Быстрый поиск

Как ведут себя атомы и их составные элементы

Для понимания того, как происходит квантование энергетических уровней атома, нам придется рассмотреть две части энергии находящегося на орбите электрона — его потенциальную и кинетическую энергии. Потенциальная энергия электрона обусловлена силами притяжения между ним и ядром, а также силами отталкивания между отдельными электронами. Полная потенциальная энергия атома зависит от расстояний между электронами и ядром и между всеми электронами попарно. Поскольку силы, действующие между электронами и ядром, наиболее существенны, они дают основной вклад в потенциальную энергию. Кинетическая энергия электрона зависит только от его скорости. В кинетической энергии электрона также можно выделить две части: одна из них обусловлена движением электрона от ядра или к ядру, вторая — связана с его движением вокруг ядра. Разумеется, движение по некоторым орбитам и соответственно энергия могут целиком сводиться к одному из названных типов, однако обычно они включают обе составляющие.

 

Полная энергия электрона равна сумме кинетической и потенциальной энергий. Если только орбитальное движение электрона не является подлинно круговым с постоянной скоростью, вклады кинетической и потенциальной энергий в его полную энергию меняются от точки к точке. Но полная энергия электрона всегда остается постоянной — изменение кинетической энергии всегда компенсируется изменением потенциальной энергии. Это еще один пример действия закона сохранения энергии. Кинетическая энергия объекта не может принимать отрицательных значений, и равна нулю только в том случае, если объект покоится. Потенциальная энергия может быть как положительной, так и отрицательной. Потенциальная энергия электрона, обусловленная притяжением к ядру, всегда отрицательна; ее абсолютная величина возрастает с приближением электрона к ядру и стремится к нулю, когда электрон удаляется от ядра на большое расстояние. Полная энергия электрона, движущегося по замкнутой орбите, всегда отрицательна. Это можно доказать непосредственно на основе законов механики Ньютона. Электрон, имеющий отрицательную полную энергию, не может отойти от ядра слишком далеко, так как при этом его потенциальная энергия должна была бы возрасти почти до нуля, а кинетическая — оставаться положительной. В результате полная энергия оказалась бы положительной, что противоречит нашему исходному предположению. Поэтому электрон с отрицательной полной энергией должен оставаться на орбите.

 

 

С другой стороны, электрон, обладающий положительной полной энергией, обязательно улетит от ядра на большое расстояние и покинет атом. Такой электрон подобен ракете, которая получила энергию, достаточную, чтобы покинуть сферу притяжения Земли, связанный же электрон напоминает ракету, выведенную на орбиту искусственного спутника. Величина отрицательной энергии находящегося на орбите электрона называется энергией связи. Энергия, необходимая для того, чтобы последовательно удалить все электроны атома, называется полной энергией связи. Чтобы оторвать электрон от атома, ему требуется сообщить энергию, равную (или большую) его энергии связи. Поскольку электроны атома находятся на разных орбитах и энергии связи у них различны, для отрыва разных электронов нужны различные энергии. Минимальная энергия связи и есть энергия ионизации, которая измерялась в опытах Франка — Герца.

 

Согласно законам классической механики, энергия связи электрона изменяется обратно пропорционально его среднему расстоянию от ядра, а средняя кинетическая энергия электрона должна все время оставаться равной его энергии связи. Поэтому из опытов Франка — Герца следует, что среднее расстояние от электрона до ядра и средняя кинетическая энергия орбитального движения электрона могут принимать только определенные значения. Иначе говоря, эти величины, как и полная энергия электрона, квантуются. Подобные выводы расходятся с положениями классической механики, согласно которым электрон может иметь любую кинетическую энергию и находиться на любом среднем расстоянии от ядра.

Рекомендуем почитать!

na-planete-mars-obnaruzhen-perenasyshchennyj-vodyanoj-par
Находка имеет большое значение не только лишь для понимания...ДАЛЕЕ .....877
knyaz-repnin-volkonskij
Начиная рассказ о князе Н. Репнине-Волконском нужно сразу же...ДАЛЕЕ .....818
benito-mussolini
Бенито Муссолини был создателем фашизма - строя, с которым у...ДАЛЕЕ .....1333
provedenie-krestyanskoj-reformy-v-kumykii-v-1860-kh-godakh
В 1860-х годах сословно-поземельная комиссия приступили к...ДАЛЕЕ .....439
kakie-zhivotnye-samye-bystrye
Самые быстрые животные на земле.   Некоторые из них летают по...ДАЛЕЕ .....1068
kto-luchshe-orientiruetsya-zhenshchiny-ili-muzhchiny
А вы знаете, почему мужчины никогда не...ДАЛЕЕ .....857
kakim-obrazom-rastet-derevo
Дерево в природе.    Корневая система...ДАЛЕЕ .....885
chudesa-egipta-piramida-kheopsa
Секрет античных строителей пирамид Гизы уже пятое тысячелетие...ДАЛЕЕ .....1414
oblast-issledovaniya-i-ob-ekt-geograficheskoj-nauki
Имеется группа теоретиков, которая, по видимому, считала...ДАЛЕЕ .....475
vokrug-chudes-sveta
В течении тысячелетий, как на заре, так и в эпоху развития...ДАЛЕЕ .....790
osobennosti-rasseyaniya-nejtrino
  Чтобы понять характерные особенности слабых...ДАЛЕЕ .....298
elektrony-v-tverdykh-telakh
Заложив в 1925 году основы волновой механики, Шредингер...ДАЛЕЕ .....329
podzemnaya-reka-puerto-prinsesa
Юго-восточная Азия хранит огромное количество...ДАЛЕЕ .....1001
slabye-vzaimodejstviya
Взаимодействие, ответственное за распады пиона и мюона,...ДАЛЕЕ .....138
kak-zhili-zhenshchiny-v-drevnej-gretsii
В течение всей своей жизни гречанка подчинялась мужчине...ДАЛЕЕ .....2559
uvelichenie-kolichestva-lda-v-antarktike
Почему Антарктида увеличивается из-за глобального потепления? -...ДАЛЕЕ .....875
Заикание   Общение человека, его речь поначалу...ДАЛЕЕ .....1175
chto-takoe-nejtralnye-zony-kosmos
Такие зоны, изолированные внешним давлением, могут...ДАЛЕЕ .....722
starets-rasputin
Похождения Распутина с удовольствием комментировала пресса -...ДАЛЕЕ .....967
obuchenie-i-vospitanie-detej-drevnikh-rimlyan
Юные римляне получали более или менее основательное...ДАЛЕЕ .....1150
greet-li-shuba
Все привыкли считать, что самой теплой верхней одеждой...ДАЛЕЕ .....1979
samye-dlinnye-nogti-v-mire
1.Ли Редмонд     Ли Редмонд,...ДАЛЕЕ .....819
khishchnye-griby
О существовании хищных растений знают многие, но немногие...ДАЛЕЕ .....449
prazdnovanie-ivana-kupaly-yarkij-letnij-ritual-aktualnyj-po-sej-den
При безграничном разнообразии праздников одновременно радует...ДАЛЕЕ .....460
petra-kamennyj-gorod
Современная территория Иордании до сих пор хранит жемчужину...ДАЛЕЕ .....872
atmosfernye-osadki
Процесс сгущения водяного пара в атмосфере, как мы видели,...ДАЛЕЕ .....456
chto-takoe-shabash-i-vedma
Ведьмы и шабаши. В современном понимании это собрание колдунов...ДАЛЕЕ .....1096
arbuz-eto-yagoda-ili-net
По какой причине арбуз является ягодой По настоящему арбузный...ДАЛЕЕ .....966