Τα υλικά σώματα είναι πηγές ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, έχοντας διαφορετική φύση. Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες για τα φάσματα εκπομπής μορίων και ατόμων. Αποδείχθηκε ότι τα φάσματα εκπομπής των μορίων αποτελούνται από ευρέως διάχυτες ζώνες χωρίς αιχμηρά όρια. Τέτοια φάσματα ονομάζονταν ριγέ. Το φάσμα εκπομπής των ατόμων αποτελείται από μεμονωμένα φασματικές γραμμέςή ομάδες γραμμών σε κοντινή απόσταση. Επομένως, τα φάσματα των ατόμων ονομάστηκαν φάσματα γραμμής. Για κάθε στοιχείο υπάρχει ένα εντελώς καθορισμένο φάσμα γραμμής που εκπέμπεται από αυτό, ο τύπος του οποίου δεν εξαρτάται από τη μέθοδο διέγερσης του ατόμου.

Το απλούστερο και πιο μελετημένο είναι το φάσμα του ατόμου του υδρογόνου. Η ανάλυση του εμπειρικού υλικού έδειξε ότι μεμονωμένες γραμμές στο φάσμα μπορούν να συνδυαστούν σε ομάδες γραμμών, οι οποίες ονομάζονται σειρές. Το 1885, ο I. Balmer διαπίστωσε ότι οι συχνότητες των γραμμών στο ορατό τμήμα του φάσματος του υδρογόνου μπορούν να αναπαρασταθούν με τη μορφή ενός απλού τύπου:

( 3, 4, 5, …), (7.42.1)

όπου 3,29∙10 15 s -1 είναι η σταθερά Rydberg. Φασματικές γραμμές που διαφέρουν διαφορετικές έννοιες, αποτελούν τη σειρά Balmer. Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκαν αρκετές ακόμη σειρές στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου:

Σειρά Lyman (που βρίσκεται στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος):

( 2, 3, 4, …); (7.42.2)

Σειρά Paschen (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 4, 5, 6, …); (7.42.3)

Σειρά βραχιόνων (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 5, 6, 7, …); (7.42.4)

Σειρά Pfund (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 6, 7, 8, …); (7.42.5)

Σειρά Humphrey (που βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 7, 8, 9, …). (7.42.6)

Οι συχνότητες όλων των γραμμών στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου μπορούν να περιγραφούν με έναν τύπο - τον γενικευμένο τύπο Balmer:

, (7.42.7)

όπου 1, 2, 3, 4, κ.λπ. – ορίζει μια σειρά (για παράδειγμα, για τη σειρά Balmer 2) και ορίζει μια γραμμή σε μια σειρά, λαμβάνοντας ακέραιες τιμές που ξεκινούν από το 1.

Από τους τύπους (7.42.1) – (7.42.7) είναι σαφές ότι κάθε μία από τις συχνότητες στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου είναι η διαφορά μεταξύ δύο ποσοτήτων της μορφής ανάλογα με έναν ακέραιο αριθμό. Εκφράσεις όπως όπου 1, 2, 3, 4, κ.λπ. ονομάζονται φασματικοί όροι. Σύμφωνα με την αρχή του συνδυασμού Ritz, όλες οι εκπεμπόμενες συχνότητες μπορούν να αναπαρασταθούν ως συνδυασμοί δύο φασματικών όρων:

(7.42.8)

και πάντα >

Μια μελέτη των φασμάτων πιο πολύπλοκων ατόμων έδειξε ότι οι συχνότητες των γραμμών εκπομπής τους μπορούν επίσης να αναπαρασταθούν ως η διαφορά μεταξύ δύο φασματικών όρων, αλλά οι τύποι τους είναι πιο περίπλοκοι από ό,τι για το άτομο υδρογόνου.

Τα πειραματικά καθιερωμένα πρότυπα ατομικής ακτινοβολίας έρχονται σε σύγκρουση με την κλασική ηλεκτροδυναμική, σύμφωνα με την οποία Ηλεκτρομαγνητικά κύματαεκπέμπει επιταχυνόμενη φόρτιση. Επομένως, τα άτομα περιέχουν ηλεκτρικά φορτία, που κινείται με επιτάχυνση σε περιορισμένο όγκο ατόμου. Όταν ακτινοβολεί, το φορτίο χάνει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αυτό σημαίνει ότι η ακίνητη ύπαρξη ατόμων είναι αδύνατη. Ωστόσο, τα καθιερωμένα πρότυπα έδειξαν ότι φασματική ακτινοβολίαάτομα είναι το αποτέλεσμα άγνωστων ακόμη διεργασιών μέσα στο άτομο.

Η ακτινοβολία των ατόμων που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αποτελείται από μεμονωμένες φασματικές γραμμές. Σύμφωνα με αυτό, το φάσμα εκπομπής των ατόμων ονομάζεται γραμμή.

Στο Σχ. Το σχήμα 12.1 δείχνει το φάσμα εκπομπής ατμών υδραργύρου. Τα φάσματα άλλων ατόμων έχουν τον ίδιο χαρακτήρα.

Η μελέτη των ατομικών φασμάτων χρησίμευσε ως το κλειδί για την κατανόηση της δομής των ατόμων. Πρώτα απ 'όλα, παρατηρήθηκε ότι οι γραμμές στα φάσματα των ατόμων δεν εντοπίζονται τυχαία, αλλά συνδυάζονται σε ομάδες ή, όπως ονομάζονται, σειρές γραμμών. Αυτό αποκαλύπτεται πιο ξεκάθαρα στο φάσμα του απλούστερου ατόμου - του υδρογόνου. Στο Σχ. Το σχήμα 12.2 δείχνει μέρος του φάσματος του ατομικού υδρογόνου στην ορατή και σχεδόν υπεριώδη περιοχή. Τα σύμβολα υποδεικνύουν ορατές γραμμές, υποδεικνύοντας το όριο της σειράς (δείτε παρακάτω). Είναι προφανές ότι οι γραμμές είναι διατεταγμένες με μια συγκεκριμένη σειρά. Η απόσταση μεταξύ των γραμμών μειώνεται φυσικά καθώς μετακινούμαστε από μεγαλύτερα κύματα σε μικρότερα.

Ο Ελβετός φυσικός Balmer (1885) ανακάλυψε ότι τα μήκη κύματος αυτής της σειράς γραμμών υδρογόνου μπορούσαν να αναπαρασταθούν με ακρίβεια από τον τύπο

όπου είναι μια σταθερά, είναι ένας ακέραιος αριθμός που παίρνει τις τιμές 3, 4, 5, κ.λπ.

Αν πάμε από μήκος κύματος σε συχνότητα στο (12.1), παίρνουμε τον τύπο

όπου είναι μια σταθερά που ονομάζεται σταθερά Rydberg από τον Σουηδό φασματογράφο. Είναι ίσο

Ο τύπος (12.2) ονομάζεται τύπος Balmer και η αντίστοιχη σειρά φασματικών γραμμών του ατόμου υδρογόνου ονομάζεται σειρά Balmer. Περαιτέρω έρευναέδειξε ότι υπάρχουν αρκετές ακόμη σειρές στο φάσμα του υδρογόνου. Στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος βρίσκεται η σειρά Lyman. Η υπόλοιπη σειρά είναι μέσα υπέρυθρη περιοχή. Οι γραμμές αυτών των σειρών μπορούν να παρουσιαστούν με τη μορφή τύπων παρόμοιων με την (12.2):

Οι συχνότητες όλων των γραμμών στο φάσμα ενός ατόμου υδρογόνου μπορούν να παρασταθούν με έναν τύπο:

όπου έχει την τιμή 1 για τη σειρά Lyman, 2 για τη σειρά Balmer, κ.λπ. Με δεδομένο έναν αριθμό, ο αριθμός παίρνει όλες τις ακέραιες τιμές, ξεκινώντας από την Έκφραση (12.4) ονομάζεται γενικευμένος τύπος Balmer.

Καθώς η συχνότητα της γραμμής σε κάθε σειρά αυξάνεται, τείνει σε μια οριακή τιμή που ονομάζεται όριο σειράς (στην Εικ. 12.2 το σύμβολο υποδεικνύει το όριο της σειράς Balmer).

Φάσμα (ηλεκτρομαγνητικό φάσμα) είναι το σύνολο όλων των περιοχών συχνοτήτων (μήκη κύματος) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Φασματικά μοτίβα.Θερμός στερεάεκπέμπουν συνεχή φάσματα. Τα αέρια παρουσιάζουν γραμμικά και ριγέ φάσματα. Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα. Βρέθηκε ότι τα φάσματα γραμμής εκπέμπονται από άτομα και ιόντα, τα ριγέ φάσματα από τα μόρια. Επομένως ονομάζονται ατομικά και μοριακά φάσματα.

Η θέση της φασματικής γραμμής στο φάσμα χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος λ ή τη συχνότητα ν=σ/λ. Συχνά χρησιμοποιείται αντί της συχνότητας στην οπτική και τη φασματοσκοπία (φασματοσκοπική) αριθμός κύματος k=1/λ. (Μερικές φορές υποδηλώνεται επίσης ).

Ο βασικός νόμος της φασματοσκοπίας, που καθιερώθηκε εμπειρικά το 1908 είναι Αρχή συνδυασμού Ritz.

Σύμφωνα με την αρχή του Ritz, ολόκληρη η ποικιλία των φασματικών γραμμών ενός ατόμου μπορεί να ληφθεί με ζεύγη συνδυασμούς πολλών μικρότερο αριθμόποσότητες που καλούνται (φασματικοί) όροι .

Ο αριθμός κύματος κάθε φασματικής γραμμής εκφράζεται με τη διαφορά δύο όρων:

.

Οι όροι είναι θετικοί και αριθμούνται έτσι ώστε όσο αυξάνεται ο αριθμός του όρου, η τιμή του μειώνεται. Δηλαδή στον παραπάνω τύπο ν 1 Tn 2.

Φασματική σειρά. Αν καθορίσουμε την τιμή n 1 και δώσουμε n 2 διαδοχικές τιμές n 2 = n 1 +1, τότε παίρνουμε ένα σύστημα γραμμών που ονομάζεται φασματικές σειρές .

Το σύνολο των φασματικών σειρών αποτελεί το φάσμα ενός δεδομένου στοιχείου (ατόμου).

Ας εξετάσουμε δύο φασματικές γραμμές της ίδιας σειράς

Και .

Αφαιρούμε το δεύτερο από το πρώτο, υποθέτοντας ότι, δηλ. και παίρνουμε:

Και αυτός είναι ο αριθμός κύματος μιας ορισμένης φασματικής γραμμής του ίδιου στοιχείου, που ανήκει σε μια σειρά με τον αρχικό όρο .

Έτσι από συνδυαστική αρχή πρέπει ότι η διαφορά στις συχνότητες (αριθμοί κυμάτων) δύο φασματικών γραμμών της ίδιας σειράς ενός ατόμου δίνει τη συχνότητα (αριθμός κύματος) της φασματικής γραμμής κάποιας άλλης σειράς του ίδιου ατόμου.

Για τα περισσότερα στοιχεία, οι αναλυτικές εκφράσεις για όρους δεν είναι γνωστές. ΣΕ το καλύτερο σενάριοαντιπροσωπεύονται από κάποιους εμπειρικούς ή ημι-εμπειρικούς τύπους. Εξαίρεση αποτελεί το άτομο υδρογόνου, το οποίο αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο.

Φάσμα ατόμου υδρογόνου

Για το άτομο υδρογόνου, ο όρος γ υψηλός βαθμόςη ακρίβεια μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

(n= 1, 2, 3, ….).

Εδώ είναι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά.

Από αυτή την έκφραση προκύπτουν οι ακόλουθες φασματικές σειρές με συνδυασμό:

Σειρά Lyman:

, n=2, 3, 4, …

Σειρά Balmer:

, n=3, 4, 5, …

Οι πρώτες τέσσερις γραμμές βρίσκονται στην ορατή περιοχή του φάσματος. Σε αυτές τις 4 γραμμές, ο Balmer (1885) προσδιόρισε ένα μοτίβο που εκφράζεται από τον τύπο .

Αυτές οι γραμμές ονομάζονται , , . Οι υπόλοιπες γραμμές είναι σε υπεριώδη ακτινοβολία. Σχηματική αναπαράσταση των γραμμών της σειράς Balmer στο Σχ.

Σειρά Paschen:

, n=4, 5, 6, …

Όλες οι γραμμές αυτής της σειράς προβλέφθηκαν από τον Ritz με βάση την αρχή του συνδυασμού.

Σειρά Brackett

, n=5 ,6, 7, …

Σειρά Pfund:

, n=6, 7, 8, …

Αυτές οι δύο σειρές βρίσκονται στην περιοχή της μακρινής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Άνοιξε το 1922 και το 1924. Η σειρά Brackett είναι ένας συνδυασμός γραμμών της σειράς Paschen, η σειρά Pfund είναι ένας συνδυασμός γραμμών της σειράς Brackett.

Μέγιστο μήκοςΚύματα σειράς Lyman για n=2 - ονομάζεται γραμμή συντονισμού υδρογόνου. Η μέγιστη συχνότητα λαμβάνεται στο . Αυτή η συχνότητα ονομάζεται όριο σειράς.

Για τη σειρά Balmer nm.

Τα αξιώματα του Bohr

Του νόμου κλασική φυσικήισχύει για την περιγραφή συνεχείς διαδικασίες. Τα πειραματικά μελετημένα φάσματα υποδηλώνουν ότι οι διεργασίες στο άτομο που σχετίζονται με την ακτινοβολία είναι διακριτές. Ο Μπορ το κατάλαβε ξεκάθαρα και διατύπωσε δύο αξιώματα.

1. Άτομο (και οποιοδήποτε ατομικό σύστημα) μπορεί να μην επιτρέπεται σε όλες τις καταστάσεις από την κλασική μηχανική, αλλά μόνο σε ορισμένες (κβαντικές) καταστάσεις που χαρακτηρίζονται από διακριτές τιμέςενέργεια , , . Σε αυτές τις καταστάσεις, το άτομο δεν ακτινοβολεί (σε αντίθεση με την κλασική ηλεκτροδυναμική). Αυτές οι καταστάσεις ονομάζονται στάσιμες.

(Η κβαντική μηχανική οδηγεί σε στατικές καταστάσεις με ενεργειακά επίπεδα. Στην κβαντομηχανική, το αξίωμα του Bohr είναι συνέπεια των βασικών αρχών της)

2. Όταν ένα άτομο μεταβαίνει από μια κατάσταση με υψηλότερη ενέργεια σε μια κατάσταση με χαμηλότερη ενέργεια, η ενέργεια του ατόμου αλλάζει κατά . Εάν μια τέτοια αλλαγή συμβεί με την ακτινοβολία, τότε εκπέμπεται ένα φωτόνιο με ενέργεια

.

Αυτή η σχέση ονομάζεται κανόνας συχνότητας του Bohr και ισχύει επίσης για την απορρόφηση.

Έτσι, το ατομικό σύστημα περνά από τη μια στατική κατάσταση στην άλλη με άλματα . Τέτοια άλματα λέγονται ποσοστό .

Κανόνας συχνότητας Bohrεξηγεί τη συνδυαστική αρχή Ritz:

.

Ως εκ τούτου,

Αυτό το καθιστά σαφές φυσική έννοιατέρμα – οι φασματικοί όροι καθορίζονται από τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων και τη γραμμική φύση του φάσματος εκπομπής ενός ατόμου.

Σύνολο ενεργειακών αξιών στατικές καταστάσειςμορφές ατόμων ενεργειακό φάσμα ενός ατόμου.

Ο προσδιορισμός των ενεργειακών τιμών ενός ατόμου, , ονομάζεται κβαντισμός (κβαντοποίηση ατομικής ενέργειας).

Ο Bohr πρότεινε έναν κανόνα κβαντισμού για το άτομο υδρογόνου που οδήγησε σε σωστά αποτελέσματα.

Ας υποθέσουμε ότι οι φασματικοί όροι και τα αντίστοιχα επίπεδα ενέργειας έχουν τη μορφή Balmer:

Ακέραιος αριθμός n που ονομάζεται κύριος κβαντικός αριθμός .

Στη φασματοσκοπία, οι φασματικοί όροι και τα επίπεδα ενέργειας απεικονίζονται συνήθως με οριζόντιες γραμμές και οι μεταβάσεις μεταξύ τους με βέλη. Βέλη που δείχνουν μακριά από υψηλότερα επίπεδαενέργειες σε χαμηλότερες, αντιστοιχούν στις γραμμές εκπομπής, τα βέλη που κατευθύνονται από χαμηλότερα επίπεδαενέργεια σε υψηλότερες - γραμμές απορρόφησης.

Έτσι, το φάσμα ενός ατόμου υδρογόνου μπορεί να απεικονιστεί ως εξής (Εικ.).

Τα επίπεδα ενέργειας αριθμούνται με έναν κβαντικό αριθμό n. Η ενέργεια με επίπεδο λαμβάνεται ως μηδέν. Το επίπεδο φαίνεται από την επάνω διακεκομμένη γραμμή. Όλα τα παρακάτω επίπεδα αντιστοιχούν σε αρνητικές τιμές συνολική ενέργειαάτομο. Όλα τα επίπεδα κάτω από το επίπεδο είναι διακριτά. Τα ανώτερα είναι συνεχή, δηλαδή δεν είναι κβαντισμένα: το ενεργειακό φάσμα είναι συνεχές.

Όταν το ηλεκτρόνιο κινείται, είναι πεπερασμένο. Όταν άπειρο. Έτσι, ένα ηλεκτρόνιο και ένας πυρήνας σχηματίζουν ένα δεσμευμένο σύστημα μόνο στην περίπτωση ενός διακριτού ενεργειακού φάσματος. Με ένα συνεχές ηλεκτρονικό φάσμα, το ηλεκτρόνιο μπορεί να μετακινηθεί όσο πιο μακριά από τον πυρήνα είναι επιθυμητό. Σε αυτή την περίπτωση, ένα ζεύγος σωματιδίων ηλεκτρονίου-πυρήνα μπορεί να ονομαστεί μόνο υπό όρους άτομο. Δηλαδή, όλα τα επίπεδα του ατόμου είναι διακριτά. Μετάβαση από ένα χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας σε ένα υψηλότερο – διέγερση του ατόμου.

Ωστόσο, η παρουσία μη συζευγμένων μεταβάσεων υποδηλώνει τη δυνατότητα μεταβάσεων μεταξύ καταστάσεων του φάσματος συνεχούς ενέργειας και μεταξύ καταστάσεων του συνεχούς και διακριτού φάσματος. Αυτό εμφανίζεται ως ένα συνεχές φάσμα , υπερτιθέμενο στο ευθύγραμμο φάσμα του ατόμου, και επίσης στο γεγονός ότι το φάσμα του ατόμου δεν διασπάται στο όριο της σειράς, αλλά συνεχίζει πέρα ​​από αυτό προς μικρότερα μήκη κύματος.

Μετάβαση από διακριτή κατάστασηστην περιοχή συνεχούς φάσματος καλείται ιονισμός .

Η μετάβαση από ένα συνεχές φάσμα σε ένα διακριτό (ανασυνδυασμός ιόντος και ηλεκτρονίου) συνοδεύεται από ανασυνδυασμός φάσμα.

Ενέργεια ιονισμού.

Εάν το άτομο βρισκόταν στη θεμελιώδη κατάσταση, τότε η ενέργεια ιοντισμού προσδιορίζεται ως εξής

Κανονικότητα στα ατομικά φάσματα

Τα υλικά σώματα είναι πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας διαφορετικής φύσης. Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες για τα φάσματα εκπομπής μορίων και ατόμων. Αποδείχθηκε ότι τα φάσματα εκπομπής των μορίων αποτελούνται από ευρέως διάχυτες ζώνες χωρίς αιχμηρά όρια. Τέτοια φάσματα ονομάζονταν ριγέ. Το φάσμα εκπομπής των ατόμων αποτελείται από μεμονωμένες φασματικές γραμμές ή ομάδες γραμμών σε κοντινή απόσταση. Επομένως, τα φάσματα των ατόμων ονομάστηκαν φάσματα γραμμής. Για κάθε στοιχείο υπάρχει ένα εντελώς καθορισμένο φάσμα γραμμής που εκπέμπεται από αυτό, ο τύπος του οποίου δεν εξαρτάται από τη μέθοδο διέγερσης του ατόμου.

Το απλούστερο και πιο μελετημένο είναι το φάσμα του ατόμου του υδρογόνου. Η ανάλυση του εμπειρικού υλικού έδειξε ότι μεμονωμένες γραμμές στο φάσμα μπορούν να συνδυαστούν σε ομάδες γραμμών, οι οποίες ονομάζονται σειρές. Το 1885, ο I. Balmer διαπίστωσε ότι οι συχνότητες των γραμμών στο ορατό τμήμα του φάσματος του υδρογόνου μπορούν να αναπαρασταθούν με τη μορφή ενός απλού τύπου:

( 3, 4, 5, …), (7.42.1)

όπου 3,29∙10 15 s -1 είναι η σταθερά Rydberg. Φασματικές γραμμές με διαφορετικές τιμές σχηματίζουν τη σειρά Balmer. Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκαν αρκετές ακόμη σειρές στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου:

Σειρά Lyman (που βρίσκεται στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος):

( 2, 3, 4, …); (7.42.2)

Σειρά Paschen (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 4, 5, 6, …); (7.42.3)

Σειρά βραχιόνων (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 5, 6, 7, …); (7.42.4)

Σειρά Pfund (βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 6, 7, 8, …); (7.42.5)

Σειρά Humphrey (που βρίσκεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος):

( 7, 8, 9, …). (7.42.6)

Οι συχνότητες όλων των γραμμών στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου μπορούν να περιγραφούν με έναν τύπο - τον γενικευμένο τύπο Balmer:

, (7.42.7)

όπου 1, 2, 3, 4, κ.λπ. – ορίζει μια σειρά (για παράδειγμα, για τη σειρά Balmer 2) και ορίζει μια γραμμή σε μια σειρά, λαμβάνοντας ακέραιες τιμές που ξεκινούν από το 1.

Από τους τύπους (7.42.1) – (7.42.7) είναι σαφές ότι κάθε μία από τις συχνότητες στο φάσμα του ατόμου υδρογόνου είναι η διαφορά μεταξύ δύο ποσοτήτων της μορφής ανάλογα με έναν ακέραιο αριθμό. Εκφράσεις όπως όπου 1, 2, 3, 4, κ.λπ. ονομάζονται φασματικοί όροι. Σύμφωνα με την αρχή του συνδυασμού Ritz, όλες οι εκπεμπόμενες συχνότητες μπορούν να αναπαρασταθούν ως συνδυασμοί δύο φασματικών όρων:

(7.42.8)

και πάντα >

Μια μελέτη των φασμάτων πιο πολύπλοκων ατόμων έδειξε ότι οι συχνότητες των γραμμών εκπομπής τους μπορούν επίσης να αναπαρασταθούν ως η διαφορά μεταξύ δύο φασματικών όρων, αλλά οι τύποι τους είναι πιο περίπλοκοι από ό,τι για το άτομο υδρογόνου.

Τα πειραματικά καθιερωμένα πρότυπα ατομικής ακτινοβολίας έρχονται σε σύγκρουση με την κλασική ηλεκτροδυναμική, σύμφωνα με την οποία τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται από ένα επιταχυνόμενο φορτίο. Κατά συνέπεια, τα άτομα περιέχουν ηλεκτρικά φορτία που κινούνται με επιτάχυνση σε περιορισμένο όγκο του ατόμου. Όταν ακτινοβολεί, το φορτίο χάνει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αυτό σημαίνει ότι η ακίνητη ύπαρξη ατόμων είναι αδύνατη. Ωστόσο, τα καθιερωμένα πρότυπα έδειξαν ότι η φασματική ακτινοβολία των ατόμων είναι το αποτέλεσμα άγνωστων ακόμη διεργασιών μέσα στο άτομο.

1. Κανονιότητες στα ατομικά φάσματα. Τα απομονωμένα άτομα με τη μορφή ενός αραιωμένου αερίου ή ατμού μετάλλου εκπέμπουν ένα φάσμα που αποτελείται από μεμονωμένες φασματικές γραμμές (φάσμα γραμμής). Η μελέτη των ατομικών φασμάτων χρησίμευσε ως το κλειδί για την κατανόηση της δομής των ατόμων. Οι γραμμές στα φάσματα δεν βρίσκονται τυχαία, αλλά σε σειρά. Η απόσταση μεταξύ των γραμμών στη σειρά μειώνεται φυσικά καθώς μετακινούμαστε από τα μεγάλα σε μικρά κύματα.

Ο Ελβετός φυσικός J. Balmer το 1885 διαπίστωσε ότι τα μήκη κύματος της σειράς στο ορατό τμήμα του φάσματος του υδρογόνου μπορούν να παρασταθούν με τον τύπο (τύπος Balmer): 0 = const, n = 3, 4, 5,... R = 1,09 10 7 m -1 – Σταθερά Rydberg, n = 3, 4, 5,... Στη φυσική, η σταθερά Rydberg ονομάζεται επίσης μια άλλη ποσότητα ίση με R = R s. R = 3,29 10 15 s -1 ή

1895 - ανακάλυψη ακτίνων Χ από τον Ρέντγκεν 1896 - ανακάλυψη ραδιενέργειας από τον Μπεκερέλ 1897 - ανακάλυψη του ηλεκτρονίου (ο J. Thomson καθόρισε την τιμή του λόγου q/m) Συμπέρασμα: Το άτομο έχει πολύπλοκη δομήκαι αποτελείται από θετικά (πρωτόνια) και αρνητικά (ηλεκτρόνια) σωματίδια

Το 1903, ο J. J. Thomson πρότεινε ένα μοντέλο του ατόμου: μια σφαίρα ομοιόμορφα γεμάτη με θετικό ηλεκτρισμό, μέσα στην οποία υπάρχουν ηλεκτρόνια. Το συνολικό φορτίο της σφαίρας είναι ίσο με το φορτίο των ηλεκτρονίων. Το άτομο ως σύνολο είναι ουδέτερο. Η θεωρία ενός τέτοιου ατόμου έδειξε ότι το φάσμα θα πρέπει να είναι πολύπλοκο, αλλά σε καμία περίπτωση να μην έχει επένδυση, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με τα πειράματα.

Το 1899 ανακάλυψε τις ακτίνες άλφα και βήτα. Μαζί με τον F. Soddy το 1903 ανέπτυξε μια θεωρία ραδιενεργή διάσπασηκαι έθεσε το νόμο ραδιενεργούς μετασχηματισμούς. Το 1903 απέδειξε ότι οι ακτίνες άλφα αποτελούνται από θετικά φορτισμένα σωματίδια. Το 1908 τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ. Ράδερφορντ Έρνεστ (1871–1937) Άγγλος φυσικός, ιδρυτής της πυρηνικής φυσικής. Η έρευνα είναι αφιερωμένη στην ατομική και πυρηνική φυσική, τη ραδιενέργεια.

2. Πυρηνικό μοντέλο του ατόμου (μοντέλο Rutherford). Ταχύτητα – σωματίδια = 10 7 m/s = 10 4 km/sec. – το σωματίδιο έχει θετικό φορτίο ίσο με +2 ε. Σχήμα του πειράματος του Ράδερφορντ Τα διάσπαρτα σωματίδια χτυπούν μια οθόνη από θειούχο ψευδάργυρο, προκαλώντας σπινθηρισμό – λάμψεις φωτός.

Τα περισσότερα σωματίδια α διασκορπίστηκαν σε γωνίες της τάξης των 3°. Μεμονωμένα σωματίδια α εκτρέπονταν σε μεγάλες γωνίες, έως και 150º (ένα στα πολλά χιλιάδες). Μια τέτοια απόκλιση είναι δυνατή μόνο μέσω της αλληλεπίδρασης ενός σχεδόν σημείου αρέσει θετικό φορτίο– ατομικοί πυρήνες – με ένα κοντινό α-σωματίδιο.

Η μικρή πιθανότητα απόκλισης σε μεγάλες γωνίες δείχνει το μικρό μέγεθος του πυρήνα: 99,95% της μάζας του ατόμου συγκεντρώνεται στον πυρήνα m m

M Η ακτίνα του πυρήνα είναι R (10 14 ÷) m και εξαρτάται από τον αριθμό των νουκλεονίων στον πυρήνα.

Φ Φ

Ωστόσο, το πλανητικό μοντέλο βρισκόταν σε σαφή αντίφαση με την κλασική ηλεκτροδυναμική: ένα ηλεκτρόνιο, που κινείται σε κύκλο, δηλ. Με επιτάχυνση κατά καθετό, θα έπρεπε να έχει εκπέμψει ενέργεια, επομένως να επιβραδύνεται και να πέφτει στον πυρήνα. Το μοντέλο του Rutherford δεν μπορούσε να εξηγήσει γιατί το άτομο είναι σταθερό Πλανητικό μοντέλο του ατόμου

BOR Niels Hendrik David (1885–1962) Δανός θεωρητικός φυσικός, ένας από τους ιδρυτές σύγχρονη φυσική. Διατύπωσε την ιδέα της διακριτικότητας ενεργειακές καταστάσειςάτομα, κατασκεύασε ένα ατομικό μοντέλο, ανακαλύπτοντας τις συνθήκες για τη σταθερότητα των ατόμων. Δημιούργησε το πρώτο κβαντικό μοντέλο του ατόμου, βασισμένο σε δύο αξιώματα που έρχονταν σε άμεση αντίθεση με τις κλασικές ιδέες και νόμους. 3. Στοιχειώδης θεωρίαΜπόρα

1. Το άτομο πρέπει να περιγραφεί ως μια «πυραμίδα» στατικών ενεργειακών καταστάσεων. Όντας σε μια από τις στατικές καταστάσεις, το άτομο δεν εκπέμπει ενέργεια. 2. Κατά τις μεταβάσεις μεταξύ στατικών καταστάσεων, ένα άτομο απορροφά ή εκπέμπει ένα ενεργειακό κβάντο. Όταν απορροφάται ενέργεια, το άτομο μετακινείται σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση.

EnEnEnEn E m > E n Απορρόφηση ενέργειας E n Energy Absorption"> E n Energy Absorption"> E n Energy Absorption" title="EnEnEnEnEn E m> E n Απορρόφηση ενέργειας"> title="EnEnEnEn E m > E n Απορρόφηση ενέργειας"> !}

EnEnEnEn E m > E n Εκπομπή ενέργειας E n Radiation of Energy"> E n Radiation of Energy"> E n Radiation of Energy" title="EnEnEnEnEn E m > E n Ακτινοβολία ενέργειας"> title="EnEnEnEn E m > E n Εκπομπή ενέργειας"> !}

Τα αξιώματα του Bohr 1. Τα ηλεκτρόνια κινούνται μόνο σε ορισμένες (στάσιμες) τροχιές. Σε αυτή την περίπτωση δεν εκπέμπεται ενέργεια. Συνθήκη για σταθερές τροχιές: από όλες τις τροχιές ηλεκτρονίων, μόνο εκείνες για τις οποίες η γωνιακή ορμή του ηλεκτρονίου είναι ίση με ένα ακέραιο πολλαπλάσιο της σταθεράς του Planck είναι δυνατές: n = 1, 2, 3,... το κύριο πράγμα κβαντικός αριθμός. m e v r = nħ

2. Εκπομπή ή απορρόφηση ενέργειας με τη μορφή ενεργειακού κβαντικού h συμβαίνει μόνο όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από τη μια στατική κατάσταση στην άλλη. Η ενέργεια ενός κβαντικού φωτός είναι ίση με τη διαφορά των ενεργειών εκείνων των στατικών καταστάσεων μεταξύ των οποίων συμβαίνει το κβαντικό άλμα του ηλεκτρονίου: hv = E m – E n - ο κανόνας συχνότητας του Bohr m, n – αριθμοί καταστάσεων. EnEn EmEm Απορρόφηση ενέργειας EnEn EmEm Εκπομπές ενέργειας

Εξίσωση κίνησης ηλεκτρονίων =>=> Ακτίνα σταθερών τροχιών: m e υr = nħ => Ακτίνα σταθερών τροχιών: m e υr = nħ"> => Ακτίνα σταθερών τροχιών: m e υr = nħ"> => Ακτίνα σταθερών τροχιών: m e υr = nħ" title="Equation of electron motion = >=> Στατικές τροχιές ακτίνας: m e υr = nħ"> title="Εξίσωση κίνησης ηλεκτρονίων =>=> Ακτίνα σταθερών τροχιών: m e υr = nħ"> !}

Ν, nm

Ο Bohr υπολόγισε θεωρητικά τον λόγο της μάζας του πρωτονίου προς τη μάζα ηλεκτρονίων m p / m e = 1847, αυτό είναι σύμφωνα με το πείραμα. Όλα αυτά ήταν μια σημαντική επιβεβαίωση των βασικών ιδεών που περιείχε η θεωρία του Bohr. Η θεωρία του Bohr έπαιξε τεράστιο ρόλοστο κτίριο ατομική φυσική. Κατά την περίοδο της ανάπτυξής του (1913 - 1925) σημαντικές ανακαλύψεις, περιλαμβάνεται για πάντα στο θησαυροφυλάκιο της παγκόσμιας επιστήμης.

Ωστόσο, μαζί με τις επιτυχίες στη θεωρία του Bohr, ανακαλύφθηκαν από την αρχή σημαντικές ελλείψεις. Εσωτερική ασυνέπεια της θεωρίας: μηχανική σύνδεση της κλασικής φυσικής με κβαντικά αξιώματα. Η θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει το ζήτημα των εντάσεων των φασματικών γραμμών. Μια σοβαρή αποτυχία ήταν η απόλυτη αδυναμία εφαρμογής της θεωρίας για την εξήγηση των φασμάτων του ηλίου (He) (δύο ηλεκτρόνια σε τροχιά και η θεωρία του Bohr δεν μπορεί να αντεπεξέλθει).

Έγινε σαφές ότι η θεωρία του Bohr είναι μόνο μεταβατικό στάδιοπρος τη δημιουργία μιας γενικότερης και σωστή θεωρία. Μια τέτοια θεωρία ήταν η κβαντική (κυματική) μηχανική. Περαιτέρω ανάπτυξη κβαντική μηχανικήοδήγησε στην εγκατάλειψη της μηχανικής εικόνας της κίνησης ενός ηλεκτρονίου στο πεδίο ενός πυρήνα.

4. Πείραμα Frank και Hertz Ύπαρξη διακριτού επίπεδα ενέργειαςάτομο και η απόδειξη της ορθότητας της θεωρίας του Bohr επιβεβαιώνεται από το πείραμα των Frank και Hertz. Γερμανός Τζέιμς επιστήμονες Frank και Gustav Hertz, για πειραματικές μελέτεςεπιτεύχθηκε διακριτικότητα του ενεργειακού επιπέδου βραβείο Νόμπελτο 1925

Αυτή η πορεία της καμπύλης εξηγείται από το γεγονός ότι, λόγω της διακριτικότητας των ενεργειακών επιπέδων, τα άτομα υδραργύρου μπορούν να αντιληφθούν την ενέργεια των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν μόνο σε τμήματα: είτε E 1, E 2, E 3 ... - ενέργειες του 1ου , 2ος κ.λπ. στατικές καταστάσεις. Καθώς το U αυξάνεται έως τα 4,86 ​​V, το ρεύμα I αυξάνεται μονότονα· στο U = 4,86 ​​V, το ρεύμα είναι μέγιστο, μετά μειώνεται απότομα και αυξάνεται ξανά. περαιτέρω μέγιστα ρεύματος παρατηρούνται σε U = 2·4,86 V, 3·4,86 V...

Στο U

Τα άτομα υδραργύρου, τα οποία έλαβαν ενέργεια ΔE 1 κατά τη σύγκρουση με ηλεκτρόνια και πέρασαν σε διεγερμένη κατάσταση, μετά από ένα χρόνο ~ s πρέπει να επιστρέψουν στη θεμελιώδη κατάσταση, εκπέμποντας, σύμφωνα με το δεύτερο αξίωμα του Bohr, ένα φωτόνιο με συχνότητα (κανόνας συχνότητας): περίπτωση, το μήκος κύματος του κβαντικού φωτός: - τι αντιστοιχεί υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Η εμπειρία στην πραγματικότητα ανιχνεύει την υπεριώδη γραμμή με