Egzamino medžiaga (trumpas konspektas)

– 7 –didesniais kaip 90º kampais. Kadangi α dalelių masė palyginti didelė (tai helio branduoliai), mažos masės elektronai tokiaiskampais jų nukreipti negali. Tai galėjo atlikti tik mažame tūryje sukoncentruota didelės masės teigiamąjį krūvį turinti dalelė.Mažas skaičius dalelių nuokrypių rodė, kad ši masyvi dalelė užima labai mažą atomo tūrio dalį. Rezerfordas padarė prielaidą,kad atomo centre yra branduolys, kuriame sukoncentruota beveik visa atomo masė ir teigiamasis krūvis, o apie branduolįskrieja elektronai. Atomas tam tikra prasme panašus į Saulės sistemą. Branduolio skersmuo apie 10 -15 m, atomo apie 10 5 kartodidesnis.Rezerfordo atomo modelis, lyginant su Tomsono modeliu, buvo žymiai tikslesnis, tačiau ir jis dar daug ko nepaaiškino.Visų pirma, elektronas, judėdamas su įcentriniu pagreičiu, turėtų spinduliuoti elektromagnetines bangas. Dėl to atomo energijaturėtų visą laiką mažėti, elektrono orbitos spindulys taip pat. Todėl iki nukrentant elektronui ant branduolio atomas turėtųspinduliuoti augančio dažnio bangas, t.y. jo spektras turėtų būti ištisinis. Klasikinė fizika to paaiškinti negalėjo. Šią problemąišsprendė danų fizikas N.Boras, kuriam 1922 m. už vandenilio atomo teorijos sukūrimą buvo paskirta Nobelio premija.10.2. Vandenilio atomo spektras, spektro linijų serijos ir jų formulėsVisų šviečiančių vienatomių dujų ir garų spektrai yra linijiniai ir skirtingi. Vandenilio spektre regimojoje srityjematomos keturios intensyvios linijos – raudona, žydra, mėlyna ir violetinė – ir eilė silpnai matomų linijų (1 pav.). Šveicarųfizikas J.Balmeris dar 1885 m. įžvelgė, kad tos linijos išsidėsčiusios dėsningai ir pasiūlė formulę kiekvienos linijos dažniuiapskaičiuoti: 1 1 R ;m 3,4,5...(10.1)2 2 2 m čia R = 3,289842 . 10 15 s -1 – vadinamoji Rydbergo dažninė konstanta. Linijų grupė, kurios dažniai apskaičiuojami pagalpateiktą formulę, vadinama Balmerio serija.Kruopščiau patyrinėjus vandenilio spektrą, jameaptikta ir daugiau serijų, kurių dažniai gali būti išreikštibendra formule: R 1 1 2 2 n m , m>n; (10.2)1 pav.Iš antrosios formulės seka, kad visos linijos,besiskiriančios m vertėmis, sudaro linijų grupę arba seriją.Laimano serijos n = 1, Balmerio - n = 2, Pašeno - n = 3 irt.t. Didėjant m, serijos linijos artėja viena prie kitos. Balmerio serijos ribinis bangos ilgis gaunamas imant m = ∞ :λ = 364,5981 nm.Vandenilio atomo linijinis spektras ir jo dėsningumai, išreikšti (10.2) formule, prieštarauja klasikinei Rezerfordo atomoteorijai. Pagal elektrodinamikos dėsnius, atomo elektronai, judėdami su įcentriniu pagreičiu, privalo spinduliuotielektromagnetines bangas. Spinduliavimo dažnis turėtų būti lygus sukimosi apie branduolį dažniui. Spinduliuodamas energiją,elektronas turėtų jos netekti ir spirale artėti prie branduolio, spinduliavimo dažnis dėl to turėtų augti. Taigi, spinduliavimospektras turėtų būti ištisinis. Tolygiai artėdamas prie branduolio, elektronas per sekundės dalį turėtų ant jo nukristi, ir atomasturėtų nustoti egzistavęs.10.3. Vandeniliškojo atomo N. Boro teorija ir jos postulataiDanų fizikas N.Boras, pasinaudojęs M.Planko kvantų hipoteze, 1913 m. pirmasis teoriškai paaiškino vandenilio atomospektrų kilmę. Boro teorija remiasi Rezerfordo atomo modeliu ir klasikinės mechanikos bei elektrodinamikos dėsniais. Jitaikytina ne tik vandenilio, bet ir visiems vandeniliškiesiems atomams, t.y. atomams, sudarytiems iš krūvio Ze branduolio irvieno apie jį skriejančio elektrono (He + , Li 2+ , ir kt.). Jos esmę sudaro du elektronų judėjimo atome apribojimai – postulatai.Pirmasis postulatas – egzistuoja tam tikros stacionariosios atomo energijos būsenos, būdamas kuriose jis energijosnespinduliuoja ir neabsorbuoja. Esant atomui tokiose būsenose, jo elektronai juda stacionariomis orbitomis. Stacionaria orbitaskriejančio elektrono judesio kiekio momento modulis L m v r yra dydžio h / 2kartotinis:ee n nhLe mevnrn n ( n = 1, 2,…) (10.3)2Skaičius n vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. Taigi, elektrono judesio kiekio momentas yra diskretiškas, t.y.kvantuotas dydis.Antrasis postulatas – pereinant atomui iš vienos stacionariosios būsenos į kitą (elektronui iš vienos stacionarios orbitos įkitą), išspinduliuojamas arba sugeriamas vienas energijos kvantas. Jo energija lygi atomo stacionarių būsenų energijųskirtumui: h W nW m.(10.4)Tarp atomo branduolio ir elektrono veikia Kulono traukos jėga, todėl, kai pašalinės jėgos perkelia elektroną į tolimesnęorbitą, atomas įgyja daugiau potencinės energijos – energiją jis sugeria. Kai elektronas peršoka į artimesnę branduoliui orbitą,energija elektromagnetinių bangų pavidalu išspinduliuojama.Boro postulatai prieštarauja klasikinės mechanikos ir elektrodinamikos dėsniams: elektronai apie branduolį skrieja nebet kaip, o tik tam tikro spindulio orbitomis, skrieja su įcentriniu pagreičiu, bet energijos nespinduliuoja, atomųspinduliuojamų bangų dažnis priklauso nuo stacionariųjų būsenų energijų skirtumo, o ne nuo elektrono skriejimo apiebranduolį dažnio.