Уравнение Планка. Атомные спектры, энергетические уровни электрона. Модель электрона в атоме. Волновая функция «пси» для электрона. Квантовые числа, их характеристика.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА:
Квантовая теория – дитя XX века: её открыл и в простейшей форме изложил в 1900 году Макс Планк. (1858-1947) – профессор Германского университета. К этой теории он пришел, изучая природу излучения, испускаемого нагретыми твердыми телами.
| | h – постоянная Планка |
порции электромагнитной энергии прямо пропорциональны частоте излучения
Если тело нагрето, оно излучает. Тепловое излучение, как и видимый свет, является одним из видов электромагнитных волн. Это легко заметить, так как излучение нагретого тела лежит в видимой области спектра. Сначала нагретое тело становится красным, а при увеличении tº - белым (как нить накаливания). Для изучения этого явления используется модель абсолютно – черного тела, - это полость, хорошо изолированная стенками из непрозрачного материала с небольшим отверстием в одной из стенок. Например, это длинная трубка, которую нагревают электрическим током, пропуская его по намотанной на трубку проволоке. Излучение можно наблюдать через маленькое отверстие. В противоположность классическому взгляду, состоящему в том, что осциллятор может поглощать и излучать энергию непрерывно в интервале длин волн от нуля до бесконечности, Планк предположил, что энергия должна излучаться и поглощаться дискретными порциями (квантами). Это значит, что любая система, способная к лучеиспусканию, должна обладать рядом энергетических состояний, и излучение может происходить тогда, когда система переходит из одного состояния в другое. В 1905 году Эйнштейн высказал предположение, что идея о квантовании должна быть применена к любому излучению. Это значит, что электромагнитное излучение состоит из частиц, называемых сейчас фотонами, имеющих энергию hυ и распространяющихся со скоростью света. Были получены экспериментальные доказательства предложенных изменений Планком, а затем Эйнштейном и квантовую теорию стало невозможно опровергнуть.
В то самое время, когда внимание ученых было сконцентрировано на проблеме излучения абсолютно твердого тела, нечто похожее происходило и в области атомных спектров. Было найдено, что, например, при пропускании электрического разряда в одноатомном газе испускается свет. Для легкого элемента, такого как водород, линейчатый спектр довольно простой. Однако для более тяжелых элементов спектр значительно сложнее. Но как образуются такие линии трудно было объяснить, т.к. не существовало модели атома.
Для объяснения линейного характера спектров, датский ученый Бор в 1913 году предложил модель атома. Он опирался на квантовую теорию Планка. Бор доказал, что энергия электрона, движущегося вокруг ядра, может иметь лишь определенные значения: энергия квантована. Энергия, необходимая электрону для движения по заданной орбите, зависит от радиуса этой орбиты. Для движения по орбите, удаленной от ядра, требуется больше энергии, чем для движения по орбите, близкой к ядру. А орбиты электронов имеют строго определенные радиусы. При движении по одной из таких орбит электрон не излучает энергию. Чтобы переместиться на орбиту, более удаленную от ядра, электрон должен поглотить энергию, которая компенсирует работу по преодолению силы притяжения электрона ядром. Если атом поглотит фотон (квант световой энергии hυ), то электрон сможет перейти с одной из внутренних орбит на внешнюю.
Согласно квантовой теории, энергия фотона – кванта света с частотой υ излучения – равна hυ, где
h – постоянная Планка (6,626 • 10-34 Дж•с)
Чтобы электрон мог перейти с орбиты с энергией E1 на другую орбиту с энергией Е2, поглощаемый свет должен иметь частоту, определяемую уравнением Планка:
Спектр испускания возникает, если электроны, которые ранее были возбуждены «падают» обратно на орбиты с меньшей энергией. Электроны отдают энергию, испуская её в виде светового излучения с частотой, определяемой уравнением Планка.
# Бор приписал орбитам квантовые числа.
Комментариев нет:
Отправить комментарий