Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

TEORIE BUDOWY 

ATOMU

Teorie  budowy  atomu.  Miejsce  i  rola  teorii  w  nauce. 
Wpływ  wyników  doświadczalnych  na  rozwój  teorii  budowy 
atomu:  promieniowanie  katodowe  i  kanalikowe  -  model 
Thompsona,  doświadczenie  i  model  atomu  Rutherforda. 
Teoria  kwantów  Plancka  -  model  Bohra.  Dwoistość  natury 
światła  (Einstein)  i  materii  (de  Broglie))  –  opis  falowy 
elektronu. 

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Teoria w nauce

 - zbiór praw, definicji i hipotez 

rzeczowo i logicznie powiązanych w całość; 
wiedza tłumacząca jakąś dziedzinę zjawisk, w 
odróżnieniu od praktyki, z którą jednak pozostaje 
w związku.

Słownik Wyrazów Obcych – W. Kopalińskiego

TEORIA – gr. theōría - oglądanie; kontemplacja; rozważanie

TEORIA – uogólnienie, podsumowanie, wyjaśnienie i 

wyciągnięcie wniosków z danych 
doświadczalnych

TEORIA – przewidywanie nowych zjawisk, proponowanie i 

projektowanie doświadczeń sprawdzających 
postulowane zjawiska.

TEORIA – weryfikowanie wyników i przewidywań przez 

odpowiednie doświadczenia. 

TEORIA – szczególna rola w obszarach niedostępnych do 

bezpośredniej obserwacji, np.: 

świat atomów

.

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

BUDOWA ATOMU –

TEORIA 

A

 

RZECZYWISTOŚĆ

I. Demokryt (460 – 370 p.n.e) – materia „ciągła” lub „nieciągła”- 

atomy

 ?

II. John Dalton (1766 – 1844) – 

atomistyczna teoria materii

Wyjaśnienie praw:

- prawo stosunków stałych

- prawo stosunków wielokrotnych (1804)
- prawo zachowania masy

Atomy są nieskończenie pod względem wielkości i ilości, 
a  poruszają  się  we  wszechświecie  ruchem  wirowym;  w 
ten sposób powstają wszystkie ciała złożone, jak ogień, 
woda,  powietrze,  ziemia;  albowiem  i  one  są 
konglomeratami  określonych  atomów.  Atomy  dzięki 
swej 

masywności 

nie 

podlegają 

jakiemukolwiek 

oddziaływaniu i są niezmienne. Słońce i księżyc składają 
się z atomów gładkich i okrągłych, podobnie jak dusza.   
                                         

(wg. Diogenesa)

– związki chemiczne powstają poprzez łączenie się 

atomów różnych pierwiastków. 

– atomy poszczególnych pierwiastków różnią się między 

sobą masą - za jednostkę masy atomów J. Dalton 
przyjął masę atomu wodoru. 

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

III. Joseph John Thomson (1856 – 1940) –

 

w atomach są elektrony (1897)

Przepływ prądu przez rozrzedzony 
gaz

Doświadczenie: badanie promieni katodowych 

w polu elektrycznym i magnetycznym

K

K

A

A

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

III. Joseph John Thomson (1856 – 1940) –

 

w atomach są elektrony (1897)

Teoria Thomsona

- elektrony

Wpływ pola magnetycznego na promienie katodowe

Eugen Goldstein (1886)

A

K

Promienie 

kanalikowe, ciężkie, 

dodatnio 

naładowane cząstki

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

IV. Ernest Rutherford (1871 – 1937) –

 

jądro atomu

Doświadczenie: Badanie przechodzenia promieni

 α 

przez cienką folię ze złota.

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

IV. Ernest Rutherford (1871 – 1937) –

 

jądro atomu

Wyjaśnienie: (wg Rutherforda) „ Zakładam, że atom składa się z 
dodatnio naładowanego jadra o małych rozmiarach… Jadro jest 
otoczone przez elektrony, aby atom jako całość był obojętny 
elektrycznie.” 
                              [

E.Rutheford,  The structure of the Atom, Phil. Mag. 27 

(1914) 488.

]

Doświadczenie: Badanie przechodzenia promieni

 α 

przez cienką folię ze złota.

1 / ~20 000

 

 

H

2

O

Porównanie rozmiaru jądra z rozmiarem atomu i cząsteczki

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

 

 

H

2

O

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

 

 

Wykład 15 – 

CHEMIA JĄDROWA

 

 

Wykład 15 – 

CHEMIA JĄDROWA

 

 

Wykład 15 – 

CHEMIA JĄDROWA

Jak daleko stąd są jądra atomów wodoru?

~7 cm (wielkość pięści)

 

 

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

V. Niels Bohr (1885 – 1962) –

 

planetarny model budowy atomu

Problem:  Dlaczego ujemnie naładowane 

elektrony nie spadną na dodatnie 
jądro?

Rozwiązanie: Elektrony krążą wokół jądra, 

podobnie jak planety wokół 
Słońca

2

2

r

e

Ze

r

v

m

e

e





siła

Coulomba

siła

odśrodkowa

=

Problem:  Krążący elektron 

powinien 
wypromieniowywać 
energię
i po spirali spaść na 
jądro.

Rozwiązanie: 

Kwantowanie 

energii

WARUNEK RÓWNOWAGI SIŁ:

+

–

–

–

–

–

–

–

 

 

Rozwiązanie: Pochłanianie lub 

emisja energii odbywa się 
wyłącznie małymi porcjami 
(KWANTAMI 

ε 

) 

proporcjonalnymi do częstości 

ν

 promieniowania

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

VI. Max Planck (1858 – 1947) –

 

teoria kwantów

Problem:  Jaka funkcja matematyczna opisuje 

promieniowanie ciała doskonale 
czarnego?





h























1

4

2

kT

e

c

E









Wzór zgadza się z doświadczeniem gdy:

h = 6,62·10

–34

 J·sek

Stała Plancka

E

λ

[μm]

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

VI. Niels Bohr (1885 – 1962) –

 

stacjonarny model atomu (1913)

Krążący elektron powinien 
wypromieniowywać energię i po spirali 
spaść na jądro.

Elektron w atomie może przebywać tylko w 
określonych stanach stacjonarnych, krążąc po 
jednej z orbit o promieniu

 

r

 

spełniającym 

warunek:



2

h

n

vr

m

M

e





h

 – stała Plancka

m

e

 – masa elektronu

Nierozwiązany problem:

Pierwszy postulat Bohra:

r

v

→

M = r 

x 

vm

→

→

z

n

 – liczba kwantowa = 1, 2, 3...

M – orbitalny moment pędu elektronu

 

 

–––

ENERGIA układu PROTON – ELEKTRON

w modelu Bohra

zał. = 0



E

1

-3,4

E

3

E

2

n =2

n =3

0

r

1

r

2

r

3

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

r 

[pm]

E = ?

E

[eV]

-1,5

-13,6

n =1

53

2

n

n

1

E 

2

n

r 

212 

477

║

║

║

+

Poziomy

energetyczne

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

VI. Niels Bohr (1885 – 1962) –

 

stacjonarny model atomu (1913)

Elektron przeskakując na inną orbitę, 
pochłania lub wypromieniowuje kwant równy 
różnicy jego energii na orbicie początkowej i 
końcowej.  

2

n

n

1

E 

E

n

 – energia elektronu o liczbie 
kwantowej 

n

ε = hν = E

p

 

–E

k

Drugi postulat Bohra:

E

p

E

k

ε

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Model atomu Bohra wyjaśnił 

widmo promieniowania wodoru

E

n

2

n

n

1

E 

E=hν=c/λ

E

Wady modelu Bohra:- brak zgodności z doświadczeniem dla atomów cięższych

- niemożność opisu wiązania chemicznego i budowy cząsteczek

Widmo światła białego

Widmo wodoru

λ

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

DWOISTOŚĆ ( dualizm) NATURY ŚWIATŁA I MATERII

Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego

(nagroda Nobla 1921)

E = h 

ν

VII. Albert Einstein (1879 – 1955) –

 

kwantowa natura światła

Wniosek:  Promieniowanie 

elektromagnetyczne 
jest strumieniem kwantów o 
energii:

Wybicie elektronu z metalicznego 

potasu wymaga energii 2,0 eV

E

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Efekt Comptona

Oddziaływanie promieniowania z elektronami

(nagroda Nobla 1927)

VIII. Arthur H. Compton (1892-1962) – 

korpuskularna natura światła

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Efekt Comptona

Oddziaływanie promieniowania z elektronami

(nagroda Nobla 1927)

VIII. Arthur H. Compton (1892-1962) – 

korpuskularna natura światła

Wniosek: Kwantowi promieniowania można 

przypisać pęd, tak jak cząstce (fotonowi) o 
masie 

m

f

 

poruszającej się z prędkością 

światła 

c



h

c

m

p

f

f





 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Dualizm korpuskularno - falowy

[Praca doktorska 1924]

(nagroda Nobla 1929)

Postulat: Z ruchem każdej cząstki o masie 

m

 i prędkości 

v 

(pędzie 

p

)

 

związana jest fala o długości 



 

równej:

IX. Louis de Broglie (1892-1987) – 

fale materii

Problem: Jeżeli promieniowaniu przypisuje się 

również naturę korpuskularną (foton, pęd), to 
czy cząstkom (np. elektronom) można również 
przypisać naturę falową?

p

h

mv

h







h – stała Plancka
p – pęd cząstki

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

 Dyfrakcja była zgodna z równaniem 

Braggów

n 



 = 2d sinΘ

Clinton 

Joseph 

Davisson 

1881 - 

1958

Lester 

Halbert 

Germer 

1896 - 

1971

Kryształ 

niklu

Wysokie 

napięcie

Źródło 

elektronów

Detektor

X. C.J. Davisson i L.H. Germer – 

dyfrakcja elektronów; potwierdzenie 

doświadczalne hipotezy de Broglie’a

W 1927 roku, Davisson i Germer 
zaobserwowali
dyfrakcję elektronów na powierzchni 
niklu.

Θ

d



dla długości fali 



 przewidzianej 

równaniem de Broglie’a



 = h /m v = h / p

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Potwierdzenie doświadczalne hipotezy de Broglie’a

Dyfrakcja po przejściu przez folię aluminiową:

promieni Röntgena

wiązki elektronów

X. George P. Thomson (1892-1975) (syn J.J. Thomsona) 

– 

przejście wiązki elektronów przez folie 

metalowe

Dyfrakcja 

i interferencja 

promieniowa

nia 

przy przejściu 

przez 

szczeliny

 

 

Wykład 5 – TEORIE BUDOWY ATOMU

Podsumowanie:

.

Dalton (1803)

atom

Thomson (1904)

 

ładunki „+” i „–”

Rutherford (1911)

 

jądro atomu

Bohr (1913)

 

model stacjonarny

 

Schrödinger (1926)

 

falowy opis 

elektronu w atomie

następny 

wykład

następny 

wykład