![Page 1: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/1.jpg)
Modele atomu wodoru
Modele atomu wodoru
Thomson'a
Rutherford'a
Bohr'a
![Page 2: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/2.jpg)
Co to jest atom? – trochę historii
• Demokryt: V w. p.n.e
• najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii.
• atomos - niepodzielny
• XVII i XVIII i XIX w. n.e.
- osiągnięcia w nowoczesnej chemii (Proust, Gay-Lussac, Lavoisier, Dalton etc.)
• hipoteza Avagadro (NA = 6.022 1023 atomów/mol)
• masa atomowa
u 1.66 x 10-27 kg
rozmiar 1Å (1 x 10-10 m)
jeden typ atomu dla każdego pierwiastka
Dalton – powrót atomistycznej
koncepcji budowy materii
robiąc pomiary mas atomowych
spostrzegł,że masy atomowe są
wielokrotnościami masy atomu wodoru
![Page 3: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/3.jpg)
Co to jest atom? – trochę historii
Odkrycie elektronu
badanie elektrycznych wyładowań w gazach w XIX w. – „promienie katodowe”
1897 J.J. Thompson
„promienie katodowe” mają masę
masa ta jest proporcjonalna do
ładunku
wyznaczył doświadczalnie q/m w
„promieniach katodowych” i
udowodnił że są to cząstki -
elektrony
Póżniej Miliken wyznaczył
ładunek elektronu =1.60 10-19 C
więc można było wyliczyć jaka
jest jego masa = 9.11 10-31 kg
-v +v
Thomson badał promieniowanie
ultrafioletowe powstające w lampie
katodowej. Zainspirowany pracami
Maxwella stwierdził, że promienie katodowe
są strumieniem ujemnie naładowanych
cząstek, które nazwał korpuskułami, a które
dziś znamy jako elektrony.
![Page 4: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/4.jpg)
Co wiedziano o atomach w XIX w.?
Atomy są stabilne: Wszystkie atomy które tworzą
świat wokół nas są tymi samymi
atomami uformowanymi biliony
lat temu
Atomy zawierają
elektrony które mają masę (0.05% atomu) i
posiadają ładunek ujemny
Atomy posiadają też
ładunek dodatni aby atom był elektrycznie obojętny
Atomy emitują i absorbują
światło np. gazowy wodór (albo sód)
pochłania tylko wybrane długości fal
padającego promieniowania e-m, ale
także odpowiednio „pobudzony”
potrafi emitować promieniowanie e-m
o tych samych długościach fal.
![Page 5: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/5.jpg)
Pierwsze modele atomu
Model atomu – Thomson model „ciasteczka z rodzynkami”
dodatnio naładowany kulisty atom z elektronami o ujemnych ładunkach rozmieszczonych w środku
Model atomu – Rutherford
odkrył, że dodatnio naładowane jądro atomu skupia w sobie większość masy i jednocześnie jest bardzo małe (~ 10-15m) w porównaniu z rozmiarami całego atomu (~ 10-10m)
Atom jest w 99.9999999999 % pusty
Elektrony poruszają się wokół jądra (ale jak???)
![Page 6: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/6.jpg)
Pierwsze modele atomu
Model atomu – Rutherford odkrył, że dodatnio naładowane
jądro atomu skupia w sobie większość masy i jednocześnie jest bardzo małe (~ 10-15m) w porównaniu z rozmiarami całego atomu (~ 10-10m)
Atom jest w 99.9999999999 % pusty
Elektrony poruszają się wokół jądra (ale jak???)
![Page 7: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/7.jpg)
Pierwsze modele atomu
Dlaczego, gdy atom jest w spoczynku,
elektrony poruszając się ruchem
przyspieszonym wokół jądra nie emitują fali
elektromagnetycznej?
dlaczego elektrony nie spadają na jądro?
17
22
m101.1
1
2
11
R
nR
Przykład: dł.fali emitowane przez wodór
Promieniowanie wodoru jest
„dyskretne” - widmo liniowe
Długości fal „prążków” spełniają pewną
zależność: Atomy emitują i absorbują światło, ale
dlaczego atomy emitują (absorbują)
tylko wybrane dł. fali światła? -
problem z widmami atomowymi.
![Page 8: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/8.jpg)
Pierwsze modele atomu
![Page 9: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/9.jpg)
Pierwsze modele atomu
Balmer – układ linii w widmie wodoru
Lyman – widmo w nadfiolecie
Serie Paschena, Bracketta, Pfunda, Humphreya - podczerwień
n=2,3,4...
n’=1,2,3... n>m’
![Page 10: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/10.jpg)
Pierwsze modele atomu
Balmer – układ linii w widmie wodoru
Lyman – widmo w nadfiolecie
Serie Paschena, Bracketta, Pfunda, Humphreya - podczerwień
n=2,3,4...
n’=1,2,3... n>m’
![Page 11: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/11.jpg)
Model atomu Bohra
Założenia:
Elektrony są przyciągane przez jądro siłą elektrostatyczną Coulomba
Elektrony poruszają się tylko po kołowych orbitach i tylko niektóre z tych orbit są stabilne!
Tym orbitom odpowiadają określone energie elektronu - zatem elektron może mieć tylko określone energie!!! (znowu kwantyzacja energii!!! podobnie jak u Plancka)
jądro
elektron
orbita
Poziomy energetyczne
![Page 12: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/12.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
2
22
r
ke
r
mv
siła dośrodkowa siła Coulomb'a
Postulat 1 : Elektrony są
przyciągane przez jądro siłą
elektrostatyczną Coulomba, zatem
nmvr
wartość momentu pędu
2
h
Postulat 2: Dozwolone są tylko te
orbity które zapewniają, że moment
pędu elektronu jest wielokrotnością
stałej Planck'a !!!
Orbity elektronów są
skwantowane !!!
![Page 13: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/13.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
Z tych postulatów można
wyznaczyć promień orbity:
Widać, że promień orbity zależy
tylko od n -pewnej liczby
całkowitej – orbity elektronu
możemy zatem numerować
0
2
2
22
222
2
22
22
22 1Postulat
2Postulat
anmke
nr
kemr
n
kerm
nrm
kermv
mr
nv
![Page 14: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/14.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
![Page 15: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/15.jpg)
Model atomu Bohra
Atom promieniuje jeśli elektron
przeskakuje z orbity dalszej od jądra na
orbitę bliżej jądra
Atom absorbuje promieniowanie jeśli
elektron przeskakuje z orbity bliżej jądra
na orbitę dalszą od jądra
[eV]6.13
2nEn
hnn
EElu
lu
[eV]
116.13
22
h
wyższa orbita – wyższy poziom energetyczny
niższa orbita – niższy poziom energetyczny
![Page 16: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/16.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
Schemat poziomów energetycznych w atomie wodoru. Liczba kwantowa n oznacza numer poziomu. Możliwe są różne sposoby „spadania” elektronu na niższe poziomy – odpowiadają temu tzw. Serie Lymana, Balmera, Paschena... od nazwisk ich odkrywców.
![Page 17: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/17.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
![Page 18: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/18.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
![Page 19: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/19.jpg)
Model Bohra atomu wodoru
![Page 20: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/20.jpg)
Widma promieniowania atomów
![Page 21: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/21.jpg)
Model Bohra atomu wodoropodobnego
Niestety! Dziś model Bohra ma znaczenie tylko historyczne.
Model Bohr'a daje dobre rezultaty tylko dla atomu wodoru
(lub atomów tzw. wodoropodobnych – tzw. jedno-elektronowych:
zjonizowany atom He+, dwukrotnie zjonizowany atom Li++)
Nie można wyjaśnić za pomocą niego widm liniowych wielu gazów –
pierwiastków „wielo-elektronowych” - zatem model ten jest niepełny!!!
Postulaty Bohra dość dowolnie traktują prawa fizyki klasycznej -
akceptują prawo Coulomba, odrzucają prawa klasycznej elektrodynamiki
dot. promieniowania elektromagetycznego
Obecnie traktuje się ten model jako początkowe stadium rozwoju teorii
atomu - tzw. stara teoria kwantów.
Obecnie budowę atomu opisuje się za pomocą „mechaniki kwantowej” -
matematycznie bardzo skomplikowana teoria
![Page 22: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/22.jpg)
Model Bohra - modyfikacje
Hipoteza de Brogliea (falowe własności materii)
2hnrumL nnen n=2r
Na obwodzie orbity dozwolonej mieści się całkowita
liczba długości fal de Brogliea
![Page 23: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/23.jpg)
Model Bohra - modyfikacje
Hipoteza de Brogliea (falowe własności materii)
2hnrumL nnen n=2r
![Page 24: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/24.jpg)
Hipoteza de Broglie'a
Hipoteza de Broglie’a (falowe własności materii)
![Page 25: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/25.jpg)
- główna liczba kwantowa (n = 1,2,3...) kwantuje energię elektronu (numer
orbity, powłoki), determinuje energię dozwolonych poziomów
energetycznych
-poboczna liczba kwantowa (l = 0,1,...,n − 1) (orbitalna liczba kwantowa)
oznacza wartość bezwzględną orbitalnego momentu pędu L (numer
podpowłoki na której znajduje się elektron)
-magnetyczna liczba kwantowa (ml = − l,..., − 1,0,1,...,l) (orbitalna
magnetyczna liczba kwantowa) opisuje rzut orbitalnego momentu pędu na
wybraną oś.
-spinowa liczba kwantowa S oznacza spin elektronu. Jest on stały dla
danej cząstki elementarnej i w przypadku elektronu wynosi 1/2.
spinowa magnetyczna liczba kwantowa (ms = − m,m = 1 / 2, − 1 / 2)
pokazuje, w którą stronę skierowany jest spin
Model Sommerfelda - liczby kwantowe
![Page 26: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/26.jpg)
Znaczenie liczb kwantowych
główna liczba kwantowa (n = 1,2,3...)
kwantuje energię elektronu (numer
orbity, powłoki), determinuje energię
dozwolonych poziomów energetycznych
222
0
421
24)(
n
eZmnE e
Energia elektronu zależy od liczby
głównej n
![Page 27: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/27.jpg)
Znaczenie liczb kwantowych
1 llL
Poboczna (orbitalna)
liczba kwantowa jest
związana z momentem
pędu elektronu
Doświadczenie Einsteina – de Haasa
poboczna liczba kwantowa (l =
0,1,...,n − 1) (orbitalna liczba
kwantowa) oznacza wartość
bezwzględną orbitalnego momentu
pędu L (numer podpowłoki na której
znajduje się elektron)
![Page 28: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/28.jpg)
Znaczenie liczb kwantowych
Energia elektronu w polu
magnetycznym zależy od
liczby m (zjawisko
Zeemana).
Podobny efekt
obserwowany w silnym
polu elektrycznym –
zjawisko Starka
BmE lBp
magnetyczna liczba kwantowa
(ml = − l,..., − 1,0,1,...,l) (orbitalna
magnetyczna liczba kwantowa)
opisuje rzut orbitalnego momentu
pędu na wybraną oś
![Page 29: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/29.jpg)
Orbity
![Page 30: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/30.jpg)
Orbity
![Page 31: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/31.jpg)
Budowa jądra atomowego
A=Z+N
Liczba masowa
Liczba atomowa
Liczba neutronów
kg271067261 .pm
kg271067491 .nm
![Page 32: Modele atomu wodoru - Warsaw University of Technologymalys.if.pw.edu.pl/Budowa-atomu.pdf · 2015. 6. 22. · siła dośrodkowa siła Coulomb'a Postulat 1 : Elektrony są przyciągane](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071508/6128bfd8b677857d1d39d0ee/html5/thumbnails/32.jpg)
Budowa jądra atomowego
A=Z+N
Liczba masowa
Liczba atomowa
Liczba neutronów