Строение атома и периодическая система элементов. Хови А.М. - 4 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

4
äåòåëüñòâóåò î ïðîöåññàõ â àòîìå, ñâÿçàííûõ ñ ïðåðûâèñòûì (ñêà÷-
êîîáðàçíûì) èçìåíåíèåì ýíåðãèè.
Óñòðàíèòü íåäîñòàòêè ìîäåëè Ðåçåðôîðäà â îïðåäåëåííîé ìåðå óäà-
ëîñü Í.Áîðó
*
. Íå ðàçáèðàÿ ïîäðîáíî âñå ïîñòóëàòû Áîðà, ïðèâåäåì òîëü-
êî îñíîâíîå ïîëîæåíèå åãî òåîðèè î êâàíòîâàíèè ýíåðãèè ýëåêòðîíà â
àòîìå. Ñóòü ýòîãî ïîëîæåíèÿ çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òî äëÿ óñòîé÷èâîãî
ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíà åãî ýíåðãèÿ â àòîìå äîëæíà áûòü êâàíòîâàíà, òî åñòü
ïðèíèìàòü òîëüêî îïðåäåëåííûå (äèñêðåòíûå) çíà÷åíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå,
ïðåäïîëîæèë Áîð, ýíåðãèÿ ýëåêòðîíîì èçëó÷àòüñÿ íå áóäåò.
Äëÿ òàêîãî ïðåäëîæåíèÿ áûëè îïðåäåëåííûå îñíîâàíèÿ, ïðåæäå
âñåãî ëèíåé÷àòûå ñïåêòðû èñïóñêàíèÿ àòîìà âîäîðîäà. Êðîìå òîãî, ê
ýòîìó âðåìåíè áûëî èçâåñòíî ïîëîæåíèå Ì. Ïëàíêà
**
î òîì, ÷òî èçëó-
÷åíèå è ïîãëîùåíèå ñâåòîâîé ýíåðãèè ïðîèñõîäèò íå íåïðåðûâíî, à
îïðåäåëåííûìè ïîðöèÿìè êâàíòàìè:
Eh
ν
=
, (1)
ãäå ν
÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ, à h
ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà (h=6,626
.
10
-34
Äæ
.
ñ).
Äðóãèìè ñëîâàìè, ñâåò (ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû) òàêæå èìååò êîð-
ïóñêóëÿðíûå ñâîéñòâà (ñâîéñòâî ÷àñòèö) è ÷àñòèöà ñâåòà, îáëàäàþùàÿ
íàèìåíüøåé ïîðöèåé ýíåðãèè êâàíòîì, áûëà íàçâàíà ôîòîíîì.
Íà îñíîâàíèè ýòîãî Í. Áîð ïðåäïîëîæèë, ÷òî ìîìåíò êîëè÷åñòâà äâè-
æåíèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå
mvr
, ãäå m
ìàññà ýëåêòðîíà,
v
åãî ñêî-
ðîñòü, r ðàäèóñ îðáèòû, ìîæåò ïðèíèìàòü òîëüêî îïðåäåëåííûå
(êâàíòîâûå) çíà÷åíèÿ:
2
h
mvr n n
π

==


D
, (2)
ãäå n - ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî (ïîçäíåå áûëî íàçâàíî ãëàâíûì êâàí-
òîâûì ÷èñëîì),
π
=
D
2
h
- ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà â ôîðìóëàõ êðóãîâîãî äâèæåíèÿ
(òàêæå íàçûâàåòñÿ ïîñòîÿííîé Äèðàêà).
Óðàâíåíèå (2) è ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì êâàíòîâûì ïîñòóëàòîì Áîðà. Íî
äëÿ âû÷èñëåíèÿ ñêîðîñòè ýëåêòðîíà è ðàäèóñà åãî îðáèòû â àòîìå âî-
äîðîäà íåîáõîäèìî áûëî âòîðîå óðàâíåíèå ñ òåìè æå íåèçâåñòíûìè, è
Í. Áîð â êà÷åñòâå òàêîâîãî èñïîëüçîâàë êëàññè÷åñêîå óðàâíåíèå ðàâåí-
ñòâà öåíòðîáåæíîé è öåíòðîñòðåìèòåëüíîé ñèë âðàùàþùåéñÿ ÷àñòèöû:
*
Íèëüñ Áîð  âûäàþùèéñÿ äàòñêèé ôèçèê, ëàóðåàò Íîáåëåâñêîé ïðåìèè. Ñîçäàë ïåðâîíà÷àëü-
íóþ êâàíòîâóþ òåîðèþ àòîìà.
**
Ìàêñ Ïëàíê  âûäàþùèéñÿ íåìåöêèé ôèçèê-òåîðåòèê, ðàçðàáîòàë òåîðèþ òåïëîâîãî èçëó÷å-
íèÿ, êîòîðàÿ ïîñëóæèëà îñíîâîé äëÿ ñîçäàíèÿ òåîðèè î êâàíòîâàíèè ýíåðãèè.
äåòåëüñòâóåò î ïðîöåññàõ â àòîìå, ñâÿçàííûõ ñ ïðåðûâèñòûì (ñêà÷-
êîîáðàçíûì) èçìåíåíèåì ýíåðãèè.
   Óñòðàíèòü íåäîñòàòêè ìîäåëè Ðåçåðôîðäà â îïðåäåëåííîé ìåðå óäà-
ëîñü Í.Áîðó *. Íå ðàçáèðàÿ ïîäðîáíî âñå ïîñòóëàòû Áîðà, ïðèâåäåì òîëü-
êî îñíîâíîå ïîëîæåíèå åãî òåîðèè î êâàíòîâàíèè ýíåðãèè ýëåêòðîíà â
àòîìå. Ñóòü ýòîãî ïîëîæåíèÿ çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òî äëÿ óñòîé÷èâîãî
ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíà åãî ýíåðãèÿ â àòîìå äîëæíà áûòü êâàíòîâàíà, òî åñòü
ïðèíèìàòü òîëüêî îïðåäåëåííûå (äèñêðåòíûå) çíà÷åíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå,
ïðåäïîëîæèë Áîð, ýíåðãèÿ ýëåêòðîíîì èçëó÷àòüñÿ íå áóäåò.
   Äëÿ òàêîãî ïðåäëîæåíèÿ áûëè îïðåäåëåííûå îñíîâàíèÿ, ïðåæäå
âñåãî – ëèíåé÷àòûå ñïåêòðû èñïóñêàíèÿ àòîìà âîäîðîäà. Êðîìå òîãî, ê
ýòîìó âðåìåíè áûëî èçâåñòíî ïîëîæåíèå Ì. Ïëàíêà** î òîì, ÷òî èçëó-
÷åíèå è ïîãëîùåíèå ñâåòîâîé ýíåðãèè ïðîèñõîäèò íå íåïðåðûâíî, à
îïðåäåëåííûìè ïîðöèÿìè – êâàíòàìè:
                               E = hν ,                                       (1)
   ãäå ν – ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ, à h – ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà (h=6,626. 10-34 Äæ. ñ).
   Äðóãèìè ñëîâàìè, ñâåò (ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû) òàêæå èìååò êîð-
ïóñêóëÿðíûå ñâîéñòâà (ñâîéñòâî ÷àñòèö) è “÷àñòèöà” ñâåòà, îáëàäàþùàÿ
íàèìåíüøåé ïîðöèåé ýíåðãèè – êâàíòîì, áûëà íàçâàíà ôîòîíîì.
   Íà îñíîâàíèè ýòîãî Í. Áîð ïðåäïîëîæèë, ÷òî ìîìåíò êîëè÷åñòâà äâè-
æåíèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå mvr , ãäå m – ìàññà ýëåêòðîíà, v – åãî ñêî-
ðîñòü, r – ðàäèóñ îðáèòû, ìîæåò ïðèíèìàòü òîëüêî îïðåäåëåííûå
(êâàíòîâûå) çíà÷åíèÿ:
                                           h    
                                 mvr = n         = nD ,                         (2)
                                           2π   
    ãäå n - ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî ∞ (ïîçäíåå áûëî íàçâàíî ãëàâíûì êâàí-
                    h
òîâûì ÷èñëîì),        = D - ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà â ôîðìóëàõ êðóãîâîãî äâèæåíèÿ
                   2π
(òàêæå íàçûâàåòñÿ ïîñòîÿííîé Äèðàêà).
   Óðàâíåíèå (2) è ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì êâàíòîâûì ïîñòóëàòîì Áîðà. Íî
äëÿ âû÷èñëåíèÿ ñêîðîñòè ýëåêòðîíà è ðàäèóñà åãî îðáèòû â àòîìå âî-
äîðîäà íåîáõîäèìî áûëî âòîðîå óðàâíåíèå ñ òåìè æå íåèçâåñòíûìè, è
Í. Áîð â êà÷åñòâå òàêîâîãî èñïîëüçîâàë êëàññè÷åñêîå óðàâíåíèå ðàâåí-
ñòâà öåíòðîáåæíîé è öåíòðîñòðåìèòåëüíîé ñèë âðàùàþùåéñÿ ÷àñòèöû:
*
  Íèëüñ Áîð – âûäàþùèéñÿ äàòñêèé ôèçèê, ëàóðåàò Íîáåëåâñêîé ïðåìèè. Ñîçäàë ïåðâîíà÷àëü-
íóþ êâàíòîâóþ òåîðèþ àòîìà.
**
   Ìàêñ Ïëàíê – âûäàþùèéñÿ íåìåöêèé ôèçèê-òåîðåòèê, ðàçðàáîòàë òåîðèþ òåïëîâîãî èçëó÷å-
íèÿ, êîòîðàÿ ïîñëóæèëà îñíîâîé äëÿ ñîçäàíèÿ òåîðèè î êâàíòîâàíèè ýíåðãèè.

4