5399619725

Eksperymenty Rutherforda pozwoliły skonstruować współczesny model atomu składającego się z niewielkiego masywnego jądra, zawierającego cały ładunek elektryczny i niemal całą masę atomu oraz lekką powłokę elektronową, na której znajdują się elektrony, z których każdy niesie elementarny ładunek ujemny Ponieważ atom jako całość jest neutralny, liczba elektronów na wszystkich orbitach jest równa ładunkowi jądra, wyrażonemu w ładunkach elementarnych (patrz Rys. 2.3).

Atom węgla    Atom helu

Rys. 2.3 Uproszczone przedstawienie modelowe wybranych lekkich atomów

Dotychczasowe informacje o atomach można podsumować w kilku punktach:

•    Atomy są trwałe i niezmienne w czasie

•    Atomy łączą się ze sobą tworząc cząsteczki i związki chemiczne

•    Atomy są neutralne elektrycznie, choć mogą ulegać jonizacji, tracąc lub zyskując ładunek elektryczny

•    Atomy wysyłają i pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne

Jeśli chcemy zbudować model powłoki elektronowej atomu powinniśmy wybrać taki, który opisuje wszystkie wymienione powyżej własności atomów. Choć współczesna mechanika kwantowa opisuje zachowanie obiektów mikroświata niesłychanie precyzyjne, do zrozumienia budowy powłoki elektronowej wybierzemy prosty poglądowy model Bohra i zastosujemy ten model do opisu najprostszego atomu - jednoelektronowego atomu wodoru.

2.2. Widma atomowe, poziomy energetyczne i widmo atomu wodoru

Nils Bohr zaproponował model przypominający układ planetarny, gdzie dokoła ciężkiego jądra krąży po orbicie kołowej elektron. Odpowiednikiem siły grawitacji jest siła przyciągania kulombowskiego pomiędzy dodatnio naładowanym jądrem i elektronem pełniącym rolę planety. Żeby ułatwić rachunki prowadzące do uzyskania energii wiązania elektronu w atomie wodoru, wprowadzimy trzy pożyteczne wielkości, które są kombinacjami

stałych fizycznych: bezwymiarową stałą struktury subtelnej, a Tic »197MeV • fm oraz energię spoczynkową elektronu mc

tic

0,51 IMeY

-— i kombinację

e

Siła przyciągająca w tym modelu to F_c = —, to siła dośrodkowa w ruchu elektronu

po okręgu o promieniu r i prędkości v. Dla zapewnienia równowagi sił w ruchu po okręgu powinno być spełnione równanie:

(2.1)

Ze² _ mv² r² r