Лекция №3. Квантовая теория атома

водородаПлан:

Развитие представлений о строении веществ. Опыт Резерфорда. Постулаты Бора. Подтверждения теории Бора. Опыт Франка и Герца. Элементарная теория Бора для водородоподобных атомов. Спектр атома водорода.

Развитие представлений о строении вещества

Густав Роберт Кирхгоф

(1824-1887)

Роберт Вильгельм Бунзен

(1811-1899)

Спектроскоп

5890 Ǻ 5896 Ǻ

Спектр натрия

Развитие представлений о строении вещества

Антуан Анри Беккерель (1852-

1908)

Эрнест Резерфорд (1871-1937)

Открытие радиоактивности (Беккерель 1896)

Открытие – и – излучений. Образование гелия при радиоактивном

распаде атомов тория (Резерфорд 1899)

Модели атома

Джозеф Джон Томсон

(1856-1940)

Модель атома Томсона (1903)

Модель атома Нагаоки (1904)

Хантаро Нагаока (1865-1950)

Опыт Резерфорда

Траектории - частиц

Модель атома

Резерфорда (1911)

Постулаты Бора

Трудности модели атома Резерфорда:- неустойчивость (атом должен упасть на ядро);- непрерывный спектр излучения.

Нильс Бор (1885-1962)

Постулаты Бора (1913 г.):1. атомная система может находится только в особых

стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях электрон в атоме имеет дискретные значения момента импульса.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний.

nrme v

nm EE

Опыт Франка и Герца (1913 г.)

Джеймс Франк (1882-1964)

Густав Герц (1887-1975)

Теория Бора для водородоподобных атомов

nrme v

Рассмотрим движение электрона в электрическом поле атомного ядра:

2

2

04

1

r

Zeme

rv2

r

Zeme 24

1 2

0

2v2

Из условия квантования момента импульса:

rm

n

e

v

2

rm

n

e

2vr

Ze

rm

nm

ee

2

0

2

4

1

2

2204

Zem

nr

en

Для Z=1 и n=1

53.01 r Å

Разрешенные уровни энергии водородоподобного атома:

r

ZemE e

2

04

1

2v2

r

ZeE

24

1 2

0

22

422

0 24

1

nmeZ

E e

6.131 E

4.32 EэВ

эВ

5.13 E эВ

Спектр атома водорода

Иоханнес Роберт Ридберг

(1854-1919)

222

42

0

11

24

1

nm

meEE enm

223

42

0

11

24

1

mn

meEE enm

3

42

0 24

1

emeR

Постоянная

Ридберга

n=1 - серия Лаймана (ультрафиолетовое излучение)n=2 - серия Бальмера (видимый свет)n=3 - серия Пашена (инфракрасное излучение)n=4  - серия Брэкетта (инфракрасное излучение) и др.

Спектр атома водородаСхема энергетических уровней атома водорода