Тема 2 СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА (в лекциях использованы материалы преподавателей химического факультета. - презентация

1 Тема 2 СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА (в лекциях использованы материалы преподавателей химического факультета и факультета наук о материалах МГУ Ю.Д. Третьякова, А.В. Шевелькова, В.В. Еремина, А.Я. Борщевского, Е.А. Гудилина, В.В. Загорского)

2 В гг. для проверки модели атома Томсона провели эксперимент

3 Опыт Резерфорда по рассеянию α-частиц на металлической фольге

4 Модель атома Бора ОСНОВАНИЯ ТЕОРИИ: 1)гипотеза Планка; 2) серии спектральных линий Бальмера, Лаймана, Пашена;

5 ПРОСТЕЙШАЯ МОДЕЛЬ СПЕКТРОСКОПА

6 ПРИМЕРЫ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ

7 Формула Бальмера: λ m = 364,6(m 2 /(m 2 – 4)) нм Формула Ридберга-Ритца:, n 2 >n 1 Для водорода величина R Н = 1,096776·10 7 м –1. Для очень тяжелых элементов R = 1,097373·10 7 м –1. Расчеты Бора: V = –kZe 2 /rF= kZe 2 /r = mv 2 /r В соответствии с законами классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен был бы непрерывно испускать электромагнитное излучение, теряя энергию. Вследствие этого радиус орбиты электрона должен был быстро уменьшаться (электрон «падает» на ядро), и рассчитанное из этих представлений время жизни атома оказывалось ничтожно малым.

8 Формула Бальмера: λ m = 364,6(m 2 /(m 2 – 4)) нм Формула Ридберга-Ритца:, n 2 >n 1 Для водорода величина R Н = 1,096776·10 7 м –1. Для очень тяжелых элементов R = 1,097373·10 7 м –1. Расчеты Бора: V = –kZe 2 /rF= kZe 2 /r = mv 2 /r Если атом Резерфорда излучает энергию непрерывно, он должен иметь непрерывный спектр частот излучаемых волн, а это совершенно не соответствовало действительности.

9 Модель атома Бора ПОСТУЛАТЫ БОРА: 1)электрон может вращаться вокруг ядра только по некоторым определенным круговым орбитам; 2) двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает; 3) излучение или поглощение кванта энергии происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую. Е 2 – Е 1 =hν

10 Расчеты Бора: r n = n 2 ħ 2 /(mkZe 2 ) = n 2 a 0 /Z (ħ = h/2π) a 0 = ħ 2 /mke 2 = 0,529 Å – боровский радиус E n = –mk 2 Z 2 e 4 /(2ħ 2 n 2 ) = –E 0 Z 2 /n 2, n = 1, 2, 3,… E 0 = mk 2 e 4 /(2ħ 2 ) = 2,18·10 –18 Дж = 13,6 эВ – энергия ионизации атома водорода R = E 0 /hc = mk 2 e 4 /(4πcħ 3 ) – физический смысл постоянной Ридберга

11 Спектральные переходы в атоме водорода и их связь с моделью атома Бора

12 Схема энергетических уровней атома водорода

13 ТЕОРИЯ БОРА-ЗОММЕРФЕЛЬДА эллиптическим орбитам кроме круговых, электрон может двигаться и по эллиптическим орбитам энергетического уровня - орбитали подуровни в пределах одного энергетического уровня - орбитали Бора существуют подуровни число возможных подуровней в пределах одного уровня равно номеру энергетического уровня

14 Эксперимент и выводы Мозли Рентгеновский спектр молибдена

15 СОВРЕМЕННАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ГЕЙЗЕНБЕРГА 1. ΔхΔр хh 2. ΔЕΔτh

16 СОВРЕМЕННАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА д2ψд2ψдx2дx2д2ψд2ψдx2дx2 д2ψд2ψ дy2 дy2д2ψд2ψ дy2 дy2 д2ψд2ψ дz2 дz2д2ψд2ψ дz2 дz2++ 8π 2 m h 2 h 2 (E–V)ψ = 0 + СТАЦИОНАРНОЕ УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА Решения уравнения: Решения уравнения: квантовые числа n, l, m l квантовые числа n, l, m l m s m s – эксперимент Штерна-Герлаха + ψ * ψdxdydz = 1 – условие нормировки

17 Электрон в «потенциальном ящике» а – Зависимость волновой функции электрона от расстояния до ядра; б – Энергия электронной волны при разных n. Ψ = Bsin(nπx/a) E = n 2 h 2 /(8ma)

18 Условие нормировки Борна. Квантовые числа + ψ * ψdxdydz = 1. – n = 1, 2, 3, …,7 () Максимальное число Электронов на уровне - 2n 2 l = 0, 1, 2, …,n-1 l обозн.spdfgh Максимальное число Электронов на подуровне – 2(2l+1) E s

19 Возможные ориентации вектора углового момента электрона в атоме водорода для значения l=2 m l = 0, ±1, ±2, …,±l Правила отбора: Δm l = 0 или ±1, Δl = ±1

20 КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА И ФОРМА АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ

21 Сферическая система координат x = r sinθcosφ; y = r sinθsinφ; z = r cosθ Ψ(r, θ, φ) = R(r)Y(θ, φ).

22 Квадрат радиальной составляющей волновой функции Вероятность распределения электронной плотности для 1s- (а), 2s- и 2p-орбиталей (б), для орбиталей атома натрия.

23 Узловые поверхности

24 Энергетические уровни

25 третий энергетический уровень в атоме n=3 l=0l=1l=2 spd m=0 m= -1 m= +1 m=0 m= -1 m= -2 m= +1 m= +2 магнитно-квантовые ячейки: