr. Natuklasan niya na sa paligid ng atom ay may ilang mga quantum orbit kung saan gumagalaw ang elektron. Iminungkahi niya na ang elektron ay hindi nagpapalabas ng enerhiya sa lahat ng oras, ngunit kapag lumilipat lamang mula sa isang orbit patungo sa isa pa.
Bohr modelo ng atom
// wikimedia.org
At pagkatapos ng Bohr model ng atom, lumitaw ang Heisenberg uncertainty principle, na sa wakas ay ipinaliwanag kung bakit imposible ang pagbagsak ng isang electron sa nucleus. Natuklasan ni Heisenberg na sa isang nasasabik na atom, ang isang elektron ay nasa malayong mga orbit, at sa sandaling ito ay naglalabas ng isang photon, nahuhulog ito sa pangunahing orbit, na nawalan ng enerhiya. Ang atom, sa kabilang banda, ay napupunta sa isang matatag na estado, kung saan ang electron ay iikot sa paligid ng nucleus hanggang sa walang nakaka-excite dito mula sa labas. Ito ay isang matatag na estado, kung saan ang elektron ay hindi mahuhulog.
Dahil sa ang katunayan na ang ground state ng atom ay isang matatag na estado, ang bagay ay umiiral, lahat tayo ay umiiral. Kung walang quantum mechanics, hindi tayo magkakaroon ng stable matter. Sa ganitong kahulugan, ang pangunahing tanong na maaaring tanungin ng isang hindi espesyalista sa quantum mechanics ay bakit hindi nahuhulog ang lahat? Bakit hindi lahat ng bagay ay nagsasama-sama sa isang punto? At kayang sagutin ng quantum mechanics ang tanong na ito.
Bakit alam ito? Sa isang diwa, ang eksperimento ni Rutherford ay naulit muli sa pagtuklas ng mga quark. Natuklasan ni Rutherford na ang mga positibong singil - mga proton - ay puro sa nuclei. Ano ang nasa loob ng mga proton? Alam na natin ngayon na sa loob ng mga proton ay mga quark. Natutunan namin ito sa pamamagitan ng paggawa ng katulad na eksperimento sa malalim na inelastic na pagkakalat ng mga electron ng mga proton noong 1967 sa SLAC (National Accelerator Laboratory, USA).
Ang eksperimentong ito ay isinagawa sa parehong prinsipyo gaya ng eksperimento ni Rutherford. Pagkatapos ay nahulog ang mga particle ng alpha, at dito nahulog ang mga electron sa mga proton. Bilang resulta ng isang banggaan, ang mga proton ay maaaring manatiling mga proton, o maaari silang maging excited dahil sa mataas na enerhiya, at pagkatapos ay ang iba pang mga particle, tulad ng mga pi-meson, ay maaaring ipanganak sa panahon ng scattering ng mga proton. Ito ay lumabas na ang seksyong ito ay kumikilos na parang may mga bahagi ng punto sa loob ng mga proton. Ngayon alam na natin na ang mga bahaging ito ng punto ay mga quark. Sa isang kahulugan, ito ay karanasan ni Rutherford, ngunit sa susunod na antas. Mula noong 1967 mayroon na tayong modelong quark. Ngunit kung ano ang susunod na mangyayari, hindi natin alam. Ngayon ay kailangan mong ikalat ang isang bagay sa mga quark at makita kung ano ang kanilang pinaghiwa-hiwalay. Ngunit ito ang susunod na hakbang, hanggang ngayon ito ay hindi pa nagagawa.
Bilang karagdagan, ang pinakamahalagang balangkas mula sa kasaysayan ng agham ng Russia ay nauugnay sa pangalan ni Rutherford. Si Pyotr Leonidovich Kapitsa ay nagtrabaho sa kanyang laboratoryo. Noong unang bahagi ng 1930s, pinagbawalan siyang umalis ng bansa at pinilit na manatili sa Unyong Sobyet. Nang malaman ito, ipinadala ni Rutherford kay Kapitsa ang lahat ng mga instrumento na mayroon siya sa Inglatera, at sa gayon ay tumulong sa paglikha ng Institute for Physical Problems sa Moscow. Iyon ay, salamat kay Rutherford, isang mahalagang bahagi ng pisika ng Sobyet ang naganap.
Basahin din:
|
Modelo ng planeta ng atom
19. Sa planetaryong modelo ng atom, ipinapalagay na ang bilang
1) ang mga electron sa mga orbit ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus
2) ang mga proton ay katumbas ng bilang ng mga neutron sa nucleus
3) ang mga electron sa mga orbit ay katumbas ng kabuuan ng mga bilang ng mga proton at neutron sa nucleus
4) ang mga neutron sa nucleus ay katumbas ng kabuuan ng mga bilang ng mga electron sa mga orbit at proton sa nucleus
21. Ang planetaryong modelo ng atom ay pinatutunayan ng mga eksperimento sa
1) paglusaw at pagtunaw ng mga solido 2) gas ionization
3) paggawa ng kemikal ng mga bagong sangkap 4) pagkalat ng mga α-particle
24. Ang planetaryong modelo ng atom ay makatwiran
1) mga kalkulasyon ng paggalaw ng mga celestial body 2) mga eksperimento sa electrification
3) mga eksperimento sa pagkalat ng mga α-particle 4) mga larawan ng mga atomo sa isang mikroskopyo
44. Sa eksperimento ni Rutherford, nagkalat ang mga α-particle
1) electrostatic field ng atomic nucleus 2) electron shell ng target atoms
3) gravitational field ng nucleus ng isang atom 4) target surface
48. Sa eksperimento ni Rutherford, karamihan sa mga α-particle ay malayang dumaan sa foil, halos hindi lumilihis mula sa mga rectilinear trajectories, dahil
1) ang nucleus ng isang atom ay may positibong singil
2) ang mga electron ay may negatibong singil
3) ang nucleus ng isang atom ay may maliit (kumpara sa atom) na sukat
4) Ang mga α-particle ay may malaking (kumpara sa nuclei ng mga atomo) na masa
154. Anong mga pahayag ang tumutugma sa planetaryong modelo ng atom?
1) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay positibo, ang mga electron ay nasa mga orbit sa paligid ng nucleus.
2) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay negatibo, ang mga electron ay nasa mga orbit sa paligid ng nucleus.
3) Electrons - sa gitna ng atom, umiikot ang nucleus sa mga electron, positive ang charge ng nucleus.
4) Electrons - sa gitna ng atom, umiikot ang nucleus sa mga electron, negatibo ang singil ng nucleus.
225. Ang mga eksperimento ni E. Rutherford sa pagkalat ng mga α-particle ay nagpakita na
A. halos ang buong masa ng atom ay puro sa nucleus. B. ang nucleus ay may positibong singil.
Aling (mga) pahayag ang (mga) tama?
1) A lang 2) B lang 3) parehong A at B 4) ni A o B
259. Anong ideya ng istruktura ng atom ang tumutugma sa modelo ng atom ni Rutherford?
1) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang mga electron ay nasa mga orbit sa paligid ng nucleus, ang singil ng mga electron ay positibo.
2) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang mga electron ay nasa mga orbit sa paligid ng nucleus, ang singil ng mga electron ay negatibo.
3) Ang positibong singil ay pantay na ipinamamahagi sa ibabaw ng atom, ang mga electron sa atom ay nag-o-ocillate.
4) Ang positibong singil ay pantay na ipinamamahagi sa buong atom, at ang mga electron ay gumagalaw sa atom sa iba't ibang mga orbit.
266. Aling ideya ng istruktura ng atom ang tama? Karamihan sa masa ng isang atom ay puro
1) sa nucleus, ang singil ng mga electron ay positibo 2) sa nucleus, ang singil ng nucleus ay negatibo
3) sa mga electron, negatibo ang singil ng mga electron 4) sa nucleus, negatibo ang singil ng mga electron
254. Anong ideya ng istruktura ng atom ang tumutugma sa modelo ng atom ni Rutherford?
1) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay positibo, karamihan sa masa ng atom ay puro sa mga electron.
2) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay negatibo, karamihan sa masa ng atom ay puro sa electron shell.
3) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay positibo, karamihan sa masa ng atom ay puro sa nucleus.
4) Ang nucleus ay nasa gitna ng atom, ang singil ng nucleus ay negatibo, karamihan sa masa ng atom ay puro sa nucleus.
Ang mga postula ni Bohr
267. Ang scheme ng pinakamababang antas ng enerhiya ng mga atom ng isang rarefied atomic gas ay may anyo na ipinapakita sa figure. Sa unang sandali ng oras, ang mga atomo ay nasa isang estado na may enerhiya E (2) Ayon sa mga postulate ni Bohr, ang gas na ito ay maaaring maglabas ng mga photon na may enerhiya.
1) 0.3 eV, 0.5 eV at 1.5 eV 2) 0.3 eV lang 3) 1.5 eV lang 4) alinman sa pagitan ng 0 at 0.5 eV
273. Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng pinakamababang antas ng enerhiya ng isang atom. Sa unang sandali ng oras, ang atom ay nasa isang estado na may enerhiya E (2) . Ayon sa mga postulate ni Bohr, ang isang ibinigay na atom ay maaaring maglabas ng mga photon na may enerhiya
1) 1 ∙ 10 -19 J 2) 3 ∙ 10 -19 J 3) 5 ∙ 10 -19 J 4) 6 ∙ 10 -19 J
279. Ano ang tumutukoy sa dalas ng isang photon na ibinubuga ng isang atom ayon sa modelo ng Bohr ng atom?
1) pagkakaiba sa enerhiya ng mga nakatigil na estado 2) dalas ng rebolusyon ng elektron sa paligid ng nucleus
3) ang wavelength ng de Broglie para sa isang electron 4) hindi pinapayagan ng modelong Bohr na matukoy ito
15. Ang isang atom ay nasa isang estado na may enerhiya E 1< 0. Минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, равна
1) 0 2) E 1 3) - E 1 4) - E 1 /2
16. Gaano karaming mga photon ng iba't ibang mga frequency ang maaaring maglabas ng mga atomo ng hydrogen sa ikalawang nasasabik na estado?
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
25. Ipagpalagay na ang enerhiya ng mga atom ng gas ay maaari lamang tumagal sa mga halaga na ipinahiwatig sa diagram. Ang mga atom ay nasa isang estado na may enerhiya e (3). Mga photon ng anong enerhiya ang maaaring makuha ng gas na ito?
1) anuman sa loob ng saklaw mula 2 ∙ 10 -18 J hanggang 8 ∙ 10 -18 J 2) anuman, ngunit mas mababa sa 2 ∙ 10 -18 J
3) 2 lang ∙10 -18 J 4) anuman, mas malaki sa o katumbas ng 2 ∙ 10 -18 J
29. Kapag naglalabas ng photon na may enerhiya na 6 eV, ang singil ng isang atom
1) hindi nagbabago 2) tumataas ng 9.6 ∙ 10 -19 C
3) tumataas ng 1.6 ∙ 10 -19 C 4) bumababa ng 9.6 ∙10 -19 C
30. Ang liwanag na may dalas na 4 ∙ 10 15 Hz ay binubuo ng mga photon na may electric charge na katumbas ng
1) 1.6 ∙ 10 -19 C 2) 6.4 ∙ 10 -19 C 3) 0 C 4) 6.4 ∙ 10 -4 C
78. Ang isang electron sa panlabas na shell ng isang atom ay unang pumasa mula sa isang nakatigil na estado na may enerhiya E 1 patungo sa isang nakatigil na estado na may enerhiya E 2, sumisipsip ng isang photon na may dalas v 1 . Pagkatapos ay pumasa ito mula sa estado E 2 sa isang nakatigil na estado na may enerhiya E s, sumisipsip ng isang photon na may dalas v 2 > v 1 . Ano ang mangyayari sa panahon ng paglipat ng isang electron mula sa estado E 2 patungo sa estado E 1.
1) dalas ng paglabas ng liwanag v 2 – v 1 2) dalas ng pagsipsip ng liwanag v 2 – v 1
3) dalas ng paglabas ng liwanag v 2 + v 1 4) dalas ng pagsipsip ng liwanag v 2 – v 1
90. Ang enerhiya ng isang photon na hinihigop ng isang atom sa panahon ng paglipat mula sa ground state na may enerhiya E 0 hanggang sa isang excited na estado na may enerhiya E 1 ay (h - Planck's constant)
95. Ang figure ay nagpapakita ng mga antas ng enerhiya ng isang atom at nagpapahiwatig ng mga wavelength ng mga photon na ibinubuga at hinihigop sa mga paglipat mula sa isang antas patungo sa isa pa. Ano ang wavelength para sa mga photon na ibinubuga sa panahon ng paglipat mula sa antas E 4 hanggang sa antas E 1 kung λ 13 = 400 nm, λ 24 = 500 nm, λ 32 = 600 nm? Ipahayag ang iyong sagot sa nm, at bilugan sa pinakamalapit na buong numero.
96. Ang figure ay nagpapakita ng ilang mga antas ng enerhiya ng electron shell ng isang atom at nagpapahiwatig ng mga frequency ng mga photon na ibinubuga at hinihigop sa panahon ng mga paglipat sa pagitan ng mga antas na ito. Ano ang pinakamababang wavelength ng mga photon na ibinubuga ng isang atom kapag anuman
posibleng mga transition sa pagitan ng mga antas E 1, E 2, e s at E 4, kung v 13 \u003d 7 ∙ 10 14 Hz, v 24 = 5 ∙ 10 14 Hz, v 32 = 3 ∙ 10 14 Hz? Ipahayag ang iyong sagot sa nm at bilugan sa pinakamalapit na buong numero.
120. Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng mga antas ng enerhiya ng isang atom. Alin sa mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya na minarkahan ng mga arrow ang sinamahan ng pagsipsip ng isang minimum na frequency quantum?
1) mula level 1 hanggang level 5 2) mula level 1 hanggang level 2
124. Ang figure ay nagpapakita ng mga antas ng enerhiya ng isang atom at nagpapahiwatig ng mga wavelength ng mga photon na ibinubuga at hinihigop sa mga paglipat mula sa isang antas patungo sa isa pa. Eksperimento na itinatag na ang pinakamababang wavelength para sa mga photon na ibinubuga sa panahon ng mga paglipat sa pagitan ng mga antas na ito ay λ 0 = 250 nm. Ano ang halaga ng λ 13 kung λ 32 = 545 nm, λ 24 = 400 nm?
145. Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng mga posibleng halaga ng enerhiya ng rarefied gas atoms. Sa unang sandali ng oras, ang mga atomo ay nasa isang estado na may enerhiya E (3). Posible para sa gas na maglabas ng mga photon na may enerhiya
1) 2 lang ∙ 10 -18 J 2) 3 lang ∙ 10 -18 at 6 ∙ 10 -18 J
3) 2 lang ∙ 10 -18 , 5 ∙ 10 -18 at 8 ∙ 10 -18 J 4) alinman mula 2 ∙ 10 -18 hanggang 8 ∙ 10 -18 J
162. Ang mga antas ng enerhiya ng isang electron sa isang hydrogen atom ay ibinibigay ng formula Е n = - 13.6/n 2 eV, kung saan n = 1, 2, 3, ... . Sa panahon ng paglipat ng isang atom mula sa estado E 2 sa estado E 1, ang atom ay naglalabas ng isang photon. Sa sandaling nasa ibabaw ng photocathode, ang isang photon ay nagpapatumba ng isang photoelectron. Ang wavelength ng liwanag na tumutugma sa pulang hangganan ng photoelectric effect para sa ibabaw na materyal ng photocathode, λcr = 300 nm. Ano ang pinakamataas na posibleng bilis ng isang photoelectron?
180. Ipinapakita ng figure ang ilan sa pinakamababang antas ng enerhiya ng hydrogen atom. Maaari bang sumipsip ang isang atom sa estado ng E 1 ng isang photon na may enerhiya na 3.4 eV?
1) oo, habang ang atom ay napupunta sa estado E 2
2) oo, habang ang atom ay napupunta sa estado E 3
3) oo, habang ang atom ay ionized, nabubulok sa isang proton at isang elektron
4) hindi, ang enerhiya ng photon ay hindi sapat para sa paglipat ng atom sa isang nasasabik na estado
218. Ang figure ay nagpapakita ng isang pinasimple na diagram ng mga antas ng enerhiya ng isang atom. Ang mga may bilang na arrow ay nagmamarka ng ilang posibleng paglipat ng atom sa pagitan ng mga antas na ito. Magtatag ng isang sulat sa pagitan ng mga proseso ng pagsipsip ng liwanag ng pinakamalaking wavelength at paglabas ng liwanag ng pinakamalaking wavelength at ang mga arrow na nagpapahiwatig ng mga paglipat ng enerhiya ng atom. Para sa bawat posisyon ng unang hanay, piliin ang kaukulang posisyon ng pangalawa at isulat ang mga napiling numero sa talahanayan sa ilalim ng kaukulang mga titik.
226. Ang figure ay nagpapakita ng isang fragment ng diagram ng mga antas ng enerhiya ng atom. Alin sa mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya na minarkahan ng mga arrow ang sinamahan ng paglabas ng isang photon na may pinakamataas na enerhiya?
1) mula level 1 hanggang level 5 2) mula level 5 hanggang level 2
3) mula level 5 hanggang level 1 4) mula level 2 hanggang level 1
228. Ang figure ay nagpapakita ng apat na mas mababang antas ng enerhiya ng hydrogen atom. Anong paglipat ang tumutugma sa pagsipsip ng isang photon na may enerhiya na 12.1 eV ng isang atom?
1) E 3 → E 1 2) E 1 → E 3 3) E 3 → E 2 4) E 1 → E 4
238. Isang electron na may momentum p = 2 ∙ 10 -24 kg ∙ m/s ay bumangga sa isang proton sa pamamahinga, na bumubuo ng hydrogen atom sa isang estado na may enerhiya E n (n = 2). Sa panahon ng pagbuo ng isang atom, ang isang photon ay ibinubuga. Hanapin ang dalas v photon na ito, napapabayaan ang kinetic energy ng atom. Ang mga antas ng enerhiya ng isang electron sa isang hydrogen atom ay ibinibigay ng formula , kung saan n =1,2, 3, ....
260. Ang scheme ng pinakamababang antas ng enerhiya ng isang atom ay may anyo na ipinapakita sa figure. Sa unang sandali ng oras, ang atom ay nasa isang estado na may enerhiya E (2) . Ayon sa mga postulate ni Bohr, ang isang atom ay maaaring maglabas ng mga photon na may enerhiya
1) 0.5 eV lamang 2) 1.5 eV lamang 3) anumang mas mababa sa 0.5 eV 4) alinman sa loob ng 0.5 hanggang 2 eV
269. Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng mga antas ng enerhiya ng isang atom. Anong numero ang nagpapahiwatig ng paglipat na tumutugma sa radiation photon na may pinakamababang enerhiya?
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
282. Ang paglabas ng photon ng isang atom ay nangyayari kapag
1) ang paggalaw ng isang elektron sa isang nakatigil na orbit
2) ang paglipat ng isang elektron mula sa ground state patungo sa isang nasasabik
3) ang paglipat ng isang elektron mula sa isang nasasabik na estado patungo sa lupa
4) lahat ng nakalistang proseso
13. Nangyayari ang paglabas ng photon sa panahon ng paglipat mula sa mga nasasabik na estado na may mga enerhiya na E 1 > E 2 > E 3 patungo sa ground state. Para sa mga frequency ng kaukulang photon v 1 , v 2 , v 3 , valid ang kaugnayan
1) v 1 < v 2 < v 3 2) v 2 < v 1 < v 3 3) v 2 < v 3 < v 1 4) v 1 > v 2 > v 3
1) mas malaki sa zero 2) katumbas ng zero 3) mas mababa sa zero
4) mas malaki o mas mababa sa zero depende sa estado
98. Ang isang atom na nakapahinga ay sumisipsip ng isang photon na may enerhiya na 1.2 ∙ 10 -17 J. Sa kasong ito, ang momentum ng atom
1) hindi nagbago 2) naging katumbas ng 1.2 ∙ 10 -17 kg ∙ m/s
3) naging katumbas ng 4 ∙ 10 -26 kg ∙ m/s 4) naging katumbas ng 3.6 ∙ 10 -9 kg ∙ m/s
110. Ipagpalagay na ang pamamaraan ng mga antas ng enerhiya ng mga atom ng isang tiyak na sangkap ay may anyo,
ipinapakita sa figure, at ang mga atomo ay nasa isang estado na may enerhiya E (1) . Isang electron na gumagalaw na may kinetic energy na 1.5 eV ang bumangga sa isa sa mga atom na ito at tumalbog, na nakakuha ng karagdagang enerhiya. Tukuyin ang momentum ng electron pagkatapos ng banggaan, sa pag-aakalang ang atom ay nakapahinga bago ang banggaan. Ang posibilidad ng paglabas ng liwanag ng isang atom sa isang banggaan sa isang elektron ay napapabayaan.
111. Ipagpalagay na ang scheme ng mga antas ng enerhiya ng mga atom ng isang tiyak na sangkap ay may anyo na ipinapakita sa figure, at ang mga atomo ay nasa isang estado na may enerhiya E (1) . Ang isang electron na bumabangga sa isa sa mga atom na ito ay tumalbog, na nakakuha ng karagdagang enerhiya. Ang momentum ng isang electron pagkatapos ng banggaan sa isang resting atom ay naging katumbas ng 1.2 ∙ 10 -24 kg ∙ m/s. Tukuyin ang kinetic energy ng electron bago ang banggaan. Ang posibilidad ng paglabas ng liwanag ng isang atom sa isang banggaan sa isang elektron ay napapabayaan.
136. Ang isang π°-meson na may mass na 2.4 ∙ 10 -28 kg ay nabubulok sa dalawang γ-quanta. Hanapin ang momentum modulus ng isa sa nagreresultang γ -quanta sa reference frame kung saan nakapahinga ang pangunahing π ° meson.
144. Mayroong bihirang atomic hydrogen sa isang sisidlan. Ang hydrogen atom sa ground state (E 1 = - 13.6 eV) ay sumisipsip ng photon at na-ionize. Ang isang electron na tumatakas mula sa isang atom bilang resulta ng ionization ay lumalayo sa nucleus sa bilis na v = 1000 km/s. Ano ang dalas ng hinihigop na photon? Pabayaan ang enerhiya ng thermal motion ng hydrogen atoms.
197. Ang isang resting hydrogen atom sa ground state (E 1 \u003d - 13.6 eV) ay sumisipsip ng photon sa vacuum na may wavelength λ \u003d 80 nm. Sa anong bilis lumipad ang isang electron palabas ng isang atom bilang resulta ng ionization ay lumayo sa nucleus? Pabayaan ang kinetic energy ng nabuong ion.
214. Ang isang libreng pion (π°-meson) na may natitirang enerhiya na 135 MeV ay gumagalaw nang may bilis na v, na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag. Bilang resulta ng pagkabulok nito, nabuo ang dalawang γ-quanta, ang isa sa kanila ay nagpapalaganap sa direksyon ng paggalaw ng pion, at ang isa pa sa tapat na direksyon. Ang enerhiya ng isang quantum ay 10% na higit pa kaysa sa isa. Ano ang bilis ng pion bago mabulok?
232. Ipinapakita ng talahanayan ang mga halaga ng enerhiya para sa pangalawa at ikaapat na antas ng enerhiya ng hydrogen atom.
| Numero ng antas | Enerhiya, 10 -19 J |
| -5,45 | |
| -1,36 |
Ano ang enerhiya ng isang photon na ibinubuga ng isang atom sa panahon ng paglipat mula sa ikaapat na antas hanggang sa pangalawa?
1) 5.45 ∙ 10 -19 J 2) 1.36 ∙ 10 -19 J 3) 6.81 ∙ 10 -19 J 4) 4.09 ∙ 10 -19 J
248. Ang isang atom na nakapahinga ay naglalabas ng photon na may enerhiya na 16.32 ∙ 10 -19 J bilang resulta ng paglipat ng isang electron mula sa isang excited na estado patungo sa ground state. Bilang resulta ng pag-urong, ang atom ay nagsisimulang sumulong sa tapat na direksyon na may kinetic energy na 8.81 ∙ 10 -27 J. Hanapin ang masa ng atom. Isaalang-alang ang bilis ng isang atom na maliit kumpara sa bilis ng liwanag.
252. Ang isang sisidlan ay naglalaman ng rarefied atomic hydrogen. Ang hydrogen atom sa ground state (E 1 = -13.6 eV) ay sumisipsip ng photon at na-ionize. Ang isang electron na tumatakas mula sa isang atom bilang resulta ng ionization ay lumalayo sa nucleus sa bilis na 1000 km/s. Ano ang wavelength ng isang absorbed photon? Pabayaan ang enerhiya ng thermal motion ng hydrogen atoms.
1) 46 nm 2) 64 nm 3) 75 nm 4) 91 nm
257. Ang isang sisidlan ay naglalaman ng rarefied atomic hydrogen. Ang hydrogen atom sa ground state (E 1 = -13.6 eV) ay sumisipsip ng photon at na-ionize. Ang isang electron na tumatakas mula sa isang atom bilang resulta ng ionization ay lumalayo sa nucleus sa bilis na v = 1000 km/s. Ano ang enerhiya ng hinihigop na photon? Pabayaan ang enerhiya ng thermal motion ng hydrogen atoms.
1) 13.6 eV 2) 16.4 eV 3) 19.3 eV 4) 27.2 eV
1 | | | |
Ang katatagan ng anumang sistema sa atomic scale ay sumusunod sa Heisenberg uncertainty principle (ikaapat na seksyon ng ikapitong kabanata). Samakatuwid, ang isang pare-parehong pag-aaral ng mga katangian ng isang atom ay posible lamang sa loob ng balangkas ng quantum theory. Gayunpaman, ang ilang mga resulta na may malaking praktikal na kahalagahan ay maaari ding makuha sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika sa pamamagitan ng pagpapatibay ng mga karagdagang tuntunin para sa quantization ng orbit.
Sa kabanatang ito, kakalkulahin natin ang posisyon ng mga antas ng enerhiya ng hydrogen atom at hydrogen-like ions. Ang pagkalkula ay batay sa planetary model, ayon sa kung saan ang mga electron ay umiikot sa paligid ng nucleus sa ilalim ng impluwensya ng Coulomb attraction forces. Ipinapalagay namin na ang mga electron ay gumagalaw sa mga pabilog na orbit.
13.1. Prinsipyo ng pagkakaayon
Ang angular momentum quantization ay ginagamit sa modelo ng hydrogen atom na iminungkahi ni Bohr noong 1913. Nagpatuloy si Bohr mula sa katotohanan na, sa limitasyon ng maliit na quanta ng enerhiya, ang mga resulta ng teorya ng quantum ay dapat tumutugma sa mga konklusyon ng mga klasikal na mekanika. Gumawa siya ng tatlong postulate.
Ang isang atom ay maaaring umiral nang mahabang panahon lamang sa ilang mga estado na may mga discrete na antas ng enerhiya. E i . Ang mga electron, na umiikot sa kaukulang discrete orbits, ay gumagalaw nang may acceleration, ngunit, gayunpaman, hindi sila nag-radiate. (Sa klasikal na electrodynamics, ang anumang pinabilis na particle ay nag-iilaw kung mayroon itong hindi zero na singil).
Ang radyasyon ay lumalabas o nasisipsip ng quanta sa panahon ng paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya:
Mula sa mga postulates na ito ay sumusunod sa tuntunin ng quantization ng sandali ng pag-ikot ng elektron
,
saan n maaaring katumbas ng anumang natural na numero:
Parameter n tinawag pangunahing quantum number. Upang makakuha ng mga formula (1.1), ipinapahayag namin ang antas ng enerhiya sa mga tuntunin ng sandali ng pag-ikot. Ang mga pagsukat ng astronomya ay nangangailangan ng kaalaman sa mga wavelength na may sapat na mataas na katumpakan: anim na tamang digit para sa mga optical na linya at hanggang walo sa hanay ng radyo. Samakatuwid, kapag pinag-aaralan ang hydrogen atom, ang pagpapalagay ng isang walang katapusang malaking masa ng nucleus ay lumalabas na masyadong magaspang, dahil ito ay humahantong sa isang error sa ika-apat na makabuluhang digit. ang paggalaw ng nucleus ay dapat isaalang-alang. Upang isaalang-alang ito, ang konsepto pinababang masa.
13.2. Nabawasan ang masa
Ang isang elektron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa ilalim ng impluwensya ng isang electrostatic na puwersa
,
saan r- isang vector, ang simula nito ay tumutugma sa posisyon ng nucleus, at ang dulo ay tumuturo sa elektron. Tandaan mo yan Z ay ang atomic number ng nucleus, at ang mga singil ng nucleus at electron ay pantay, ayon sa pagkakabanggit Ze At 
. Ayon sa ikatlong batas ni Newton, isang puwersa ang kumikilos sa nucleus na katumbas ng - f(ito ay katumbas ng ganap na halaga at nakadirekta sa tapat ng puwersang kumikilos sa elektron). Isulat natin ang mga equation ng electron motion
.
Ipinakilala namin ang mga bagong variable: ang bilis ng isang electron na may kaugnayan sa nucleus
at ang bilis ng sentro ng masa
.
Pagdaragdag ng (2.2a) at (2.2b), nakukuha natin
.
Kaya, ang sentro ng masa ng isang saradong sistema ay gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly. Ngayon hinati namin ang (2.2b) sa m Z at ibawas ito sa (2.2a) na hinati ng m e. Ang resulta ay isang equation para sa kamag-anak na bilis ng elektron:
.
Ang daming kasama dito
tinawag pinababang masa. Kaya, ang problema ng magkasanib na paggalaw ng dalawang particle - isang elektron at isang nucleus - ay pinasimple. Ito ay sapat na upang isaalang-alang ang paggalaw sa paligid ng nucleus ng isang particle, ang posisyon nito ay tumutugma sa posisyon ng elektron, at ang masa nito ay katumbas ng pinababang masa ng system.
13.3. Relasyon sa pagitan ng enerhiya at metalikang kuwintas
Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga singil, at ang modulus nito ay nakasalalay lamang sa distansya r sa pagitan nila. Dahil dito, inilalarawan ng equation (2.5) ang paggalaw ng isang particle sa isang sentrong simetriko na field. Ang isang mahalagang pag-aari ng paggalaw sa isang patlang na may sentral na simetrya ay ang pagtitipid ng enerhiya at metalikang kuwintas.
Isulat natin ang kondisyon na ang paggalaw ng isang electron sa isang pabilog na orbit ay tinutukoy ng Coulomb attraction sa nucleus:
.
Ito ay sumusunod mula dito na ang kinetic energy
katumbas ng kalahati ng potensyal na enerhiya
,
kinuha gamit ang kabaligtaran na palatandaan:
.
kabuuang enerhiya E, ayon sa pagkakabanggit, ay katumbas ng:
.
Ito ay naging negatibo, tulad ng dapat para sa mga matatag na estado. Ang mga estado ng mga atom at ion na may negatibong enerhiya ay tinatawag kaugnay. Pagpaparami ng equation (3.4) sa 2 r at pagpapalit ng produkto sa kaliwang bahagi mVr sa sandali ng pag-ikot M, ipahayag natin ang bilis V sa isang sandali:
.
Ang pagpapalit ng nakuha na halaga ng bilis sa (3.5), nakuha namin ang nais na formula para sa kabuuang enerhiya:
.
Tandaan na ang enerhiya ay proporsyonal sa pantay na lakas ng metalikang kuwintas. Sa teorya ni Bohr, ang katotohanang ito ay may mahalagang kahihinatnan.
13.4. Quantization ng metalikang kuwintas
Pangalawang equation para sa mga variable V At r makukuha natin mula sa tuntunin ng orbit quantization, ang derivation nito ay isasagawa batay sa mga postulate ni Bohr. Differentiating formula (3.5), nakakakuha tayo ng koneksyon sa pagitan ng maliliit na pagbabago sa momentum at enerhiya:
.
Ayon sa ikatlong postulate, ang dalas ng inilabas (o hinihigop) na photon ay katumbas ng dalas ng electron sa orbit:
.
Mula sa mga formula (3.4), (4.2) at ang koneksyon
sa pagitan ng bilis, torque at radius ay sumusunod sa isang simpleng expression para sa pagbabago sa angular momentum sa panahon ng paglipat ng isang electron sa pagitan ng mga katabing orbit:
.
Pagsasama-sama (4.3), nakuha namin
pare-pareho C maghahanap kami sa isang semi-open na pagitan
.
Ang dobleng hindi pagkakapantay-pantay (4.5) ay nagpapakilala ng walang karagdagang mga paghihigpit: kung SA lumampas sa (4.5), pagkatapos ay maibabalik ito sa pagitan na ito sa pamamagitan lamang ng muling pagbilang ng mga halaga ng sandali sa formula (4.4).
Ang mga pisikal na batas ay pareho sa lahat ng mga frame of reference. Lumipat tayo mula sa isang right-handed coordinate system patungo sa isang left-handed. Ang enerhiya, tulad ng anumang scalar na dami, ay mananatiling pareho,
.
Ang axial torque vector ay kumikilos nang iba. Tulad ng nalalaman, ang anumang axial vector ay nagbabago ng sign kapag isinasagawa ang tinukoy na operasyon:
Walang kontradiksyon sa pagitan ng (4.6) at (4.7), dahil, ayon sa (3.7), ang enerhiya ay inversely proportional sa square of the moment at nananatiling pareho kapag nagbabago ng sign M.
Kaya, ang hanay ng mga negatibong halaga ng metalikang kuwintas ay dapat ulitin ang hanay ng mga positibong halaga nito. Sa madaling salita, para sa bawat positibong halaga M n dapat mayroong negatibong halaga na katumbas nito sa ganap na halaga M – m :
Pagsasama-sama ng (4.4) – (4.8), nakakakuha tayo ng linear equation para sa SA:
,
na may solusyon
.
Madaling makita na ang formula (4.9) ay nagbibigay ng dalawang halaga ng pare-pareho SA nagbibigay-kasiyahan sa hindi pagkakapantay-pantay (4.5):
.
| ||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ang resulta ay inilalarawan ng isang talahanayan na nagpapakita ng serye ng sandali para sa tatlong halaga ng C: 0, 1/2 at 1/4. Malinaw na nakikita na sa huling linya ( n=1/4) halaga ng torque para sa mga positibo at negatibong halaga n naiiba sa ganap na halaga.
Nagawa ni Bohr na makakuha ng kasunduan sa pang-eksperimentong data sa pamamagitan ng pagtatakda ng pare-pareho C katumbas ng zero. Pagkatapos ang tuntunin ng orbital momentum quantization ay inilalarawan ng mga formula (1). Ngunit ito rin ay may katuturan C katumbas ng kalahati. Inilalarawan nito panloob na sandali elektron, o paikutin- isang konsepto na tatalakayin nang detalyado sa iba pang mga kabanata. Ang planetaryong modelo ng atom ay madalas na isinasaad simula sa formula (1), ngunit ayon sa kasaysayan ay hinango ito sa prinsipyo ng pagsusulatan.
13.5. Mga Parameter ng Electron Orbit
Ang mga formula (1.1) at (3.7) ay humahantong sa isang discrete set ng orbital radii at electron velocities, na maaaring palitan ng numero gamit ang quantum number n:
Tumutugma sila sa isang discrete spectrum ng enerhiya. Kabuuang enerhiya ng elektron E n maaaring kalkulahin ng mga formula (3.5) at (5.1):
.
Nakakuha kami ng isang discrete set ng mga estado ng enerhiya ng isang hydrogen atom o isang hydrogen-like ion. Estado na naaayon sa isang halaga n katumbas ng isa ay tinatawag basic, iba - nasasabik at kung n
napakalaki, tapos- Nasasabik. Ang Figure 13.5.1 ay naglalarawan ng formula (5.2) para sa hydrogen atom. may tuldok na linya 
ang limitasyon ng ionization ay ipinahiwatig. Malinaw na nakikita na ang unang antas ng nasasabik ay mas malapit sa hangganan ng ionization kaysa sa antas ng lupa.
kundisyon. Papalapit sa hangganan ng ionization, ang mga antas sa Fig. 13.5.2 ay unti-unting lumapot. 
Isang nag-iisang atom lamang ang may walang katapusang maraming antas. Sa isang tunay na kapaligiran, ang iba't ibang mga pakikipag-ugnayan sa mga kalapit na particle ay humahantong sa katotohanan na ang atom ay mayroon lamang isang tiyak na bilang ng mga mas mababang antas. Halimbawa, sa ilalim ng mga kondisyon ng stellar atmospheres, ang isang atom ay karaniwang mayroong 20-30 na estado, ngunit daan-daang mga antas, ngunit hindi hihigit sa isang libo, ay maaaring maobserbahan sa isang rarefied interstellar gas.
Sa unang kabanata, ipinakilala namin ang isang rydberg batay sa mga sukat na pagsasaalang-alang. Ang Formula (5.2) ay nagpapakita ng pisikal na kahulugan ng pare-parehong ito bilang isang maginhawang yunit para sa pagsukat ng enerhiya ng isang atom. Bukod dito, ipinapakita nito na si Ry ay nakasalalay sa relasyon 
:
.
Dahil sa malaking pagkakaiba sa pagitan ng masa ng nucleus at ng electron, ang pag-asa na ito ay napakahina, ngunit sa ilang mga kaso hindi ito maaaring pabayaan. Ang numerator ng huling formula ay ang pare-pareho
erg 
eV,
kung saan ang halaga ng Ry ay may posibilidad na may walang limitasyong pagtaas sa masa ng nucleus. Kaya, napino namin ang yunit ng pagsukat Ry na ibinigay sa unang kabanata.
Ang tuntunin ng momentum quantization (1.1) ay siyempre hindi gaanong tumpak kaysa expression (12.6.1) para sa eigenvalue ng operator 
. Alinsunod dito, ang mga formula (3.6) - (3.7) ay may napakalimitadong kahulugan. Gayunpaman, tulad ng makikita natin sa ibaba, ang huling resulta (5.2) para sa mga antas ng enerhiya ay tumutugma sa solusyon ng Schrödinger equation. Magagamit ito sa lahat ng pagkakataon kung bale-wala ang relativistic corrections.
Kaya, ayon sa modelo ng planeta ng atom, sa mga nakatali na estado, ang bilis ng pag-ikot, ang radius ng orbit at ang enerhiya ng electron ay kumukuha ng isang discrete na serye ng mga halaga at ganap na tinutukoy ng halaga ng pangunahing quantum. numero. Ang mga estado na may positibong enerhiya ay tinatawag libre; hindi sila binibilang, at lahat ng mga parameter ng elektron sa kanila, maliban sa sandali ng pag-ikot, ay maaaring tumagal sa anumang mga halaga na hindi sumasalungat sa mga batas ng konserbasyon. Ang torque ay palaging binibilang.
Ginagawang posible ng mga formula ng planetary model na kalkulahin ang potensyal ng ionization ng isang hydrogen atom o isang hydrogen-like ion, pati na rin ang wavelength ng paglipat sa pagitan ng mga estado na may iba't ibang mga halaga. n. Maaari ring tantiyahin ng isa ang laki ng atom, ang mga linear at angular na bilis ng electron sa orbit.
Ang mga nagmula na formula ay may dalawang limitasyon. Una, hindi nila isinasaalang-alang ang relativistic effect, na nagbibigay ng error sa order ( V/c) 2 . Ang relativistic correction ay tumataas habang tumataas ang nuclear charge bilang Z 4 at para sa FeXXVI ion ay mga fraction na ng isang porsyento. Sa pagtatapos ng kabanatang ito, isasaalang-alang natin ang epektong ito, na natitira sa loob ng balangkas ng planetaryong modelo. Pangalawa, bilang karagdagan sa quantum number n ang enerhiya ng mga antas ay tinutukoy ng iba pang mga parameter - ang orbital at panloob na mga sandali ng elektron. Samakatuwid, ang mga antas ay nahahati sa ilang mga sublevel. Ang halaga ng paghahati ay proporsyonal din Z 4 at nagiging kapansin-pansin sa mabibigat na ion.
Ang lahat ng mga tampok ng discrete level ay isinasaalang-alang sa pare-parehong quantum theory. Gayunpaman, ang simpleng teorya ni Bohr ay lumalabas na isang simple, maginhawa, at medyo tumpak na paraan para sa pag-aaral ng istruktura ng mga ion at atomo.
13.6 Rydberg pare-pareho
Sa optical range ng spectrum, kadalasan ay hindi ang quantum energy ang sinusukat E, at ang wavelength paglipat sa pagitan ng mga antas. Samakatuwid, ang wavenumber ay kadalasang ginagamit upang sukatin ang antas ng enerhiya E/hc sinusukat sa reciprocal centimeters. Wave number na katumbas ng 
, denoted 
:
cm 
.
Ang index ay nagpapaalala sa atin na ang masa ng nucleus sa kahulugang ito ay itinuturing na walang hanggan na malaki. Isinasaalang-alang ang finite mass ng nucleus, ang Rydberg constant ay katumbas ng
.
Sa mabigat na nuclei, ito ay mas malaki kaysa sa mga magaan. Ang mass ratio ng proton at electron ay
Ang pagpapalit ng halagang ito sa (2.2) ay nakukuha natin ang numerical expression para sa Rydberg constant para sa hydrogen atom:
Ang nucleus ng mabigat na isotope ng hydrogen - deuterium - ay binubuo ng isang proton at isang neutron, at humigit-kumulang dalawang beses na mas mabigat kaysa sa nucleus ng isang hydrogen atom - isang proton. Samakatuwid, ayon sa (6.2), ang Rydberg constant para sa deuterium R Ang D ay mas malaki kaysa sa hydrogen R H:
Mas mataas pa ito para sa hindi matatag na isotope ng hydrogen - tritium, ang nucleus na binubuo ng isang proton at dalawang neutron.
Para sa mga elemento sa gitna ng periodic table, ang isotopic shift effect ay nakikipagkumpitensya sa epekto na nauugnay sa finite size ng nucleus. Ang mga epektong ito ay may kabaligtaran na tanda at binabayaran ang bawat isa para sa mga elementong malapit sa calcium.
13.7. Isoelectronic na pagkakasunud-sunod ng hydrogen
Ayon sa depinisyon na ibinigay sa ikaapat na seksyon ng ikapitong kabanata, ang mga ion na binubuo ng isang nucleus at isang elektron ay tinatawag na katulad ng hydrogen. Sa madaling salita, tinutukoy nila ang isoelectronic sequence ng hydrogen. Ang kanilang istraktura ay may husay na kahawig ng isang hydrogen atom, at ang posisyon ng mga antas ng enerhiya ng mga ion na ang nuclear charge ay hindi masyadong malaki ( Z Z> 20), may lumilitaw na dami ng mga pagkakaiba na nauugnay sa relativistic effect: ang pag-asa ng mass ng elektron sa bilis at ang pakikipag-ugnayan ng spin-orbit.
Isasaalang-alang namin ang pinaka-kagiliw-giliw na mga ions ng helium, oxygen at iron sa astrophysics. Sa spectroscopy, ang singil ng isang ion ay ibinibigay ng simbolo ng spectroscopic, na nakasulat sa Roman numeral sa kanan ng simbolo ng elementong kemikal. Ang bilang na kinakatawan ng Roman numeral ay isa pa kaysa sa bilang ng mga electron na inalis mula sa atom. Halimbawa, ang hydrogen atom ay itinalaga bilang HI, at ang hydrogen-like ions ng helium, oxygen, at iron, ayon sa pagkakabanggit, ay HeII, OVIII, at FeXXVI. Para sa mga multielectron ions, ang spectroscopic na simbolo ay tumutugma sa epektibong singil na "nararamdaman" ng valence electron.
Kalkulahin natin ang paggalaw ng isang elektron sa isang pabilog na orbit, na isinasaalang-alang ang relativistic dependence ng masa nito sa bilis. Ang mga equation (3.1) at (1.1) sa relativistic case ay ganito ang hitsura:
Nabawasan ang masa m ay tinukoy ng formula (2.6). Recall din yan
.
I-multiply ang unang equation sa 
at hatiin ito sa pangalawa. Bilang resulta, nakukuha namin
Ang fine structure constant ay ipinakilala sa formula (2.2.1) ng unang kabanata. Alam ang bilis, kinakalkula namin ang radius ng orbit:
.
Sa espesyal na teorya ng relativity, ang kinetic energy ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng kabuuang enerhiya ng katawan at ng rest energy nito sa kawalan ng external force field:
.
Potensyal na enerhiya U bilang isang function r ay tinutukoy ng formula (3.3). Pagpapalit sa mga expression para sa T At U ang nakuhang halaga ng at r, nakukuha natin ang kabuuang enerhiya ng elektron:
Para sa isang electron na umiikot sa unang orbit ng isang hydrogen-like iron ion, ang halaga ng 2 ay katumbas ng 0.04. Para sa mas magaan na elemento, ito ay, nang naaayon, kahit na mas kaunti. Sa 
patas na pagkabulok
.
Madaling makita na ang unang termino ay, hanggang sa notasyon, katumbas ng halaga ng enerhiya (5.2) sa hindi relativistikong teorya ng Bohr, at ang pangalawa ay ang nais na relativistikong pagwawasto. Tinutukoy namin ang unang termino bilang E B , pagkatapos
Isulat natin sa tahasang anyo ang expression para sa relativistic correction:
Kaya, ang relatibong halaga ng relativistic correction ay proporsyonal sa produkto 2 Z 4 . Ang accounting para sa pagtitiwala ng mass ng elektron sa bilis ay humahantong sa isang pagtaas sa lalim ng antas. Ito ay mauunawaan bilang mga sumusunod: ang ganap na halaga ng enerhiya ay lumalaki sa masa ng particle, at ang isang gumagalaw na elektron ay mas mabigat kaysa sa isang nakatigil. Paghina ng epekto sa pagtaas ng quantum number n ay isang kinahinatnan ng mas mabagal na paggalaw ng electron sa nasasabik na estado. Malakas na pag-asa sa Z ay bunga ng mataas na bilis ng isang electron sa larangan ng isang nucleus na may malaking singil. Sa hinaharap, kakalkulahin namin ang dami na ito ayon sa mga patakaran ng quantum mechanics at makakuha ng bagong resulta - ang pag-alis ng degeneracy sa orbital momentum.
13.8. Highly Excited States
Ang mga estado ng isang atom o ion ng anumang elemento ng kemikal kung saan ang isa sa mga electron ay nasa mataas na antas ng enerhiya ay tinatawag na lubos na napukaw, o Rydberg. Mayroon silang mahalagang pag-aari: ang posisyon ng mga antas ng isang nasasabik na elektron ay maaaring ilarawan na may sapat na mataas na katumpakan sa loob ng balangkas ng modelong Bohr. Ang katotohanan ay ang isang electron na may malaking halaga ng quantum number n, ayon sa (5.1), ay napakalayo mula sa nucleus at iba pang mga electron. Sa spectroscopy, ang naturang electron ay karaniwang tinatawag na "optical", o "valence", at ang natitirang mga electron, kasama ang nucleus, ay tinatawag na "atomic residue". Sa eskematiko, ang istruktura ng isang atom na may isang mataas na nasasabik na elektron ay ipinapakita sa Fig. 13.8.1. Sa kaliwang ibaba ay ang atomic
natitira: nucleus at mga electron sa ground state. Ang may tuldok na arrow ay tumuturo sa valence electron. Ang mga distansya sa pagitan ng lahat ng mga electron sa loob ng isang atomic residue ay mas mababa kaysa sa distansya mula sa alinman sa mga ito sa isang optical electron. Samakatuwid, ang kanilang kabuuang singil ay maaaring ituring na halos ganap na puro sa gitna. Samakatuwid, maaari itong ipalagay na ang optical electron ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng puwersa ng Coulomb na nakadirekta patungo sa nucleus, at sa gayon ang mga antas ng enerhiya nito ay kinakalkula gamit ang Bohr formula (5.2). Pinoprotektahan ng mga electron ng atomic residue ang nucleus, ngunit hindi ganap. Upang isaalang-alang ang bahagyang screening, ipinakilala ang konsepto epektibong pagsingil atomic residue Z eff . Sa isinasaalang-alang na kaso ng isang malakas na malayong electron, ang dami Z eff ay katumbas ng pagkakaiba sa atomic number ng elementong kemikal Z at ang bilang ng mga electron sa atomic residue. Dito nililimitahan natin ang ating sarili sa kaso ng neutral atoms, kung saan Z ff = 1.
Ang posisyon ng malakas na nasasabik na mga antas ay nakuha sa teorya ni Bohr para sa anumang atom. Sapat na itong palitan sa (2.6) 
bawat atomic mass 
, na mas mababa kaysa sa masa ng isang atom 
sa pamamagitan ng masa ng elektron. Sa tulong ng pagkakakilanlan na nakuha mula rito
maaari nating ipahayag ang Rydberg constant bilang isang function ng atomic weight A itinuturing na elemento ng kemikal:
planetaryo mga modeloatom... + --- a -- = 0; (2.12) h² h ∂t 4πm ∂a a Δβ + 2(grad agradβ) – ----- = 0. (2. 13 ) h ∂t Para sa βh φ = -- (2.14) 2πm Nakuha ni Madelung ang equation...
Kabanata 1 Mga Nucleon at Atomic Nuclei
DokumentoIpapakita sa kabanata 8, magnetic ... Rutherford noong 1911 planetaryomga modeloatom, ang Dutch scientist na si A. Van ... ay talagang tumaas antasenerhiya. Nuclei na may neutron ... cellulose na nilalaman 13 mga atomo oxygen, 34 atom hydrogen at 3 atom carbon,...
Programang pang-edukasyon ng GBOU gymnasium No. 625 para sa akademikong taon ng 2012/13
Pangunahing programa sa edukasyonItaas antas kwalipikasyon, kakayahan at antas pagbabayad... GIA: 46 46 13 20 13 - 39 7 ... Ang tula na "Vasily Terkin" ( mga kabanata). M.A. Kwento ng Sholokhov... planetaryomodeloatom. Optical spectra. Pagsipsip at paglabas ng liwanag mga atomo. Ang komposisyon ng atomic nucleus. Enerhiya ...
Kabanata 4 Ang pagkita ng kaibhan at pag-oorganisa sa sarili ng pangunahing cosmic baryonic matter
DokumentoDami mga atomo sa 106 mga atomo silikon, ... sukat ( antas) enerhiya; ... Galimov dynamic modelo nagpapaliwanag ng mabuti... 4.2.12-4.2. 13 ipinakita ang mga ratios... magkakaugnay planetaryo system... ang algorithm ng pagsusuri ay ipinakita sa mga kabanata 2 at 4. Paano...