Контрольная работа на тему СТРОЕНИЕ АТОМА

Содержание


Введение 3
§ 1. Три основополагающие идеи квантовой механики 4
1.1. Квантование энергии электронов в атоме 4
1.2. Двойственная природа электрона 7
1.3. Принцип неопределенности 8
§ 2. Волновое уравнение 10
§ 3. Квантовые числа 12
§ 4. Атомные орбитали. Физический смысл квантовых чисел 13
§ 5. Функция радиального распределения вероятности 15
§ 6. Энергетические уровни и подуровни в атомах 16
§ 7. Магнитные и энергетические характеристики атомов 19
Список используемой литературы 23


Введение

В данной работе рассматривается тема "Строение атомов". Физические исследования, выполненные в конце прошлого и начале настоящего столетия, выявили исключительное своеобразие законов, управляющих поведением микрообъектов (электронов, протонов, нейтронов и других микрочастиц).
На основе этих исследований была создана новая наука - квантовая механика, описывающая свойства материи и законы ее движения в силовых полях на уровне микрообъектов и микроявлений. Применение законов квантовой механики к химическим явлениям, к превращениям веществ, их образованию с появлением конкретных структур привело к созданию такой науки, как квантовая химия.
Квантовая химия является в наши дни теоретической основой учения о строении и свойствах веществ.
Зарождение квантовой механики относят к 1911 г., когда появилась гипотеза Резерфорда о ядерном строении атома. По модели Резерфорда атом состоял из ядра и расположенных вокруг него электронов.
Опыты Резерфорда показали, что ядро занимает в атоме лишь незначительную часть всего объема. Если размеры атомов имеют порядок 100 пм, то размеры ядра около 0,001 пм. Основная масса атома (более 99,9%) сосредоточена в ядре, плотность которого колоссальна, она равна 1014 г/см3.
Теперь известно, что ядро атома имеет сложную структуру. Основные ядерные частицы - это протоны р+ и нейтроны nо. Протон и нейтрон очень похожи по свойствам, их отличают только заряд и масса. Масса нейтрона равна 1,00813 т. Считают, что протон и нейтрон являются двумя состояниями одной и той же частицы - нуклона. Взаимодействие между нуклонами осуществляется путем обмена -мезонами ( +, о, - или пионами), находящимися в постоянном окружении протонов и нейтронов. В последнее время было доказано, что нуклоны состоят из особых частиц - кварков, экспериментально пока не обнаруженных. Взаимодействие между кварками вызвано обменом глюонами - частицами, не имеющими массы.
Число протонов в ядре определяет величину положительного заряда ядра, количество электронов в атоме и соответствует порядковому или атомному номеру элемента (Z). Число нейтронов в ядре равно разности между массовым числом (А) и числом протонов: А - Z.
Заряд ядра равен Ze, где е - элементарный заряд. Химические свойства атома определяются почти исключительно зарядом ядра, а следовательно, числом электронов в атоме, их энергией и распределением вокруг ядра атома.

§ 1. Три основополагающие идеи квантовой механики

В квантовой механике есть три основополагающие идеи, отличающие ее от классической механики: 1) дискретность, или квантование, 2) корпускулярно-волновой дуализм, или двойственная природа электрона, и 3) вероятностный характер законов микромира. Общими для квантовой и классической механик являются законы сохранения энергии, массы, заряда и импульса.

1.1. Квантование энергии электронов в атоме

Некоторые физические величины, относящиеся к микроявлениям и к микрообъектам, могут изменяться в соответствующих условиях не непрерывно, а скачкообразно, т.е. могут принимать только вполне определенные, дискретные значения. О таких величинах говорят, что они квантуются.
В 1900 г. М. Планк пришел к выводу, что тепловое излучение абсолютно черного тела не является непрерывным, а состоит из дискретных порций энергии, квантов энергии.
Излучением абсолютно черного тела называют излучение из небольшого отверстия в стенке шарообразной полости, внутренняя поверхность которой зачернена. Значение одного кванта энергии равно
Е = h , (1)
где Е - энергия кванта, Дж; - частота, с-1; h - постоянная Планка, равная 6,626 10-34 Дж с; = с / , где - длина волны излучения, с - скорость света. Постоянная Планка является мерой дискретности. Она как бы определяет границу между микро- и макромирами. Постоянная Планка - одна из фундаментальных постоянных природы. Она входит во все квантово-механические соотношения.