Modeli atoma

Mainski fakultet SarajevoR. Musemi

Zakonitosti atomskih spektara

Spektri su dijelovi elektromagnetskog zraenja

Zavisno od uzroka nastanka spektri mogu biti:

LinijskiTrakastiKontinualni

Atomski spektri

Atomska spektroskopija istrauje prijelaze meu elektronskim nivoima u atomu , te je jedna od metoda za prouavanje i identifikaciju materije.

Pojam potencijalne energije atoma vezan je s energetskim nivoima elektrona koji se kreu oko atomske jezgre

Spektar atoma vodika

Spektar Helija

Helium (nm)438.793

w 443.755 w 447.148 s 471.314 m 492.193 m 501.567 s 504.774 w 587.562 s 667.815 s=strong, m=med,

w=weak

Spektar atoma duika /azot-nitrogen/

Spektar H atoma - Balmer je predstavio H spektar formulom

R-Rydbergova konstanta

R=1,097.107m-1

2 2

1 1 1( ) 3,4,5,..2

R mm

ATOMSKI SPEKTRI

Valne duine linija drugih serija

n=1 Limanova serija, m=2,3,4,...n=2 Balmerova serija, m=3,4,5,..n=3 Paschenova serija, m=4,5,6,..

,2,1,...3,2,1

)11

(1

22

nnman

mnR

BOHROV MODEL ATOMA VODIKA

1913, Nils Bohr (1885-1962) objanjava spektar atoma vodika

on pretpostavlja da atomi energiju moguemitovati samo u kvantima

Bohr prihvata planetarni model atoma za osnovu

apsorpcija i emisija svjetlosti deava se pri prelazu elektrona iz jednog stacionarnog stanja u drugo

Frekvencija emitovanog ili apsorbovanog fotona odreena je zakonom o odranju energije

Efot = h f = Ekr - Epo Efot ... energija emitovanog ili apsorbovanog fotona h ..... Plankova konstanta (6.626 x 10-34 Js) f ..... frekvencija svjetlosti Ekr ... energija elektrona na kraju procesa Epo ... energija elektrona na poetku procesa

atomi emituju samo odreene valneduine (frekvencije)

Na stacionarnim orbitama ne zrae elektromagnetsku energiju:

tada se mogu kretati samo odreenim brzinama

tada mogu imati samo odreene vrednosti energije

Promijenjen pogled na Fiziku - kvantne mehanike i kvantne fizike

Bohrov uslov: moment koliine kretanja elektrona na orbiti mora biti celobrojni umnoak kvanta momenta koliine kretanja Lkv = h/2:. Ln = n Lkv

1. Orbita L1 = h/22. Orbita L2 = 2 h/23. Itd.

glavni kvantni broj elektrona broj orbitale na kojoj se elektron nalazi

Bohrov model atoma

BOHROV MODEL ATOMA

Bohrov model (1913. g.) je bio jedan od pokuaja objanjavanja eksperimentalno opaenih pojava poput diskretnih prijelaza u spektrima zraenja atoma, te samo postojanje atoma

Bohrov model se oituje u slijedeim postulatima

Kretanje elektrona na orbiti - Coulombova sila Moment koliine kretanja se kvantizira, tj. L = r x p jednak je L = n h /2

Planckova konstanta podijeljena s 2 , = 1.05456x10-34 Js Elektron u stacionarnoj orbiti ne zrai energiju, iako

se kree po orbiti Elektron zrai energiju samo kada prelazi iz jedne

stacionarne orbite u drugu. Energija emitiranog kvanta jednaka je razlici energija na tim orbitama

Em - En =

Elementarna teorija H atoma

Za odreivanje poluprenika stac. putanja, brzine i energije na njima koriste se jednaineravnotee centripetalne sile i Coulombove i kvantizacija momenta koliine kretanja

nrvm

r

Ze

r

vm

nn

nn

n

2

2

0

2

4

1

Poluprenik, brzina i energija na n-toj orbiti

22

42

20

2

0

2

22

20

1

2)4(

1

2

1

4

4

n

meZmvE

n

Zev

nmZe

r

nn

n

n

Franck-Hertz-ov eksperiment

1925 Nobelova nagrada* 1914, James Franck i Gustav Hertz izveli su experiment

koji pokazuje postojanje pobuenih stanja u atomima ive to je potvrda kvantne teorije koja predvia da elektroni samo mogu imati diskretizirana kvantna stanja energije

Elektroni ubrzani naponom idu prema prema pozitivno nabijenoj mreici u jednom staklenom balonu sa ivinim parama. Prolaze kroz mreicu na jednu ravnu plou koja se dri na malom negativnom naponu u odnosu na mreicu.

Vrijednosti napona ubrzavanja gdje struja pada uzimane su za mjerenje energije neophodne da prisili elektrone da preu u pobueno stanje

Franck-Hertz-ov eksperiment

Originalni Franck-Hertzovi podaci pokazuju da elektroni gube energiju od 4,9 eV po jednom sudaru sa atomima ive. To se moe opaziti kod naponskih intervala od 4.9 V.

BOHROV MODEL I VALOVI ELEKTRONA

1 Bohrov postulat moe se razumijeti valnom prirodom elektrona

postoje samo na onim stazama na kojima se interferencija ne ponitava2rn=n

de Broglieva relacija za valnu duljinu elektrona i gornja relacija = Bohrov prvi postulat

Rutherford i njegovi suradnici 1909. god. bombardirali su metalne folije alfa esticama

Thomsonov model ne moe objasniti dobivene rezultate

Rutherfordove pretpostavke: malejezgre 10 000 do 100 000 manje od atoma

po klasinoj teoriji atom bi morao emitirati kontinuirani spektar zraenja, a ne linijski koji zaista i emitira

Nedostaci Rutherfordovog modela: ne moe se objasniti stabilnost atoma niti emisija linijskih spektara

RUTHERFORDOV MODEL

nove tekoe za klasinu teorijuKad se elektron usporava ili ubrzava,

emitira svjetlost

atomi su u normalnim uvjetima stabilni i ne zrae svjetlost

Kako objasniti tu stabilnost?

Svaka vrsta atoma i molekula ima svoj karakteristian spektar od mnogo linija, i prema tome se najtanije mogu razlikovati kemijski elementi i njihovi spojevi.

Najjednostavniji atomski sistem, vodikov atom, emitira niz linija, kojima su frekvencije date jednostavnim matematikim pravilom (kao diferencije recipronih kvadrata cijelih brojeva pomnoene Rydbergovom konstantom)

Valna priroda estica de Broglieva hipoteza osnova valne(kvantne)mehanike

ELM valovi su dualne prirodeDa li je svaka supstanca dvojne prirode?Luis de Brogli : estice materije /elektron,

proton, neutron idr./ pored estinih svojstava pokazuju i valna svojstva.

2

E h

hp k

h

p

HEISENBERGOVA KVANTNAMEHANIKA

Bohrov princip korespondencije -Werneru Heisenbergu putokaz do otkria stroge kvantne mehanike atoma

genijalna ideja umjesto elektronskestazu u atomu uvesti nove kvantnoteorijske veliine

Max Born je uskliknuo: "Vi niste otkrili samo kvantnu mehaniku, nego i raun matrica!"

Heisenbergove relacije neodreenosti Born, Heisenberg i Pascal Jordan su

zajedno razvili strogi formalizam kvantne mehanike

kvantna mehanika uzima u obzir i sve ono to je mogue

Werner Heisenberg je detaljnije objasnio poetkom 1927. relacijama neodreenosti

2

px

KVANTNI BROJEVI

Valna slika elektrona posluila je Schrodingeru kao polazna taka u stvaranju valne mehanike

Putanju elektrona u atomu nemogue je odrediti: ona je posljedica valno-estine prirode materije

Kvantni brojevi pojavljuju se pri rjeavanju Schrodingerove jednadbe i odreivanju valnih funkcija elektrona u atomu

Za opis kvantnog stanja elektrona u atomu potrebna su etiri kvantna broja

Valne funkcije moraju imati konstante odreenih vrijednosti.Te konstante su kvantni brojevi. Schrodingerovo rjeenjedaje 3 rjeenja (n,l,m), dok je Dirak pronaao i etvrto (s-spin).

Valna funkcija predstavlja kombinaciju kvantnih brojeva

zove se orbitala

Pol Dirac (1902.-!984.)

Ervin Srdinger(1884.-1961.)

Glavni kvantni broj n odreuje energetski nivo, vrijednosti n=1,2,3,4,5,6,7

Spinski kvantni broj s odreuje smjer kretanja elektrona oko svoje ose

(-1/2,suprotno od kazaljke sata ,+1/2 u smjeru kazaljke sata)

Lijevo gore Rutherfordov model atoma Lijevo dole Bohrov model atoma Desno Schrdingerov model atoma

(s-orbitala)

PAULIJEV PRINCIP ISKLJUENJA

Kvantno stanje elektrona u atomu opisano je s etiri kvantna broja

Paulijev princip kae da dva elektrona u atomu ne mogu imati sva etiri kvantna broja jednaka.

To znai da ne mogu biti opisana istom valnom funkcijom

Elektroni u atomu prvo popunjavaju orbitale najnie energije, a to su one blie jezgri. Ako su popunjena sva nia stanja, kaemo da je atom u osnovnom stanju

Atom u pobuenom stanju ima energiju veu od osnovne, no i dalje je elektriki neutralan