Спектры атомной эмиссии, атомная теория Бора и волновая механическая теория атома

При нагревании атомов чистых элементов — в газообразном или парообразном состоянии — до высокой температуры или при воздействии на них низкого давления в электроразрядной трубке они испускают излучение, называемое спектром излучения (линейчатый спектр).

Спектры атомной эмиссии

При исследовании этого лучистого света с помощью прибора, называемого спектроскопом, было обнаружено, что он состоит из ограниченного числа ограниченных цветных линий, разделенных темными областями. Итак, это называется линейчатым спектром. Стоит упомянуть, что физики — в то время — не смогли объяснить это явление.

Линейный спектр — это тип спектра, состоящий из небольшого количества ограниченных цветных линий, разделенных темными областями. Излучаемый свет называется линейчатым спектром, потому что он состоит из ограниченного числа ограниченных цветных линий, разделенных темными областями.

Применение: Линейчатый спектр атома водорода выглядит (при исследовании) в виде четырех цветных линий, разделенных темными областями. Экспериментально было обнаружено, что спектральные линии являются важными характеристиками для каждого элемента, поскольку нет двух элементов с одинаковыми спектральными линиями.

Атомная модель Бора (1913 г.)

Изучение атомных спектров считается ключом к решению загадки атомной структуры. Это была работа датского ученого Нильса Бора, за которую он был удостоен Нобелевской премии в 1922 году.

Постулаты Бора

Пункты, согласующиеся с постулатами Резерфорда

1. Положительно заряженное ядро ​​находится в центре атома .
2. Количество отрицательных электронов (вращающихся вокруг ядра) равно количеству положительных протонов внутри ядра .
3. Во время вращения электрона вокруг ядра возрастает центробежная сила a , равная силе притяжения ядра к электрону .

Новые постулаты

Электроны вращаются вокруг ядра в быстром движении без выброса или поглощения любого количества энергии и атома в этом случае им стабильный атом.

Электроны вращаются вокруг ядра на определенных разрешенных энергетических уровнях. Их нельзя найти на промежуточных расстояниях, на которых электрон перемещается с одного энергетического уровня на другой путем полного прыжка.

Каждый электрон в атоме имеет определенное количество энергии, зависящее от расстояния между его энергетическим уровнем и ядром, энергия любого уровня увеличивается с увеличением его радиуса. Каждый энергетический уровень выражается целым числом, называемым главным квантовым числом (n ) .

Когда электрон приобретает количество энергии, известное как s-квант, путем нагрева или электрического разряда, электрон временно перескакивает на более высокий энергетический уровень. Это происходит в том случае, если поглощенный квант энергии равен разнице энергий между два уровня, и атом известен как возбужденный атом .

Поскольку электрон в возбужденном атоме нестабилен, он возвращается на свой исходный уровень с испусканием того же кванта энергии (спектра излучения) в виде лучистого света, который появляется в виде характерной спектральной линии определенной длины волны и частоты. .

Квантовый это количество энергии , поглощаемым или испускается, когда электрон переносится (прыжки) от уровня энергии на другой , Возбужденный атом атом приобрел количество уплотнительной ф энергии путем нагрева или с помощью электрического разряда.

Множество атомов поглощают разное количество энергии, а затем излучают свою энергию, создавая спектральные линии. Эти спектральные линии соответствуют энергетическим уровням, с которых их электроны передаются обратно в основное состояние.

Спектральная линия атома водорода не отражает перенос электрона от:

• Различные уровни энергии для первого уровня энергии, потому что длина волны испускаемого луча от возбужденного электрона находится в невидимой области ультрафиолетовых лучей.
• От седьмого энергетического уровня до второго энергетического уровня, потому что длина волны испускаемого луча возбужденного электрона находится в невидимой области инфракрасных лучей.

Квант энергии, необходимый для переноса электрона между разными уровнями энергии, не равен. Один квант — это разность энергий между двумя уровнями энергии.

Это невозможно для электрона , чтобы перейти от уровня энергии на другой, если энергия поглощается или испускается меньше одного кванта, (есть половина квантовый, например).

Квант энергии, необходимый для передачи электрона между разными уровнями энергии, не равен, потому что расстояние и разница в энергии между ними не равны.

Квант энергии, необходимый для переноса электрона с одного энергетического уровня на другой, уменьшается по мере удаления от ядра, поскольку энергетическая щель уменьшается по мере удаления от ядра.

Преимущества и недостатки атомной модели Бора

Несмотря на огромные усилия Бора построить свою атомную модель, количественные расчеты его теории не согласовывались со всеми экспериментальными результатами.

Преимущества (успех) атомной модели Бора:

1. Это объяснило спектр атома водорода.
2. Он ввел идею квантованной энергии для определения энергии электронов на различных энергетических уровнях в атоме .

Неадекватность атомной модели Бора

Наиболее важные недостатки теории Бора:

1. Он не смог объяснить спектр любого другого элемента, кроме атома водорода, поскольку он считается простейшей электронной системой, которая содержит только один электрон, даже если атом гелия содержит только 2 электрона.
2. Он рассматривал электрон только как отрицательно заряженную частицу и игнорировал его волновые свойства.
3. Он постулировал, что можно точно определить как местоположение, так и скорость электрона одновременно, но на самом деле это невозможно экспериментально.
4. Он описывает электрон как частицу, движущуюся по круговой плоской орбите, это означает, что атом водорода плоский. Фактически, атом водорода имеет сферическую форму (трехмерные координаты).

Принцип современной теории атома (модификация модели Бора):

Наиболее важные модификации следующие:

1. Двойственная природа электрона .
2. Принцип неопределенности Гейзенберга.
3. Волново-механическая теория атома.

Двойственная природа электрона

Электрон — материальная частица, обладающая волновыми свойствами: все ранее упомянутые теории рассматривали электрон как крошечную отрицательно заряженную частицу. Однако все экспериментальные данные показали, что электрон имеет двойную природу, поскольку это материальная частица, которая также обладает волновыми свойствами.

Принцип неопределенности Гейзенберга

Теория Бора постулировала, что можно определить как положение, так и скорость электрона точно в одно и то же время, но, применяя принципы квантовой механики, Гейзенберг пришел к выводу, что определение как скорости, так и положения электрона в одно и то же время время практически невозможно. Таким образом, говорить о вероятности кажется более точным. Это потому, что движение электронной волны не имеет определенного местоположения.

Принцип неопределенности Гейзенберга: Определение как скорость и положение О е электрона в то же время практически невозможно , и это подвергается законам вероятности.

Волново-механическая теория атома

Австрийский ученый Шредингер (1926) применил идеи Планка, Эйнштейна, Де Бройля и Гейзенберга и смог:

• Установить волновую механическую теорию атома.
• Выведите волновое уравнение, которое могло бы описать волновое движение электрона в атоме .

Решив уравнение Шредингера, можно:

1. Определите допустимые уровни энергии.
2. Определите области пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно найти электрон на каждом энергетическом уровне.

Волново-механическая теория изменила наше представление о движении электрона , где вместо того, чтобы говорить о стабильных круговых орбитах как о полностью запрещенных для электронов , концепция электронного облака используется для выражения области пространства вокруг ядра.

Электронное облако — это область пространства вокруг ядра, в которой электрон, вероятно, существует во всех направлениях и на всех расстояниях (измерениях). Внутри электронного облака есть области, в которых вероятность нахождения электрона увеличивается, каждая из них называется орбиталь, Орбиталь — это область внутри электронного облака с высокой вероятностью обнаружения электрона .