Тема № 2

1. Тема № 2 СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА (в лекциях использованы материалы преподавателей химического факультетаи факультета наук о материалах МГУЮ.Д. Третьякова, А.В. Шевелькова, В.В. Еремина, А.Я. Борщевского, Е.А. Гудилина, В.В. Загорского)

2. В 1906-09 гг. для проверки модели атома Томсона провели эксперимент

3. Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц на металлической фольге

4. Модель атома Бора • ОСНОВАНИЯ ТЕОРИИ: • гипотеза Планка; • 2) серии спектральных линий Бальмера, Лаймана, Пашена;

5. ПРОСТЕЙШАЯ МОДЕЛЬ СПЕКТРОСКОПА

6. ПРИМЕРЫ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ

7. Формула Бальмера: Формула Ридберга-Ритца: λm = 364,6(m2/(m2 – 4)) нм , n2>n1 Для водорода величина RН = 1,096776·107 м–1. Для очень тяжелых элементов R = 1,097373·107 м–1. Расчеты Бора: В соответствии с законами классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен был бы непрерывно испускать электромагнитное излучение, теряя энергию. Вследствие этого радиус орбиты электрона должен был быстро уменьшаться (электрон «падает» на ядро), и рассчитанное из этих представлений время жизни атома оказывалось ничтожно малым. V = –kZe2/r F= kZe2/r = mv2/r

8. Формула Бальмера: Формула Ридберга-Ритца: λm = 364,6(m2/(m2 – 4)) нм , n2>n1 Для водорода величина RН = 1,096776·107 м–1. Для очень тяжелых элементов R = 1,097373·107 м–1. Расчеты Бора: Если атом Резерфорда излучает энергию непрерывно, он должен иметь непрерывный спектр частот излучаемых волн, а это совершенно не соответствовало действительности. V = –kZe2/r F= kZe2/r = mv2/r

9. Модель атома Бора • ПОСТУЛАТЫ БОРА: • электрон может вращаться вокруг ядра только по некоторым определенным круговым орбитам; • 2) двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает; • 3) излучение или поглощение кванта энергии происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую. • Е2 – Е1=hν

10. Расчеты Бора: rn = n2ħ2/(mkZe2) = n2a0/Z (ħ = h/2π) a0 = ħ2/mke2 = 0,529 Å – боровский радиус En = –mk2Z2e4/(2ħ2n2) = –E0Z2/n2, n = 1, 2, 3,… E0 = mk2e4/(2ħ2) = 2,18·10–18Дж = 13,6 эВ – энергия ионизации атома водорода R = E0/hc = mk2e4/(4πcħ3) – физический смысл постоянной Ридберга

11. Спектральные переходы в атоме водорода и их связь с моделью атома Бора

12. Схема энергетических уровней атома водорода

13. кроме круговых, электрон может двигаться и по эллиптическим орбитам в пределах одного энергетического уровня - орбитали Бора существуют подуровни число возможных подуровней в пределах одного уровня равно номеру энергетического уровня ТЕОРИЯ БОРА-ЗОММЕРФЕЛЬДА

14. Эксперимент и выводы Мозли Рентгеновский спектр молибдена

15. СОВРЕМЕННАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ГЕЙЗЕНБЕРГА 1. ΔхΔрх≥h 2. ΔЕΔτ≥h

16. д2ψ дx2 д2ψ дy2 д2ψ дz2 8π2m h2 + + + (E–V)ψ = 0 СОВРЕМЕННАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА СТАЦИОНАРНОЕ УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА Решения уравнения: квантовые числа n, l, ml ms– эксперимент Штерна-Герлаха +∞ ∫ ψ*ψdxdydz = 1 –∞ условие нормировки

17. Электрон в «потенциальном ящике» E = n2h2/(8ma) Ψ = Bsin(nπx/a) а – Зависимость волновой функции электронаот расстояния до ядра; б – Энергия электронной волны при разных n.

18. Условие нормировки Борна. Квантовые числа +∞ ∫ ψ*ψdxdydz = 1. –∞ Максимальное число Электронов на уровне - 2n2 n = 1, 2, 3, …,7 (∞) l = 0, 1, 2, …,n-1 Максимальное число Электронов на подуровне – 2(2l+1) Es<Ep<Ed…в пределах одного уровня

19. Возможные ориентации вектора углового момента электрона в атоме водорода для значения l=2 ml = 0, ±1, ±2, …,±l Правила отбора: Δml = 0 или ±1, Δl = ±1

20. КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА И ФОРМА АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ

21. Сферическая система координат x = r sinθcosφ; y = r sinθsinφ; z = r cosθ Ψ(r, θ, φ) = R(r)Y(θ, φ).

22. Квадрат радиальной составляющей волновой функции Вероятность распределения электронной плотности для 1s- (а), 2s- и 2p-орбиталей (б), для орбиталей атома натрия.

23. Узловые поверхности

24. Энергетические уровни

25. n=3 третий энергетический уровень в атоме l=0 l=1 l=2 s p d m=0 m=0 m= -1 m= +1 m=0 m= -1 m= -2 m= +1 m= +2 магнитно-квантовые ячейки: