Опыт Резерфорда. Строение атома. Спектр. Постулаты Бора

Модель атома Томсона – одна из первых моделей атома. Томсон предполагал, что положительный заряд находится на поверхности атома, а отрицательный – внутри атома.
Долго не просуществовала, была опровергнута Резерфордом.

Планетарная (ядерная) модель атома
В 1911 г английский физик Э.Резерфорд предложил планетарную модель атома.

Радий помещался в контейнер с узким отверстием. Альфа частицы направлялись на очень тонкую золотую фольгу, большая часть альфа частиц проходила сквозь фольгу и на экране появлялись светящиеся пятна, разбросанные на большее расстояние друг от друга (второе фото). Но небольшая часть альфа лучей были отброшены в обратном направлении.
Вывод: вся масса атома и положительный заряд сосредоточены в очень малой области атома, в его центре. Резерфорд ввел понятие ядро атома, которое имеет положительный заряд и находится в центре атома.

Модель атома Резерфорда

В центре атома – положительно заряженная частица – ядро.
Заряд ядра: qя = +Z·e
Z- порядковый номер элемента в таблице Менделеева
е- элементарный заряд; е = 1,6*10-19 Кл
2. В состав ядра входят:
положительно заряженные частицы – протоны-
не заряженные частицы – нейтроны-
Заряд протона:
р = +1,6⋅10-19 Кл
mp>me в 1840 раз
mn>mp

3. На большом расстоянии от ядра по орбите вращается отрицательно заряженная частица – электрон -
Заряд электрона:
e = -1,6⋅10-19 Кл
qэ = - Z·e
Масса электрона:
mе = 9,1 ⋅ 10-31 кг

В обычном состоянии атом нейтрален. Потому что, количество протонов в ядре атома любого элемента равно количеству электронов.
Вывод:
каждый электрон или протон несет один элементарный заряд;
количество протонов в ядре атома любого элемента равно порядковому номеру (Z) этого элемента в периодической таблице Менделеева.

Нейтроны вместе с протонами называются нуклонами.
Ядро называется нуклид.
AZХ – произвольный химический элемент
где А –массовое число или атомная масса, показывает количество протонов и нейтронов вместе.
N=A-Z - количество нейтронов
Z –зарядовое число или порядковый номер химического элемента, показывает количество электронов, количество протонов

11Н
23892U
42He
p-1, e-1, qя=+1e ;
n=1-1=0
p-92, e-92, qя=+92e ;
p-2, e-2, qя=+2e;
n=238-92=146
n= 4-2=2
Примеры:

В ядрах одного и того же химического элемента число нейтронов может быть различным.
Различные виды одного и того же химического элемента, отличающихся числом нейтронов в ядре, называются изотопами.
Изотопы водорода.

Спектр-это множество значений какой либо величины заключенной между ее минимальным и максимальным значением.
Спектр-это разноцветные составляющие разложенного светового излучения, представленные в виде полос или отдельных линий.
(красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).
Спектры испускания и поглощения атомов.
Спектральный анализ, его применение.

Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твердом ,
жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.
Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном
атомарном состоянии.
Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.
Полосатые спектры в отличие от линейчатых спектров создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

Атомы любого химического элемента излучают строго определенный набор длин волн, дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов.

Спектры бывают:
1) излучения или испускания, когда вещество излучает электромагнитные волны,
2) поглощения, когда вещество поглощает электромагнитные волны.
Спектр испускания натрия
Спектр поглощения натрия

Спектр испускания водорода
Спектр испускания гелия
Спектр поглощения водорода
Спектр поглощения гелия

Спектроскоп.
Спектроскоп - это прибор для наблюдения спектров.
Спектрограф - это прибор для получения фотографий спектров.
Спектрограмма - это фотография спектра.
Спектроскоп состоит из двух трубок:
1) коллиматорная, на одном конце которой находится ширма с узкой щелью ( коллиматор),
2) окулярная на концах которой находятся линзы,
3) треугольная стеклянная призма.
4) свет проходит через коллиматор преломляется на гранях призмы, разлагается на составляющие.

Спектральный анализ.
Спектральный анализ -это метод определения химического состава вещества по его спектру.
Спектральный анализ основан на том, что все химические элементы имеют не похожие, различные спектры.
Один и тот же химический элемент излучает и поглощает одинаковые электромагнитные волны.
Применение спектрального анализа: металлургия, геология, астрономия, химия, криминалистика.

Лаборатория спектрального анализа.

С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества. Благодаря универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии.
Стационарно – искровые
оптико - эмиссонные спектрометры
«МЕТАЛСКАН –2500».
Предназначены для точного анализа
металлов и сплавов, включая цветные,
сплавы черных металлов и чугуны.
Лабораторная электролизная установка
для анализа металлов «ЭЛАМ».
Установка предназначена для проведения
весового электролитического анализа меди,
свинца, кобальта и др. металлов в сплавах
и чистых металлах.

В настоящее время в криминалистике широко используются телевизионные спектральные системы (ТСС).
- обнаружение различного рода подделок документов: - выявление залитых, зачеркнутых или выцветших (угасших) текстов, записей, образованных вдавленными штрихами или выполненных на копировальной бумаге, и т. п.;
- выявление структуры ткани;
- выявление загрязнений на тканях (сажа и остатки минеральных масел) при огнестрельных повреждениях и транспортных происшествиях;
- выявление замытых, а также расположенных на пестрых, темных и загрязненных предметах следов крови.

В 1913 году датский физик Нильс Бор сформулировал основные положения квантовой физики в виде постулатов. В основу постулатов легли планетарная модель атома и гипотеза Планка о квантах энергии излучения.

Постулаты Бора:
1. (постулат стационарных состояний) Атом может находится в особых квантовых или стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает!
2. (постулат частот) Атом излучает один квант энергии при переходе из стационарного состояния с большей энергией Еn, в стационарное состояние с меньшей энергией Еm:
hν = En - Em
где h=6,63·10-34 Дж·с – постоянная Планка;

Орбиты электронов в стационарных состояниях и соответствующие им уровни энергии атома.

Е, эВ
Е2
Е1
Е3
Е4
излучение
поглощение
Энергетическая диаграмма
Энергетические уровни
Е1 – минимальная энергия – основной уровень
Излучает атом, когда электрон переходит из стационарного состояния с большей энергией Еn в стационарное состояние с меньшей энергией Еm.
Поглощает атом, когда электрон переходит из стационарного состояния с меньшей энергией Еm в стационарное состояние с большей энергией Еn.

Тест на самопроверку
1. Какие опыты послужили основанием для создания ядерной модели атома?
А) опыты по рассеянию α – частиц
В) ядерные реакции
С) наблюдение за спектрами излучения атомов
Д) опыты по исследованию вольтамперных характеристик разряда
Е) химические реакции

2. Сколько электронов содержится в электронной оболочке нейтрального атома, в атомном ядре которого содержится 7 протонов и 8 нейтронов?
А) 1 В) 7 С) 8 Д) 15 Е) 5
3. Атом – это
А) система из электронов, число которых равно порядковому номеру элемента;
В) положительно заряженная частица, содержащая протоны и нейтроны.
С) положительно заряженный объем с электронами внутри него, суммарный заряд электронов по величине равен положительному заряду.
Д) нейтральная система из положительно заряженного ядра и электронов.
Е) нейтральная система, содержащая только электроны.

4. Светящаяся поверхность Солнца-фотосфера создает
А) спектр только из желтых и оранжевых линий;
В) спектр только из желтых и красных линий.
С) спектр только из голубых, желтых и оранжевых линий;
Д) линейчатый спектр;
Е) непрерывный спектр.

5. Частота света, соответствующая фотонам с энергией 50∙10-19 Дж, равна
( h = 6,62∙10-34 Дж∙с)
А) 0,075∙1015Гц;
В) 7,5∙1015Гц;
С) 0,75∙1015Гц;
Д) 75∙1015Гц;
Е) 750∙1015Гц.