Лекція

from

Конспект уроку

Тема уроку: Класичні уявлення про будову атома. Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора. Поглинання і випромінювання енергії атомами.
Мета уроку: Розглянути будову атома, познайомитися із планетарною моделлю атома за Резерфордом, а також зрозуміти квантовий характер випромінювання та поглинання світла атомом. Розвинути абстрактне, логічне та творче мислення.

Хід уроку

1. Модель атома Томсона. До 1902 року було здійснено достатньо експериментів, які переконливо довели, що електрон є однією з основних складових частин будь-якої речовини.
Дж. Дж. Томсон показав на основі класичної електромагнітної теорії, що розміри електрона мають бути порядку 10"15 м. Крім того, було відо-мо, що розміри атома становлять кілька ангстрем (один ангстрем дорівнює 10-15 м). На цій підставі Томсон 1903 року запропонував свою модель атома, відповідно до якої атоми являють собою однорідні кулі з позитивно зарядженої речовини, у якій містяться електрони (рис. 142). Сумарний заряд електронів дорівнює позитивному зарядові атома. Тому атом у ціло-му електрично нейтральний.

Ця модель дістала назву «пудинг», оскільки електрони були вкраплені в позитивно заряджене середовище, немов ізюм у пудинг.
Відхилення електрона в атомі від положення рівноваги приводить до виникнення повертаючої сили. А отже, електрон, виведений яким-небудь способом із положення рівноваги, здійснює коливання й тому є джерелом електромагнітного випромінювання.
Модель Томсона здавалася привабливою з тієї точки зору, що передбачала наявність електронів в атомі. Однак вона проіснувала тільки до 1911 року.

2. Досліди Резерфорда. У 1911 році Е. Резерфорд запропонував своїм співробітникам експериментально перевірити переконливість моделі атома Томсона. Ідея досліду була проста. Якщо модель атома Томсона відповідає дійсності, то експериментатори, пропускаючи крізь дуже тонку металеву плівку вузький пучок швидких ?-частинок, неповинні виявити скільки-небудь помітного відхилення цих частинок.
Резерфорд установив, що кожна ос-частинка, потрапляючи на екран із сірчистого цинку, викликає спалах світла. Зазнавши розсіювання в золо-тій фользі, ?-частинки вдарялися потім в екран і реєструвалися за допо-могою мікроскопа.
Очікувалося, що пучок а-частинок під час проходження крізь тонку фольгу злегка розсіюється на невеликі кути. Це дійсно спостерігалося. Але несподівано з'ясувалося, що приблизно одна ос-частинка з 20 000, які падають на золоту фольгу завтовшки усього лише 4•10-5 см, повертається назад у бік джерела.

Резерфордові знадобилося кілька років, щоб остаточно зрозуміти таке несподіване розсіювання а-частинок на великі кути. Він дійшов висновку, що позитивний заряд атома зосереджений у дуже малому об'ємі в центрі атома, а не розподілений по всьому атому, як у моделі Томсона.

3. Ядерна модель атома Резерфорда. Резерфорд запропонував ядерну («планетарну») модель атома:
1)     атоми будь-якого елемента складаються з позитивно зарядженої частинки, що дістала назву ядра;
2)     до складу ядра входять позитивно заряджені елементарні частин-ки — протони (пізніше було встановлено, що й нейтральні нейтрони);
3)     навколо ядра рухаються електрони, що утворюють так звану елек-тронну оболонку.
Користуючись схемою, можна пояснити спочатку будову атома Гідрогену, що має тільки один протон і один електрон. Потім розглядаємо ядерну модель будови більш складних атомів — Гелію й Літію. Як вправа може бути розглянута будова атомів низки більш складних елементів.
Необхідно зазначити, що атом, який утратив (чи набув) один або кілька електронів, уже не буде нейтральним, а матиме позитивний (або негативний) заряд. Його називають позитивним (або негативним) іоном.
4. Непереконливість класичної теорії в поясненні випромінювання та поглинання енергії атомом. За всієї переконливості планетарної моделі виникла ціла низка нездоланних перешкод під час пояснення будови атома. Відповідно до класичної теорії, система, що складається з масивного позитивно зарядженого ядра та легких, негативно заряджених електронів, буде стійкою тільки в тому випадку, коли електрони перебувають у русі. Таким чином, атом має бути подібний до мініатюрної Сонячної системи, у якій роль Сонця відіграє ядро, а планет — електрони.
Аналогія була б досить повною, якби не один прогноз класичної теорії. Відповідно до нього електричні заряди, які прискорено рухаються, мають випромінювати енергію у вигляді електромагнітних хвиль. Тому електрони, які рухаються по «планетарних» орбітах, мали б шляхом випромінювання втрачати енергію руху й у результаті швидко на-ближатися до ядра. Розрахунки показували, що електрон в атомі Гідрогену мав би випроменити всю свою енергію за малу частку секунди. Однак в атомі цього не стається.

5. Квантові постулати Бора. В основі теорії Бора лежать такі поло-ження:
•    у стійкому атомі електрон може рухатися лише по особливих, стаціонарних орбітах, не випромінюючи при цьому електромагнітної енергії;
•    атом може переходити з одного стаціонарного стану до іншого. Під час переходу атома зі стаціонарного стану з більшою енергією до стану з меншою енергією атом випромінює квант енергії, якому відповідає частота

• у стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по коловій орбі-ті, повинен мати дискретні, квантові значення моменту імпульсу.

 Закріплення вивченого матеріалу
(Усно дати повну відповідь на питання)

1.    Чим відрізняються один від одного атоми різних хімічних елементів?
2.    Що є головною характеристикою певного хімічного елемента?
3.    Які частинки входять до складу ядра?
4.    Як утворюються позитивні й негативні іони?
5.    Чому маса атома Гідрогену незначно відрізняється від маси прото-на?
6.    к відрізняються розміри атома Гідрогену від розмірів протона?

Домашнє завдання.
Опрацювати §75-78
Розв’язати задачі з вправи №18

історія атома