I.7 Химическое действие света

Фотохимическая реакция - реакция, возбуждаемая действием света. Важнейший природный фотохимический процесс - фотосинтез. Основная область практического использования - фотография.

II. Атомная физика

II.1 Модель атома Дж. Дж. Томсона (“пудинг с изюмом”)

Атом представляет собой положительно заряженную сферу, в которую вкраплены отрицательно заряженные частицы - электроны.

II.2 Модель атома Резерфорда (планетарная модель)

На основании опытов по рассеянию a-частиц тонкой металлической фольгой Резерфорд предложил следующую модель атома:

- весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в маленьком ядре (диаметр порядка 10^{-14 м}) (“солнце”)

- ядро окружено вращающимися вокруг него отрицательно заряженными электронами (“планеты”)

- размер атома порядка 10^{-10 м}, большая часть пространства в атоме является “пустой”

- нейтральность атомов обеспечивается равенством отрицательного заряда электронов и положительного заряда ядра

На основании этой модели необъяснимы:

1. Стабильность атомов (ускоренно движущийся электрон должен все время излучать электромагнитные волны, терять энергию; в результате, за время порядка 10^-8 с он должен упасть на ядро)

2. Линейчатые спектры излучения атомов (частота излучения атома должна быть равна частоте обращения электрона, а она (см. п. 1) все время изменяется из-за потерь энергии на излучение)

II.3 Модель атома Бора

Для исправления недостатков планетарной модели Бор предложил теорию атома водорода, основанную на следующих постулатах:

1. Электрон обращается вокруг протона в атоме водорода, совершая равномерное движение по круговой орбите под действием кулоновской силы и в соответствии с законами Ньютона.

* 2. Из всех возможных орбит являются разрешенными только те, для которых момент импульса электрона равен целому числу, умноженному на h / (2p), т.е.

, n = 1, 2, 3, ...

где h - постоянная Планка

3. При движении электрона по разрешенной орбите атом не излучает энергию.

4. При переходе электрона с одной орбиты с энергией Е_i на другую орбиту с энергией Е_j(Е_i>Е_j) излучается фотон с частотой

5. При поглощении фотона электрон переходит с орбиты с меньшей энергией на орбиту с большей энергией.

Планк “квантует” энергию излучателей, Эйнштейн - излучаемый свет. Бор соединил оба эти представления: представление о световом кванте заключено в боровском условии частот, планковское представление о квантовых состояниях излучателя - в квантовых условиях для стационарных орбит электронов в атоме.

II.3а Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Лазер (оптический квантовый генератор, ОКГ) - источник оптического когерентного излучения, действие которого основано на усилении света в результате индуцированного излучения атомов. Излучение лазера характеризуется высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Индуцированное излучение - процесс испускания электро-магнитных волн возбужденными атомами под действием вынуждающего излучения. Частота, фаза, поляризация н направление испускаемого и вынуждающего излучения совпадают.

II.4 Волны де Бройля

Гипотеза де Бройля:

Если световые волны имеют корпускулярную природу, то и частицы (например, электрон) должны проявлять волновые свойства:

Если для фотона Е = hn = mc² = pc Þ p = h / l, то и любой частице можно поставить в соответствие волновой процесс с частотой n = Е / h и длиной волны l = h / p.

* II.5 Матричная механика Гейзенберга

Характерной особенностью величин, играющих главную роль в теории строения атома, является их попарная связь между собой и невозможность одновременного точного указания обеих, связанных таким образом величин. Математические правила, с помощью которых можно производить выкладки с такого рода величинами составляют содержание матричной механики.

* II.6 Волновая механика Шредингера

Путем обобщения идей де Бройля можно построить системы стоячих волн, амплитуды которых вполне правильно изображают вероятность нахождения электрона в различных точках вблизи ядра. Таким путем может быть построена волновая механика атома, вполне эквивалентная матричной механике Гейзенберга.