Transcript
Modeli atoma
Mainski fakultet SarajevoR. Musemi
Zakonitosti atomskih spektara
Spektri su dijelovi elektromagnetskog zraenja
Zavisno od uzroka nastanka spektri mogu biti:
LinijskiTrakastiKontinualni
Atomski spektri
Atomska spektroskopija istrauje prijelaze meu elektronskim nivoima u atomu , te je jedna od metoda za prouavanje i identifikaciju materije.
Pojam potencijalne energije atoma vezan je s energetskim nivoima elektrona koji se kreu oko atomske jezgre
Spektar atoma vodika
Spektar Helija
Helium (nm)438.793
w 443.755 w 447.148 s 471.314 m 492.193 m 501.567 s 504.774 w 587.562 s 667.815 s=strong, m=med,
w=weak
Spektar atoma duika /azot-nitrogen/
Spektar H atoma - Balmer je predstavio H spektar formulom
R-Rydbergova konstanta
R=1,097.107m-1
2 2
1 1 1( ) 3,4,5,..2
R mm
ATOMSKI SPEKTRI
Valne duine linija drugih serija
n=1 Limanova serija, m=2,3,4,...n=2 Balmerova serija, m=3,4,5,..n=3 Paschenova serija, m=4,5,6,..
,2,1,...3,2,1
)11
(1
22
nnman
mnR
BOHROV MODEL ATOMA VODIKA
1913, Nils Bohr (1885-1962) objanjava spektar atoma vodika
on pretpostavlja da atomi energiju moguemitovati samo u kvantima
Bohr prihvata planetarni model atoma za osnovu
apsorpcija i emisija svjetlosti deava se pri prelazu elektrona iz jednog stacionarnog stanja u drugo
Frekvencija emitovanog ili apsorbovanog fotona odreena je zakonom o odranju energije
Efot = h f = Ekr - Epo Efot ... energija emitovanog ili apsorbovanog fotona h ..... Plankova konstanta (6.626 x 10-34 Js) f ..... frekvencija svjetlosti Ekr ... energija elektrona na kraju procesa Epo ... energija elektrona na poetku procesa
atomi emituju samo odreene valneduine (frekvencije)
Na stacionarnim orbitama ne zrae elektromagnetsku energiju:
tada se mogu kretati samo odreenim brzinama
tada mogu imati samo odreene vrednosti energije
Promijenjen pogled na Fiziku - kvantne mehanike i kvantne fizike
Bohrov uslov: moment koliine kretanja elektrona na orbiti mora biti celobrojni umnoak kvanta momenta koliine kretanja Lkv = h/2:. Ln = n Lkv
1. Orbita L1 = h/22. Orbita L2 = 2 h/23. Itd.
glavni kvantni broj elektrona broj orbitale na kojoj se elektron nalazi
Bohrov model atoma
BOHROV MODEL ATOMA
Bohrov model (1913. g.) je bio jedan od pokuaja objanjavanja eksperimentalno opaenih pojava poput diskretnih prijelaza u spektrima zraenja atoma, te samo postojanje atoma
Bohrov model se oituje u slijedeim postulatima
Kretanje elektrona na orbiti - Coulombova sila Moment koliine kretanja se kvantizira, tj. L = r x p jednak je L = n h /2
Planckova konstanta podijeljena s 2 , = 1.05456x10-34 Js Elektron u stacionarnoj orbiti ne zrai energiju, iako
se kree po orbiti Elektron zrai energiju samo kada prelazi iz jedne
stacionarne orbite u drugu. Energija emitiranog kvanta jednaka je razlici energija na tim orbitama
Em - En =
Elementarna teorija H atoma
Za odreivanje poluprenika stac. putanja, brzine i energije na njima koriste se jednaineravnotee centripetalne sile i Coulombove i kvantizacija momenta koliine kretanja
nrvm
r
Ze
r
vm
nn
nn
n
2
2
0
2
4
1
Poluprenik, brzina i energija na n-toj orbiti
22
42
20
2
0
2
22
20
1
2)4(
1
2
1
4
4
n
meZmvE
n
Zev
nmZe
r
nn
n
n
Franck-Hertz-ov eksperiment
1925 Nobelova nagrada* 1914, James Franck i Gustav Hertz izveli su experiment
koji pokazuje postojanje pobuenih stanja u atomima ive to je potvrda kvantne teorije koja predvia da elektroni samo mogu imati diskretizirana kvantna stanja energije
Elektroni ubrzani naponom idu prema prema pozitivno nabijenoj mreici u jednom staklenom balonu sa ivinim parama. Prolaze kroz mreicu na jednu ravnu plou koja se dri na malom negativnom naponu u odnosu na mreicu.
Vrijednosti napona ubrzavanja gdje struja pada uzimane su za mjerenje energije neophodne da prisili elektrone da preu u pobueno stanje
Franck-Hertz-ov eksperiment
Originalni Franck-Hertzovi podaci pokazuju da elektroni gube energiju od 4,9 eV po jednom sudaru sa atomima ive. To se moe opaziti kod naponskih intervala od 4.9 V.
BOHROV MODEL I VALOVI ELEKTRONA
1 Bohrov postulat moe se razumijeti valnom prirodom elektrona
postoje samo na onim stazama na kojima se interferencija ne ponitava2rn=n
de Broglieva relacija za valnu duljinu elektrona i gornja relacija = Bohrov prvi postulat
Rutherford i njegovi suradnici 1909. god. bombardirali su metalne folije alfa esticama
Thomsonov model ne moe objasniti dobivene rezultate
Rutherfordove pretpostavke: malejezgre 10 000 do 100 000 manje od atoma
po klasinoj teoriji atom bi morao emitirati kontinuirani spektar zraenja, a ne linijski koji zaista i emitira
Nedostaci Rutherfordovog modela: ne moe se objasniti stabilnost atoma niti emisija linijskih spektara
RUTHERFORDOV MODEL
nove tekoe za klasinu teorijuKad se elektron usporava ili ubrzava,
emitira svjetlost
atomi su u normalnim uvjetima stabilni i ne zrae svjetlost
Kako objasniti tu stabilnost?
Svaka vrsta atoma i molekula ima svoj karakteristian spektar od mnogo linija, i prema tome se najtanije mogu razlikovati kemijski elementi i njihovi spojevi.
Najjednostavniji atomski sistem, vodikov atom, emitira niz linija, kojima su frekvencije date jednostavnim matematikim pravilom (kao diferencije recipronih kvadrata cijelih brojeva pomnoene Rydbergovom konstantom)
Valna priroda estica de Broglieva hipoteza osnova valne(kvantne)mehanike
ELM valovi su dualne prirodeDa li je svaka supstanca dvojne prirode?Luis de Brogli : estice materije /elektron,
proton, neutron idr./ pored estinih svojstava pokazuju i valna svojstva.
2
E h
hp k
h
p
HEISENBERGOVA KVANTNAMEHANIKA
Bohrov princip korespondencije -Werneru Heisenbergu putokaz do otkria stroge kvantne mehanike atoma
genijalna ideja umjesto elektronskestazu u atomu uvesti nove kvantnoteorijske veliine
Max Born je uskliknuo: "Vi niste otkrili samo kvantnu mehaniku, nego i raun matrica!"
Heisenbergove relacije neodreenosti Born, Heisenberg i Pascal Jordan su
zajedno razvili strogi formalizam kvantne mehanike
kvantna mehanika uzima u obzir i sve ono to je mogue
Werner Heisenberg je detaljnije objasnio poetkom 1927. relacijama neodreenosti
2
px
KVANTNI BROJEVI
Valna slika elektrona posluila je Schrodingeru kao polazna taka u stvaranju valne mehanike
Putanju elektrona u atomu nemogue je odrediti: ona je posljedica valno-estine prirode materije
Kvantni brojevi pojavljuju se pri rjeavanju Schrodingerove jednadbe i odreivanju valnih funkcija elektrona u atomu
Za opis kvantnog stanja elektrona u atomu potrebna su etiri kvantna broja
Valne funkcije moraju imati konstante odreenih vrijednosti.Te konstante su kvantni brojevi. Schrodingerovo rjeenjedaje 3 rjeenja (n,l,m), dok je Dirak pronaao i etvrto (s-spin).
Valna funkcija predstavlja kombinaciju kvantnih brojeva
zove se orbitala
Pol Dirac (1902.-!984.)
Ervin Srdinger(1884.-1961.)
Glavni kvantni broj n odreuje energetski nivo, vrijednosti n=1,2,3,4,5,6,7
Spinski kvantni broj s odreuje smjer kretanja elektrona oko svoje ose
(-1/2,suprotno od kazaljke sata ,+1/2 u smjeru kazaljke sata)
Lijevo gore Rutherfordov model atoma Lijevo dole Bohrov model atoma Desno Schrdingerov model atoma
(s-orbitala)
PAULIJEV PRINCIP ISKLJUENJA
Kvantno stanje elektrona u atomu opisano je s etiri kvantna broja
Paulijev princip kae da dva elektrona u atomu ne mogu imati sva etiri kvantna broja jednaka.
To znai da ne mogu biti opisana istom valnom funkcijom
Elektroni u atomu prvo popunjavaju orbitale najnie energije, a to su one blie jezgri. Ako su popunjena sva nia stanja, kaemo da je atom u osnovnom stanju
Atom u pobuenom stanju ima energiju veu od osnovne, no i dalje je elektriki neutralan
top related