FIZYKA ATOMOWA i MOLEKULARNA Andrzej Wojtowicz pokój 331 konsultacje wtorek 12.00 – 14.00 www.fizyka.umk.pl/~andywojt

LITERATURA i materiały pomocnicze H.E. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards, Wstęp do fizyki atomowej, PWN, Warszawa 1983 H. Haken, H.C. Wolf, Atomy i kwanty, PWN, Warszawa 2002 Richard P. Feynman, Feynmana wykłady z fizyki. T. III D. Halliday, R. Resnick, J. Walker Podstawy fizyki, t. 5, rozdz. 39, 40, 41 Andrzej Wojtowicz: www.fizyka.umk.pl/~andywojt

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ Richard P. Feynman, Feynmana wykłady z fizyki T. I rozdz. 37 i 38 T. III rozdz. 3 i 7

PLAN WYKŁADU Atomowa struktura materii Elektryczność, a atomowa struktura materii Korpuskularny charakter promieniowania elektromagnetycznego Falowy charakter cząstek materialnych Proste modele atomu Atom wodoru w mechanice kwantowej Atom wodoru i jony wodoropodobne; atomy wieloelektronowe; układ okresowy; widma atomów metali alkalicznych Momenty magnetyczne i poprawki energetyczne do struktury energetycznej atomu wodoru

PLAN WYKŁADU Struktura subtelna w atomie wodoru; oddziaływanie spin – orbita, struktura nadsubtelna Funkcje falowe elektronu w atomie wodoru z uwzględnieniem spinu, składanie momentów pędu Zasada Pauliego; atom helu Rozszczepienie subtelne, oddziaływanie spin-orbita, sprzężenie L – S Sprzężenie j – j, reguły wyboru, zjawisko Zeemana. Promieniowanie X a energetyczna struktura atomów Cząsteczki; wiązania chemiczne

Atomowa struktura materii Elektryczność, a atomowa struktura materii WYKŁAD 1 Atomowa struktura materii Elektryczność, a atomowa struktura materii

Atomowa struktura materii Demokryt i Szkoła Epikurejska (atomy) atomos (niepodzielny) Arystoteles i Stoicy (ciągłość przestrzeni i materii, cztery elementy: gorąco, zimno, suchość i wilgoć) Rozwój alchemii i chemii (2 połowa XVIII wieku)

Atomowa struktura materii; wkład chemików: Joseph Priestley: podgrzewając HgO, tlenek rtęci, otrzymał tlen, odkrył także amoniak, tlenek węgla, chlorowodór, kwas siarkowy, tlenek siarki, tlenek azotu, wodę sodową Antoine Lavoisier; pierwiastki chemiczne „ostatnie stadium osiągalne przez analizę”, zachowanie materii (tlen i wodór, woda) DALTON PLAYHOUSE http://web.visionlearning.com/dalton_playhouse/ad_loader.html

1799, J.L. Proust, prawo stałych stosunków: „stosunek ciężarów pierwiastków w określonym związku chemicznym jest wielkością stałą, niezależną od warunków w jakich ten związek otrzymano” John Dalton, prawo stosunków wielokrotnych: „jeśli dwa pierwiastki chemiczne A i B łączą się ze sobą na dwa lub więcej sposobów tworząc związki C i D, to przy utrzymywanej stałej masie pierwiastka A, masy pierwiastka B w różnych związkach pozostają do siebie w stosunku prostych liczb całkowitych”

2 objętości wodoru + 1 objętość tlenu = 2 objętości pary wodnej Gay-Lussac: „jeśli gaz A łączy się z gazem B tworząc gaz C, bez zmiany temperatury i ciśnienia, wówczas stosunki objętości gazów A, B i C pozostają do siebie w stosunku prostych liczb całkowitych” 2 objętości wodoru + 1 objętość tlenu = 2 objętości pary wodnej 1 objętość azotu + 3 objętości wodoru = dwie objętości amoniaku

Avogadro, 1811 (problem małych cząsteczek, kontrowersja pomiędzy Daltonem i Gay-Lussac’iem) Avogadro postulował istnienie atomów i cząsteczek, stanowiących najmniejszą ilość danego ciała, występującą w przyrodzie, zaproponował także prawo Avogadry: „w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem jednakowe objętości wszystkich gazów zawierają tę samą liczbę cząsteczek” Azot, tlen, wodór składają się z dwuatomowych cząsteczek. Cząsteczka wody musi się składać z dwóch atomów wodoru i jednego tlenu

Wczesne argumenty fizyczne: Ruchy Browna, kinetyczna teoria gazów, prawa elektrolizy Faradaya NOWOCZESNA FIZYKA ATOMOWA Dzięki rozwojowi nowych technik nie ma już dyskusji o istnieniu atomów. Poznajemy subtelne szczegóły budowy atomów i dziwne nieintuicyjne prawa rządzące ich zachowaniem (mechanika kwantowa).

RURA WYŁADOWCZA (jedno z ważniejszych osiągnięć technicznych XX wieku) lampy oscyloskopowe lampy elektronowe (termoemisja) kineskopy TV monitory, itd. świetlówki, “neony” spektrografy masowe lampy rtg fotokomórki i fotopowielacze (efekt fotoelektryczny) http://tubedevices.com/alek/pwl/pwl.htm

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

RUCH CZĄSTEK NAŁADOWANYCH W POLACH ELEKTRYCZNYM I MAGNETYCZNYM ELEKTRONY i SPEKTROSKOPIA MAS Enge, Wehr i Richards, str. 40-47, 51-57 Haken, Wolf, str. 48-55

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic Physics by Harald A. Enge. © Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

filtr energetyczny filtr pędowy Pole magnetyczne (albo elektryczne) dobieramy tak, by y = 0; Mamy wówczas: Wartość q/m dla promieni katodowych jest dobrze określona (ostra wyraźna plamka)

Znając napięcie przyspieszające U mamy: co daje: i dalej: czyli: wykreślając w funkcji U przy stałym B (napięcie odchylające dobieramy tak, by pole E równoważyło pole B dla danego v) z nachylenia prostej otrzymamy: