Химия. Лобачева Г.К. - 18 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

— 18 —
ðàëèçóåòñÿ ñóììàðíûì îòðèöàòåëüíûì çàðÿäîì ýëåêòðîíîâ, òàê
÷òî àòîì â öåëîì ýëåêòðîíåéòðàëåí. Âîçíèêàþùàÿ âñëåäñòâèå
âðàùåíèÿ ýëåêòðîíîâ öåíòðîáåæíàÿ ñèëà óðàâíîâåøèâàåòñÿ ñè-
ëîé ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïðèòÿæåíèÿ ýëåêòðîíîâ ê ïðîòèâîïî-
ëîæíî çàðÿæåííîìó ÿäðó. Ðàçìåðû ÿäðà ìàëû (äèàìåòð àòîìà —
10
-8
ñì, äèàìåòð ÿäðà — 10
-12
— 10
-13
ñì).
Èç îïûòîâ Ðåçåðôîðäà ñëåäîâàëî, ÷òî çàðÿä ÿäðà, âûðàæåííûé
â åäèíèöàõ çàðÿäà ýëåêòðîíà, ÷èñëåííî ðàâåí ïîðÿäêîâîìó íîìåðó
ýëåìåíòà â ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå. Ïðîòèâîðå÷èå òåîðèÿ Ðåçåðôîðäà
â òîì, ÷òî îíà íå ìîãëà îáúÿñíèòü óñòîé÷èâîñòè àòîìà. Ýëåêòðîí,
íåïðåðûâíî èçëó÷àÿ ýëåêòðîìàãíèòíóþ ýíåðãèþ è äâèãàÿñü ïî ñïè-
ðàëè, áóäåò ïðèáëèæàòüñÿ ê ÿäðó. Èñ÷åðïàâ âñþ ñâîþ ýíåðãèþ, îí
äîëæåí «óïàñòü» íà ÿäðî, è àòîì ïðåêðàòèò ñâîå ñóùåñòâîâàíèå. Íà
ñàìîì äåëå àòîì — ýòî óñòîé÷èâîå îáðàçîâàíèå.
Âî-âòîðûõ, ìîäåëü Ðåçåðôîðäà ïðèâîäèëà ê íåïðàâèëüíûì
âûâîäàì î õàðàêòåðå àòîìíûõ ñïåêòðîâ. Ýëåêòðîí, âðàùàÿñü âîê-
ðóã ÿäðà, äîëæåí ïðèáëèæàòüñÿ ê ÿäðó, íåïðåðûâíî ìåíÿÿ ñêî-
ðîñòü ñâîåãî äâèæåíèÿ, ÷àñòîòà èñïóñêàåìîãî èì ñâåòà îïðåäåëÿ-
åòñÿ ÷àñòîòîé åãî âðàùåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, òîæå äîëæíà íå-
ïðåðûâíî ìåíÿòüñÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñïåêòð èçëó÷åíèÿ àòîìà
äîëæåí áûòü íåïðåðûâíûì, ñïëîøíûì. Â äåéñòâèòåëüíîñòè æå
ñïåêòð ó àòîìà ëèíåé÷àòûé.
Ñóùåñòâåííûé øàã â ðàçâèòèè ïðåäñòàâëåíèé î ñòðîåíèè
àòîìà ñäåëàë â 1913 ã. Íèëüñ Áîð, ïðåäëîæèâøèé òåîðèþ, îáúå-
äèíÿþùóþ ÿäåðíóþ ìîäåëü àòîìà ñ êâàíòîâîé òåîðèåé ñâåòà
(îñíîâîïîëàãàþùèå èññëåäîâàíèÿ ïðèíàäëåæàò Ýéíøòåéíó).
Ëó÷èñòàÿ ýíåðãèÿ èñïóñêàåòñÿ è ïîãëîùàåòñÿ òåëàìè íå íå-
ïðåðûâíî, à äèñêðåòíî, òî åñòü îòäåëüíûìè ïîðöèÿìè — êâàí-
òàìè. Óðàâíåíèå Ïëàíêà Å = h
ν
, ãäå h — ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà =
6,625
.
10
-34
Äæ
.
ñ.
Èçëó÷åíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîòîê íåäåëèìûõ ìàòåðèàëü-
íûõ «÷àñòèö» ôîòîíîâ, ýíåðãèÿ êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíè-
åì Ïëàíêà. Ôîòîí îáëàäàåò äâîéñòâåííîñòüþ: âåäåò ñåáÿ êàê ÷àñ-
òèöà êîðïóñêóëà è îáëàäàåò âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè — ýòî ïðî-
ÿâëÿåòñÿ â âîëíîâîì õàðàêòåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà.
Íèëüñ Áîð ñäåëàë âûâîä, ÷òî ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå íå
ìîæåò ìåíÿòüñÿ íåïðåðûâíî, à èçìåíÿåòñÿ ñêà÷êàìè, òî åñòü
äèñêðåòíî. Ïîýòîìó â àòîìå âîçìîæíû íå ëþáûå ýíåðãåòè÷åñêèå
ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíîâ, à ëèøü îïðåäåëåííûå, «ðàçðåøåííûå» ñî-
ñòîÿíèÿ.
ðàëèçóåòñÿ ñóììàðíûì îòðèöàòåëüíûì çàðÿäîì ýëåêòðîíîâ, òàê
÷òî àòîì â öåëîì ýëåêòðîíåéòðàëåí. Âîçíèêàþùàÿ âñëåäñòâèå
âðàùåíèÿ ýëåêòðîíîâ öåíòðîáåæíàÿ ñèëà óðàâíîâåøèâàåòñÿ ñè-
ëîé ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïðèòÿæåíèÿ ýëåêòðîíîâ ê ïðîòèâîïî-
ëîæíî çàðÿæåííîìó ÿäðó. Ðàçìåðû ÿäðà ìàëû (äèàìåòð àòîìà —
10-8 ñì, äèàìåòð ÿäðà — 10-12 — 10-13 ñì).
      Èç îïûòîâ Ðåçåðôîðäà ñëåäîâàëî, ÷òî çàðÿä ÿäðà, âûðàæåííûé
â åäèíèöàõ çàðÿäà ýëåêòðîíà, ÷èñëåííî ðàâåí ïîðÿäêîâîìó íîìåðó
ýëåìåíòà â ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå. Ïðîòèâîðå÷èå òåîðèÿ Ðåçåðôîðäà
â òîì, ÷òî îíà íå ìîãëà îáúÿñíèòü óñòîé÷èâîñòè àòîìà. Ýëåêòðîí,
íåïðåðûâíî èçëó÷àÿ ýëåêòðîìàãíèòíóþ ýíåðãèþ è äâèãàÿñü ïî ñïè-
ðàëè, áóäåò ïðèáëèæàòüñÿ ê ÿäðó. Èñ÷åðïàâ âñþ ñâîþ ýíåðãèþ, îí
äîëæåí «óïàñòü» íà ÿäðî, è àòîì ïðåêðàòèò ñâîå ñóùåñòâîâàíèå. Íà
ñàìîì äåëå àòîì — ýòî óñòîé÷èâîå îáðàçîâàíèå.
      Âî-âòîðûõ, ìîäåëü Ðåçåðôîðäà ïðèâîäèëà ê íåïðàâèëüíûì
âûâîäàì î õàðàêòåðå àòîìíûõ ñïåêòðîâ. Ýëåêòðîí, âðàùàÿñü âîê-
ðóã ÿäðà, äîëæåí ïðèáëèæàòüñÿ ê ÿäðó, íåïðåðûâíî ìåíÿÿ ñêî-
ðîñòü ñâîåãî äâèæåíèÿ, ÷àñòîòà èñïóñêàåìîãî èì ñâåòà îïðåäåëÿ-
åòñÿ ÷àñòîòîé åãî âðàùåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, òîæå äîëæíà íå-
ïðåðûâíî ìåíÿòüñÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñïåêòð èçëó÷åíèÿ àòîìà
äîëæåí áûòü íåïðåðûâíûì, ñïëîøíûì. Â äåéñòâèòåëüíîñòè æå
ñïåêòð ó àòîìà ëèíåé÷àòûé.
      Ñóùåñòâåííûé øàã â ðàçâèòèè ïðåäñòàâëåíèé î ñòðîåíèè
àòîìà ñäåëàë â 1913 ã. Íèëüñ Áîð, ïðåäëîæèâøèé òåîðèþ, îáúå-
äèíÿþùóþ ÿäåðíóþ ìîäåëü àòîìà ñ êâàíòîâîé òåîðèåé ñâåòà
(îñíîâîïîëàãàþùèå èññëåäîâàíèÿ ïðèíàäëåæàò Ýéíøòåéíó).
      Ëó÷èñòàÿ ýíåðãèÿ èñïóñêàåòñÿ è ïîãëîùàåòñÿ òåëàìè íå íå-
ïðåðûâíî, à äèñêðåòíî, òî åñòü îòäåëüíûìè ïîðöèÿìè — êâàí-
òàìè. Óðàâíåíèå Ïëàíêà Å = hν, ãäå h — ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà =
6,625 . 10-34 Äæ . ñ.
      Èçëó÷åíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîòîê íåäåëèìûõ ìàòåðèàëü-
íûõ «÷àñòèö» ôîòîíîâ, ýíåðãèÿ êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíè-
åì Ïëàíêà. Ôîòîí îáëàäàåò äâîéñòâåííîñòüþ: âåäåò ñåáÿ êàê ÷àñ-
òèöà êîðïóñêóëà è îáëàäàåò âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè — ýòî ïðî-
ÿâëÿåòñÿ â âîëíîâîì õàðàêòåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà.
      Íèëüñ Áîð ñäåëàë âûâîä, ÷òî ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå íå
ìîæåò ìåíÿòüñÿ íåïðåðûâíî, à èçìåíÿåòñÿ ñêà÷êàìè, òî åñòü
äèñêðåòíî. Ïîýòîìó â àòîìå âîçìîæíû íå ëþáûå ýíåðãåòè÷åñêèå
ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíîâ, à ëèøü îïðåäåëåííûå, «ðàçðåøåííûå» ñî-
ñòîÿíèÿ.

                             — 18 —