Modelul planetar al atomului a făcut posibilă explicarea rezultatelor experimentelor privind împrăștierea particulelor alfa ale materiei, dar au apărut dificultăți fundamentale în justificarea stabilității atomilor.
Prima încercare de a construi o nouă teorie cuantică calitativă a atomului a fost întreprinsă în 1913 de către Niels Bohr. El a stabilit un obiectiv de a lega regularitățile empirice ale spectrelor de linie, modelul nuclear al atomului Rutherford și caracterul cuantic al radiației și absorbției luminii într-un singur întreg. Bazat pe teoria sa, Bohr a pus modelul nuclear al lui Rutherford. El a sugerat că electronii se deplasează în jurul nucleului de-a lungul orbitelor circulare. Mișcarea de-a lungul cercului, chiar și cu o viteză constantă, are o accelerație. O astfel de mișcare de încărcare accelerată este echivalentă cu curentul alternativ, care creează un câmp electromagnetic alternativ în spațiu. Crearea acestui câmp consumă energie. Energia câmpului poate fi creată de energia interacțiunii Coulomb a electronului cu nucleul. Ca urmare, electronul trebuie să se miște într-o spirală și să cadă pe miez. Cu toate acestea, experiența arată că atomii sunt formații foarte stabile. De aici rezultă concluzia că rezultatele electrodinamicii clasice, bazate pe ecuațiile Maxwell, nu sunt aplicabile proceselor intra-atomice. Este necesar să găsim noi modele. Pe baza teoriei sale asupra atomului, Bohr a stabilit următoarele postulate.
Primul postulat al lui Bohr (postulatul stărilor staționare): în atom sunt stări staționare (care nu se schimbă cu timpul) în care nu radiază energia. Stările staționare ale atomului corespund orbitelor staționare de-a lungul cărora se mișcă electronii. Mișcarea electronilor de-a lungul orbitelor staționare nu este însoțită de emisia de unde electromagnetice.
Acest postulat este în contradicție cu teoria clasică. În starea staționară a unui atom, un electron, care se deplasează de-a lungul unei orbite circulare, trebuie să aibă valori cuantice discrete ale momentului unghiular.
Al doilea postulat al lui Bohr (regula de frecvență): atunci când un electron se deplasează de la o orbită staționară la alta, un foton cu energie este absorbit (absorbit)
egală cu diferența dintre energiile stările staționare (En și Em - în consecință, energia stărilor staționare ale atomilor înainte și după radiație / absorbție) corespunzătoare.
Trecerea unui electron dintr-o orbită staționară sub numărul m la o orbită staționară sub numărul n corespunde tranziției unui atom dintr-o stare cu energia Em într-o stare cu energie En (Figura 4.1).
Fig. 4.1. Pentru a explica postulatele lui Bohr
Când En> Em produce radiație fotonică (de tranziție de stare atomică cu o stare de energie mai mare la o energie mai mică, adică. E. Trecerea unui electron de pe o orbită mai îndepărtată la nucleelor din apropiere) cu En <Еm – его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот
cuantice și determină spectrul liniei atomului.
Teoria lui Bohr a explicat în mod strălucit spectrul de hidrogen observat experimental.
Progresul în teoria atomului de hidrogen au fost obținute la costul de renunțarea la principiile fundamentale ale mecanicii clasice, care timp de peste 200 de ani este cu siguranță corect. Prin urmare, o importanță experimentală directă a valabilității postulatelor lui Bohr, mai ales a primului, despre existența stărilor staționare, a fost de mare importanță. Al doilea postulat poate fi considerat o consecință a legii conservării energiei și a ipotezei existenței fotonilor.
fizicienii germani D. G. Frank și Hertz, studiind de retardare potențial de coliziune a electronilor cu atomii de gaz (1913). care a confirmat experimental existența unor stări de echilibru și discrete atomi de valori de energie.
In ciuda succesului incontestabil al conceptului lui Bohr aplicat la atomul de hidrogen, nu a fost posibil pentru care a fost posibil să se construiască o teorie cantitativă a spectrului, pentru a crea o astfel de teorie la alta pentru atomul de hidrogen de heliu pe baza ideilor lui Bohr. Relativ la atomul de heliu și mai mulți atomi de complexe, teoria Bohr are de a face o înaltă calitate (deși foarte importantă) concluzie. Prezentarea unor orbite în care se mișcă de electroni din atom Bohr, s-au dovedit a fi foarte arbitrar. De fapt, mișcarea electronilor într-un atom are puțin de a face cu mișcarea planetelor în orbitele lor.
În prezent, cu ajutorul mecanicii cuantice, este posibil să se răspundă la multe întrebări referitoare la structura și proprietățile atomilor oricărui element.
5. Principalele prevederi ale mecanicii cuantice:
Funcția Wave și semnificația ei fizică.
Rezultă din conținutul celor două secțiuni anterioare că un proces de undă este asociat cu microparticula, care corespunde mișcării sale, astfel încât starea particulei în mecanica cuantică este descrisă de funcția de undă. care depinde de coordonatele și de timpul y (x, y, z, t). Forma specifică a funcției y este determinată de starea particulei, de natura forțelor care acționează asupra ei. Dacă câmpul de forță care acționează asupra unei particule este staționar, adică independent de timp, atunci funcția y poate fi reprezentată ca produs a doi factori, dintre care unul depinde de timp și celălalt de coordonate:
În cele ce urmează vom lua în considerare numai stările staționare. Funcția y este o caracteristică probabilistică a stării unei particule. Pentru a clarifica acest lucru, vom selecta mental un volum suficient de mic. în care valorile funcției y vor fi considerate a fi aceleași. Apoi, probabilitatea de a găsi particula dW într-un volum dat este proporțională cu ea și depinde de pătratul modulului funcției y (pătratul modulului amplitudinii undelor de Broglie):
De aici rezultă sensul fizic al funcției de undă:
Pătratul modulului funcției de undă are semnificația densității de probabilitate, adică determină probabilitatea de a găsi o particulă într-un volum de unitate într-un cartier al unui punct cu coordonatele x, y, z.
Integrând expresia (3.2) peste volum, determinăm probabilitatea de a găsi o particulă în acest volum în condițiile unui câmp staționar:
Dacă se știe că particula se află în volumul V, atunci integralele expresiei (3.4), preluată asupra volumului V, trebuie să fie egală cu unitatea:
Este condiția de normalizare pentru funcția y.
Pentru ca funcția de undă să fie o caracteristică obiectivă a stării microparticulelor, ea trebuie să fie finită, neambiguă, continuă. deoarece probabilitatea nu poate fi mai mare decât una, ea nu poate fi o cantitate ambiguă și nu poate varia în funcție de jump. Astfel, starea microparticulei este determinată complet de funcția de undă. O particulă poate fi detectată în orice punct al spațiului în care funcția de undă este diferită de zero.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: