3631 читали · 3 года назад
Модели строения атомов: Томсона, Резерфорда, Бора
Ни для кого не секрет, что все предметы состоят из атомов, а какое строение имеют сами атомы, из чего они состоят? Сегодня я расскажу о трёх моделях строения атома. Одной из самых популярных структур атома в начале ХХ века была модель английского физика Джозефа Джона Томсона. Он представлял атом в виде сферы с положительным зарядом, по которой распределены отрицательные электроны, что немного похоже на изюм в кексе. Однако такая модель не была общепринятой, ведь даже сам Томсон не мог объяснить свою концепцию...
1 неделю назад
Бор и Планк Стоит упомянуть, что при рассмотрении модели атома, Бор использовал самый простой атом – атом водорода, который состоит из положительно заряженного протона (ядра) и отрицательно заряженного электрона. Однако даже в такой системе, где электрон летает по разрешенным орбитам с разрешенными энергиями (влияние квантовой физики), есть изъяны. Корень изъянов лежит в классической электродинамике, согласно которой, заряд, движущийся с ускорением, постоянно излучает энергию. Электродинамику никто не опровергал, поэтому она справедлива и для нашей модели атома. У нас электрон вращается по круговой орбите вокруг ядра. Движение по окружности является движением с ускорением. То есть, рано или поздно электрон бы потерял всю свою энергию и упал бы на ядро. Но этого не происходит. Атом водорода является стабильным и может существовать очень долгое время. Значит где-то есть противоречие. И тут начинается самое интересное. И это интересное еще будет долго и долго продолжаться. Бор выдвинул два постулата (напишем их для атома водорода): 1.   Существует основное состояние атома с наинизшей энергией, в котором электрон находится на низшей орбите и ничего не излучает. 2.   Остальные состояния (с более высокими разрешенными орбитами) являются возбужденными и всегда стремятся вернуться в основное состояние, сбросив избыток энергии с помощью излучения света. Вот тут уже голова начинает кипеть. Бор просто постулирует, что в основном состоянии атом водорода имеет ядро в центре и электрон на низшей орбите. Но при этом электрон не излучает, следовательно не вращается. А что же он делает? Ответ таков: он просто существует на низшей орбите. ПРОСТО СУЩЕСТВУЕТ. Увы, за ним нельзя понаблюдать (о подробностях позже). Вот такой суровый мир квантовой физики. Электрон есть на низшей орбите, но где конкретно, что он делает, мы не знаем. Слабонервным лучше прерваться на данном абзаце. Далее на счет второго постулата. Если электрон находится на орбите выше, чем на основной, то в таком положении ему находиться невыгодно (как если бы человек долго стоял, ему выгоднее было бы присесть или прилечь), ему нужно вернуться в основное состояние. Но у него есть избыток энергии (так как чем выше орбита, тем выше энергия). Как же ему от нее избавиться? И тут мы налаживаем мостик между Планком и Бором – электрону нужно излучать квант света (фотон) с такой частотой, чтобы разница энергии между основной орбитой и орбитой, на которой сейчас находится электрон, соответствовала следующему уравнению: Где  – искомая разница энергий,  – частота испущенного фотона,  - постоянная Планка (фундаментальная физическая константа, о ней еще поговорим) И только при выполнении данного равенства наш электрон сможет перейти в основное состояние. Рисунок 1 наглядно демонстрирует данный процесс. Рис. 1. Более того возможен обратный эффект. Электрон с низшего энергетического уровня может поглотить фотон с той частотой, чтобы разница энергии между основным и возбужденным состоянием удовлетворяла уравнению (1). Фотоны же с неподходящими частотами электрон просто игнорирует. Отсюда и возникают спектры поглощения и спектры излучения различных атомов. Таким образом, благодаря усилиям Бора и Планка на поприще квантовой физики, люди поняли, почему спектры разных атомом различны, почему те, или иные предметы имеют разные цвета. P.S.1. В ходе своего повествования я не смогу охватить имена всех ученых, работавших над созданием и развитием квантовой теории, прошу меня за это извинить. Могу лишь сказать одно, что нескольким людям просто не под силу обуздать столь сложные тайны мироздания. Да, про них все знают, но не только они работали и проливали свет знания на неизведанные тайны бытия. P.S.2. Мое повествование может иметь хронологический беспорядок, за что тоже прошу меня простить. Повторюсь, моя цель как можно проще рассказать людям о квантовой физике, но не писать историю ее становления.