Закономірності у атомних спектрах формула бальмера. Спектральні закономірності

1. Закономірності у атомних спектрах. Ізольовані атоми у вигляді розрідженого газу або пар металів випускають спектр, що складається з окремих спектральних ліній (лінійчастий спектр). Вивчення атомних спектрів послужило ключем до пізнання будови атомів. Лінії у спектрах розташовані не безладно, а серіями. Відстань між лініями в серії закономірно зменшується з переходом від довгих хвиль до коротких.

Швейцарський фізик Й. Бальмер в 1885 році встановив, що довжини хвиль серії у видимій частині спектру водню можуть бути представлені формулою (формула Бальмера): 0 = const, n = 3, 4, 5, R = 1,09 · 10 7 м -1 - Постійна Рідберга, n = 3, 4, 5, ... У фізиці постійної Рідберга називають і іншу величину рівну R = R · с. R = 3,29 · 10 15 c -1 або

1895 - відкриття Х-променів Рентгеном 1896 - відкриття радіоактивності Беккерелем 1897 - відкриття електрона (Дж.Томсон визначив величину відношення q/m) Висновок: Атом має складна будоваі складається з позитивних (протони) та негативних (електрони) частинок

У 1903 році Дж. Дж. Томсон, запропонував модель атома: сфера, рівномірно заповнена позитивною електрикою, усередині якої знаходяться електрони. Сумарний заряд сфери дорівнює зарядуелектронів. Атом загалом нейтральний. Теорія такого атома давала, що спектр має бути складним, але аж ніяк не лінійним, що суперечило експериментам.

У 1899 р. відкрив альфа- та бета-промені. Разом з Ф. Содді у 1903 р. розробив теорію радіоактивного розпаду та встановив закон радіоактивних перетворень. 1903 року довів, що альфа-промені складаються з позитивно заряджених частинок. У 1908 р. йому було присуджено Нобелівську премію. Резерфорд Ернест (1871-1937) англійський фізик, основоположник ядерної фізики. Дослідження присвячені атомній та ядерної фізики, радіоактивності.

2. Ядерна модель атома (модель Резерфорда). Швидкість – частинок = 107 м/с = 104 км/сек. - Частка має позитивний зарядрівний +2 е. Схема досвіду Резерфорда Розсіяні частинки ударялися об екран із сірчистого цинку, викликаючи сцинтиляції - спалахи світла.

Більшість α-часток розсіювалося на кути порядку 3° Окремі α-частки відхилялися на великі кути, до 150º (одна з кількох тисяч) Таке відхилення можливе лише при взаємодії практично точкового позитивного заряду - ядра атома - з α-частинкою, що близько пролітає.

Мала ймовірність відхилення на великі кути свідчить про малі розміри ядра: 99,95% маси атома зосереджено в ядрі м м

М Радіус ядра R (10 14 ÷)м залежить від числа нуклонів в ядрі.

F F

Проте, планетарна модель була у явному протиріччі із класичною електродинамікою: електрон, рухаючись по колу, тобто. з нормальним прискоренням, повинен був випромінювати енергію, отже, уповільнювати швидкість і впасти на ядро. Модель Резерфорда не могла пояснити, чому атом стійкий Планетарна модель атома

БІР Нільс Хендрік Давид (1885–1962) датський фізик-теоретик, один із творців сучасної фізики. Сформулював ідею дискретності енергетичних станіватомів, побудував атомну модельвідкривши умови стійкості атомів Створив першу квантову модель атома, засновану на двох постулатах, які прямо суперечили класичним уявленням та законам. 3. Елементарна теоріяБора

1. Атом слід описувати як «піраміду» стаціонарних енергетичних станів. Перебуваючи в одному з стаціонарних станіватом не випромінює енергію. 2. При переходах між стаціонарними станами атом поглинає чи випромінює квант енергії. При поглинанні енергії атом перетворюється на більш енергетичний стан.

ЕnЕnЕnЕn E m > E n Поглинання енергії E n Поглинання енергії"> E n Поглинання енергії"> E n Поглинання енергії" title="ЕnЕnЕnЕn E m > E n Поглинання енергії"> title="ЕnЕnЕnЕn E m > E n Поглинання енергії"> !}

ЕnЕnЕnЕn E m > E n Випромінювання енергії E n Випромінювання енергії"> E n Випромінювання енергії"> E n Випромінювання енергії" title="ЕnЕnЕnЕn E m > E n Випромінювання енергії"> title="ЕnЕnЕnЕn E m > E n Випромінювання енергії"> !}

Постулати Бору 1. Електрони рухаються лише за певними (стаціонарними) орбітами. У цьому немає випромінювання енергії. Умова для стаціонарних орбіт: з усіх орбіт електрона можливі тільки ті, для яких момент імпульсу електрона дорівнює кратному Постійна Планка: n = 1, 2, 3, ... головне квантове число. m e v r = nħ

2. Випромінювання або поглинання енергії у вигляді кванта енергії h відбувається лише при переході електрона з одного стаціонарного стану до іншого. Енергія світлового кванта дорівнює різниці енергій тих стаціонарних станів, між якими відбувається квантовий стрибок електрона: hv = E m - E n - Правило частот Бору m, n - номери станів. ЕnЕn EmEm Поглинання енергії ЕnЕn EmEm Випромінювання енергії

Рівняння руху електрона =>=> Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ => Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ"> => Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ"> => Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ" title="Рівняс руху електрона =>=> Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ"> title="Рівняння руху електрона =>=> Радіус стаціонарних орбіт: m e υr = nħ"> !}

N, нм

Бор теоретично обчислив відношення маси протона до маси електрона m p /m e = 1847, це відповідно до експерименту. Усе це було важливим підтвердженням основних ідей, які у теорії Бора. Теорія Бора зіграла величезну роль створенні атомної фізики. У її розвитку (1913 – 1925 р.р.) було зроблено важливі відкриття, що назавжди увійшли до скарбниці світової науки.

Однак поряд з успіхами в теорії Бора від початку виявилися суттєві недоліки. Внутрішня суперечливість теорії: механічна сполука класичної фізикиіз квантовими постулатами. Теорія не могла пояснити питання інтенсивності спектральних ліній. Серйозною невдачею була абсолютна неможливість застосувати теорію для пояснення спектрів гелію (He) (два електрони на орбіті, і вже теорія Бора не справляється).

Стало ясно, що теорія Бора є лише перехідним етапом на шляху створення більш загальної та правильної теорії. Такою теорією і була квантова (хвильова) механіка. Подальший розвитокквантової механіки призвело до відмови від механічної картинирух електрона в полі ядра.

4. Досвід Франка та Герца Існування дискретних енергетичних рівнів атома та доказ правильності теорії Бора підтверджується досвідом Франка та Герца. Німецькі вчені Джеймс Франк і Густав Герц, експериментальні дослідженнядискретності енергетичного рівня отримали Нобелівську премію 1925 р.

Такий хід кривої пояснюється тим, що внаслідок дискретності енергетичних рівнів атоми ртуті можуть сприймати енергію електронів, що бомбардують, тільки порціями: або Е 1, Е 2, Е 3 … - енергії 1-го, 2-го і т.д. стаціонарних станів. при збільшенні U до 4,86В струм I зростає монотонно, при U = 4,86В струм максимальний, потім різко зменшується і зростає знову. подальші максимуми струму спостерігаються при U = 2 · 4.86 B, 3 · 4.86 B...

При U

Атоми ртуті, що отримали при зіткненні з електронами енергію ΔЕ 1 і перейшли в збуджений стан, через час ~ з повинні повернутися в основний стан, випромінюючи, згідно з другим постулатом Бора фотон з частотою (правило частот): При цьому довжина хвилі світлового кванта: - що відповідає ультрафіолетовому випромінюванню. Досвід дійсно виявляє ультрафіолетову лінію з

Спектр ( електромагнітний спектр) - Сукупність всіх діапазонів частот (довжин хвиль) електромагнітного випромінювання.

Спектральні закономірності.Загострені тверді тілавипускають суцільні спектри. У газів спостерігаються лінійчасті та смугасті спектри. На початку 20 ст. було встановлено, що лінійчасті спектри випускаються атомами та іонами, смугасті спектри молекулами. Тому їх називають атомними та молекулярними спектрами.

Положення спектральної лінії спектрі характеризується довжиною хвилі λ або частотою ν=с/λ. Замість частоти в оптиці та спектроскопії часто використовується (спектроскопічне) хвильове число k=1/λ. (Іноді також позначається).

Основним законом спектроскопії, встановленим емпірично 1908 р. Комбінаційний принцип Ритца.

Відповідно до принципу Ритца все різноманіття спектральних ліній атома може бути отримано шляхом попарних комбінацій набагато меншої кількості величин, які називаються (спектральними) термами .

Хвильове число кожної спектральної лінії виражається різницею двох термів:

.

Терми позитивні і нумеруються так, щоб зі зростанням номера терма його величина зменшувалася. Тобто у наведеній формулі n 1 T n 2 .

Спектральна серія. Якщо фіксувати значення n 1 а n 2 надавати послідовні значення n 2 ​​= n 1 +1, то отримаємо систему ліній, званих спектральною серією .

Сукупність спектральних серій складає спектр даного елемента(Атома).

Розглянемо дві спектральні лінії однієї й тієї серії

і .

Віднімаємо з першого друге, припускаючи, що , тобто. і отримаємо:

А це хвильове число деякої спектральної лінії того ж елемента, що належить до серії з початковим термом .

Таким чином з комбінаційного принципу слід, що різниця частот (хвильових чисел) двох спектральних ліній однієї і тієї ж серії атома дає частоту (хвильове число) спектральної лінії якоїсь іншої серії того ж атома.

Для більшості елементів аналітичні вирази для термів не відомі. У найкращому випадкувони є якими-небудь емпіричними або напівемпіричними формулами. Виняток становить атом водню, що складається з одного протону та одного нейтрона.

Спектр атома водню

Для атома водню терм з високим ступенемточності може бути поданий у вигляді:

(n = 1, 2, 3, ….).

Тут – фундаментальна фізична константа.

З цього виразу шляхом комбінацій виходять наступні спектральні серії:

Серія Лаймана:

n=2, 3, 4, …

Серія Бальмера:

n=3, 4, 5, …

Перші чотири лінії лежать у видимій області спектра. На цих 4 лініях Бальмером (1885) і було виявлено закономірність, що виражається формулою .

Ці лінії називаються , , . Інші лінії в ультрафіолеті. Схематичне зображення ліній серії Бальмер на рис.

Серія Пашена:

, n = 4, 5, 6, …

Усі лінії цієї серії були передбачені Ритцем з урахуванням комбінаційного принципу.

Серія Бреккета

, n = 5, 6, 7, …

Серія Пфунду:

, n = 6, 7, 8, …

Ці дві серії у далекій інфрачервоній області. Відкриті в 1922 та 1924. Серія Бреккета – комбінація ліній серії Пашена, серія Пфунда – комбінації ліній серії Бреккета.

Максимальна довжина хвилі серії Лаймана для n=2 – називається резонансною лінією водню. Максимальна частота виходить за . Ця частота називається межею серії.

Для серії Бальмера нм.

Постулати Бора

Закони класичної фізики застосовні для опису безперервних процесів. Експериментально досліджені спектри наштовхують на думку, що процеси в атомі, пов'язані з випромінюванням дискретні. Це ясно зрозумів Бор і сформулював два постулати.

1. Атом (і будь-яка атомна система) може знаходитися не у всіх станах, що допускаються класичною механікою, а лише в деяких (кватових) станах, що характеризуються дискретними значеннямиенергії, , . У цих станах атом не випромінює (всупереч класичній електродинаміці). Ці стани називаються стаціонарними.

(Квантова механіка призводить до стаціонарних станів з рівнями енергії. квантової механікипостулат Бора є наслідком її основних принципів)

2. При переході атома зі стану з більшою енергією, у стан із меншою енергією енергія атома змінюється на . Якщо така зміна відбувається з випромінюванням, то при цьому випромінюється фотон з енергією

.

Це співвідношення називається правилом частот Бору і справедливо також поглинання.

Таким чином, атомна система переходить з одного стаціонарного стану до іншого стрибками . Такі стрибки називають квантовими .

Правило частот Борупояснює комбінаційний принципРитца:

.

Отже,

Звідси зрозумілий фізичний сенс терма - Спектральні терми визначаються енергетичними рівнями атомів і лінійний характер спектру випромінювання атома.

Сукупність значень енергії стаціонарних станів атома утворює Енергетичний спектр атома.

Визначення значень енергії атома квантуванням (квантування енергії атома).

Бор запропонував правило квантування для водневого атома, що веде до правильних результатів.

Припустимо, що спектральні терми та відповідні їм рівні енергії мають Бальмерівський вигляд:

Ціле число n називають основним квантовим числом .

У спектроскопії спектральні терми та рівні енергії прийнято зображати горизонтальними лініями, а переходи між ними стрілками. Стрілки, спрямовані від вищих рівнівенергії до нижчих, відповідають лінії випромінювання, стрілки, спрямовані від нижчих рівнівенергії до вищих - ліній поглинання.

Таким чином, спектр атома водню може бути зображений в такий спосіб (рис.).

Рівні енергії нумеруються квантовим числом n. За нуль прийнято енергію з рівнем . Рівень зображений верхньою штриховою лінією. Всім нижче розташованим рівням відповідає від'ємні значенняповну енергію атома. Усі рівні, розташовані нижче рівня, дискретні. Вище – безперервні, тобто вони не квантуються: енергетичний спектр безперервний.

Під час руху елеткрона фінітно. При інфінітності. Таким чином, електрон та ядро ​​утворюють пов'язану системулише у разі дискретного енергетичного спектра. При безперервному електронному спектрі електрон може далеко віддалятися від ядра. І тут пару частинок электрон-ядро можна лише умовно називати атомом. Тобто, всі рівні атома дискретні. Перехід із нижчого енергетичного рівня на вищий – збудження атома.

Однак, наявність незв'язаних переходів передбачає можливість переходів між станами безперервного енергетичного спектра та між станами безперервного та дискретного спектра. Це проявляється у вигляді суцільного спектру , накладеного на лінійний спектр атома, а також у тому, що спектр атома не обривається на межі серії, а продовжується за неї у бік більш коротких довжин хвиль.

Перехід з дискретного стану в область суцільного спектра називається іонізацією .

Перехід із безперервного спектру в дискретний (рекомбінації іона та електрона) супроводжується рекомбінаційним спектром.

Енергія іонізації.

Якщо атом знаходився в основному стані, то енергія іонізації визначається таким чином

Вивчення спектрів випромінювання зіграло велику рольу пізнанні будови атомів. Насамперед це стосується спектрів, обумовлених випромінюванням невзаємодіючих один з одним атомів. Ці спектри складаються з окремих вузьких спектральних ліній та їх називають лінійчастими.

Наявність багатьох спектральних ліній свідчить про складність внутрішньої будовиатома. Вивчення атомних спектрів послужило ключем до пізнання внутрішньої структури атомів. Насамперед, було помічено, що спектральні лінії розташовані не безладно, а утворюють серії ліній. Вивчаючи лінійний спектр атомарного водню, Бальмер (1885) встановив деяку закономірність. Для частини ліній відповідні їм частоти можна у сучасних позначеннях представити так:

де w- циклічна частота, що відповідає кожній спектральній лінії ( w = 2πc/l), R- Постійна, звана постійної Рідберга:

R= 2,07 10 16 c -1 . (2.2)

Формулу (2.1) називають формулою Бальмера, А відповідно- Рис.2.1 цю серію спектральних ліній - серією Бальмера (рис.2.1). Основні лінії цієї серії знаходяться у видимій частині спектру.

Подальші дослідженняСпектр атомарного водню показали, що є ще кілька серій.

В ультрафіолетовій частині спектру - серія Лаймана:

(2.3)

а в інфрачервоній частині спектру – серія Пашена:

(2.4)

Всі ці серії можна подати у вигляді узагальненої формули Бальмера:

(2.5)

де - Постійне кожної серії число: . Для серії Лаймана, n 0 = 1, для серії Бальмераі т. д. При заданому n 0 число nнабуває всіх цілочисельних значень, починаючи з n 0 + 1.

Максимальна довжина хвилі серії Лаймана(3.12.3) відповідає n= 2, це lмакс = 2 πс/wхв = 8 з/3R= 121,6 нм. Відповідну спектральну лінію називають резонансною лінією водню.

Зі зростанням nчастота ліній у кожній серії прагне граничного значення , яке називають межею серії (рис.2.1). За кордоном серії спектр не обривається, а стає суцільним. Це притаманне не лише всім серіям водню, а й атомам інших елементів.

Таким чином, серія Бальмера, що цікавить нас, укладена в спектральному інтервалі від 365 нм до 656 нм, тобто дійсно, всі основні лінії її розташовані у видимій області спектру.

Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома.

Випромінювання електромагнітних хвильможливо при прискореному русізарядів. Атом загалом електрично нейтральний. З іншого боку, відомо, що до складу атома входять негативно заряджені електрони. Отже, до його складу повинні входити позитивно заряджені частинки.

Прийняту в даний час модель атома запропонував Резерфорд, базуючись на результатах своїх дослідів з розсіювання частинок.

У цих дослідах дуже тонка золота фольга опромінювалася пучком -часток з досить великою енергією. -частинками називають один з видів частинок, що випускаються деякими речовинами при радіоактивному розпаді. У той час вже були відомі маса –частки () та її позитивний заряд, що дорівнює подвоєному елементарному заряду(модулю заряду електрона). Проходячи крізь фольгу, –частки розсіювалися атомами речовини, тобто. відхилялися деякий кут від початкового напрями. Реєстрація розсіяних частинок здійснювалася за спалахами світла, що виникають при їх ударі об екран, покритий сірчистим цинком.

В результаті дослідів виявилося, що майже всі – частки проходили крізь фольгу, відхиляючись на невеликі кути. Однак була невелика кількість частинок, які відхилялися на дуже великі кути (майже до 180). Проаналізувавши результати дослідів, Резерфорд дійшов висновку, що таке сильне відхилення -частинок можливе при їх взаємодії з позитивно зарядженою частиною атома, в якій зосереджена його основна маса.

Розміри цієї частини можна оцінити, якщо припустити, що −частка відкидається в зворотному напрямкупісля "пружного лобового зіткнення" з позитивно зарядженою частиною атома. Для цього потрібно прирівняти кінетичну енергію−частки до потенційної енергіїїї взаємодії з цією частиною атома в момент зупинки −частки:

, (2.6)

де V- швидкість -частки, 2е –її заряд, Zе -заряд позитивної частини атома - мінімальна відстань, на яку -частка зможе наблизитися до позитивної частини атома (в атомній фізиці прийнято використовувати Гауссову систему одиниць). Поклавши у цій рівності Z= 79 (золото), V=10 , =4·1,66·10 г = 6,6·10 г, отримаємо

Нагадаємо, що вивчаючи властивості газів за допомогою методів кінетичної теоріїможна визначити розміри атомів. Знайдені в такий спосіб розміри всім атомів мають порядок 10 див. Таким чином, розмір позитивної частини атома виявився кілька порядків менше розміруатома.

На підставі цих оцінок Резерфорд запропонував ядерну (або планетарну) модель атома.Весь позитивний заряд і майже вся маса атома зосереджені на його ядрі, Розмір якого ≈ 10 см, зневажливо малий в порівнянні з розміром атома. Навколо ядра рухаються електрони, займаючи величезну проти ядром область з лінійним розміром близько 10 див.

Однак, якщо прийняти цю модель, стає незрозуміло, чому електрони не падають на ядро. Між електроном та ядром існує тільки кулонівська силатяжіння. Тому електрон не може спочивати. Він повинен рухатися довкола ядра. Але в цьому випадку, згідно із законами класичної фізики, він повинен випромінювати, причому на всіх частотах, що суперечить досвіду. Втрачаючи енергію, електрон повинен впасти на ядро ​​(атом висвітиться). Оцінки показали, що всю його енергію буде випромінювати за час близько 10 с. Це і буде час життя атома.

Постулати Бора.

Абсолютна нестійкість планетарної моделіРезерфорда і водночас дивовижна закономірність атомних спектрів, і зокрема їх дискретність, призвели датського фізика М.Бора до необхідності сформулювати (1913 р.) два найважливіші постулати квантової фізики:

1. Атом може довгий часперебувати лише у певних, так званих стаціонарних станах, які характеризуються дискретними значеннями енергії Е 1 , Е 2 , Е 3, … У цих станах, всупереч класичній електродинаміці, атом не випромінює.

2. При переході атома із стаціонарного стану з більшою енергією Е 2 стаціонарний стан з меншою енергією Е 1 відбувається випромінювання кванта світла (фотону) з енергією ћw:

(2.7)

Таке ж співвідношення виконується і в разі поглинання, коли фотон, що падає, переводить атом з нижчого енергетичного рівня Е 1 на вищий Е 2, а сам зникає.

Співвідношення (2.7) називають правилом частот бору. Зауважимо, що переходи атома на вищі енергетичні рівніможуть бути зумовлені зіткненням з іншими атомами.

Таким чином, атом переходить з одного стаціонарного стану до іншого стрибками (їх називають квантовими).Що відбувається з атомом у процесі переходу це питання теоретично Бора залишається відкритим.

Досліди Франка та Герца.

Ці досліди, проведені 1913г. дали прямий доказдискретність атомних станів. Ідея дослідів полягає у наступному. При пружних зіткненнях електрона з атомом відбувається передача енергії від електрона атому. Якщо внутрішня енергія атома змінюється безперервно, атому може бути передана будь-яка порція енергії. Якщо ж стану атома дискретні, його внутрішня енергія при зіткненні з електроном повинна змінюватися також

дискретно - значення, рівні різниці внутрішньої Рис.2.2 енергії атома в стаціонарних станах.

Отже, при непружному зіткненніелектрон може передати атома лише певні порції енергії. Вимірюючи їх, можна визначити значення внутрішніх енергій стаціонарних станів атома.

Це і потрібно було перевірити експериментально за допомогою установки, схема якої показана на рис.2.2. У балоні з парами ртуті під тиском 1 мм рт.ст. (»130 Па) були три електроди: До- катод, З- сітка та А- Анод.

Електрони, які випускаються внаслідок термоелектронної емісії гарячим катодом, прискорювалися різницею потенціалів Vміж катодом та сіткою. Величину Vможна було плавно міняти. Між сіткою і анодом створювалося слабке поле, що гальмує, з різницею потенціалів близько 0,5 В.

Таким чином, якщо якийсь електрон проходить крізь сітку з енергією, меншою 0,5 еВ, він не долетить до анода. Тільки електрони, енергія яких під час проходження сітки більше 0,5 эВ, потраплять на анод, утворюючи анодний струм I, доступний виміру. Рис.2.3

У дослідах досліджувалась залежність анодного струму I(вимірюваного гальванометром G) від прискорюючої напруги V(вимірюваного вольтметром V). Отримані результати подано на графіку рис.2.3. Максимуми відповідають значенням енергії

Е 1 = 4,9 еВ, Е 2 = 2Е 1 , Е 3 = 3Е 1 і т.д.

Такий вид кривої пояснюється тим, що атоми можуть поглинати лише дискретні порції енергії, рівні 4,9 еВ.

При енергії електронів, меншої 4,9 еВ, їх зіткнення з атомами ртуті можуть бути лише пружними(без змін внутрішньої енергіїатомів), і електрони досягають сітки з енергією, достатньою для подолання різниці потенціалів, що гальмує, між сіткою і анодом. Коли ж прискорювальна напруга Vстає рівним 4,9 еВ, електрони починають випробовувати поблизу сітки непружнізіткнення, віддаючи атомам ртуті всю енергію, і вже не зможуть подолати різницю потенціалів, що гальмує, у просторі за сіткою. Значить, на анод Аможуть потрапити лише електрони, які випробували непружного зіткнення. Тому, починаючи з прискорювальної напруги 4,9 Уанодний струм Iбуде зменшуватись.

При подальшому зростанні прискорювальної напруги достатня кількість електронів після непружного зіткнення встигає придбати енергію, необхідну для подолання поля, що гальмує, за сіткою. Починається нове зростання сили струму I. Коли напруга, що прискорює, збільшиться до 9,8 У, електрони після одного непружного зіткнення (приблизно на середині шляху, коли вони встигають набрати енергію 4,9 еВ) досягають сітки з енергією 4,9 еВ, Достатня для другого непружного зіткнення. При другому непружному зіткненні електрони втрачають всю свою енергію і не досягають анода. Тому анодний струм Iпочинає знову зменшуватися (другий максимум на графіку). Аналогічно пояснюються наступні максимуми.

З результатів дослідів випливає, що різниця внутрішніх енергій основного стану атома ртуті та найближчого збудженого станудорівнює 4,9 еВщо доводить дискретність внутрішньої енергії атома.

Аналогічні досліди було проведено надалі з атомами інших газів. І їм було отримано характерні різниці потенціалів, їх називають резонансними потенціалами чи першими потенціалами збудження. Резонансний потенціал відповідає переходу атома з основного стану (з мінімальною енергією) до найближчого збудженого. Для виявлення вищих збуджених станів було використано досконаліша методика, проте принцип дослідження залишався тим самим.

Отже, всі такі досліди призводять до висновку, що стани атомів змінюються лише дискретно. Досліди Франка та Герца підтверджують також і другий постулат Бора – правило частот. Виявляється, що при досягненні напруги, що прискорює 4,9 Упари ртуті починають випускати ультрафіолетове випромінюванняз довжиною хвилі 253,7 нм. Це випромінювання пов'язані з переходом атомів ртуті з першого збудженого стану основне. Дійсно, з умови (2.7) випливає, що

Цей результат добре узгоджується з попередніми вимірами.

Подібна інформація.

Атомні спектри, спектри оптичні, що виходять при випромінюванні або поглинанні світла (електромагнітних хвиль) вільними або слабо зв'язаними атомами; такими спектрами володіють, зокрема, одноатомні гази та пари. Атомні спектри виникають під час переходів між рівнями енергії зовнішніх електроніватома і спостерігаються у видимій, ультрафіолетовій та близькій інфрачервоній областях. Атомні спектри спостерігаються у вигляді яскравих кольорових ліній при світінні газів або пар в електричній дузі або розряді (спектри випромінювання) та у вигляді темних ліній (спектрів поглинання).

Постійна Рідберга- величина, введена Рідбергом, що входить до рівняння для рівнів енергії та спектральних ліній. Постійна Рідберга позначається як R. R = 13606 еВ. У системі СІ , тобто R = 2067×1016 с−1.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Основи атомної, квантової та ядерної фізики

Гіпотеза де бройля та її зв'язок з постулатами бору рівняння шредінгера фізичний зміст. термоядерні реакції.. термоядерні реакції ядерні реакції між легкими атомними ядрами протікають при дуже високих температурах.

Якщо вам потрібно додатковий матеріална цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Всі теми цього розділу:

Моделі будови атома. Модель Резерфорда
Атом - найменша хімічно неподільна частина хімічного елемента, яка є носієм його властивостей. Атом складається з атомного ядра і навколишнього його електронної хмари. Ядро атома складається з покладу

Постулати Бора. Елементарна теорія будови атома водню та водневих іонів (за Бором)
Постулати Бора - основні припущення, сформульовані Нільсом Бором в 1913 для пояснення закономірності лінійного спектруатома водню і водневих іонів і квантового характеру

Рівняння Шредінгера. Фізичний сенс рівняння Шредінгера
Рівняння Шредінгера - рівняння, що описує зміну в просторі і в часі чистого стану, що задається хвильовою функцією, в квантових гамільтонових системах. У квантовій фізиці

Співвідношення невизначеності Гейзенберга. Опис руху в квантовій механіці
Принцип невизначеності Гейзенберга - фундаментальна нерівність (співвідношення невизначеностей), що встановлює межу точності одночасного визначення пари, що характеризує квантову систему.

Властивості хвильової функції. Квантування
Хвильова функція(функція стану, псі-функція) – комплекснозначна функція, яка використовується в квантовій механіці для опису чистого стану квантовомеханічної системи. Є коефіцієнтом

Квантові числа. Спін
Квантове число- чисельне значення будь-якої квантованої змінної мікроскопічного об'єкта (елементарної частинки, ядра, атома тощо), що характеризує стан частки. Завдання квантових год

Характеристики атомного ядра
Атомне ядро ​​- Центральна частинаатома, в якій зосереджена основна його маса, та структура якого визначає хімічний елемент, До якого відноситься атом. Ядерно-фізичні характеристики

Радіоактивність
Радіоактивність – властивість атомних ядермимоволі (спонтанно) змінювати свій склад (заряд Z, масове число A) шляхом випромінювання елементарних частинокчи ядерних фрагментів. Відповідне явл

Ланцюгові ядерні реакції
Ланцюгова ядерна реакція - послідовність одиничних ядерних реакцій, кожна з яких викликається часткою, що з'явилася як продукт реакції на попередній крокпослідовності. Прикладом ланцюгової

Елементарні частинки та їх властивості. Систематика елементарних частинок
Елементарна частка - збірний термін, що відноситься до мікрооб'єктів у суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові. Властивості: 1.Все Е. ч - об'єкти позов

Фундаментальні взаємодії та їх характеристики
Фундаментальні взаємодії- Типи взаємодії елементарних частинок і складених з них тіл, що якісно розрізняються. На сьогодні достовірно відомо існування чотирьох фундаментів

У нормальних умовахатоми не випромінюють (як і стаціонарному стані). Щоб викликати випромінювання атомів, треба збільшити їхню внутрішню енергію. Спектри ізольованих атомів мають обмежений характер.

Причому лінії у спектрі атома, зокрема і атомі водню, розташовані не хаотично, а об'єднуються у групи, які називаються спектральними серіями. Фор-ла, визна знач-е довжинихвилі в кожній із серії: ν=1/λ=R(1/n 2 – 1/m 2). n=n+1, n+2,.. λ=1,2,3,… (серіальна ф-ла) R=1,092*10м -1 пост-я Рідберга. У загальному випадкузаписують 1/λ=Rz 2 (1/n 2 - 1/m 2).

Енергія фотона попереднього з рівня n на m: hv=E m -E n =(hz 2 me 4 /(4πε 0) 2 2ħ 2)(1/n 2 -1/m 2).

Серія Лаймона - ν = 1 / λ = R (1 / 1 - 1 / n 2), n = 2,3,4 ..., в УФ області.

Серія Бальмера – ν=1/λ=R(1/2 2 – 1/n 2), n=3,4,5… видима областьта близька УФ. Серія Пашена – ν=1/λ=R(1/3 2 – 1/n 2), n=4,5,6…, інфрачервона область. Випромінюється у видимій та близькій УФ хвилях. Всі останні серії лежать в ІЧ області світла.

Постулати Бора. Модель атома бору.

Першу спробу сформулювати закони, яким підпорядковується рух електронів в атомі, зробив Бор на основі уявлень про те, що атом є стійкою системою і що енергія, яку може випромінювати або поглинати атом, квантова. 1) Для того, щоб виключити 1-й недолік моделі Резенфорда, він припустив, що з усього різноманіття орбіт, що випливають із рівняння (1), у природі реалізуються не всі, а лише деякі стійкі орбіти, які він назвав стаціонарними, і, перебуваючи на яких атом не випромінює та не поглинає енергії. Стаціонарним орбітам відповідають стійкі стани атома, причому енергії, до якого володіє атом у цих станах, утворюють дискретний рядзначень: E1, E2, E3 ..., En. Рухаючись по стаціонарній орбітіелектрон набуває моменту імпульсу, кратного наведеної постійної кванта

h (в); m (індекс е) * v (інд. е) r = n h (в) (1), h (в) = n/2π, n = 1,2,3 ... тобто. під час переходу з орбіти на орбіту змінюється порціями, кратними h (в).

(1) – борівське правило контування чи правило відбору стаціонарних орбіт.

2) Для усунення 2-го протиріччя моделі Резенфорда, Бор припустив, що випромінювання чи поглинання енергії атомом відбувається під час переходу атома з одного стаціонарного стану до іншого. При кожному такому переході випромінюється квант енергії, рівний різниціенергій тіл стаціонарних станів, між якими відбувається квантовий стрибок електрона, hν=En – Em (2) (n>m, випромінювання, n

2 постулату: 1) Атом має стійкі або стаціонарні стани, причому енергія атомів у цьому стані утворює дискретний ряд значень (постулат стаціонарних значень) E1, E2, E3 ... En. 2) Будь-якому випромінюванню чи поглинанню енергії має відповідати перехід атома з одного стаціонарного стану до іншого. При кожному переході випромінюється монохроматичне випромінювання, частота якого визначається ν=(En – Em)/h(в) (правило частот Бора).

Модель атома бору.

1913 року. Бор прийняв нові постулати квантової механіки, згідно з якими на субатомному рівні енергія випускається виключно порціями, які отримали назву «кванти». Бор розвинув квантову теорію ще крок і застосував її до стану електронів на атомних орбітах. Говорячи науковою мовою, він припустив, що кутовий момент електрона квантується. Далі він показав, що в цьому випадку електрон не може перебувати на довільному віддаленні від атомного ядра, а може лише на ряді фіксованих орбіт, що отримали назву «дозволені орбіти». Електрони, що знаходяться на таких орбітах, не можуть випромінювати електромагнітні хвилі довільної інтенсивності та частоти, інакше їм, швидше за все, довелося б перейти на нижчу, недозволену орбіту. Тому вони й утримуються на своїй вищій орбіті, подібно до літака в аеропорту відправлення, коли аеропорт призначення закритий через нельотну погоду. Однак електрони можуть переходити в іншу дозволену орбіту. Як і більшість явищ у світі квантової механіки, цей процес не так просто уявити. Електрон просто зникає з однієї орбіти і матеріалізується в інший, не перетинаючи простору з-поміж них. Цей ефект назвали "квантовим стрибком", або "квантовим стрибком". У картині атома Бором, таким чином, електрони переходять вниз і вгору по орбітах дискретними стрибками - з однієї дозволеної орбіти на іншу, подібно до того, як ми піднімаємося і спускаємося сходами. Кожен стрибок обов'язково супроводжується випромінюванням або поглинанням кванта енергії електромагнітного випромінювання, який ми називаємо фотоном.