Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 11/20 Struktury atomowe i molekularne (cząsteczkowe) atomowe i molekularne (cząsteczkowe)

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 11/20 Struktury atomowe i molekularne (cząsteczkowe) atomowe i molekularne (cząsteczkowe)"— Zapis prezentacji:

1 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 11/20 Struktury atomowe i molekularne (cząsteczkowe) atomowe i molekularne (cząsteczkowe) Podstawowy składnik materiałów - atom, jon, cząsteczka (pojedyncze atomy/cząsteczki, gazy, kryształy, ciecze, materiały amorficzne...) Opis i zrozumienie możliwe dzięki: - fizyce a) kwantowej b) atomowej c) molekularnej d) fazy skondensowanej - chemii [ a), b), c),...] Plan wykładu: I.Struktura atomów i cząsteczek II.Oddziaływanie atomów (molekuł) z promieniowaniem EM III.Główne metody badania struktur atom.-mol. Materiały do wykładu (prezentacje + zadania) w internecie: IF UJ  Zakład Fotoniki Kwantowa fizyka - podstawa inżynierii stanów kwantowych (komputery kwantowe, kryptografia kwantowa) Optyka i elektronika kwantowa + „material science” – podstawa fotoniki (zastosowanie światła do przekazu i PRZETWARZANIA informacji)

2 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 12/20 Zalecane podręczniki:  H. Haken, H. Ch. Wolf „Atomy i kwanty”, PWN, 2002 (2 wyd.)  H. Haken, H. Ch. Wolf „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN,  Paweł Kowalczyk „Fizyka cząsteczek. Energie i widma”, PWN,2000.  I.W. Sawieliew „Kurs Fizyki, t.3”, PWN,  R. Eisberg, R. Resnick „Fizyka kwantowa”, PWN, wybrane artykuły w czasopismach „Postępy Fizyki”, „Świat Nauki”, strony internetowe, itp..  W. Demtröder „Spektroskopia laserowa”, PWN,  Bernard Ziętek, „OPTOELEKTRONIKA”, Wyd.UMK, Toruń 2004

3 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 13/20 Widmo wodoru obserwacje: 1802 Wollaston, 1814 Fraunhofer – widmo słoneczne 1884 Balmer – 4 linie z widma Fraunhofera; = (9/5)k, (4/3)k, (25/21)k, (9/8)k, gdzie k=364,56 nm  serie widmowe  = 1/ = (1/4 – 1/n 2 ) 1889 Rydberg  = C(1/n 2 – 1/m 2 ) Geneza rozwoju fizyki atomowej - poszukiwanie wytłumaczenia danych doświadczalnych (analiza widmowa: linie Fraunhofera w widmie słonecznym, dyskretne widma źródeł światła laboratoryjne i astronomiczne) - rozwój techniki pomiarowej (nowe dane): pryzmat (Newton), spektrometry: pryzmat., siatkowe ( Fraunhofer), interferometry, lasery,...

4 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 14/20 dośw. Ernsta Rutherforda (~1910) Nobel 1908 (Chemia) źródło cząstek  (jądra He)  detektor cząstek  Folia metal. rozproszenie: cząstka naładowana  odpychające oddziaływanie kulombowskie silne wsteczne rozprosz.  silne oddz.  silne pola  ładunek ~ punktowy brak odrzutu atomów folii  ładunki rozpraszające w ciężkich „obiektach” ~ cała materia folii skupiona w ciężkim jądrze atomy = ciężkie jądra naładowane dodatnio o b. małych rozmiarach (~ m << rozmiar atomu ~ m ) Początek „nowożytnej” f. atomowej

5 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 15/20 model Bohra:  stacjonarne stany elektronu w atomie, w których elektron nie promieniuje; m  r=nħ (ħ=h/2  ) 2.zmiana stanu zachodzi skokowo przez absorpcję (emisję) promieniowania o częstości =(E 1 -E 2 )/h konsekwencje:  n  0 n  0  n = Z  0 /n  0 = e 2 /ħ E n n 2 K 2 K  E n = - (Z 2 /n 2 K 2 )E I E I = Kme 4 /2ħ 2 = en. jonizacji = 13,6 eV RK 2 stała Rydberga: R = K 2 me 4 /2ħ 2 r n n 2 a 0 a 0 r n = n 2 a 0 /Za 0 = ħ 2 /me 2 = 0,052 nm (0,52 Å) Niels Bohr ( ) Nobel 1922 K K  1/(4  0 ) Postulaty:

6 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 16/20 sens poziomów Bohra  postulat Bohra nie tłumaczy stabilności atomów jako stanów stacjonarnych (odpowiadających minimum energii) klasycznie całkowita energia E = T klas + V klas T klas = ½ m  2 = | równowaga sił: m  2 /r 0 = e 2 /r 0 | = ½ e 2 /r 0 E = - ½ e 2 /r 0 V klas = - e 2 /r 0 E(r 0 ) 0.  głęboki dół potencjał – elektron spada na jądro!

7 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 17/20 V= -e 2 /r najkorzystniej gdy r  0, Stabilność atomu wg. mechaniki kwantowej:  ale relacja nieokreśloności wymaga, że gdy el. zlokalizowany w obszarze o promieniu r 0,  r  r 0,  p  ħ/r 0 (niezerowy pęd)  gdy pęd niezerowy, niezerowa en. kinetyczna T  T min = (  p) 2 /2m = ħ 2 /2mr 0 2  E = T + V minimum E min = T min + V występuje dla r 0 = ħ 2 /me 2 = a 0  stabilny atom T min V r 0 a0a0

8 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 18/20  z mechaniki kwantowej wiemy, że  r  p  ħ aby klasyczne orbity i kręt miały sens trzeba  p << p,  r << r, czyli (  r/r)(  p/p) << 1 postulaty Bohra sprzeczne z dotychczasową fizyką elektron krążący emituje (przyspieszane ładunki promieniują ) i powinien spaść na jądro sprzeczność   ale  r  p  ħ  (  r  p)/rp  ħ/rp mvr = pr = nħ, czyli (  r  p)/rp  1/n  nie można mówić o zlokalizowanych orbitach (w sensie klas.) (chyba że n>>1 – stany rydbergowskie) - pojęcie orbity ?

9 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 19/20 Mechanika kwantowa o poziomach energetycznych atomu atomy z Z elektronami w mechanice kwantowej H CM =p 2 /2  - K Ze 2 /r   m e M/(m e +M), K  1/(4  0 ) C/r C/r potencjał kulombowski i centralny  + 2  /ħ(E-C/r)  z założenia centralności  możliwość faktoryzacji na część radialną i kątową  r,  R(r)Y(  ) warunki rozwiązalności  3 liczby kwantowe: n = 1, 2,... l = 0, 1, 2,..., n-1 -l  m  l równ. Schrödingera:

10 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 110/20 n rozwiązanie części radialnej: E n =-  C 2 /2 ħ 2 n 2 =-Z 2 /n 2 Rhc R = K 2 me 4 /2ħ 2 - stała Rydberga (najdokładniej wyznaczona stała fundamentalna) Rhc = 13,6 eV - energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym 14 eV ,5102, , , , seria Balmera seria Lymana s. Paschena Bracketta Pfunda n=2 n=1 n=3 n=4 n=5 n=  Fizyczna interpretacja liczb kwantowych

11 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 111/20 l, m rozwiązanie cz. kątowej: Y l, m ( ,  )  e im   ciągłość f. fal. wymaga by całkowita wielokrotność zmieściła się na obwodzie orbity (prom. D)  kwantyzacja: 2  D=m  dł. fal materii (de Broglie) =h/p t (p t - skł. styczna p) p t D = L z = m ħ skł. krętu może mieć tylko wartości skwant.: L z =0,  ħ,  ħ,  ħ,...  skwantowana też długość L (wartość L 2 ): l(l +1) ħ 2

12 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 112/20 Funkcje falowe liczba przejść R n l przez zero=n- l -1 prawdopod. radialne P(r)dr=|R| 2 r 2 dr a) radialne

13 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 113/20 Funkcje falowe P(  )=|Y(  )| ważne dla zachowania się atomów w zewnętrznych polach i dla zrozumienia symetrii cząsteczek b) kątowe

14 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 114/20 Wiązania chemiczne a) kowalencyjne (np. H 2 +, H 2 ) b) jonowe przykład: H 2 O


Pobierz ppt "Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06, Wykład 11/20 Struktury atomowe i molekularne (cząsteczkowe) atomowe i molekularne (cząsteczkowe)"

Podobne prezentacje


Reklamy Google