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!

voennyj-stroj
Зачастую на улицах городов мы можем видеть военные...ДАЛЕЕ .....627
vselennaya-v-nashe-vremya
Итак, что можно сказать о сегодняшних масштабах Вселенной,...ДАЛЕЕ .....487
guanchi
Гуанчи – это удивительный народ, очень давно живший на...ДАЛЕЕ .....653
istoricheskie-goroda-rossii
Вернемся к историческим городам. Сложившиеся, как правило, в...ДАЛЕЕ .....803
В этой статье собраны и приведены в систематический порядок...ДАЛЕЕ .....1018
chto-takoe-lyubov-i-kakie-ee-parametry
Параметры любви. Любовь одно из самых сильных...ДАЛЕЕ .....1111
zvezdnyj-gorodok
Если вам интересна космическая тема, советуем поехать на...ДАЛЕЕ .....726
imperatritsa-ekaterina-ii-velikaya
Годы правления  1762-1796   Екатерина...ДАЛЕЕ .....952
natsionalnyj-park-komodo
Индонезийский архипелаг поражает своей уникальной природой....ДАЛЕЕ .....967
razrabotka-mobilnykh-prilozhenij
Базовые принципы разработки мобильных...ДАЛЕЕ .....629
prakticheskaya-normalizatsiya-russkogo-yazyka
Практическая нормализация русского языка началась, в...ДАЛЕЕ .....1000
kakaya-ryba-samaya-bystraya-na-zemle-ryba-parusnik
Рыба парусник - рекордсмен по скорости среди рыб. Как...ДАЛЕЕ .....1367
Длинные, или трубчатые кости. Длина значительно превышает...ДАЛЕЕ .....888
knyaz-svyatopolk-izyaslavich
Годы правления 1093-1112...ДАЛЕЕ .....1047
О создании и освоении новых способов сварки и других способов...ДАЛЕЕ .....1144
dolmeny-rossijskij-analog-stounkhendzha
Когда вы поедете отдыхать в Геленджик, обязательно посетите...ДАЛЕЕ .....1079
samyj-samyj-krokodil
  Самые большие крокодилы   Отличить...ДАЛЕЕ .....1042
komary-zheltaya-likhoradka-i-likhoradka-denge
В тропиках комары являются переносчиками одной из опаснейших...ДАЛЕЕ .....1122
samoobrazovanie-lichnosti
Всю жизнь личность проходит в непосредственном или в...ДАЛЕЕ .....1217
kogda-poyavilis-pervye-akrobaty
Акробат — это человек, который выполняет различные...ДАЛЕЕ .....1169
kogda-chelovek-poproboval-rybnye-palochki-i-kak-ikh-delayut
Интересные сведения о рыбных палочках.   Первыми...ДАЛЕЕ .....1070
roboty
Вначале была пьеса чешского драматурга об искусственном...ДАЛЕЕ .....929
zelenye-dragotsennye-kamni
Зеленый цвет – это цвет не только травы, листьев, но и цвет...ДАЛЕЕ .....976
Заикание   Общение человека, его речь поначалу...ДАЛЕЕ .....1280
trakhejnaya-dykhatelnaya-sistema-u-nasekomykh
Насекомые и ряд других членистоногих обладают...ДАЛЕЕ .....623
i-snova-pro-shubu-greet-ona-ili-net-eksperiment-proyasnyayushchij-etot-vopros
Как-то принято считать, что нет лучшего способа согреться...ДАЛЕЕ .....1157
trapani-sitsilijskij-serp
Факты о городе Трапани (Trapani) Трапани (Trapani) -...ДАЛЕЕ .....1154
genri-ford-interesnye-fakty-iz-zhizni-velikogo-biznesmena
Факты о Генри Форде   Многие американцы...ДАЛЕЕ .....1882
istoriya-videomagnitofona
Видеомагнитофоны и DVD-проигрыватели   На рынке...ДАЛЕЕ .....1112
zvezdnye-gruppirovki-dvojnye-i-kratnye-zvezdy
Наши современные знания позволяют отличить, что звезды...ДАЛЕЕ .....1054