CHEMFIZMAT: Teoria budowy atomu.

Chemia
tekst	tekst	tekst

Fizyka
tekst	tekst	tekst

Matematyka
tekst	tekst	tekst
tekst	tekst	tekst

Atom jest najdrobniejszą część pierwiastka zachowująca jego właściwości

Do odkrycia cząstek elementarnych przyczyniły się badania fizyczne. Wartość cząstki niosącą kwant ładunku ujemnego (1,6 ∙ 10^-19 C) zwaną elektronem wykryto dzięki promieniowaniu katodowemu. Natomiast badania tzw. promieni kanalikowych doprowadziły do wykrycia i scharakteryzowania protonu.

Elementarne składniki atomu:

p - proton (ang.proton), ładunek dodatni

n - neutron (ang. neutron),

e - elektron (ang. electron), ładunek ujemny

Atom składa się z dodatnio naładowanego jądra, wokół którego krążą elektrony w postaci chmury elektronowej, czyli obszaru rozmytego ładunku elektrycznego. W skład jądra atomowego wchodzą protony i neutrony. Pojęcie chmura elektronowa zostało spopularyzowane przez noblistę Richarda Feynmana.

nuklid - zbiór atomów o tej samej wartości liczby atomowej i masowej,

izotopy - różnią się liczbą n w jądrze, liczbą masową

W 1931 roku Harold Clayton Ureya odkrył wodór ciężki - deuter, obecnie jest również znany trzeci izotop wodoru - tryt

izobary - ta sama wartość liczby masowej, różna wartość liczby atomowej

izotony - atomy o tej samej liczbie neutronów

Model Josepha Johna Thomsona (1904)

Elektrony są rozmieszczone w kuli jak "rodzynki w cieście"

Model planetarny Ernesta Rutherforda (1911)

W centralnej części atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, w którym skoncentrowana jest prawie cała masa atomu. Dookoła jądra po torach kołowych lub eliptycznych krążą elektrony. Rutherford oszacował, że średnica atomu jest równa około 10^-10m, a średnica jądra około 10^-15 m,

Było to równie nieprawdopodobne jak odbicie się piętnastocentymetrowego pocisku od kawałka papierowej bibułki i jego powrót do lufy...

~Ernest Rutherford

o eksperymencie, w którym zauważył, że część dodatnio naładowanych cząstek odbija się od warstwy złota, po zbombardowaniu jej cząstkami α.

Postulaty Nielsa Bohra (1913)

I. Elektron w atomie może przebywać w ściśle określonych stanach stacjonarnych o określonej energii

W atomie wodoru elektron porusza się po jednej z możliwych orbit kołowych spełniających warunek:

mvr - orbitalny moment pędu
( m- masa, v - prędkość, r - promień orbity),

h-stała Plancka,

n - liczby naturalne 1, 2, 3, ... oznaczające numer kolejnych orbitali

II. Podczas przejścia elektronu ze stanu o wyższej energii (E_II) do stanu o niższej energii (E_I), atom emituje porcję (kwant) energii hv (h-stała Plancka, v - częstotliwość promieniowania). Przejściu ze stanu o niższej energii do stanu o energii wyższej towarzyszy absorpcja energii: E_II- E_I= hv

Teoria Bohra wyjaśniła emisję fal świetlnych pozwalającą wytłumaczyć widmo emisyjne atomu wodoru

Kwantowo-mechaniczny model atomu

Hipotez de Broglie (1924)

elektron jest jednocześnie cząstką materii i falą o długości λ

(m- masa, v - prędkość, h-stała Plancka)

równanie oznacza że każda cząstka o masie m poruszająca się z prędkością v może zachowywać się jak fala o długości λ

Dualizm korpuskularno-falowy elektronu po raz pierwszy potwierdziło doświadczenie Davissona-Germera w 1927 roku

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Nie jest możliwe jednoczesne określenie z dowolną dokładnością położenia i pędu cząstki elementarnej

∆x - błąd określenia położenia elektronu

∆p_x -błąd określenia pędu cząstki x

h - stała Plancka

Równanie falowe Schrödingera

Hψ = Eψ

H - operator Hamiltona,

ψ - amplituda prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w określonym miejscu o energii E (funkcja falowa)

E - energia

Rozwiązaniem równania Schrödingera jest funkcja falowa ψ, zwana orbitalem atomowym. Wartość |ψ|² jest proporcjonalna do znalezienia elektronu na orbitalu

[1] Sawicka J., Janich-Kilian A., Cejner-Mania W., Urbańczyk G., Tablice chemiczne, Wyd. Podkowa, Gdańsk 2002

[2] Gałasiński W., Elementy chemii ogólnej, część I Wykłady, wydanie trzecie, Wyd. MCML, Białystok 1989, s 83-92

(3) Rys. 1: http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Atom_diagram.png

CC-BY-SA-3.0-MIGRATED; GFDL-WITH-DISCLAIMERS; Released under the GNU Free Documentation License. | Author: Original uploader was Fastfission at en.wikipedia