Постулаты Бора 11 класс

КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА

Датский физик, один из создателей современной физики.

Основатель (1920) и руководитель Института теоретической физики в Копенгагене (Институт Нильса Бора);

создатель мировой научной школы; иностранный член АН СССР (1929).

Создал теорию атома,

в основу которой легли планетарная модель атома,

квантовые представления и предложенные им постулаты.

Важные работы по теории металлов, теории атомного ядра и ядерных реакций.

Бор Нильс Хенрик Давид (7.10.1885 -18.11.1962)

Модель Резерфорда

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома (порядка 10 -12 - 10 -13 см, что в десятки или даже в сотни тысяч раз меньше размеров самого атома).

2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.).

3. В целом атом нейтрален, из чего следует, что число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равно порядковому номеру элемента в периодической таблице.

Модель Резерфорда

Электроны движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты движутся вокруг солнца .

Такой характер движения обусловлен действием кулоновских сил

Модель Резерфорда

• крупный шаг в развитии знаний о строении атома .
• наглядная и полезная для объяснения многих экспериментальных данных, в частности была совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеянию α-частиц

но

обнаружила и свои недостатки:

неспособна объяснить

не смогла объяснить все свойства атомов,

факт длительного существования атома , т. е. его

устойчивость

Модель Резерфорда

По классическим законам атом должен излучать электромагнитные волны, т.к. электроны движутся с ускорением.

Это должно приводить к уменьшению запаса потенциальной энергии в системе ядро – электрон, а следовательно, и к постепенному уменьшению радиуса орбиты электрона и, наконец, к падению электрона на ядро (за время порядка 10 –8  с атом прекратил бы свое существование) .

НО

• атомы обычно не излучают электромагнитные волны, а
• атомы устойчивы, т.е. электроны не падают на атомные ядра

Модель Резерфорда

Никаких доказательств того, что атомы непрерывно исчезают, не было,

следовательно,

модель Резерфорда в чем-то ошибочна

ПОСТУЛАТЫ БОРА

Бор предположил, что

электрон в атоме не подчиняется законам классической физики.

В 1913 году Бор показал, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами , что и макроскопических тела .

Бор предположил , что величины характеризующие микромир, должны квантоваться , т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения .

Законы микромира - квантовые законы!

Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов дополняющих ( и "спасающих") атом Резерфорда.

ПОСТУЛАТЫ БОРА

I постулат

• Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия.

ПОСТУЛАТЫ БОРА

I постулат

I. Электрон может вращаться вокруг ядра не по произвольным, а только по строго определенным (стационарным) круговым орбитам.

Радиус орбиты r и скорость электрона v связаны квантовым соотношением Бора:

mrv =nћ  

где m — масса электрона,

n — номер орбиты,  

ћ — постоянная Планка (ћ = 1,05∙10-34 Дж∙с).

ПОСТУЛАТЫ БОРА II постулат

2 . При движении по

стационарным орбитам

электрон не излучает и

не поглощает энергии

III постулат

3. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией.

III постулат

При этом энергия испущенного атомом фотона равна разности энергий стационарных состояний , а

частота излучения определяется по формуле:

где Ek - энергия атома в более высоком энергетическом состоянии; Еn - энергия атома в более низком энергетическом состоянии.

Третий постулат позволяет вычислить по известным экспериментальным значениям энергий стационарных состояний частоты излучения атома водорода.

СЕРИЯ ПАШЕНА- ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Если атом водорода переходит из более высоких энергетических состояний - в третье: излучение света происходит в инфракрасном диапазоне частот;

СЕРИЯ БАЛЬМЕРА- ВИДИМЫЙ СВЕТ

Если атом водорода переходит из более высоких энергетических состояний - во второе -излучение света происходит в в видимом диапазоне;

СЕРИЯ ЛАЙМАНА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Если атом водорода переходит из более высоких энергетических состояний - в первое - излучение света происходит в ультрафиолетовом диапазоне.

ПОСТУЛАТЫ БОРА

Если атом переходит в одно из возбужденных состояний, долго оставаться там он не может: атом самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние.

ИК видимый УФ

Свои постулаты Бор применил для объяснения излучения и поглощения света атомом водорода.

АТОМ ВОДОРОДА

На основании теории Бора оказалось возможным построить количественную теорию спектра водорода.

АТОМ ВОДОРОДА

ИНФРАКРАСНОЕ

ВИДИМЫЙ СВЕТ

УЛЬТРАФИОЛЕТ

спектры излучения

Спектр нагретого вещества в газообразном состоянии состоит из узких линий разного цвета. Такой спектр называется линейчатым спектром излучения . Для получения такого спектра используют дуговой или искровой разряд . Линейчатый спектр излучения у каждого химического элемента свой, не совпадающий со спектром другого химического элемента.

СПЕКТРЫ ИСПУСКАНИЯ

Расчеты Бора привели к согласию с экспериментально определенными частотами.

Частоты излучений можно определить по спектрам атомов: на фоне сплошного спектра поглощения (на черном фоне) видны цветные линии излучения, соответствующие определенным длинам волн или частотам

СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ

Поглощение света- процесс, обратный излучению: атом переходит из низших энергетических состояний в высшие. При этом атом поглощает излучение тех же частот , которые излучает при обратных переходах.

СПЕКТРЫ ИСПУСКАНИЯ

1-сплошной

2- натрия

3-водорода

4-гелия

СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ

5-солнечный

6-натрия

7-водорода

8-гелия

ТРУДНОСТИ ТЕОРИИ

Построить количественную теорию уже для атома гелия на основе боровских представлений оказалось затруднительным

В современной физике с помощью квантовой механики построена количественная теория излучения и поглощения света.

В рамках классической физики оказалось невозможным ответить на многие вопросы, связанные с поведением электронов внутри атомов, с излучением и поглощением атомов

Домашнее задание:

• подготовить конспект по материалам презентации;
• подготовить ответ на вопрос: «В чем «трудность» теории Бора?»