Fyzika atomového obalu

25. Teoretická otázka - Fyzika atomového obalu

ľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľ

1) STARŠÍ MODELY ATOMU

- Demokritos z Abdery - otec atomismu

- Dalton (1803) - chemické prvky se skládají z dále nedělitelných atomů

- atomy téhož prvku mají stejné vlastnosti, atomy různých prvků mají různé vlastnosti

- Thomson (1897) - objev elektronu v katodovém záření Ţ pudinkový model

- Rutherford (1911) - objev atomového jádra (rozptyl částic α na v blízkosti jádra)

2) BOHRŮV MODEL ATOMU

- kombinace klasické a kvantové fyziky

- přibližně platí pro vodík

- vychází z předpokladu vlnových vlastností elektronu - vázán na úsečku délky L (potenciálová jáma)

- Bohrovy postuláty:

I. Atom je stabilní soustava složená z kladně nabitého jádra, v němž je soustředěna téměř celá hmotnost atomu, a z elektronového obalu.

II. Atom se může nacházet pouze v určitých kvantových stacionárních stavech s určitou energií. V takovém stavu atom nepřijímá ani nevydává energii.

III. Při přechodu ze stavu s vyšší energií do stavu s nižší energií atom vyzařuje energii ve formě fotonu.

a) elektron se pohybuje po kruhových drahách o poloměru r. Na této dráze se vytvoří celistvý násobek de Brogliových vln:

2⋅π⋅r = n⋅λ Ţ 2⋅π⋅r = n⋅h/(m⋅v) Ţ m⋅v⋅r = h/(2⋅π)⋅n

b) Coulombovské síly jsou rovny silám dostředivým:

1/(4⋅π⋅ε)⋅Qe⋅Qp/r2 = m⋅v2/r Ţ q2/4⋅π⋅ε = v2⋅r⋅m

- spojením obou vztahů dostáváme:

- rychlosti a poloměry nabývají pouze určitých diskrétních hodnot

- pro energii soustavy jádro - elektron platí:

- K - odpovídá základnímu stavu - K = 13,6 eV

3) ČÁROVÉ SPEKTRUM ATOMU VODÍKU

- elektron při přechodu z hladiny m na hladinu n vyzařuje energii

Em - En = h⋅f

-K⋅1/m2 + K⋅1/n2 = h⋅c/λ

1/λ = -K/(h⋅c)(1/n2 - 1/m2)

- σ = 1/λ (vlnočet)

- RH = -K/(h⋅c) = 1,1⋅10-7 m-1 (Rydbergova konstanta)

- přibližný vztah pro atomy s vyšším protonovým číslem Z:

- nedostatky Bohrova modelu

- nelze přesně vysvětlit elektronovou strukturu vyšších atomů

- výpočty jsou nerelativistické

- nelze vysvětlit teorii multipletů (štěpení spektrálních čar)

4) KVANTOVĚ MECHANICKÝ MODEL ATOMU

- Schrödinger, Born, Dirac

- vlnová funkce: ψ(x,y,z,t) Ţ ď(x,y,z,t)ď2⋅∆V - hustota pravděpodobnosti výskytu elektronu

- atomový orbital - geometrické místo bodů, v nichž ď(x,y,z,t)ď2⋅∆V dosahuje maxima

- každé vlnové funkci přísluší určitý orbital různého tvaru a směru

- rozložení elektronů v prostoru charakterizují tzv. kvantová čísla

- n - hlavní kvantové číslo - n = 1,2...7 nebo (K,L...Q)

- určuje energii a velikost orbitalu

- l - vedlejší kvantové číslo - l = 0,1,2...(n-1) nebo (s,p,d,f..)

- určuje tvar orbitalu

- m - magnetické kvantové číslo - m = + 0, + 1, + 2, + 3...

- určuje orientaci orbitalu v prostoru

- s - spinové magnetické kvantové číslo - s = + 1/2