Rutherford-féle atommodell

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Rutherford-féle atommodell"

Sára Szőke
8 évvel ezelőtt
Látták:

Rutherfordféle atommodell Manchesteri Egyetem 1909 1911 Hans Geiger, Ernest Marsden Ernest Rutherford vezetésével Az arany szerkezetének felderítésére irányuló szóráskísérletek Alfarészecskékkel

2 Rutherfordféle atommodell Manchesteri Egyetem Hans Geiger, Ernest Marsden Ernest Rutherford vezetésével Az arany szerkezetének felderítésére irányuló szóráskísérletek Alfarészecskékkel bombáztak vékony aranyfüst lemezt Várt eredmény: az alfarészecskék lassulva, de terjedési irányukat megtartva áthatolnak az aranylemezen és közvetlenül a lemez mögött csapódnak be a detektorba. Kapott eredmény: az alfa részecskék kis hányada jelentős eltérülést szenvedett, vagyis az alfa részecskék szóródtak a lemezen

alfarészecskék lassulva, de terjedési irányukat megtartva áthatolnak az aranylemezen és közvetlenül a lemez mögött csapódnak be

3 Rutherfordféle atommodell Magyarázat: Ha az arany atomok szerkezete a mazsoláskalács modell szerint nézne ki, akkor a pozitív alfarészek nem térülnének el, hanem csak lassulnának. De eltérülés tapasztalható Nagy tömegű, pozitív töltésű, lokalizált szóró centrumnak kell jelen lennie az atomban Az atomnak van atommagja és az lokalizált az atomban

4 Rutherfordféle atommodell Rutherford atommodellje: Az atom tömege a pozitív magban koncentrálódik és körülötte körpályán keringenek az elektronok egyenletes körmozgást végezve. A centripetális erőt (a körpályán tartást) az elektrosztatikus Coulomberő biztosítja. Rutherford atommodelljének a hibája: A körpályán mozgó elektronnak gyorsulása van mint gyorsuló töltésnek (elektron) sugároznia kellene még alapállapotban is. Azaz az alapállapotú atomnak sugároznia kellene Energia veszteség következne be a körpálya sugara egyre jobban csökkenne Az elektron végül spirális pályán becsapódna a magba. Mindez nem következik be, tehát a modell hibás.

Rutherford atommodelljének a hibája: A körpályán mozgó elektronnak gyorsulása van mint gyorsuló töltésnek (elektron) sugároznia kellene még alapállapotban is.

5 Színképelemzés spektrométerrel forrás optikai rács tükrök detektor

6 Bohrféle atommodell előzményei 1) Johann Balmer ( ) megfigyelései: a hidrogén atom vonalas színképet mutat Balmer formula: 1 λ = R H n 2, n = 3, 4, 5, R H : Rydbergállandó, hidrogén atomra: R H = 1, m 2) Johannes Rydberg ( ) munkája: más atomokra is nem csak hidrogénre: atomok színképe vonalas Rydbergformula: 1 λ = R H 1 1 n 2 1 n 2 2, n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2, 3) FranckHertzkísérlet (James Franck, ) (Gustav Hertz, ) e + h f = 4, 9 ev A Hg atom elektronjai csak meghatározott energiaértékeket vehetnek fel.

atomokra is nem csak hidrogénre: atomok színképe vonalas Rydbergformula: 1 λ = R H 1 1 n 2 1 n 2 2, n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2, 3)

energiaértékekkel rendelkezik. Tehát ezekben az állapotokban nem sugároz.

7 Bohrféle atommodell I. Az atom tartósan csak az ún. stacionárius állapotokban létezhet, amelyekben meghatározott és állandó E 1, E 2, energiaértékekkel rendelkezik. Tehát ezekben az állapotokban nem sugároz. Másképpen: Az atomban az elektronok csak meghatározott körpályákon keringhetnek az atommag körül és ezekhez a pályákhoz diszkrét energiaértékek tartoznak. Eközben az atom nem sugároz.

8 Bohrféle atommodell II. Két elektronpálya közötti átmenet foton kisugárzásával vagy elnyelésével jár együtt. A foton energiája ekkor: W n W k = h f A foton energiája egyenlő az energiaszintek különbségével.

9 Bohrféle atommodell Az elektron impulzusmomentumának a nagysága: III. L = m r v m r v = n h 2π = n ħ Azaz az elektron csak olyan pályákon keringhet, ahol az elektronra jellemző pályaimpulzusnyomaték a h egész számú többszöröse. 2π Definíció (főkvantumszám): A III. Bohr posztulátumban szereplő net főkvantumszámnak nevezzük.

ahol az elektronra jellemző pályaimpulzusnyomaték a h egész számú többszöröse.

BohrSommerfeld atommodell Spektroszkópiai vizsgálatok szerint az atomok vonalas színképeiben a színképvonalak csíkos strukturált szerkezetűek. A színképvonalaknak finomszerkezetük van.

10 BohrSommerfeld atommodell Spektroszkópiai vizsgálatok szerint az atomok vonalas színképeiben a színképvonalak csíkos strukturált szerkezetűek. A színképvonalaknak finomszerkezetük van. Sommerfeld pontosította a Bohrmodellt: L = l h 2π Ellipszispályákat vezetett be a körpályák mellé, mint finomszerkezeti magyarázat. Definíció (mellékkvantumszám): Az ellipszispályák pályaperdületeihez rendelt l számot mellékkvantumszámnak nevezzük. l = 0, 1, 2, 3, n 1, ahol n főkvantumszám

Sommerfeld pontosította a Bohrmodellt: L = l h 2π Ellipszispályákat vezetett be a körpályák mellé, mint

Zeemaneffektus Pieter Zeeman (18651943): Erős

11 Zeemaneffektus Pieter Zeeman ( ): Erős mágneses térben a színképvonalak több összetevőre bomlanak fel, azaz felhasadnak. Ez az ún. normális Zeemaneffektus. Atomi színképvonalak:

12 Mágneses kvantumszám z Bohrmagneton: M B = e h 2m e 2π L M z M e v Az atom mágneses dipólmomentumának nagysága: M = M B l Ennek a zirányú tengelyre való vetülete: M z = M cosα = M B l cosα Definíció (mágneses kvantumszám): m = l cos α m = 0, ±1, ±2, m = l, 0,, +l

zirányú tengelyre való vetülete: M z = M cosα = M B l cosα

13 Spin Definíció (spin): h Az L S = ± 1 mennyiséget, ahol h a 2 2π Planckállandó, spinnek nevezzük. Definíció (spinkvantumszám): Az s = ± 1 értéket a spin kifejezésében 2 spinkvantumszámnak nevezzük.

14 Pauliféle tilalmi elv Paulielv: Az atomban kötött elektronra vonatkozóan az atomban nincsen két olyan elektron, amelyeknek mind a 4 kvantumszáma megegyezik. Bármely fizikai rendszerben a rendszer valamely adott kvantumszámokkal jellemzett állapotában nem lehet egynél több elektron.

15 Elektronszerkezet:

18 A részecskék kettős természete de Broglie anyag hullám elmélete Louis de Broglie ( ) De Broglie a fény illetve az elektromágneses sugárzás kettős természetére alapulva megalkotta anyagra, részecskére vonatkozó anyag hullám elméletét = h c λ De Broglieelv: Minden m tömeggel és v sebességgel rendelkező részecskéhez hozzárendelhető egy hullám, amelynek a hullámhossza úgyanúgy kapcsolódik a részecske impulzusához, mint a foton esetében is történik. Azaz: p = mc2 λ = h p = = W c = h f c h m v

λ De Broglieelv: Minden m tömeggel és v sebességgel rendelkező részecskéhez hozzárendelhető egy hullám, amelynek a

19 A részecskék kettős természete de Broglie anyag hullám elmélete Definíció (de Broglie hullámhossz) A λ = h = h mennyiséget, de Broglie hullámhossznak nevezzük. p m v De Broglieelv kísérleti igazolása Davisson Germerkísérlet: Elektronelhajlási kísérlet: Atomi kristályrácsra bocsátott elektronnyaláb elhajlást szenved a kristályrács atomjain. Elhajlás hullám tulajdonság Elektronnyaláb részecske sugár, részecske tulajdonság Kettős természet

p m v De Broglieelv kísérleti igazolása Davisson Germerkísérlet: Elektronelhajlási kísérlet: Atomi

20 1 rés + elektron részecske nyaláb 1 rés + fényhullám 2 rés + fényhullám = INTERFERENCIA CSÍKOK NEM ELEKTRON HULLÁMTULAJDONSÁGÚ!! 2 rés + elektron részecske nyaláb = INTERFERENCIA

Hasonló dokumentumok

Atomfizika I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Atomfizika I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag? Platón (i.e. 427-347), Arisztotelész (=i.e. 387-322): Végtelenségig