Строение атома Строение атома Содержание лекции Литература: 1.Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа М.Х.Карапетьянц, С.И.Дракин. Строение вещества.. М.: Высшая школа Модели строения атома 2. Квантово-волновая механика. Уравнение де Бройля. 3. Орбитали 4. Энергетические уровни и электронные конфигурации атома 5. Энергетические характеристики атомов 6. Квантовые числа

Модели строения атома Эксперимент Резерфорда Эксперимент Резерфорда Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфорд пришел к выводу, что весь положительный заряд атомов сосредоточен в их центре в очень массивном и компактном ядре. А отрицательно заряженные частицы (электроны) обращаются вокруг этого ядра. Эта модель коренным образом отличалась от широко распространенной в то время модели атома Томпсона, в которой положительный заряд равномерно заполнял весь объем атома, а электроны были вкраплены в него. Несколько позже модель Резерфорда получила название планетарной модели атома (она действительно похожа на Солнечную систему: тяжелое ядро - Солнце, а обращающиеся вокруг него электроны - планеты). Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфорд пришел к выводу, что весь положительный заряд атомов сосредоточен в их центре в очень массивном и компактном ядре. А отрицательно заряженные частицы (электроны) обращаются вокруг этого ядра. Эта модель коренным образом отличалась от широко распространенной в то время модели атома Томпсона, в которой положительный заряд равномерно заполнял весь объем атома, а электроны были вкраплены в него. Несколько позже модель Резерфорда получила название планетарной модели атома (она действительно похожа на Солнечную систему: тяжелое ядро - Солнце, а обращающиеся вокруг него электроны - планеты).

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОНА Джозеф Джон Томсон (1856 – 1940). Определил заряд и массу отдельного «атома» электричества Джозеф Джон Томсон (1856 – 1940). Определил заряд и массу отдельного «атома» электричества. В природе существует материальный носитель наименьшего заряда – электрон – 1914 г.г. Роберт Милликен (1868 – 1953). Провел эксперименты по точному определению массы и заряда электрона (приводим современные данные). В природе существует материальный носитель наименьшего заряда – электрон – 1914 г.г. Роберт Милликен (1868 – 1953). Провел эксперименты по точному определению массы и заряда электрона (приводим современные данные). m e = 9, кг ; m e = 9, кг ; qе = 1, – 19 Кл qе = 1, – 19 Кл

МОДЕЛИ АТОМА Открытие электрона и предположение о существовании протона уже позволяли выдвигать гипотезы о внутреннем устройстве атомов на основе этих "строительных деталей". Именно тогда появилась модель атома, которую предложил Дж. Дж. Томсон, а чуть позже - модель атома, предложенная Э.Резерфордом (рис. а и б). Рис. Модели атома: а) Томсона (сливовый пудинг), б) Резерфорда ("электронный рой" в пространстве вокруг ядра), в) планетарная модель Бора.

Схема опыта Резерфорда

Постулаты Бора 1. Электроны способны находиться в атоме только на некоторых разрешенных стационарных орбитах; по этим орбитам электроны движутся, не испуская и не поглощая энергии. 2. Излучение или поглощение порции (кванта) энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.

Недостатки модели Бора 1.Эта модель не позволяет объяснить некоторые особенности в спектрах более тяжелых элементов, чем водород. 2. Экспериментально не подтверждается, что электроны в атомах вращаются вокруг ядра по круговым орбитам со строго определенным угловым моментом.

Выводы: В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам электроны. Основная масса атома сосредоточена в ядре m ядра = 99,4% m атома. D атома = 10 –10 м D ядра ~ – 15 м Атом электрически нейтрален – абсолютное значение суммарного отрицательного заряда электронов равно положительному значению заряда ядра. q ядра = +Z e ;

Двойственная природа электрона E = h · υ = h c/ λ (с = λ · υ), E = h · υ = h c/ λ (с = λ · υ), где h – поcтоянная Планка равна 6, Джс, c – скорость света где h – поcтоянная Планка равна 6, Джс, c – скорость света Объединив уравнения Эйнштейна (E = m·c 2 ) и Планка (E = h · υ) в одно: h · υ = m · c 2 h· с / λ = m · c 2 λ = h / m · c Объединив уравнения Эйнштейна (E = m·c 2 ) и Планка (E = h · υ) в одно: h · υ = m · c 2 h· с / λ = m · c 2 λ = h / m · c Далее, заменив скорость cвета на скорость электрона, он получим: Далее, заменив скорость cвета на скорость электрона, он получим: λ = h / m · υ, λ = h / m · υ, где υ - скорость электрона (уравнение де Бройля) где υ - скорость электрона (уравнение де Бройля)

Принцип неопределенности Гайзенберга Принцип неопределенности Гайзенберга Двойственная природа электрона приводит к тому, что его движение не может быть описано определенной траекторией, траектория размывается, появляется «полоса неопределенности», в которой находится ē. Чем точнее мы будем стараться определить местонахождения электрона, тем менее точно будем знать о его скорости. Второй закон квантовой механики звучит так: «Невозможно одновременно с любой заданной точностью определить координаты и импульс (скорость) движущегося электрона»

Орбитали s - подоболочка названа по «резкой» s - линии – sharp; p - по «главной» p - линии – principal; d- по «диффузной» d - линии – diffuse; f - по «фундаментальной» f -линии – fundamental Экспериментально было установлено, что s - линия не расщепляется, р - линия расщепляется на 3, d - линия – на 5, f - линия – на 7, если атомы элементов помещены во внешнее магнитное поле Экспериментально было установлено, что s - линия не расщепляется, р - линия расщепляется на 3, d - линия – на 5, f - линия – на 7

Энергетические характеристики атомов Энергия ионизации Сродство к электрону Электроотрицательность Квантовые числа Правило Клечковского