Номер 5, страница 176 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 49. Теория атома водорода. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 5, страница 176.

5. Какие энергетические состояния электрона в атоме называют связанными; свободными? Кратко охарактеризуйте их.

Энергетические состояния электрона в атоме делятся на два типа в зависимости от его полной энергии и характера связи с ядром.

Связанные состояния

Связанными называют такие состояния, в которых электрон находится под действием притягивающего поля ядра и является частью атома. Он не может самопроизвольно покинуть атом. Для того чтобы электрон перешел в свободное состояние, ему необходимо сообщить дополнительную энергию, равную или большую энергии ионизации.

Краткая характеристика:

1. Полная энергия электрона в связанном состоянии отрицательна ($E < 0$). Условно принимается, что потенциальная энергия электрона, бесконечно удаленного от ядра, равна нулю. Отрицательное значение полной энергии означает, что система "ядро-электрон" является устойчивой, и для разрыва этой связи нужно совершить работу.
2. Энергия электрона квантована, то есть может принимать только определенные, дискретные значения. Эти значения соответствуют стационарным энергетическим уровням (орбиталям) в атоме.
3. Электрон локализован в пространстве. Это означает, что вероятность его обнаружения максимальна в некоторой ограниченной области вблизи ядра.

Ответ: Связанными называют состояния электрона в атоме, в которых он притягивается ядром, имеет отрицательную полную энергию ($E < 0$) и может существовать только на дискретных (квантованных) энергетических уровнях.

Свободные состояния

Свободными называют такие состояния, в которых электрон не связан с каким-либо конкретным атомом и может свободно перемещаться в пространстве. Это происходит, когда полная энергия электрона достаточна для преодоления кулоновского притяжения ядра.

Краткая характеристика:

1. Полная энергия свободного электрона является положительной или равной нулю ($E \ge 0$). Если $E = 0$, электрон покинул атом, но не имеет избыточной кинетической энергии. Если $E > 0$, электрон не только покинул атом, но и движется с некоторой кинетической энергией.
2. Энергетический спектр свободного электрона является непрерывным. Это означает, что его энергия может принимать любое значение в диапазоне от нуля и выше.
3. Электрон не локализован. Он движется как свободная волна (волновой пакет) и не привязан к конкретной точке в пространстве.

Ответ: Свободными называют состояния электрона, в которых он не связан с атомом, имеет неотрицательную полную энергию ($E \ge 0$) и может обладать любой энергией из непрерывного спектра.