O atomach…, Schematy z Fizyka

Pobierz O atomach… i więcej Schematy w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

• Wykład 30. 11.
  • Budowa atomu

O atomach…

Trochę historii i wprowadzenie w temat

Promieniowanie i widma

Doświadczenie Rutherforda i odkrycie jądra atomowego

Model atomu wodoru Bohra – sukcesy i ograniczenia

Model atomu i widma

Widmo promieniowania elektromagnetycznego, linie widmowe

https://pl.wikipedia.org/wiki/Linie_spektralne

Widmo ciągłe( w zakresie widzialnym)

Widmo emisyjne

Widmo absorpcyjne

Struktura widma promieniowania jest sygnaturą źródła promieniowania: zbiór linii widmowych jest jednoznacznie związany z budową atomu emitującego/absorbującego promieniowanie. Każdej linii widmowej odpowiada promieniowanie o określonej długości fali λ Każdej długości fali odpowiada częstość promieniowania f = c/λ, c oznacza prędkość światła w próżni równą w przybliżeniu 300 000 km/s

Zapamiętaj

Długość fali światła widzialnego

λ ~ 700 nm - 400 nm

1 nm = 10-9^ m

Częstotliwość

f = c/λ

Energia fotonu

E = hf = hc/λ

Dłuższa fala ↔ mniejsza energia

Formuła Balmera (1885)

Długość promieniowania dla linii widmowych atomu H w

świetle widzialnym i bliskim nadfiolecie (dopasowanie do wyników eksperymentalnych):

nm n

n

n 4

364 , 6 2



 

n = 3, 4, 5,…

Dlaczego tak jest?

Na początku XX wieku:

model atomu Thomsona

Rozmiary atomu ~ 10 -^10 m

Atom jest elektrycznie obojętny

Atom zawiera elektrony o ładunku ujemnym o

wiele lżejsze od całego atomu

Elektrony są rozłożone w atomie „jak rodzynki w

cieście”

Nie tłumaczy stabilności (trwałości) atomów

Porównanie przewidywań i wyniku…

Wynik doświadczenia: pojawiają się cząstki odchylone bardzo znacznie od pierwotnego kierunku – zachowanie charakterystyczne dla odbicia dodatnio naładowanej cząstki od punktowego ładunku dodatniego.

Jak można wytłumaczyć taki wynik?

Wynik przewidywany wg modelu Thomsona: cząstki alfa przebiegną przez atom bez zmiany kierunku

https://pl.wikipedia.org/wiki/Eksperyment_Rutherforda

Wniosek – model jądrowy Rutherforda

Ładunek dodatni atomu skoncentrowany w środku

Nie ma mowy o rozkładzie ładunku elektronów („gdzie one są?”)

Oszacowany rozmiar jądra ~ 10 -^14 m

Rozmiary atomu ~ 10 -^10 m

Porównaj te liczby: atom jest „pusty”

Nie wyjaśnia linii widmowych (formuły Balmera oraz ogólniejszej

formuły Rydberga-Ritza)

Nie tłumaczy stabilności (trwałości) atomów

Założenia modelu Bohra 1

Elektron e-^ porusza się po orbicie kołowej wokół centralnie

położonego jądra utrzymywany siłą Coulomba.

Jest to układ stabilny mechanicznie (planety), ale niestabilny

elektrycznie – ruch elektronu po okręgu jest ruchem

przyspieszonym. Wg praw elektrodynamiki ładunek (elektron)

poruszający się ruchem przyspieszonym musi promieniować,

a więc tracić energię - > promień orbity maleje i elektron

„spadnie” na jądro.

Taki atom nie mógłby istnieć dłużej niż przez mikrosekundę!

Założenia modelu Bohra 2

Elektron może poruszać się tylko po pewnych orbitach bez

emisji promieniowania. Są to „stany stacjonarne”. Elektron na

orbicie ma ściśle określoną energię i mimo, iż porusza się

ruchem przyspieszonym, to nie promieniuje.

Atom wysyła promieniowanie tylko wówczas, gdy elektron

dokonuje przejścia z jednego stanu stacjonarnego i do

drugiego f („przeskakuje z jednej orbity na drugą”).

Częstotliwość f wysyłanego promieniowania jest związana z

różnicą energii zaangażowanych stanów stacjonarnych

według relacji:

hf = Ef - Ei linia widmowa

Nie ma ona nic wspólnego z częstotliwością obiegu elektronu po

orbicie!

Założenia modelu Bohra 3

Pytanie: od czego zależy, że jakaś orbita jest dozwolona?

Dozwolone są jedynie orbity o takim promieniu r, że

mvr = nh/2π, n = 1, 2, 3,…

(warunek kwantowania momentu pędu)

Liczba n to „liczba kwantowa” (główna)

rn 

a nm

rn n a

0 0.^0529

0

2





Promień dozwolonej orbity:

Promień Bohra – „rozmiar” atomu

Energie poziomów energetycznych w atomie

wodoru

Energia elektronu En na orbicie o numerze n to „poziom energetyczny”

1. 51 , 9

2. 6

3. 4 , 4

4. 6

, 1

13. 6

3

2

1

E eV eV

E eV eV

E eV

 

 

 

 

 

…..

Poziom podstawowy

Poziomy wzbudzone

Wyjaśnienie powstania i struktury serii Balmera w

widmie emisyjnym atomu wodoru

Linie serii Balmera powstają podczas przeskoku elektronu z orbit

(poziomów energetycznych) o numerach (liczbach kwantowych)

n>2 na wspólną dla wszystkich przejść końcową orbitę (poziom

energetyczny) o liczbie kwantowej n=

Pytania do wykładu 1

1. Promieniowanie widzialne to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal λ leżących w zakresie ………………..nm
2. Doświadczenie Rutherforda doprowadziło do odkrycia: a) elektronu, b) jądra atomowego, c) cząstki α
3. Rozmiar atomu to w przybliżeniu……….m, a rozmiar jądra atomowego to w przybliżeniu…………..m (proszę podać tylko rząd wielkości).
4. W modelu Bohra atomu wodoru elektron może obiegać jądro po orbicie kołowej, której promień r wynika z założenia, że mvr = ………… Proszę uzupełnić prawą stronę tego wzoru oraz zdefiniować występujące w tym wzorze symbole: m oznacza……………………………………………………………………. v oznacza ……………………………………………………………………
5. Atom emituje promieniowanie w trakcie: a) ruchu elektronu wokół jądra, b) przeskoku elektronu między orbitami