АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Атом водорода по Бору

Читайте также:
  1. Биологическая роль пероксида водорода
  2. Биологическое получение водорода
  3. Волновые функции, описывающие электрон в атоме водорода.
  4. Вопрос 25. Квантово-механическое объяснение образования молекулы водорода из атомов.
  5. Замещение атомов водорода в алкенах на галоген: радикальное замещение винильного водорода; замещение аллильного водорода на галоген.
  6. Квантово-механическое представление атома водорода.
  7. Линейчатый спектр атома водорода
  8. Молекула водорода
  9. Наиболее полно исследованы спектры излучения атома водорода
  10. Перекись водорода
  11. Пероксид водорода

В 1913 г. Нильс Бор[5], сделав противоречащие классической механике допущения, высказал два постулата:

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний).Атомная система устойчива только в состояниях, образующих некоторый определенный набор (в стационарных состояниях). Этим состояниям соответствуют дискретные последовательности значений энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с полным переходом атома из одного состояния в другое.

Второй постулат Бора (правило частот).Поглощение и испускание излучения атомом происходит в соответствии с законом, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой n, такой, что hn = En – Em .

Условие для стационарных орбит Бор получил, исходя из постулата Планка, согласно которому осуществляются только такие состояния гармонического осциллятора, энергия которых равна Еn = w.

Бор показал, что возможны только те орбиты, для которых момент импульса электрона равен целому кратному постоянной Планка ħ:

meur = (при n = 1, 2, 3, ….). (7.2)

Число n называется главным квантовым числом.

Если записать уравнение движения электрона в поле ядра в виде

(7.3)

и исключить из уравнений (7.2) и (7.3) скорость u, то получим для радиуса орбиты электрона в атоме:

(n = 1, 2, 3, ….). (7.4)

Радиус первой орбиты водородного атома называется боровским радиусом

нм.

Полная энергия электрона складывается из его кинетической энергии и его потенциальной энергии в электростатическом поле ядра :

, (7.5)

так как из уравнения (7.3) следует, что .

Учитывая, что радиус орбиты может принимать только дискретные значения (7.4), мы получим, что энергия электрона также может принимать только дискретные значения:

(n = 1, 2, 3, …). (7.6)

 
 


Этим значениям энергии можно сопоставить схему энергетических уровней, которая может быть представлена в следующем виде (рис. 7.4). При переходе атома водорода (Z = 1) из состояния n в состояние m излучается фотон:
Е = 0

 

Е4

Е3

Е2

 

Е1

Рис. 7.4

.

Отсюда можно найти:

,

где 1,097×107 м-1 – постоянная Ридберга.

Эта формула полностью соответствует экспериментальной формуле (7.1), полученной Бальмером.



Таким образом, теория атома Бора прекрасно объясняет линейчатые экспериментальные спектры атома водорода.

7.3. Опыты Франка и Герца

 

Существование дискретных энергетических уровней атома хорошо подтверждается опытами, проделанными в 1913 г. Д. Франком и Г. Герцем.

Схема опыта приведена на рис. 7.5. В трубке, заполненной парами ртути под небольшим давлением (1 мм рт.ст.), имелись три электрода: катод К, сетка С и анод А. Электроны, вылетавшие из катода вследствие термоэлектронной эмиссии, ускорялись разностью потенциалов U, приложенной между катодом и сеткой. Между сеткой и анодом создавалось слабое электрическое поле (U = 0,5 В), тормозившее движение электронов к аноду. Исследовалась зависимость силы тока I в цепи анода от напряжения между катодом и сеткой (рис. 7.6). Было установлено, что сила тока вначале монотонно возрастает, достигая максимума при U = 4,9 В, после чего с дальнейшим увеличением U резко падает, достигая минимума, и снова начинает расти. Максимумы силы тока повторялись при U, равном 9,8 В, 14,7 В и т.д.

 
 


4,9 9,8 14,7 U, В  

 

V G

 

 

П + –

– +

Рис. 7.5 Рис. 7.6  

 

Такой ход кривой объясняется тем, что вследствие дискретности энергетических уровней атомы могут воспринимать энергию только порциями: DЕ1 = Е2Е1 либо DЕ2 = Е3Е1 и т.д.

До тех пор пока энергия электрона меньше DЕ1, соударения между электроном и атомом ртути носят упругий характер, причем, так как масса электрона во много раз меньше массы атома ртути, энергия электрона практически не меняется. Часть электронов попадает на сетку, а остальные на анод, создавая ток в цепи гальванометра. Чем больше скорость электронов, т.е. чем больше U, тем больше электронов проскочит сетку и тем больше будет ток I.

Когда энергия, полученная электроном, достигнет величины DЕ1, соударения перестают быть упругими – электроны при ударе передают атому энергию DЕ1 и продолжают движение со значительно меньшей скоростью. Поэтому число электронов, достигших анода, уменьшается. Например, при U = 5,3 В электрон сообщает атому энергию, соответствующую 4,9 В (первый потенциал возбуждения атома ртути) и продолжает двигаться с энергией, соответствующей 0,4 В. Если даже такой электрон окажется между сеткой и анодом, он не сможет преодолеть задерживающее напряжение 0,5 В и будет возвращен обратно на сетку.

‡агрузка...

Атомы, получившие при соударении с электронами энергию DЕ1, переходят в возбужденное состояние, из которого через короткое время возвращаются в основное состояние, излучая фотон с энергией hn = DЕ1 .

При напряжении, превышающем 9,8 В, электрон на пути катод-анод может дважды претерпеть неупругое соударение с атомами ртути, теряя при каждом соударении энергию, соответствующую 4,9 В.

Таким образом, опыты Франка и Герца непосредственно доказывают существование у атомов дискретных энергетических уровней.


1 | 2 | 3 | 4 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)