Слайд 1СТРОЕНИЕ АТОМА
Харчевникова А.А.
Учитель физики МАОУ СОШ №171
Слайд 2“Отыщи всему начало
и ты многое поймёшь”
Козьма Прутков
Слайд 3
Атом - именно это понятие было введено древнегреческим ученым Левкиппом для обозначения мельчайших единиц бытия.
Слайд 4Начальные представления о строении атома
Демокрит
(ок.460 – 370 до н.э.)
Вещества состоят из
атомов- мельчайших неделимых частиц
(атомос (греч.)- неделимый)
Слайд 5Доказана реальность существования атомов
Ломоносов
Михаил Васильевич
(1711-1765)
Лавуазье
Антуан Лоран
(1743-1794)
Слайд 61833г.
Исследование явления электролиза
Фарадей
Майкл
(1791-1867)
Ток в растворе электролита это упорядоченное движение заряженных частиц
– ионов
В состав атомов входят заряженные частицы
Элементарный электрический заряд
e = 1,60·10–19 Кл
Слайд 71885 г.
Исследование линейчатых спектров
Открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода
в видимой части спектра
Бальмер
Иоганн Якоб
(1825-1898)
Атомы имеют сложную структуру
Слайд 81896 г.
Соли урана являются источником неизвестного излучения
Беккерель
Антуан Анри
(1852-1908)
Открыто явление радиоактивности
Слайд 9Склодовская-Кюри
Мария
(1867-1934)
Кюри Пьер
(1859-1906)
Слайд 10Радиоактивное излучение
α-лучи
β-лучи
γ-лучи
Поток ионов
гелия
Поток быстрых
электронов
Жесткое электромагнитное излучение
В состав атомов
входят электроны
Слайд 11Томсон
Джозеф Джон
(1856-1940)
1897 г.
Открыл электрон
и измерил отношение e / m заряда электрона к
массе.
Электроны входят в состав атомов
Слайд 12Модель атома Томсона
Мысль об электронном строении
атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 г., развил X. Лоренц: электроны входят в состав атома.
Опираясь на эти открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10-10 м. в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд.
Слайд 131911г.
Проверка состоятельности модели атома Томсона
Резерфорд Эрнест
(1871-1937)
Слайд 14Ядерная модель атома
Экспериментальная проверка модели Томсона была осуществлена в 1911 г.
английским физиком Э. Резерфордом.
Идея опыта заключалась в изучении рассеяния α-частиц (заряд +2е, масса 6,64*10-27 кг) на атомах. α-частицы были выбраны, т.к. их кинетическая энергия много больше кинетической энергии электронов (β-лучи) и, в отличие от γ-лучей они имеют электрический заряд.
Слайд 15Опыт Резерфорда
Пучок α-частиц пропускался через тонкую золотую фольгу. Золото было
выбрано как очень пластичный материал, из которого можно получить фольгу толщиной практически в один атомный слой. Опыты были повторены и на других материалах
Слайд 16Выводы из опыта Резерфорда
Э. Резерфорд и его помощники обнаружили,
что какая-то часть α-частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального направления, а небольшая часть отражается от фольги.
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:
Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома (~ 10-15 м).
В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома и компенсирует положительный заряд ядра.
Слайд 17Атом по Резерфорду
это положительно заряженное ядро в центре атома и
электроны на орбитах вокруг ядра
характер движения электронов определяется действием кулоновских сил со стороны ядра
диаметр ядра в 100000 раз меньше диаметра атома
масса ядра составляет 99,4% от массы всего атома
заряд ядра по модулю равен сумме зарядов электронов, поэтому атом в целом нейтрален.
Слайд 18Размеры атома и ядра
Радиус атома
R ≈ 10-10 м
Радиус ядра
R ≈ 10-15
м
Слайд 19Недостатки планетарной модели
Предложенная модель строения
атома не позволила объяснить устойчивость атома:
ускоренное движение электрона согласно теории Максвелла сопровождается электромагнитным излучением, поэтому энергия электрона уменьшается, и он движется по спирали, приближаясь к ядру. Казалось бы, электрон должен упасть на ядро (расчет показывает, что это должно произойти за 10-8 с), так как при движении по спирали уменьшается энергия электрона, в действительности атомы являются устойчивыми системами;
спектр излучения при этом должен быть непрерывным (должны присутствовать все длины волн). На опыте спектр получается линейчатым;
нет ответа на вопрос о строении ядра. Если в него входят только положительные частицы, то почему они не отталкиваются?
Слайд 20«Перед нами - безумная теория.
Вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть
верной?»
Нильс Бор
Слайд 21I постулат - постулат стационарных состояний:
В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не изменяющиеся
с течением времени без внешнего воздействия на атом.
В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением.
Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома.
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны
Слайд 22II постулат - правило частот:
При переходе атома из одного стационарного состояния в другое
излучается или поглощается 1 фотон.
а) Атом излучает 1 фотон (который несет 1 квант энергии), когда электрон переходит из состояния с большей энергией (Е k) в состояние с меньшей энергией (Е n).
Энергия излученного фотона:
Слайд 23
Здесь (Ek - En) - разность энергий стационарных состояний.
При Ек > Eп происходит
излучение фотона.
где k и n - номера стационарных состоянии, или главные квантовые числа.
б) Атом поглощает 1 фотон, когда переходит из стационарного состояния с меньшей энергией (E n) в стационарное состояние с большей энергией (E k).
При Ек < Еn происходит поглощение фотона.
Слайд 24При поглощении атомом кванта энергии (фотона) атом переходит в возбужденное состояние,
при этом электрон переходит на более отдаленную орбиту и его связь с ядром слабеет.
Переходы в первое возбужденное состояние (Е2) с верхних уровней соответствует частотам видимой части (кр з с с) спектра водорода.
Слайд 25Модель атома водорода по Бору
Свои постулаты Н. Бор применил для построения
теории строения простейшего атома (атома водорода).
Согласно этой теории Бор смог вычислить для атома водорода:
- возможные радиусы орбит электрона и размеры атома
- энергии стационарных состояний атома
- частоты излучаемых и поглощаемых электромагнитных волн.
Слайд 26Правило квантования орбит:
Электроны могут двигаться в атоме только по определённым орбитам,
которые определяются условием:
где rn - радиус n-ой орбиты; vn - скорость электрона на этой орбите; me - масса электрона, п - целое число - номер орбиты или главное квантовое число.
Слайд 27Выражение для радиусов разрешённых орбит:
Слайд 28 Квантованные значения радиусов орбит:
Слайд 29Постулаты Бора объясняют происхождение линейчатых спектров и их закономерности
Слайд 31
По второму постулату Бора возможные частоты излучения водорода равны:
где R –
постоянная Ридберга, равна 3,2*1015 с-1;
n и k – номера орбит.
Слайд 32В спектре водорода обнаружены следующие серии:
n = I - серия Лаймана
- ультрафиолетовое излучение
n = 2 - серия Бальмера (1885г.) - видимое излучение
n = 3 - серия Пашена - инфракрасное излучение
и т.д.
Слайд 33P.S. Надо помнить!
Однако, надо помнить, что для атомов с большим числом электронов (
больше 1) расчеты по теории Бора неприменимы.
Движение электрона в атоме мало похоже на движение планет по орбитам.
Точнее, электрон на орбите можно назвать электронным облаком, имеющим разную плотность.
Орбитой электрона в атоме называется геометрическое место точек, в которых с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон.
Слайд 34Трудности теории Бора
Правило квантования Бора применимо не всегда,
представление об определенных орбитах, по которым движется электрон в атоме Бора, оказалось условным. Теория Бора неприменима для многоэлектронных атомов и не объясняет ряд спектральных закономерностей.
В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность перехода атома с высшего энергетического состояния в низшее под влиянием внешнего воздействия. Такое излучение называется вынужденным излучением и лежит в основе работы лазеров.
Слайд 35«Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно»
Д.И.Менделеев
Слайд 36Это интересно)
Атом – это ядро из протонов и нейтронов, вокруг которого вращаются
электроны. Размеры атомов составляют тысячные доли микрона. Но существуют и сверх гигантские «атомы» диаметром около 10 километров. Впервые подобный «атом» был открыт в 1967 году, а сейчас их известно более тысячи.
Нейтронные звезды – остатки сверхновых, которые являются фактически огромными атомными ядрами, состоящими на 90% из нейтронов и на 10% из протонов, и окружены «атмосферой» из электронов.
Слайд 37В 1908 году знаменитый физик Эрнест Резерфорд сказал, что он имел дело со
многими превращениями в природе, но такое сиюминутное превращение ему вряд ли удалось бы предвидеть. – Из физиков в химики!
В 1908 году Э. Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии за свои работы в области изучения атома. В те годы исследования по строению атома и радиоактивности относили к химии.
Слайд 38Английский физик Э. Резерфорд в 1911 году уже знал это, но на Сольвеевском конгрессе
в Брюсселе промолчал, так как это свидетельствовало о
катастрофе.
Через два года он получил пакет от датского физика Нильса Бора из Копенгагена, который подтвердил правильность его открытия.
Их современник, оценивая сложившуюся ситуацию, писал: "Это было так, точно из-под ног ушла земля, и нигде не было видно твердой почвы, на которой можно было строить...".
Речь идет о планетарной модели атома Резерфорда и об открытиях Н. Бора, все это свидетельствовало о катастрофе классической физики!