СТРОЕНИЕ АТОМА ОСНОВЫ ХИМИИ. ЛЕКЦИЯ 2

МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ АТОМА 1911 г. Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford) Планетарная модель атома 1913 г. Нильс Бор (Niels Bohr) Теоретически обосновал эту модель и выдвинул первую квантовую теорию атома Модель Резерфорда - Бора Атом - мельчайшая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов Диаметр ядра атома ÷ м Диаметр атома ÷ м В ядре сосредоточено 99,97% всей массы атома Плотность ядра атома г / см 3

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ Атом состоит из субатомных ( элементарных ) частиц - протонов, нейтронов, электронов ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МАССА ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ МАССА ( кг ) ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД ( кл ) Протон p 1+1 1,672 × ,6 × Нейтрон n 10 1,672 × Электрон ē 0 9,11 × ,6 × Атомное ядро состоит из нуклонов : протонов и нейтронов Нуклоны – ядерные частицы. Общее число нуклонов равно массовому числу А A = Z + N Z - число протонов = порядковому номеру элемента N – число нейтронов Число ē = числу протонов = Z

МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА Противоречия модели Резерфорда : Не могла объяснить устойчивость атома ( электрон, вращающийся вокруг ядра должен испускать электромагнитную энергию в виде световых волн и, следовательно, терять часть своей энергии, и двигаясь по спирали ( для восстановления равновесия, перемещаясь ближе к ядру ), падать на ядро, в результате чего атом прекратит своё существование ) Не могла объяснить наличия у атомов линейчатых спектров Основные черты этой модели - наличие в атоме положительно заряженного тяжелого ядра, окруженного электронами

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ - ВИДЕО

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ Атомные спектры – спектры, получающиеся при излучении свободными или слабо связанными атомами (в газах или парах) Раскаленные твердые или жидкие тела дают сплошной или непрерывный спектр Излучение, испускаемое раскаленными газами и парами, содержит только определенные длины волн (дискретный или линейчатый спектр) Спектр атома азота Спектр атома водорода

КВАНТЫ В 1900 году немецкий физик Макс Планк показал, что вещества поглощают и испускают лучистую энергию не непрерывно, а отдельными ( дискретными ) порциями - квантами. Энергия кванта Е связана с частотой излучения соотношением, получившим название уравнения Планка : E = ħ E - энергия кванта, Дж ħ - постоянная Планка ħ = 6,6256· Дж – частота излучения, = с / λ, где с - скорость света, м / с λ - длина волны, м Max Planck ( )

СТРОЕНИЕ АТОМА ВОДОРОДА ПО БОРУ В своей теории Н. Бор исходил из: модели атома Э. Резерфорда положений квантовой теории света

ПОСТУЛАТЫ * БОРА (1) ПЕРВЫЙ ПОСТУЛАТ Электрон вращается вокруг ядра только по стационарным круговым орбитам, находящимся на строго определенных расстояниях от ядра. На каждой такой орбите электрон обладает определенной энергией. Чем дальше от ядра расположена орбита, тем большей энергией обладает находящийся на ней электрон. Момент количества движения ( момент импульса ) электрона, вращающегося вокруг ядра : m - масса электрона, кг v - скорость движения электрона, м 2 / с r - радиус орбиты, м n - главное квантовое число ( номер орбиты ) ħ - п остоянная Планка Радиус первой орбиты 0,53· м Орбиты, удовлетворяющие уравнению Бора, называют стационарными или дозволенными орбитами * Постулат – утверждение, принимаемое без доказательств

ПОСТУЛАТЫ БОРА (2) Атом тем более устойчив, чем ниже его энергия Атом водорода обладает минимальной энергией, когда электрон находится на первой орбите (n=1) Устойчивое состояние атома с минимальной энергией называется основным или нормальным В основном состоянии атом может находиться как угодно долго При переходе электрона на более высокие орбиты ( более отдаленные от ядра ) требуется затратить энергию. Атом при этом переходит в возбужденное состояние Возбужденное состояние атома неустойчиво ( для атома водорода при n=2,… 3, … и т. д.)

ПОСТУЛАТЫ БОРА (3) ВТОРОЙ ПОСТУЛАТ При движении на стационарной орбите электрон не излучает электромагнитной энергии ТРЕТИЙ ПОСТУЛАТ При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую электрон поглощает или излучает квант энергии Е кванта = W 2 – W 1

ПОСТУЛАТЫ БОРА (4) Niels Henrik David Bohr Теория Бора: не смогла объяснить поведение электрона в магнитном поле не смогла объяснить все атомные спектральные линии (мультиплеты – близко расположенные друг к другу линии) оказалась непригодной для многоэлектронных атомов

КВАНТОВО - МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АТОМА Луи де Бройль, 1924 г. Двойственная природа электрона ( корпускулярно - волновой дуализм ): электрон является частицей ( корпускулой ) электрон является волной m ē = 9,1· кг v ē = 10 6 м / с ħ = 6,63· Дж длина волны движущегося электрона λ = м (1 Å)

КВАНТОВО - МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АТОМА Уравнение Шрёдингера - уравнение движения квантовой частицы Учитывает обе формы движения электрона Ervin Schrödinger 1887–1961

ОРБИТАЛИ (1) Электронное облако или орбиталь – область пространства вблизи ядра атома, для которой вероятность нахождения электрона составляет не менее 0,95

ОРБИТАЛИ (2) Формы орбиталей :

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (1) Атомные орбитали электрона, их энергия и направление в пространстве зависят от четырех параметров – квантовых чисел: 1. Главное квантовое число n 2. Орбитальное квантовое число l 3. Магнитное квантовое число m l 4. Спиновое квантовое число m s

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (2) Главное квантовое число n определяет энергию электрона и размеры электронных орбиталей. Характеризует общий запас энергии или энергетический уровень. Принимает значения от 1 до. Главное квантовое число n Обозначение энергетического уровня KLMNOPQ

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (3) Орбитальное квантовое число определяет форму атомной орбитали, характеризует энергетические подуровни. = 0 … (n-1) Орбитальное квантовое число Подуровень spdfg

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (4) Различным значениям n отвечает разное число возможных значений При помощи главного и орбитального квантовых чисел можно точно определить, на каком энергетическом уровне и на орбитали какого типа расположен электрон n Обозначение орбиталей 101s 20,12s, 2p 30,1,23s, 3p, 3d 40,1,2,30,1,2,34s, 4p, 4d, 4f 50,1,2,3,40,1,2,3,45s, 5p, 5d,5f, 5g

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (5) Магнитное квантовое число m l Характеризует ориентацию орбитали в пространстве Под воздействием внешнего магнитного поля происходит расщепление подуровней m l = - … 0 … +

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНА (6) Спиновое квантовое число m s Характеризует собственный момент движения электрона У спина может быть лишь две ориентации во внешнем поле – по полю или против поля m s = +1/2 и -1/2

Квантовые числа - видео

Строение атома - видео