Критика модели атома по Бору

Билет1

Химия есть наука о веществах, их свойствах и превращениях. Она является важнейшей областью современного естествознания.
Место химии в системе естественных паук определяется специфичной только для нее формой движения материи. Химическая форма движения материи определяется движением атомов внутри молекул, протекающим при качественном изменении молекул. Атомы, молекулы, макромолекулы, ионы, радикалы, а также и другие образования являются материальными носителями химической формы движения материи. Ассоциация и диссоциации молекул также следует отнести к химической форме движения молекул. Химическая форма движения качественно неисчерпаема, бесконечна в своих проявлениях.
В природе и в искусственных условиях приходится постоянно наблюдать взаимосвязь между всеми естественными науками (физика, химия, биология, геология математика и др.). Химия, физика, биология широко пользуются методами и понятиями выработанными физикой; расшировка сложных биологических образований возможна лишь при участии химии, математики и биологии.

Предмет химии, методы исследования химических явлений. Значение химии для формирования мировоззрения, изучения природы и развития техники.

Изучение природы составляет задачу естественных наук, к которым относится и химия. Химия — это наука об элементах и образуемых ими соединениях, наука о строении, свойствах и химических превращениях этих соединений.
Образование и разрушение химических соединений, изменение их состава и структуры связано химической формой движения материи. Химия занимается изучением химической формы движения материи, взаимосвязью и взаимопереходами между нею и другими формами движения мaтерии. Отсюда следует, что химия тесно связана с физикой, биологией, геологией и другими науками. Это отражает одно из основных положений диалектического материализма о всеобщей связи и взаимодействии явлений в природе и обществе.
Химия играет огромную роль в жизни современного общества. Химия вторгается во все области науки, техники, производства, сельского хозяйства, быта, внося революционные преобразования в привычные процессы и методы, экономя труд, средства, время и материалы, увеличивая народное богатство. Сейчас особенно подтверждаются слова великого русского ученого М. В. Ломоносова: „Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие
Преподавание химии в высших учебных заведениях имеет своей задачей не только сообщить студенту определенный комплекс химических знаний и подготовить его к изучению целого ряда специальных дисциплин, но и способствовала развитию у студента диалектико-материалистического мировоззрения.
Химия является не только общеобразовательной, но и общетехнической наукой. Инженер, работающий в любой отрасли промышленности, должен владеть основами химической науки.

Билет2

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы.

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 110 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.

Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе. Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N.

Изотопы - химические элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми числами за счет разного числа нейтронов в ядре.

Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле). Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.

Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам. Простые вещества- молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента.

Cложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов.

Международная единица атомных масс равна ¹/₁₂ массы изотопа ¹²C - основного изотопа природного углерода.

1 а.е.м = ¹/₁₂ • m (¹²C) = 1,66057 • 10^-24 г

Относительная атомная масса (A_r) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к ¹/₁₂массы атома ¹²C.

Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.

A_r(Mg) = 24,312

m _(Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10^-24 = 4,037 • 10^-23 г

M_г = S A_г(э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.

Число Авогадро ди Кваренья (N_A). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 • 10²³. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль^-1).

Пример.

Сколько молекул содержится в 6,4 г серы?

Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы:

n(s) = m(s) / M(s) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль

Определим число структурных единиц (молекул), используя постоянную Авогадро N_A

N(s) = n_(s) • N_A = 0,2 • 6,02 • 10²³ = 1,2 • 10²³

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M).

M = m / n

Эквивалент вещества или Эквивалент — это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода вионообменных реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях^[1][2].

В результате работ И. В. Рихтера (1792—1800) был открыт закон эквивалентов:

§ все вещества реагируют в эквивалентных отношениях.

§ формула, выражающая Закон эквивалентов: m₁Э₂=m₂Э₁

Билет3

Постулаты

§ Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам для которых момент импульса квантуется: , где n — натуральные числа, а — постоянная Планка. Пребывание электрона на орбите определяет энергию этихстационарных состояний.

§ При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии hν = E_n − E_m, где E_n;E_m —энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.

Используя данные постулаты и законы классической механики, Бор предложил модель атома, ныне именуемую Боровской моделью атома^[1]. В дальнейшем Зоммерфельд расширил теорию Бора на случай эллиптических орбит. Её называют моделью Бора-Зоммерфельда.

Уравнение Де Бройля

Утверждение о том, что произведение неопределенностей значений двух сопряженных переменных не может быть по порядку меньше постоянной Планкаh,называетсясоотношением неопределенностей Гейзенберга.

Критика модели атома по Бору

Прежде всего, теория Бора оказалась совершенно неспособной окончательно уточнить природу излучения, возникающего при переходах внутриатомных электронов из одного стационарного состояния в другое. Разумеется, она позволяет определить частоту излучения. Однако для полного описания процесса этого еще недостаточно. Необходимо знать также интенсивность излучения и его поляризацию. Но на эти вопросы теория Бора не дает никакого ответа. И в этом смысле она оказывается гораздо более несовершенной, чем классическая теория излучения. Бор отлично сознавал этот недостаток своей теории и попытался устранить его, предложив в 1916 г. известный принцип соответствия.

Но даже помимо этого у теории Бора есть еще слабые места. В частности, в ней одновременно используются чисто классические понятия и формулы и квантовые. Так, например, вначале внутриатомные электроны рассматриваются как материальные точки (как они понимаются классической механикой), движущиеся под действием кулоновых сил по вполне определенным орбитам, а атом представляется в виде миниатюрной солнечной системы чрезвычайно малых размеров. Затем в эту чисто классическую схему извне вводятся совершенно чуждые ей условия квантования и утверждается, что среди бесконечного многообразия различных траекторий, не противоречащих уравнениям классической динамики, устойчивы и физически реализуются лишь те из них, которые удовлетворяют условиям квантования.

Стационарное уравнение Шрёдингера Функция удовлетворяет уравнению:

квантовые числа Главное (радиальное) квантовое число — целое число, обозначающее номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Является первым в ряду квантовых чисел, который включает в себя главное, орбитальное и магнитное квантовые числа, а также спин. Эти четыре квантовых числа определяют уникальное состояние электрона в атоме (его волновую функцию). Главное квантовое число обозначается как n. При увеличении главного квантового числа возрастают радиус орбиты и энергия электрона.Главное квантовое число равно номеру периода элемента.

Орбитальное (азимутальное) квантовое число — в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее азимутальное распределение амплитуды волновой функции электрона в атоме, то есть форму электронного облака. Определяет подуровень энергетического уровня, задаваемого главным (радиальным) квантовым числом n и может принимать значения

Поскольку орбитали атома становятся «видны» только в магнитном поле, очередное квантовое число, записывающее «адрес» орбитали в атоме, назвали магнитным квантовым числом m

Спин (от англ. spin — вертеть[-ся], вращение) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют также собственный момент импульса атомного ядра или атома; в этом случае спин определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике) спинов элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих частиц, обусловленных их движением внутри системы.