Компьютерный дизайн новых материалов. Артем Оганов.
атом водорода
1. Лекция №3.
Квантовая теория атома
водорода
План:
Развитие представлений о строении веществ.
Опыт Резерфорда. Постулаты Бора.
Подтверждения теории Бора. Опыт Франка и Герца.
Элементарная теория Бора для водородоподобных атомов.
Спектр атома водорода.
2. Развитие представлений о строении
вещества
Густав Роберт
Кирхгоф
(1824-1887)
Роберт Вильгельм
Бунзен
(1811-1899)
Спектроскоп
5890 Ǻ 5896 Ǻ
Спектр натрия
3. Развитие представлений о строении
вещества
Антуан Анри
Беккерель (1852-
1908)
Эрнест
Резерфорд
(1871-1937)
Открытие
радиоактивности
(Беккерель 1896)
Открытие α – и β –
излучений. Образование
гелия при радиоактивном
распаде атомов тория
(Резерфорд 1899)
6. Постулаты Бора
Трудности модели атома Резерфорда:
- неустойчивость (атом должен упасть на ядро);
- непрерывный спектр излучения.
Нильс Бор
(1885-1962)
Постулаты Бора (1913 г.):
1. атомная система может находится только в особых
стационарных или квантовых состояниях, каждому из
которых соответствует определенная энергия En. В
стационарных состояниях электрон в атоме имеет
дискретные значения момента импульса.
2. При переходе атома из одного стационарного
состояния с энергией En в другое стационарное
состояние с энергией Em излучается или поглощается
квант, энергия которого равна разности энергий
стационарных состояний.
nrme =v
nm EE −=ω
7. Опыт Франка и Герца (1913 г.)
Джеймс Франк
(1882-1964)
Густав Герц
(1887-1975)
8. Теория Бора для водородоподобных
атомов
nrme =v
Рассмотрим движение электрона в электрическом поле
атомного ядра:
2
2
04
1
r
Ze
me
πε
=
r
v2
r
Ze
me
24
1 2
0πε
=
2
v2
Из условия квантования момента импульса:
rm
n
e
=v
2
=
rm
n
e
2
v
r
Ze
rm
n
m
e
e
2
0
2
4
1
πε
=
2
22
04
Zem
n
r
e
n
πε
=
Для Z=1 и n=1
53.01 =r Å
Разрешенные уровни энергии водородоподобного атома:
r
Ze
mE e
2
04
1
πε
−=
2
v2
r
Ze
E
24
1 2
0πε
−=
22
42
2
0 24
1
n
meZ
E e
−=
πε
6.131 −=E
4.32 −=E
эВ
эВ
5.13 −=E эВ
9. Спектр атома водорода
Иоханнес
Роберт Ридберг
(1854-1919)
−
−=−= 222
4
2
0
11
24
1
nm
me
EE e
nm
πε
ω
−
=
−
= 223
4
2
0
11
24
1
mn
meEE enm
πε
ω
3
4
2
0 24
1
eme
R
=
πε
Постоянная
Ридберга
n=1 - серия Лаймана (ультрафиолетовое излучение)
n=2 - серия Бальмера (видимый свет)
n=3 - серия Пашена (инфракрасное излучение)
n=4 - серия Брэкетта (инфракрасное излучение) и др.
