Atomning birinchi elektron modeli kashf etilishining ahamiyati. Atom tuzilishi modellari

KIRISH

Atomning murakkab tuzilishining ochilishi zamonaviy fizikaning shakllanishidagi eng muhim bosqichdir. Atomning tuzilishi haqidagi birinchi ma'lumotlar o'tish jarayonlarini o'rganish orqali olingan elektr toki suyuqliklar orqali. XIX asrning o'ttizinchi yillarida. Atoqli fizik M.Faradayning tajribalari elektr toki alohida birlik zaryadlar shaklida mavjudligini taklif qildi. Radioaktivlik deb ataladigan ba'zi elementlar atomlarining o'z-o'zidan parchalanishining kashf etilishi atom tuzilishining murakkabligining bevosita dalili edi. 1902 yilda ingliz olimlari Ernest Ruterford va Frederik Soddi radioaktiv parchalanish jarayonida uran atomi ikki atomga - toriy atomiga va geliy atomiga aylanishini isbotladilar. Bu atomlar o'zgarmas, buzilmaydigan zarralar emasligini anglatardi.

Referatning maqsadi: Ernest Ruterford va Nils Bor modellari misolida atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalar evolyutsiyasi jarayonini aks ettirish.

Referatning vazifalari: atomlarning tuzilishi haqidagi E.Rezerford va N.Bor tomonidan bildirilgan fikrlarni o‘rganish, tahlil qilish, umumlashtirish, zamonaviy fizika nuqtai nazaridan eng to‘g‘ri, taxminlar haqida xulosa chiqarish.

Amaliy ahamiyati Referat KSE bo'yicha ma'ruzalarda talabalarni atom tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalar va Rezerford va Borning ushbu masalani o'rganishga qo'shgan hissasi bilan tanishtirishdan iborat.

Ish jarayonida biz foydalandik har xil turlari manbalar: S. X. Karpenkov va T.I.ning darsliklari. Trofimova uchun mo'ljallangan o'rta maktab. Ularda oddiy tilda atomning tuzilishi haqidagi bilimlarning paydo bo'lishi va rivojlanishi tarixi haqida gapirib beradi; Internet resurslari. nuqtai nazaridan ushbu mavzuni o'rganish uchun foydalaniladi zamonaviy fan. Ushbu yondashuv muammoni barcha ko'p qirraliligi bilan o'rganish istagi bilan bog'liq.

1-bob. Tomson va Rezerford tomonidan atom tuzilishi modellari

Atomlarni moddalarning bo'linmas eng kichik zarralari sifatidagi g'oya qadimgi davrlarda paydo bo'lgan (Demokrit, Epikur, Lukretsiy). O'rta asrlarda materialistik bo'lgan atomlar haqidagi ta'limot tan olinmagan. XVIII asr boshlariga kelib. atomistik nazariya tobora ommalashib bormoqda. Bu vaqtga kelib frantsuz kimyogari A.Lavuazye (1743-1794), buyuk rus olimi M.V. Lomonosov va ingliz kimyogari va fizigi D. Dalton (1766-1844) atomlarning mavjudligi haqiqatini isbotladilar. Biroq, bu vaqtda savol ichki tuzilishi atomlar ham paydo bo'lmagan, chunki atomlar bo'linmas deb hisoblangan.

Atoqli rus kimyogari D.I. Mendeleev 1869 yilda elementlarning davriy sistemasini ishlab chiqdi, unda birinchi marta ilmiy asosda atomlarning birlashgan tabiati masalasi ko'tarildi. XIX asrning ikkinchi yarmida. elektron har qanday moddaning asosiy qismlaridan biri ekanligi eksperimental tarzda isbotlangan. Ushbu xulosalar, shuningdek, ko'plab eksperimental ma'lumotlar, 20-asrning boshlarida. atomning tuzilishi masalasini jiddiy ko'tardi. Mendeleyevning davriy tizimida aniq ifodalangan barcha kimyoviy elementlar o‘rtasidagi muntazam bog‘liqlikning mavjudligi barcha atomlarning tuzilishiga asoslanadi degan fikrni bildiradi. umumiy mulk: ularning barchasi bir-biri bilan chambarchas bog'liq.

Atomlarning murakkab tuzilishini birinchi bilvosita tasdig'i juda kam uchraydigan gazlardagi elektr razryaddan kelib chiqadigan katod nurlarini o'rganishda olingan. Ushbu nurlarning xususiyatlarini o'rganish ular salbiy ta'sir ko'rsatadigan mayda zarralar oqimi degan xulosaga keldi. elektr zaryadi va yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda uchish. Bundan tashqari, katod zarralari faqat zaryadlangan holatda ma'lum bo'lib, ularni zaryaddan mahrum qilib, elektr neytral zarrachalarga aylantira olmaydi: elektr zaryadi ularning tabiatining mohiyatidir. Elektron deb ataladigan bu zarralar 1897 yilda ingliz fizigi J. Tomson tomonidan kashf etilgan. Shuningdek, u 1903 yilda to'plangan eksperimental ma'lumotlar asosida atom modelini yaratish bo'yicha birinchi urinishning egasidir. “Ushbu modelga ko‘ra, atom musbat zaryad bilan uzluksiz zaryadlangan, radiusi taxminan 10-10 m bo‘lgan shar bo‘lib, uning ichida elektronlar o‘z muvozanat pozitsiyalari atrofida tebranadi; jami manfiy zaryad elektronlardir musbat zaryad to'p, shuning uchun butun atom neytraldir.

Atomning Tomson modeli (A ilovasi) atom ichidagi musbat zaryadlangan zarralarni qabul qilmagan. Ammo radioaktiv moddalar tomonidan musbat zaryadlangan alfa zarrachalarining chiqarilishini qanday tushuntirish mumkin? Tomsonning atom modeli boshqa ba'zi savollarga ham javob bermadi.

1911-yilda ingliz fizigi Ernest Rezerford gazlar va boshqa moddalardagi alfa zarrachalarning harakatini o‘rganar ekan, atomning musbat zaryadlangan qismini ochdi. Keyinchalik chuqurroq tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, parallel nurlar dastasi gaz yoki yupqa qatlamlardan o'tganda metall plastinka endi parallel nurlar chiqmaydi, balki bir oz farqli bo'lganlar: alfa zarralari tarqalib ketgan, ya'ni ular asl yo'lidan chetga chiqadi. Burilish burchaklari kichik, lekin har doim juda kuchli burilishlarga uchragan oz sonli zarrachalar (taxminan bir necha mingdan biri) mavjud. Ba'zi zarralar orqaga tashlanadi, go'yo yo'lda o'tib bo'lmaydigan to'siq paydo bo'ladi. Bu elektronlar emas - ularning massasi alfa zarrachalarining massasidan ancha kam. bilan to'qnashganda og'ish paydo bo'lishi mumkin ijobiy zarralar, uning massasi alfa zarrachalarining massasi bilan bir xil tartibda. Shu mulohazalarga asoslanib, Rezerford atom tuzilishining yadroviy (sayyoraviy) modelini taklif qildi. (B ilovasi)

“Atom markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan boʻlib, uning atrofida elektronlar turli orbitalarda aylanadi. Ularning aylanish jarayonida paydo bo'ladigan markazdan qochma kuchi yadro va elektronlar o'rtasidagi tortishish bilan muvozanatlanadi, buning natijasida ular yadrodan ma'lum masofalarda qoladilar. Elektronning massasi ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, atomning deyarli butun massasi uning yadrosida to'plangan. Raqamlari nisbatan kichik bo'lgan yadro va elektronlar atom tizimi egallagan butun fazoning arzimas qisminigina tashkil qiladi.

Atom tuzilishi uchun Ruterford tomonidan taklif qilingan sxema yoki ular aytganidek, atomning yadro modeli alfa zarrachalarining burilish hodisalarini osongina tushuntiradi. Darhaqiqat, yadro va elektronlarning o'lchamlari yadrodan eng uzoqda joylashgan elektronlarning orbitalari bilan belgilanadigan butun atomning o'lchamlari bilan solishtirganda juda kichikdir, shuning uchun ko'pchilik alfa zarralari sezilarli burilishlarsiz atomlar orqali uchib ketadi. Alfa zarracha yadroga juda yaqin kelgan hollardagina elektr itarish uning dastlabki yo`lidan keskin chetlanishiga olib keladi. Shunday qilib, alfa zarrachalarining tarqalishini o'rganish atomning yadro nazariyasining boshlanishini belgiladi. Ammo, izchil mulohazalarga qaramay, Ruterford modeli atomlarning barcha xususiyatlarini tushuntira olmadi. Shunday qilib, klassik fizika qonunlariga ko'ra, musbat zaryadlangan yadro va aylana orbitalarida aylanib yuruvchi elektronlardan iborat atom elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak. “Elektromagnit to'lqinlarning emissiyasi marjaning pasayishiga olib kelishi kerak potentsial energiya yadro-elektron tizimida elektron orbita radiusining asta-sekin kamayishiga va elektronning yadroga tushishiga. Ammo atomlar odatda elektromagnit toʻlqinlar chiqarmaydi, elektronlar atom yadrolariga tushmaydi, yaʼni atomlar barqarordir”. Klassik fizika doirasida atom modelini qurishga urinishlar muvaffaqiyatga olib kelmadi: Tomson modeli Rezerford tajribalari bilan rad etildi, yadro modeli esa elektrodinamik jihatdan beqaror bo'lib chiqdi va eksperimental ma'lumotlarga zid edi. Tugallangan qiyinchiliklarni bartaraf etish atomning sifat jihatidan yangi nazariyasini yaratishni taqozo etdi.

2-bob. Bor atomi tuzilishi modeli.

1 Bor postulatlari

Sifat jihatidan yangi - atomning kvant nazariyasini yaratishga birinchi urinish 1913 yilda qilingan. Daniya fizigi Nils Bor. U o'z oldiga empirik naqshlarni bir butunlikka bog'lashni maqsad qilib qo'ydi. chiziqli spektrlar, Rezerfordning atomning yadro modeli, yorug'lik chiqarish va yutilishning kvant tabiati. Bor o'z nazariyasini Rezerfordning yadro modeliga asosladi. U elektronlarning yadro atrofida aylana orbitalarida harakatlanishini taklif qildi. Doiraviy harakat, hatto doimiy tezlikda ham, tezlanishga ega. Bunday tezlashtirilgan zaryad harakati tengdir o'zgaruvchan tok, bu kosmosda o'zgaruvchan elektromagnit maydon hosil qiladi. Ushbu maydonni yaratish uchun energiya sarflanadi. Maydon energiyasi elektronning yadro bilan Kulon o'zaro ta'sirining energiyasi tufayli yaratilishi mumkin. Natijada, elektron spiralda harakatlanishi va yadroga tushishi kerak. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, atomlar juda barqaror shakllanishdir. Bu Maksvell tenglamalariga asoslangan klassik elektrodinamika natijalari atom ichidagi jarayonlarga taalluqli emas degan xulosani bildiradi. Yangi naqshlarni topish kerak. Bor o'z nazariyasini ikkita postulatga asosladi.

Borning birinchi postulati (statsionar holatlar postulati): “Atomda statsionar (vaqt o'tishi bilan o'zgarmas) holatlar mavjud bo'lib, ularda u energiya chiqarmaydi. Atomning statsionar holatlari elektronlar harakatlanadigan statsionar orbitalarga mos keladi. Statsionar orbitalarda elektronlarning harakati elektromagnit to'lqinlarning emissiyasi bilan birga kelmaydi. Atomning statsionar holatida aylana orbita bo'ylab harakatlanayotgan elektron shartni qondiradigan burchak momentumining diskret kvant qiymatlariga ega bo'lishi kerak:

mevrn = n? (n = 1, 2, 3,…)

bu yerda, me - elektronning massasi, v - uning bo'ylab tezligi n-orbita radiusi rn, ? = h/(2? )».

Borning ikkinchi postulati (chastota qoidasi): "elektron bir statsionar orbitadan ikkinchisiga o'tganda, energiyaga ega bitta foton chiqariladi (so'riladi))

mos keladigan statsionar holatlarning energiya farqiga teng (En va Em mos ravishda atomning nurlanish va yutilishdan oldingi va keyingi statsionar holatlarining energiyalari). En > Em bo‘lganda foton chiqariladi (atomning energiya yuqori bo‘lgan holatdan past energiyali holatga o‘tishi, ya’ni elektronning yadrodan uzoqroq orbitadan yaqinroq joyga o‘tishi) , En< Em - его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т.е. переход атома на более отдалённую от ядра орбиту)».

Bor nazariyasi vodorodning eksperimental kuzatilgan chiziqli spektrini ajoyib tarzda tushuntirdi. Ammo vodorod atomi nazariyasining muvaffaqiyati klassik mexanikaning asosiy qoidalaridan voz kechish evaziga erishildi, bu 200 yildan ortiq vaqt davomida so'zsiz haqiqat bo'lib qoldi. Shunung uchun katta ahamiyatga ega Bor postulatlarining to'g'ridan-to'g'ri eksperimental isbotiga ega edi, ayniqsa birinchisi - statsionar holatlar mavjudligi. Ikkinchi postulat energiyaning saqlanish qonuni va fotonlarning mavjudligi haqidagi gipotezaning natijasi sifatida qaralishi mumkin.

Nemis fiziklari D.Frank va G.Xerts elektronlarning gaz atomlari bilan toʻqnashuvini sekinlashtiruvchi potentsial usulida oʻrganib (1913) statsionar holatlar mavjudligini va atomlarning energiya qiymatlarining diskretligini eksperimental ravishda tasdiqladilar.

Bor kontseptsiyasining vodorod atomiga nisbatan shubhasiz muvaffaqiyatiga qaramay, spektrning miqdoriy nazariyasini yaratish mumkin bo'lganiga qaramay, vodoroddan keyin geliy atomi uchun shunga o'xshash nazariyani yaratish mumkin emas edi. Bor g'oyalari. Geliy atomi va undan murakkab atomlar haqida Bor nazariyasi faqat sifatli (juda muhim) xulosalar chiqarishga imkon berdi. Bor atomida elektron harakatlanadigan ma'lum orbitalar haqidagi g'oya juda o'zboshimchalik bilan chiqdi. Darhaqiqat, atomdagi elektronlar harakati sayyoralarning orbitalardagi harakati bilan juda kam umumiylikka ega.

Hozirda foydalanilmoqda kvant mexanikasi har qanday element atomlarining tuzilishi va xususiyatlariga oid ko'plab savollarga javob berish mumkin.

2.2. Statsionar orbitalar va energiya darajalari

Bor postulatlari asosida atomning statsionar holatlarini quyidagicha tasavvur qilish mumkin.

markazlashtirilgan tezlashuv ?elektron aylana bo'ylab harakat qilganda, u kulon kuchi Fe tomonidan hosil bo'ladi. Binobarin,

Vodorod atomida yadro zaryadi zaryadga teng elektron, shuning uchun vodorod atomi uchun biz olamiz:

/r = e2/4?? 0mr2

v2 = e2/4? 0mr

Noyob statsionar aylana orbitalarining har biri bo'ylab harakatlanayotgan elektron ma'lum bir chegaraga ega kinetik energiya, shuningdek, elektr maydonidagi potentsial energiya atom yadrosi. n sonli statsionar orbitadagi elektronning kinetik energiyasi va elektronning atom yadrosi bilan oʻzaro taʼsirining potensial energiyasi yigʻindisini En bilan belgilaymiz. Keyin atomdagi elektronning har bir ruxsat etilgan statsionar orbitasini statsionar holatdagi atom energiyasining qiymatiga belgilash mumkin. Atomlarning mumkin bo'lgan energiya holatlarini vizual tasvirlash uchun energiya diagrammalaridan foydalaniladi. (B ilovasi)

Energiya diagrammasida atomning har bir statsionar holati energiya darajasi deb ataladigan gorizontal chiziq bilan belgilanadi. Diagrammadagi barcha boshqa narsalar ostida atomning asosiy holatining E1 energiyasiga to'g'ri keladigan energiya darajasi, qo'zg'atilgan holatlarning energiya darajalari er sathidan qo'zg'atilgan va yerning energiyalari o'rtasidagi farqga proportsional masofalarda joylashgan. davlatlar. Atomning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishlari energiya diagrammasida mos keladigan darajalar orasidagi vertikal chiziqlar bilan tasvirlangan, o'tish yo'nalishi o'q bilan ko'rsatilgan.

Elektronning m sonidagi statsionar orbitadan n raqamli statsionar orbitaga o‘tishi atomning Em energiyali holatdan En energiyali holatga o‘tishiga to‘g‘ri keladi. Diagrammadagi bu o'tish energiya darajalari Em darajasidan En darajasiga vertikal o'q bilan belgilanadi. (ilova D)

2.3 Chiziqli spektrlarning kelib chiqishini tushuntirish

Bor postulatlari chiziqli emissiya va yutilish spektrlarining kelib chiqishini ularning mavjudligini atomlar energiya holatlarining diskret qatori mavjudligi bilan bog'lash orqali tushuntirishga imkon beradi.

Barcha atomlar bitta kimyoviy element bir xil yadro zaryadiga ega. Da bir xil to'lov Atom yadrolari bir xil tuzilishga ega elektron qobiqlar va shuning uchun ular orasidagi mumkin bo'lgan energiya holatlari va o'tishlarning bir xil to'plamiga ega. Fotonlarning emissiyasi va yutilishi atomlarning ruxsat etilgan bir statsionar holatdan ikkinchisiga o'tish paytida sodir bo'ladi. E1 energiyali normal holatdan En energiyali qo'zg'aluvchan holatga o'tishda atom tomonidan yutilgan fotonning energiyasi, teskari o'tish paytida atom chiqaradigan fotonning energiyasiga to'liq teng, chunki har ikkala holatda ham u bu ikki holatdagi atomning energiyalari orasidagi farqga teng:

2.4 Bor nazariyasining afzalliklari va kamchiliklari

Bor nazariyasining afzalliklari.

Bor nazariyasi atom ichidagi jarayonlarni tushuntirishga tubdan yangi pozitsiyalardan yondashdi va atomning birinchi yarim kvant nazariyasiga aylandi. U vodorodga o'xshash atomlarning energiya holatlarining diskretligini tushuntirdi. Bor nazariyasining evristik qiymati statsionar holatlar va ular o'rtasidagi sakrash o'tishlari mavjudligi to'g'risidagi dadil taxminda yotadi. Keyinchalik bu qoidalar boshqa mikrotizimlarga ham kengaytirildi. Nazariya davriy jadvalning chegarasini tushuntiradi. "Jismoniy mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan oxirgi atom 137 atom raqamiga ega, chunki 138-elementdan boshlab, 1s-elektron o'ta yorug'lik tezligida harakatlanishi kerak, bu esa maxsus nisbiylik nazariyasiga zid keladi."

Bor nazariyasining kamchiliklari

Bor nazariyasi mantiqiy jihatdan mos kelmaydi: u klassik ham, kvant ham emas. Uning asosida yotgan ikkita tenglamalar tizimida biri - elektronning harakat tenglamasi - klassik, ikkinchisi - orbitalarni kvantlash tenglamasi - kvant. Bundan tashqari, u intensivlikni tushuntira olmadi spektral chiziqlar. Bu nazariya faqat vodorodga o'xshash atomlar uchun amal qiladi va eksperimental ma'lumotlarsiz (ionlanish energiyasi yoki boshqalar) davriy jadvalda unga ergashadigan atomlar uchun ishlamaydi. Bor nazariyasi etarli darajada izchil va umumiy emas edi. Shu sababli, keyinchalik u umumiy va izchil boshlang'ich nuqtalarga asoslangan zamonaviy kvant mexanikasi bilan almashtirildi. Endi ma'lumki, Bor postulatlari umumiyroq kvant qonunlarining natijasidir. Ammo kvantlash qoidalari bugungi kunda taxminiy nisbatlar sifatida keng qo'llaniladi: ularning aniqligi ko'pincha juda yuqori.

Shunday qilib, Bor nazariyasi rivojlanishdagi asosiy qadamdir atom fizikasi. Bu kvant mexanikasini yaratishda muhim qadamdir. Biroq, bu nazariya juda ko'p qarama-qarshiliklarga ega (bir tomondan klassik fizika qonunlarini qo'llaydi, ikkinchi tomondan, u kvant postulatlariga asoslanadi). U vodorod atomi va vodorodga o'xshash tizimlarning spektrlarini o'rganib chiqdi va spektral chiziqlarning chastotalarini hisobladi, lekin u ularning intensivligini tushuntirib bera olmadi va savolga javob bera olmadi: nima uchun ma'lum o'tishlar sodir bo'ladi? Bor nazariyasining jiddiy kamchiligi vodorod atomidan keyingi eng oddiy atomlardan biri - geliy atomining spektrini tasvirlash uchun undan foydalanishning mumkin emasligi edi.

orbitaning radiatsiyaviy bor energiyasi

Xulosa

20-asrda N. Bor nazariyasining ayrim qoidalari toʻldirildi va qayta koʻrib chiqildi. Eng muhim o'zgarish elektron buluti tushunchasining kiritilishi bo'lib, u elektron tushunchasini faqat zarracha sifatida almashtirdi. Keyinchalik Bor nazariyasi almashtirildi kvant nazariyasi Albert Eynshteyn, bu hisobga oladi to'lqin xususiyatlari elektron va boshqalar elementar zarralar ular atom hosil qiladi.

Atom tuzilishining zamonaviy nazariyasining asosini to'ldirilgan va takomillashtirilgan sayyoraviy model tashkil etadi. Bu nazariyaga ko'ra, atom yadrosi protonlar (musbat zaryadlangan zarralar) va neyronlardan (zaryadlanmagan zarrachalar) iborat. Yadro atrofida esa elektronlar (manfiy zaryadlangan zarralar) noaniq traektoriyalar bo'ylab harakatlanadi.

Davomida bu tadqiqot atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalar evolyutsiyasi jarayoni Ernest Ruterford va Niels Bor modellari misolida aks ettirilgan. Rezerford va Bor tomonidan bildirilgan atomlarning tuzilishi haqidagi fikrlar to'liq o'rganilgan, tahlil qilingan va umumlashtirilgan. Zamonaviy fizika nuqtai nazaridan, atomning tuzilishi haqidagi eng to'g'ri taxminni Daniya olimi Niels Bor qilgan.

KSE bo'yicha ma'ruzalardan birida talabalar atomning tuzilishi va Rezerford va Borning ushbu masalani o'rganishga qo'shgan hissasi haqidagi zamonaviy g'oyalar bilan tanishadilar.

Bibliografik ro'yxat

1. Karpenkov, S. X. Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari: Seminar: o'quv qo'llanma / S. X. Karpenkov. - M.: Madaniyat va sport, 1998. - 237b.

Trofimova, T.I. Fizika kursi: darslik / T. I. Trofimova - M .: Oliy maktab, 1990. - 478s.

ILOVALAR

ILOVA A

1.1-band. Tomsonning atom tuzilishi modeli ("mayizli tort")

ILOVA B

B. 2.1. Rezerford atomi tuzilishi modeli (yadro)

ILOVA B

3.1-band. Bor energiya diagrammasi

ILOVA D

S. 4.1 Bor atomi tuzilishi modeli (sayyoraviy)

Ish tartibi

Bizning mutaxassislarimiz sizga plagiatga qarshi tizimning o'ziga xosligini majburiy tekshirish bilan qog'oz yozishda yordam beradi.
Ariza yuboring yozish narxi va imkoniyatlarini bilish uchun hozirda qo'yilgan talablar bilan.

Atom tuzilishining birinchi modeli 1904 yilda J.Tomson tomonidan taklif qilingan bo'lib, unga ko'ra atom musbat zaryadlangan shar bo'lib, unda elektronlar o'rnatilgan. Tomson modeli nomukammalligiga qaramay, atomlar tomonidan yorug'likning emissiyasi, yutilishi va tarqalishi hodisalarini tushuntirishga, shuningdek, yorug'lik elementlari atomlaridagi elektronlar sonini aniqlashga imkon berdi.

Guruch. 1. Tomson modeli bo'yicha atom. Elektronlar musbat zaryadlangan shar ichida elastik kuchlar ta’sirida ushlab turiladi. Ularning sirtida bo'lganlari ionlangan atomni qoldirib, osongina "taqillatib yuborishi" mumkin.

2.2 Ruterford modeli

Tomson modeli E.Rezerford tomonidan rad etilgan (1911), atomning musbat zaryadi va deyarli butun massasi uning hajmining kichik bir qismida - elektronlar harakatlanadigan yadroda to'planganligini isbotladi (2-rasm).

Guruch. 2. Atom tuzilishining bu modeli sayyoraviy deb nomlanadi, chunki elektronlar quyosh sistemasi sayyoralari kabi yadro atrofida aylanadi.

Klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, agar Kulon tortish kuchi markazdan qochma kuchga teng bo'lsa, elektronning yadro atrofida aylana bo'ylab harakati barqaror bo'ladi. Biroq, elektromagnit maydon nazariyasiga ko'ra, bu holda elektronlar spiral bo'lib, doimiy ravishda energiya chiqaradigan va yadroga tushishi kerak. Biroq, atom barqarordir.

Bundan tashqari, uzluksiz energiya nurlanishi bilan atom uzluksiz, uzluksiz spektr. Aslida, atomning spektri alohida chiziqlar va qatorlardan iborat.

Shunday qilib, bu model elektrodinamika qonunlariga zid keladi va atom spektrining chiziqli tabiatini tushuntirmaydi.

2.3. Bohr modeli

1913 yilda N. Bor avvalgi fikrlarni butunlay inkor etmasdan, atom tuzilishi haqidagi nazariyasini ilgari surdi. Bor o'z nazariyasini ikkita postulatga asosladi.

Birinchi postulat elektron yadro atrofida faqat ma'lum statsionar orbitalarda aylanishi mumkinligini aytadi. Ularning ustida bo'lib, u nurlanmaydi va energiyani o'zlashtirmaydi (3-rasm).

Guruch. 3. Bor atomining tuzilishi modeli. Elektron bir orbitadan ikkinchi orbitaga o'tganda atom holatining o'zgarishi.

Har qanday statsionar orbita bo'ylab harakatlanayotganda, elektronning energiya ta'minoti (E 1, E 2 ...) doimiy bo'lib qoladi. Orbita yadroga qanchalik yaqin bo'lsa, elektron energiya zahirasi E 1 ˂ E 2 …˂ E n . Orbitalardagi elektronning energiyasi tenglama bilan aniqlanadi:

bu yerda m – elektron massasi, h – Plank doimiysi, n – 1, 2, 3... (1-orbita uchun n=1, 2-orbita uchun n=2 va hokazo).

Ikkinchi postulatda aytilishicha, bir orbitadan ikkinchisiga o'tayotganda elektron energiyaning kvantini (qismini) yutadi yoki chiqaradi.

Agar atomlar ta'sirga duchor bo'lsa (isitish, nurlanish va boshqalar), u holda elektron energiya kvantini o'zlashtirishi va yadrodan uzoqroq orbitaga o'tishi mumkin (3-rasm). Bunday holda, atomning hayajonlangan holati haqida gapiriladi. Elektronning teskari o'tishida (yadroga yaqinroq orbitaga) energiya nurlanish energiyasining kvanti - foton shaklida chiqariladi. Spektrda bu ma'lum bir chiziq bilan belgilanadi. Formula asosida

Bu erda l - to'lqin uzunligi, n = yaqin va uzoq orbitalarni tavsiflovchi kvant raqamlari, Bor vodorod atomi spektridagi barcha seriyalar uchun to'lqin uzunliklarini hisoblab chiqdi. Olingan natijalar eksperimental ma'lumotlarga mos keldi. Uzluksiz chiziqli spektrlarning kelib chiqishi aniq bo'ldi. Ular elektronlarning qo'zg'aluvchan holatdan statsionar holatga o'tishi paytida atomlar tomonidan energiya chiqarish natijasidir. Elektronlarning 1-orbitaga o'tishlari Liman seriyasining chastotalar guruhini, 2-chi - Balmer seriyasini, 3-Paschen seriyasini tashkil qiladi (4-rasm, 1-jadval).

Guruch. 4. Elektron o'tishlar va vodorod atomining spektral chiziqlari o'rtasidagi muvofiqlik.

1-jadval

Vodorod spektrining qatorlari uchun Bor formulasini tekshirish

Biroq, Bor nazariyasi ko'p elektronli atomlar spektrlaridagi chiziqlarning bo'linishini tushuntirib bera olmadi. Bor elektronning zarra ekanligidan kelib chiqdi va elektronni tasvirlash uchun zarrachalarga xos qonuniyatlardan foydalangan. Shu bilan birga, elektron ham to'lqin xususiyatlarini ko'rsatishga qodir ekanligini ko'rsatadigan faktlar to'planib bordi. Klassik mexanika bir vaqtning o'zida moddiy zarrachalar va to'lqin xususiyatlariga ega bo'lgan mikro-ob'ektlarning harakatini tushuntira olmagan. Bu muammoni kvant mexanikasi - juda kichik massali mikrozarrachalar harakati va oʻzaro taʼsirining umumiy qonuniyatlarini oʻrganuvchi fizik nazariya hal qildi (2-jadval).

jadval 2

Atomni tashkil etuvchi elementar zarralarning xossalari

S. I. LEVCHENKOV
KIMYO TARIXINING QISQA MA'LUMOTI

Qo'llanma rossiya davlat universitetining kimyo fakulteti talabalari uchun

"bo'linmas" ning bo'linuvchanligi

Tabiatshunoslikda hukmron bo'lgan mexanik atomizmning tugashini ko'rsatgan atomning bo'linuvchanligining kashfiyoti 20-asrning boshlarida sodir bo'ldi. Bu kashfiyot ancha uzoq tarixga ega. 1870-yillarda, kimyoviy elementlarning davriy qonuni yaratilgandan so'ng, tabiatshunos olimlar orasida Uilyam Proutning gipotezasiga qiziqish qayta tiklandi (IV bobga qarang). Atom og'irliklarining eng aniq ta'riflari ba'zi hollarda ularning butun bo'lmagan sonini eksperimental xatolar bilan izohlab bo'lmasligini ko'rsatgan bo'lsa-da, gipoteza protil- atomning eng oddiy komponenti yana faol muhokama qilina boshladi. Yulduzlar spektrlarini oʻrgangan va ular asosan vodoroddan iborat ekanligini koʻrsatgan ingliz astrofiziki Jozef Norman Lokyer 1873 yilda elementlarning evolyutsiyasi gʻoyasini ilgari surgan. Spektral analiz sohasidagi yirik mutaxassis, ingliz fizigi Uilyam Kruks tomonidan 1886 yilda yozilgan "Kimyoviy elementlarning kelib chiqishi haqida" kitobi ko'pchilikka ma'lum edi. Kruks barcha elementlar protildan kelib chiqqan deb hisoblardi, bu esa, aftidan, vodorod, "... evolyutsiya orqali, xuddi bizning a'zolarimiz kabi quyosh sistemasi Laplas nazariyasiga ko'ra va sayyoramizdagi o'simliklar va hayvonlar qanday paydo bo'lgan - Lamark, Darvin va Uollesga ko'ra ". Elementlarning evolyutsiyasi haqidagi gipoteza ko'plab muxoliflarga ega edi, ular bu gipotezaning eksperimental asoslari yo'qligini ta'kidladilar.

Atomning bo'linuvchanligini aniqlashning asosiy eksperimental sharti 19-asr davomida fiziklar tomonidan amalga oshirilgan elektr tokini o'rganish edi. 1874 yilda irland fizigi Jorj Jonston Stoni elektr toki quyidagilardan iborat degan fikrni ilgari surdi. elementar to'lovlar atomlar bilan bog'langan va buning qiymatini hisoblagan elementar zaryad; 1891 yilda Stouni bu atamani taklif qildi elektron.

Crookes trubkasi

1859 yilda nemis fizigi Yuliy Plyukker tomonidan boshlangan kam uchraydigan gazlar va vakuumdagi elektr razryadlarini o'rganish Vilgelm Gittorf va Uilyam Kruksning 1869-1875 yillarda kashf qilishiga olib keldi. ko'rinmas katod nurlari vakuumda katoddan anodga tarqaladi. To'g'ri chiziqli tarqaladigan va anod atrofidagi shishaning floresansini (porlashini) keltirib chiqaradigan katod nurlarining tabiati uzoq vaqt davomida noma'lum bo'lib qoldi; Nemis fiziklari to'lqin tabiatini, ingliz fiziklari katod nurlarining korpuskulyar tabiatini qabul qildilar. 1886 yilda nemis fizigi Eugen Goldshtein panjara katodida tajriba o'tkazar ekan, katodga qarama-qarshi tarqaladigan kanal nurlarini topdi; Kanal nurlari musbat zaryadlangan zarrachalardan tashkil topgan deb taxmin qilingan.

Bor modeliga asoslangan edi kvant gipotezasi, 1900 yilda nemis fizigi Maks Karl Ernst Lyudvig Plank tomonidan ilgari surilgan. Plank materiya nurlanish energiyasini faqat shu nurlanish chastotasiga proportsional cheklangan qismlarda chiqarishi mumkinligini ta'kidladi. Fotoelektrik effektni tushuntirish uchun kvant gipotezasini qo'llagan holda, 1905 yilda Albert Eynshteyn taklif qildi. foton nazariyasi Sveta.

Atomning Bor modelining yana bir sharti 1885 yilda shveytsariyalik olim Iogann Yakob Balmer, 1906 yilda amerikalik fizik Teodor Liman va 1909 yilda nemis fizigi Fridrix Paschen tomonidan kashf etilgan vodorodning bir qator spektral chiziqlari edi. Ushbu seriyalar (spektrning ko'rinadigan, ultrabinafsha va infraqizil hududlarida) juda oddiy naqshga amal qildi: chastotalar butun sonlarning teskari kvadratlaridagi farqga mutanosib edi.

Bor atomning sayyoraviy modelining barqarorligini va shu bilan birga ushbu spektral ma'lumotlarni kvant nazariyasi nuqtai nazaridan tushuntirib, atom modeliga kvant cheklovlarini qo'yadigan bir qator postulatlarni shakllantirdi. Bor postulatlariga ko'ra, elektron yadro atrofida faqat ma'lum ruxsat etilgan ("statsionar") orbitalar bo'ylab aylanishi mumkin, bunda u energiya chiqarmaydi. Yadroga eng yaqin orbita atomning "normal" (eng barqaror) holatiga mos keladi. Kvant energiya atomga uzatilganda, elektron uzoqroq orbitaga o'tadi. "Hayajonlangan" holatdan "normal" holatga teskari o'tish nurlanish kvantining emissiyasi bilan birga keladi.

Spektral ma'lumotlarga asoslangan hisoblash shuni ko'rsatdiki, elektron orbitalarining radiuslari 1 2: 2 2: 3 2: ... : n 2 ga bog'liq. Boshqacha qilib aytganda, aylanuvchi elektronning burchak momenti butun songa proportsionaldir bosh kvant soni(orbita raqami).

Har bir darajadagi elektronlarning maksimal mumkin bo'lgan soni asosiy kvant sonining kvadratidan ikki baravar ko'p; bu raqam davriy sistemaning davrlaridagi elementlar soniga teng bo'lib chiqdi. Shunday qilib, Bor modeli elementlar xossalarining davriyligi va atomlarning elektron qavatlarining tuzilishi o'rtasidagi shubhasiz bog'liqlikni ochib berdi.

Klassik va kvant tushunchalari o'rtasidagi kelishuv bo'lgan atomning Bor-Zommerfeld modeliga asoslanib (klassik rasmga kvant cheklovlari kiritilgan) Nils Bor 1921 yilda davriy tizimning rasmiy nazariyasiga asos soldi. Elementlar xossalarining davriyligining sababi, Bor fikricha, atomning tashqi elektron sathi tuzilishining davriy takrorlanishi edi.

1920-yillarning birinchi yarmida. atom modeliga yana ikkita kvant soni qo'shildi. Nemis fizigi Alfred Lande atomdagi elektronning harakatini tasvirlash uchun magnit kuchni kiritdi. kvant soni, va yosh fiziklar Jorj Yujin Ulenbek va Samuel Abraham Gudsmitlar 1925-yilda atom fizikasiga elektron spini tushunchasini kiritdilar.Shuni aytish kerakki, amerikalik fizik Artur Xolli Kompton elektronning yuqori aniqlikdagi atom aylanishiga asoslangan va keyingi yil. , Otto Shtern va Valter Gerlax eksperimental ravishda magnit maydondagi kumush atomlari dastasini elektron spinlarining yo'nalishiga mos keladigan ikki qismga bo'lishdi.

Atom tuzilishining birinchi modellari 20-asrning boshlarida paydo bo'lgan. Jan Perren 1901 yilda atomning yadro-sayyora tuzilishini taklif qildi. Shunga o'xshash model 1904 yilda yapon fizigi Xantaro Nagaoka tomonidan taklif qilingan. Nagaoka modelida atom Saturn sayyorasiga o'xshatilgan; sayyora rolini atom hajmining asosiy qismi bo'lgan musbat zaryadlangan to'p o'ynagan va elektronlar Saturnning sun'iy yo'ldoshlari kabi joylashgan bo'lib, uning halqalarini hosil qilgan. Biroq, eng ko'p keng foydalanish deb atalmishni oldi. kek atom modeli: 1902 yilda Uilyam Tomson (Lord Kelvin) atom musbat zaryadlangan materiya to'plami bo'lib, uning ichida elektronlar teng taqsimlangan, deb taklif qildi. Eng oddiy atom - vodorod atomi, V.Tomsonning fikricha, musbat zaryadlangan shar bo'lib, uning markazida elektron joylashgan. Bu model J. J. Tomson tomonidan batafsil ishlab chiqilgan bo'lib, u musbat zaryadlangan shar ichidagi elektronlar bir tekislikda joylashgan va konsentrik halqalarni hosil qiladi, deb hisoblagan. J. J. Tomson atomdagi elektronlar sonini sochilishga asoslangan holda aniqlash usulini taklif qildi. rentgen nurlari, tarqalish markazlari aynan elektronlar bo'lishi kerak degan taxminga asoslanadi. Amalga oshirilgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, elementlar atomlaridagi elektronlar soni qiymatning taxminan yarmini tashkil qiladi atom massasi. J.J.Tomson elementdan elementga o‘tishda atomdagi elektronlar soni doimiy ravishda ortib boradi deb faraz qilib, birinchi marta atomlar tuzilishini elementlar xossalarining davriyligi bilan bog‘lashga harakat qildi.

Nemis fizigi Filipp fon Lenard atomda qarama-qarshi zaryadlarning alohida mavjudligini anglatmaydigan model yaratishga harakat qildi. Atom, Lenard modeliga ko'ra, neytral zarralardan iborat (deb nomlangan dinamid), ularning har biri elektr dubletdir. Lenard tomonidan amalga oshirilgan hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, bu zarralar juda kichik o'lchamlarga ega bo'lishi kerak va shuning uchun atom hajmining katta qismi bo'shliqdir. Atom massasining uning hajmining kichik qismidagi kontsentratsiyasi qisman 1903 yilda Lenard tomonidan o'tkazilgan tajribalar bilan tasdiqlangan, bunda tez elektronlar nurlari yupqa metall plyonkadan osongina o'tgan.

Barcha eslatib o'tilgan modellar - Tomson-Tomson, Perrin-Nagaoka va Lenard faqat faraziy va ajoyib sifatga ega edi.

1906-1909 yillarda. Xans Geyger, Ernst Marsden va Ernest Rezerford Tomson modelining eksperimental tasdig'ini topishga urinib, oltin folga ustida a-zarrachalarni sochish bo'yicha o'zlarining mashhur tajribalarini o'tkazdilar. Ular elektronlar o'rniga a-zarralardan foydalanganlar, chunki kattaroq massasi (elektronning massasi 7350 marta) tufayli a-zarralar elektronlar bilan to'qnashganda sezilarli burilishlarga duch kelmaydi, bu faqat atomning ijobiy qismi bilan to'qnashuvlarni qayd etish imkonini beradi. Ular alfa zarralari manbai sifatida radiyni oldilar va yupqa oltin folga ichiga sochilgan zarralar qorong'i xonaga o'rnatilgan rux sulfidli ekranda sintillyatsion miltillash orqali qayd etildi.

Tajribalar natijasi kutilganidan butunlay teskari bo'lib chiqdi. Ko‘pchilik a-zarrachalar oltin folga orqali to‘g‘ri yoki deyarli to‘g‘ri traektoriyalar bo‘ylab o‘tgan, lekin shu bilan birga, ba’zi a-zarralar juda katta burchak ostida og‘ishgan, bu esa atomda o‘ta zich musbat zaryadlangan shakllanish mavjudligidan dalolat beradi. Ushbu eksperimental faktlarga asoslanib, 1911 yilda Rezerford atomning yadroviy modelini taklif qildi: atomning markazida musbat zaryadlangan yadro mavjud bo'lib, uning hajmi atomning o'lchamiga nisbatan ahamiyatsiz; Elektronlar yadro atrofida aylanadi, ularning soni elementning atom massasining yarmiga teng. Rezerfordning atom modeli o'zining shubhasiz afzalliklari bilan muhim qarama-qarshilikni o'z ichiga olgan: klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, yadro atrofida aylanadigan elektron doimiy ravishda chiqarishi kerak edi. elektromagnit nurlanish, energiyani yo'qotish. Natijada, elektron orbitasining radiusi tez qisqargan bo'lishi kerak va bu tasvirlar bo'yicha hisoblangan atomning umri ahamiyatsiz darajada kichik bo'lib chiqdi. Shunga qaramay, Rezerford modeli 1913 yilda daniyalik fizigi Niels Henrik Devid Bor tomonidan ishlab chiqilgan tubdan yangi nazariyani yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi.

Bor modeliga asoslangan edi kvant gipotezasi, 1900 yilda nemis fizigi Maks Karl Ernst Lyudvig Plank tomonidan ilgari surilgan. Plank materiya nurlanish energiyasini faqat shu nurlanish chastotasiga proportsional cheklangan qismlarda chiqarishi mumkinligini ta'kidladi. Fotoelektrik effektni tushuntirish uchun kvant gipotezasini qo'llagan holda, Albert Eynshteyn 1905 yilda yorug'likning foton nazariyasini taklif qildi.

Atomning Bor modelining yana bir sharti 1885 yilda shveytsariyalik olim Iogan Yakob Balmer, 1906 yilda amerikalik fizik Teodor Liman va 1909 yilda nemis fizigi Fridrix Paschen tomonidan kashf etilgan vodorodning bir qator spektral chiziqlari edi. Ushbu seriyalar (spektrning ko'rinadigan, ultrabinafsha va infraqizil hududlarida) juda oddiy naqshga bo'ysundi: chastotalar farqga mutanosib edi. teskari kvadratlar butun sonlar.

Vodorod atomi uchun Bor modeliga asoslangan spektrlarning hisob-kitoblari eksperimentga yaxshi mos keldi, ammo boshqa elementlar uchun eksperimental ma'lumotlar bilan sezilarli nomuvofiqlik olindi. 1916 yilda nemis fizigi Arnold Iogan Vilgelm Sommerfeld Bor modelini aniqladi. Sommerfeld dumaloq orbitalardan tashqari, elektron ham elliptik orbitalar bo'ylab harakatlanishini taklif qildi. Bunday holda, deyarli bir xil energiya darajasi asosiy kvant soniga teng bo'lgan orbita turlarining soniga to'g'ri keladi. Sommerfeld modelni yon (orbital) kvant soni (ellipslar shaklini aniqlaydi) va elektron massasining tezlikka bog'liqligi bilan to'ldirdi. Klassik va kvant tushunchalari o'rtasidagi kelishuv bo'lgan atomning Bor-Zommerfeld modeliga asoslanib (klassik rasmga kvant cheklovlari kiritilgan) Nils Bor 1921 yilda davriy tizimning rasmiy nazariyasiga asos soldi. Elementlar xossalarining davriyligining sababi, Bor fikricha, atomning tashqi elektron sathi tuzilishining davriy takrorlanishi edi.

1925 yilda Volfgang Pauli o'z nomi bilan atalgan taqiqlash tamoyilining formulasini o'z ichiga olgan asarini nashr etdi: bunda kvant holati faqat bitta elektron bo'lishi mumkin. Pauli elektronning holatini tavsiflash uchun to'rtta kvant soni zarurligini ta'kidladi: bosh kvant soni n, azimutal kvant soni l va ikkita magnit sonlar m1 va m2. Paulining ishi nashr etilgandan ko'p o'tmay, yosh fiziklar Jorj Eugene Ulenbek va Samuel Abraham Gudsmit atom fizikasiga elektronning spini tushunchasini kiritdilar. Amerikalik fizik Artur Xolli Kompton, yuqori aniqlikdagi atom spektrlariga asoslangan holda, 1921 yilda elektronning kvantlangan aylanishini taklif qildi va keyingi yili Otto Stern va Valter Gerlax magnit maydonda kumush atomlari nurining ikki qismga bo'linishini eksperimental ravishda kuzatdilar. elektron spinlarning orientatsiyasiga mos keladi.

1927 yilda nemis fizigi Fridrix Xund elektron qobiqlarni to'ldirishning empirik qoidalarini ishlab chiqdi. Pauli istisnosi va darajalarning to'yinganligi printsipini qo'llash bilan 1927 yilga kelib u umuman qurilgan. elektron tuzilma O'sha vaqtga qadar ma'lum bo'lgan barcha 92 elementdan. Atomlarning elektron qobiqlarining tuzilishi haqidagi ta'limotning yaratilishi elementlar va ularning birikmalari xossalarining davriyligi sabablarini tushuntirib beradigan davriy tizimning rasmiy fizik nazariyasini yaratishga imkon berdi. kimyoviy bog'lanishning birinchi nazariyalari.

Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:

Agar ushbu material siz uchun foydali bo'lib chiqsa, uni ijtimoiy tarmoqlardagi sahifangizga saqlashingiz mumkin:

KIRISH

Atomning murakkab tuzilishining ochilishi zamonaviy fizikaning shakllanishidagi eng muhim bosqichdir. Atomning tuzilishi haqidagi birinchi ma'lumotlar elektr tokining suyuqliklar orqali o'tish jarayonlarini o'rganish orqali olingan. XIX asrning o'ttizinchi yillarida. Atoqli fizik M.Faradayning tajribalari elektr toki alohida birlik zaryadlar shaklida mavjudligini taklif qildi. Radioaktivlik deb ataladigan ba'zi elementlar atomlarining o'z-o'zidan parchalanishining kashf etilishi atom tuzilishining murakkabligining bevosita dalili edi. 1902 yilda ingliz olimlari Ernest Ruterford va Frederik Soddi radioaktiv parchalanish jarayonida uran atomi ikki atomga - toriy atomiga va geliy atomiga aylanishini isbotladilar. Bu atomlar o'zgarmas, buzilmaydigan zarralar emasligini anglatardi.

Referatning maqsadi: Ernest Ruterford va Nils Bor modellari misolida atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalar evolyutsiyasi jarayonini aks ettirish.

Referatning amaliy ahamiyati KSE fanidan ma’ruzalarda talabalarni atom tuzilishi haqidagi zamonaviy g‘oyalar va bu masalani o‘rganishga Rezerford va Borning qo‘shgan hissasi bilan tanishtirishdan iborat.

Ish jarayonida turli xil manbalardan foydalanilgan: S. X. Karpenkov va T.I. Trofimova, oliy ma'lumot olish uchun mo'ljallangan. Ular atomning tuzilishi haqidagi bilimlarning paydo bo'lishi va rivojlanishi tarixi haqida tushunarli tilda hikoya qiladi; Internet resurslari. ushbu mavzuni zamonaviy ilm-fan nuqtai nazaridan o'rganish uchun foydalanilgan. Ushbu yondashuv muammoni barcha ko'p qirraliligi bilan o'rganish istagi bilan bog'liq.

1-bob. Tomson va Rezerford tomonidan atom tuzilishi modellari

Atomlarni moddalarning bo'linmas eng kichik zarralari sifatidagi g'oya qadimgi davrlarda paydo bo'lgan (Demokrit, Epikur, Lukretsiy). O'rta asrlarda materialistik bo'lgan atomlar haqidagi ta'limot tan olinmagan. XVIII asr boshlariga kelib. atomistik nazariya tobora ommalashib bormoqda. Bu vaqtga kelib frantsuz kimyogari A.Lavuazye (1743-1794), buyuk rus olimi M.V. Lomonosov va ingliz kimyogari va fizigi D. Dalton (1766-1844) atomlarning mavjudligi haqiqatini isbotladilar. Biroq, o'sha paytda atomlarning ichki tuzilishi haqida savol tug'ilmadi, chunki atomlar bo'linmas deb hisoblangan.

Atoqli rus kimyogari D.I. Mendeleev 1869 yilda elementlarning davriy sistemasini ishlab chiqdi, unda birinchi marta ilmiy asosda atomlarning birlashgan tabiati masalasi ko'tarildi. XIX asrning ikkinchi yarmida. elektron har qanday moddaning asosiy qismlaridan biri ekanligi eksperimental tarzda isbotlangan. Ushbu xulosalar, shuningdek, ko'plab eksperimental ma'lumotlar, 20-asrning boshlarida. atomning tuzilishi masalasini jiddiy ko'tardi. Mendeleyev davriy sistemasida aniq ifodalangan barcha kimyoviy elementlar o‘rtasida muntazam bog‘lanishning mavjudligi barcha atomlarning tuzilishi umumiy xususiyatga asoslanganligini ko‘rsatadi: ularning barchasi bir-biri bilan chambarchas bog‘liqdir.

Atomlarning murakkab tuzilishini birinchi bilvosita tasdig'i juda kam uchraydigan gazlardagi elektr razryaddan kelib chiqadigan katod nurlarini o'rganishda olingan. Bu nurlarning xossalarini o‘rganish natijasida ular manfiy elektr zaryadini olib yuruvchi va yorug‘lik tezligiga yaqin tezlikda uchadigan mayda zarrachalar oqimi degan xulosaga keldi. Bundan tashqari, katod zarralari faqat zaryadlangan holatda ma'lum bo'lib, ularni zaryaddan mahrum qilib, elektr neytral zarrachalarga aylantira olmaydi: elektr zaryadi ularning tabiatining mohiyatidir. Elektron deb ataladigan bu zarralar 1897 yilda ingliz fizigi J. Tomson tomonidan kashf etilgan. Shuningdek, u 1903 yilda to'plangan eksperimental ma'lumotlar asosida atom modelini yaratish bo'yicha birinchi urinishning egasidir. “Ushbu modelga ko‘ra, atom musbat zaryad bilan uzluksiz zaryadlangan, radiusi taxminan 10-10 m bo‘lgan shar bo‘lib, uning ichida elektronlar o‘z muvozanat pozitsiyalari atrofida tebranadi; elektronlarning umumiy manfiy zaryadi to'pning musbat zaryadiga teng, shuning uchun atom umuman neytraldir.

1911-yilda ingliz fizigi Ernest Rezerford gazlar va boshqa moddalardagi alfa zarrachalarning harakatini o‘rganar ekan, atomning musbat zaryadlangan qismini ochdi. Keyinchalik chuqurroq tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, parallel nurlar nurlari gaz qatlamlari yoki yupqa metall plastinka orqali o'tganda, endi parallel nurlar emas, balki bir oz farq qiluvchi nurlar paydo bo'ladi: alfa zarralari tarqalib ketgan, ya'ni ular asl yo'lidan og'ishgan. . Burilish burchaklari kichik, lekin har doim juda kuchli burilishlarga uchragan oz sonli zarrachalar (taxminan bir necha mingdan biri) mavjud. Ba'zi zarralar orqaga tashlanadi, go'yo yo'lda o'tib bo'lmaydigan to'siq paydo bo'ladi. Bu elektronlar emas - ularning massasi alfa zarrachalarining massasidan ancha kam. Massasi alfa zarrachalar massasi bilan bir xil bo'lgan musbat zarralar bilan to'qnashganda og'ish paydo bo'lishi mumkin. Shu mulohazalarga asoslanib, Rezerford atom tuzilishining yadroviy (sayyoraviy) modelini taklif qildi. (B ilovasi)

Atom tuzilishi uchun Ruterford tomonidan taklif qilingan sxema yoki ular aytganidek, atomning yadro modeli alfa zarrachalarining burilish hodisalarini osongina tushuntiradi. Darhaqiqat, yadro va elektronlarning o'lchamlari yadrodan eng uzoqda joylashgan elektronlarning orbitalari bilan belgilanadigan butun atomning o'lchamlari bilan solishtirganda juda kichikdir, shuning uchun ko'pchilik alfa zarralari sezilarli burilishlarsiz atomlar orqali uchib ketadi. Alfa zarracha yadroga juda yaqin kelgan hollardagina elektr itarish uning dastlabki yo`lidan keskin chetlanishiga olib keladi. Shunday qilib, alfa zarrachalarining tarqalishini o'rganish atomning yadro nazariyasining boshlanishini belgiladi. Ammo, izchil mulohazalarga qaramay, Ruterford modeli atomlarning barcha xususiyatlarini tushuntira olmadi. Shunday qilib, klassik fizika qonunlariga ko'ra, musbat zaryadlangan yadro va aylana orbitalarida aylanib yuruvchi elektronlardan iborat atom elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak. “Elektromagnit to‘lqinlarning emissiyasi yadro-elektron tizimidagi potentsial energiyaning kamayishiga, elektron orbita radiusining asta-sekin kamayishiga va elektronning yadroga tushishiga olib kelishi kerak. Ammo atomlar odatda elektromagnit toʻlqinlar chiqarmaydi, elektronlar atom yadrolariga tushmaydi, yaʼni atomlar barqarordir”. Klassik fizika doirasida atom modelini qurishga urinishlar muvaffaqiyatga olib kelmadi: Tomson modeli Rezerford tajribalari bilan rad etildi, yadro modeli esa elektrodinamik jihatdan beqaror bo'lib chiqdi va eksperimental ma'lumotlarga zid edi. Tugallangan qiyinchiliklarni bartaraf etish atomning sifat jihatidan yangi nazariyasini yaratishni taqozo etdi.

2-bob. Bor atomi tuzilishi modeli.

1 Bor postulatlari

Sifat jihatidan yangi - atomning kvant nazariyasini yaratishga birinchi urinish 1913 yilda qilingan. Daniya fizigi Nils Bor. U oʻz oldiga chiziq spektrlarining empirik qonuniyatlarini, atomning Rezerfordning yadroviy modeli, yorugʻlik chiqarish va yutilishning kvant tabiatini bir butunga bogʻlashni maqsad qilib qoʻydi. Bor o'z nazariyasini Rezerfordning yadro modeliga asosladi. U elektronlarning yadro atrofida aylana orbitalarida harakatlanishini taklif qildi. Doiraviy harakat, hatto doimiy tezlikda ham, tezlanishga ega. Zaryadning bunday tezlashtirilgan harakati kosmosda o'zgaruvchan elektromagnit maydon hosil qiluvchi o'zgaruvchan tokga teng. Ushbu maydonni yaratish uchun energiya sarflanadi. Maydon energiyasi elektronning yadro bilan Kulon o'zaro ta'sirining energiyasi tufayli yaratilishi mumkin. Natijada, elektron spiralda harakatlanishi va yadroga tushishi kerak. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, atomlar juda barqaror shakllanishdir. Bu Maksvell tenglamalariga asoslangan klassik elektrodinamika natijalari atom ichidagi jarayonlarga taalluqli emas degan xulosani bildiradi. Yangi naqshlarni topish kerak. Bor o'z nazariyasini ikkita postulatga asosladi.

mevrn = nħ (n = 1, 2, 3,…)

bu yerda, me – elektron massasi, v – uning rn radiusning n-orbitasi bo‘yicha tezligi, ħ = h/(2) π )».

Bor nazariyasi vodorodning eksperimental kuzatilgan chiziqli spektrini ajoyib tarzda tushuntirdi. Ammo vodorod atomi nazariyasining muvaffaqiyati klassik mexanikaning asosiy qoidalaridan voz kechish evaziga erishildi, bu 200 yildan ortiq vaqt davomida so'zsiz haqiqat bo'lib qoldi. Shuning uchun Bor postulatlarining, ayniqsa, statsionar holatlar mavjudligi haqidagi birinchi postulatning haqiqiyligini bevosita eksperimental isbotlash katta ahamiyatga ega edi. Ikkinchi postulat energiyaning saqlanish qonuni va fotonlarning mavjudligi haqidagi gipotezaning natijasi sifatida qaralishi mumkin.

Hozirgi vaqtda kvant mexanikasi yordamida har qanday element atomlarining tuzilishi va xususiyatlariga oid ko'plab savollarga javob berish mumkin.

2.2. Statsionar orbitalar va energiya darajalari

Bor postulatlari asosida atomning statsionar holatlarini quyidagicha tasavvur qilish mumkin.

markazlashtirilgan tezlashuv ā elektron aylana bo'ylab harakat qilganda, u kulon kuchi Fe tomonidan hosil bo'ladi. Binobarin,

V2/r = Fe/m

Vodorod atomida yadro zaryadi elektronning e zaryadiga teng, shuning uchun vodorod atomi uchun biz quyidagilarga ega bo'lamiz:

/r = e2/4 πε 0mr2

v2 = e2/4 πε 0mr

Noyob statsionar aylana orbitalarining har biri bo'ylab harakatlanayotgan elektron ma'lum miqdordagi kinetik energiyaga, shuningdek, atom yadrosining elektr maydonida potentsial energiyaga ega. n sonli statsionar orbitadagi elektronning kinetik energiyasi va elektronning atom yadrosi bilan oʻzaro taʼsirining potensial energiyasi yigʻindisini En bilan belgilaymiz. Keyin atomdagi elektronning har bir ruxsat etilgan statsionar orbitasini statsionar holatdagi atom energiyasining qiymatiga belgilash mumkin. Atomlarning mumkin bo'lgan energiya holatlarini vizual tasvirlash uchun energiya diagrammalaridan foydalaniladi. (B ilovasi)

Elektronning m sonidagi statsionar orbitadan n raqamli statsionar orbitaga o‘tishi atomning Em energiyali holatdan En energiyali holatga o‘tishiga to‘g‘ri keladi. Energiya darajasi diagrammasidagi bu o'tish Em sathidan En darajasiga vertikal o'q bilan ko'rsatilgan. (ilova D)

2.3 Chiziqli spektrlarning kelib chiqishini tushuntirish

Bir xil kimyoviy elementning barcha atomlari bir xil yadroviy zaryadga ega. Bir xil yadroviy zaryad bilan atomlar elektron qobiqlarning bir xil tuzilishiga ega va shuning uchun ular orasidagi mumkin bo'lgan energiya holatlari va o'tishlarning bir xil to'plamiga ega. Fotonlarning emissiyasi va yutilishi atomlarning ruxsat etilgan bir statsionar holatdan ikkinchisiga o'tish paytida sodir bo'ladi. E1 energiyali normal holatdan En energiyali qo'zg'aluvchan holatga o'tishda atom tomonidan yutilgan fotonning energiyasi, teskari o'tish paytida atom chiqaradigan fotonning energiyasiga to'liq teng, chunki har ikkala holatda ham u bu ikki holatdagi atomning energiyalari orasidagi farqga teng:

2.4 Bor nazariyasining afzalliklari va kamchiliklari

Bor nazariyasining afzalliklari.

Bor nazariyasining kamchiliklari

Bor nazariyasi mantiqiy jihatdan mos kelmaydi: u klassik ham, kvant ham emas. Uning asosida yotgan ikkita tenglamalar tizimida biri - elektronning harakat tenglamasi - klassik, ikkinchisi - orbitalarni kvantlash tenglamasi - kvant. Bundan tashqari, u spektral chiziqlarning intensivligini tushuntira olmadi. Bu nazariya faqat vodorodga o'xshash atomlar uchun amal qiladi va eksperimental ma'lumotlarsiz (ionlanish energiyasi yoki boshqalar) davriy jadvalda unga ergashadigan atomlar uchun ishlamaydi. Bor nazariyasi etarli darajada izchil va umumiy emas edi. Shu sababli, keyinchalik u umumiy va izchil boshlang'ich nuqtalarga asoslangan zamonaviy kvant mexanikasi bilan almashtirildi. Endi ma'lumki, Bor postulatlari umumiyroq kvant qonunlarining natijasidir. Ammo kvantlash qoidalari bugungi kunda taxminiy nisbatlar sifatida keng qo'llaniladi: ularning aniqligi ko'pincha juda yuqori.

Demak, Bor nazariyasi atom fizikasining rivojlanishidagi katta qadamdir. Bu kvant mexanikasini yaratishda muhim qadamdir. Biroq, bu nazariya juda ko'p qarama-qarshiliklarga ega (bir tomondan klassik fizika qonunlarini qo'llaydi, ikkinchi tomondan, u kvant postulatlariga asoslanadi). U vodorod atomi va vodorodga o'xshash tizimlarning spektrlarini o'rganib chiqdi va spektral chiziqlarning chastotalarini hisobladi, lekin u ularning intensivligini tushuntirib bera olmadi va savolga javob bera olmadi: nima uchun ma'lum o'tishlar sodir bo'ladi? Bor nazariyasining jiddiy kamchiligi vodorod atomidan keyingi eng oddiy atomlardan biri - geliy atomining spektrini tasvirlash uchun undan foydalanishning mumkin emasligi edi.

orbitaning radiatsiyaviy bor energiyasi

Xulosa

20-asrda N. Bor nazariyasining ayrim qoidalari toʻldirildi va qayta koʻrib chiqildi. Eng muhim o'zgarish elektron buluti tushunchasining kiritilishi bo'lib, u elektron tushunchasini faqat zarracha sifatida almashtirdi. Keyinchalik Bor nazariyasi atomni tashkil etuvchi elektron va boshqa elementar zarrachalarning to'lqin xususiyatlarini hisobga oladigan Albert Eynshteynning kvant nazariyasi bilan almashtirildi.

Ushbu tadqiqot jarayonida atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalar evolyutsiyasi jarayoni Ernest Rezerford va Nils Bor modellari misolida o'z aksini topdi. Rezerford va Bor tomonidan bildirilgan atomlarning tuzilishi haqidagi fikrlar to'liq o'rganilgan, tahlil qilingan va umumlashtirilgan. Zamonaviy fizika nuqtai nazaridan, atomning tuzilishi haqidagi eng to'g'ri taxminni Daniya olimi Niels Bor qilgan.

KSE bo'yicha ma'ruzalardan birida talabalar atomning tuzilishi va Rezerford va Borning ushbu masalani o'rganishga qo'shgan hissasi haqidagi zamonaviy g'oyalar bilan tanishadilar.

Atomning birinchi elektron modeli kashf etilishining ahamiyati. Atom tuzilishi modellari

Ish tartibi

2.2 Ruterford modeli

2.3. Bohr modeli

Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:

Tegishli maqolalar