доказали дискретность энергии электрона в атоме и это позволило Бору положить в основу новой теории два необычных пред­положения (постулата): 1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по произ­вольным, а только по строго определенным (стационарным) круговым орбитам. Радиус орбиты г и скорость электрона v связаны кван­товым соотношением Бора: mnr = пħ, где m — масса электрона, п — номер орбиты, Ъ — по­стоянная Планка (ħ = 1,05-10-34 Джс). 2.

При движении по стационарным орбитам электрон не излучает и не поглощает энергии. Таким образом, Бор предположил, что электрон в ато­ме не подчиняется законам классической физики. Соглас­но Бору, излучение или поглощение энергии определяется пе­реходом из одного состояния, например, с энергией Е1, в дру­гое — с энергией Е2, что соответствует переходу электрона с одной стационарной орбиты на другую.

При таком перехо­де излучается или поглощается энергия δЕ = Е1 - Е2 = hn , где п — частота излучения, h = 2рħ = 6,62-10-34 Дж с. Бор, используя это уравнение, рассчитал частоты линий спектра атома водорода, которые хорошо согласовались с экспериментальными значениями, но было обнаружено так­же и то, что для других атомов эта теория не давала удов­летворительных результатов.

Квантовая модель строения атома В последующие годы некоторые положения теории Бора были переосмыслены и дополнены. Наиболее существен­ным нововведением явилось понятие об электронном об­лаке, которое пришло на смену понятию об электроне толь­ко как частице. В основе современной теории строения атома лежат сле­дующие основные положения: 1.Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу.

Он может вести себя и как частица, и как волна: подобно частице, электрон обладает определенной массой и зарядом; в то же время, движущийся электрон про­являет волновые свойства, например, характеризуется спо­собностью к дифракции. Длина волны электрона 1 и его ско­рость v связаны соотношением де Бройля: 1 = ħ/mv 2. Для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость.

Чем точнее мы изме­ряем скорость, тем больше неопределенность в координате, и наоборот. На соотношении неопределенностей, установленном немецким физиком В. Гейзенбергом, основывается квантово-механическое описание микромира. Математи­ческим выражением принципа неопределенности служит соотношение: δх m δv > ħ /2, где δх — неопределенность положения координаты, δv — погрешность измерения скорости. 3.

Электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части око­лоядерного пространства, однако вероятность его нахож­дения в разных частях этого пространства неодинакова. Про­странство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью. 4. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны).

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу. Последнее положение было сформулировано после то­го, как в 1920 г. Э. Резерфорд открыл протон, а в 1932 г. Дж. Чедвик — нейтрон. Различные виды атомов имеют общее название — нук­лиды. Нуклиды достаточно характеризовать любыми дву­мя числами из трех фундаментальных параметров: А — мас­совое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов, и N— число нейтронов в ядре.

Эти параметры связаны между со­бой соотношениями: Z = A -N , N = A - Z , A = Z + N . Нуклиды с одинаковым Z , но различными А и N , назы­вают изотопами. Сформулированные выше положения составляют суть теории, описывающей движение микрочастиц, — квантовой механики. Фундаментальным принципом квантовой механики, наряду с соотношением неопределенностей, является прин­цип дополнительности, который Н. Бор сформулировал сле­дующим образом.

Понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходяще­го. Смелая мысль Л. де Бройля о всеобщем «дуализме» ча­стицы и волны позволила построить теорию, с помощью ко­торой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света являлись при этом объединяющим элементом строения микромира.

Убедительным свидетель­ством существования волновых свойств материи стало об­наружение в 1927 году дифракции электронов американски­ми физиками К. Дэвисоном и Л. Джермером. В дальнейшем были выполнены опыты по обнаружению дифракции нейтро­нов, атомов и даже молекул. Во всех случаях результаты полностью подтверждали гипотезу де Бройля. Законы движения электронов в квантовой механике вы­ражаются уравнением Шредингера, которое играет в кван­товой механике ту же роль, что и законы Ньютона в класси­ческой механике.

Начало современным представлениям о микромире было положено исследованиями М. Планка, благодаря которым он пришел к выводу о том, что в процессах излучения энер­гия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порци­ях-квантах. Сумма энергий этих мельчайших порций энер­гий-квантов определяется через число колебаний соответ­ствующего вида излучения и универсальную естественную константу, которую М.

Планк ввел в науку под символом h : E =hn , где n — частота, а Е — энергия кванта. День опубли­кования этой формулы — 14 декабря 1900 года считается днем рождения квантовой теории. А поскольку понятие элементарного кванта послужило основой для понимания свойств атомной оболочки и ядра, то этот день следует рас­сматривать как день рождения атомной физики и начало новой эры естествознания. В 1905 году А.

Эйнштейн пере­нес идею квантованного поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и, таким образом, представил новое учение о свете. Представление о свето­вых квантах помогло понять и наглядно представить явле­ние фотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн.