ATOM.

Prezentacja na temat: "ATOM."— Zapis prezentacji:

1 ATOM

2 1897r. – odkrycie przez J.J. Thomsona elektronu,
1911r. – odkrycie przez E. Rutherforda jądra atomu, 1913r. – przedstawienie przez N. Bohra modelu budowy atomów wodoropodobnych.

3 1897r. – odkrycie przez J.J. Thomsona elektronu,
1911r. – odkrycie przez E. Rutherforda jądra atomu, 1913r. – przedstawienie przez N. Bohra modelu budowy atomów wodoropodobnych. Po odkryciu w 1911r. Jądra atomowego, E. Rutherford przedstawia jądrowy model atomu. Jest to model, przypominający układ planetarny. W środku dodatnie jądro (Słońce) a wokół poruszające się ujemne elektrony (planety).

4 1897r. – odkrycie przez J.J. Thomsona elektronu,
1911r. – odkrycie przez E. Rutherforda jądra atomu, 1913r. – przedstawienie przez N. Bohra modelu budowy atomów wodoropodobnych. Po odkryciu w 1911r. Jądra atomowego, E. Rutherford przedstawia jądrowy model atomu. Jest to model, przypominający układ planetarny. W środku dodatnie jądro (Słońce) a wokół poruszające się ujemne elektrony (planety). Oszacowano, że rozmiary jądra są rzędu 10-15m a rozmiary atomu 10-10m. Z tego wynika, że gdyby jądro było kulką o średnicy 1cm, to elektron krążyłby w odległości od niego ok. 100m ( razy większej) – materia jest przeraźliwie pusta.

5 1897r. – odkrycie przez J.J. Thomsona elektronu,
1911r. – odkrycie przez E. Rutherforda jądra atomu, 1913r. – przedstawienie przez N. Bohra modelu budowy atomów wodoropodobnych. Po odkryciu w 1911r. Jądra atomowego, E. Rutherford przedstawia jądrowy model atomu. Jest to model, przypominający układ planetarny. W środku dodatnie jądro (Słońce) a wokół poruszające się ujemne elektrony (planety). Oszacowano, że rozmiary jądra są rzędu 10-15m a rozmiary atomu 10-10m. Z tego wynika, że gdyby jądro było kulką o średnicy 1cm, to elektron krążyłby w odległości od niego ok. 100m ( razy większej) – materia jest przeraźliwie pusta. Okazało się, że w świecie atomu zachodzą zjawiska, których nie można wytłumaczyć w oparciu o prawa mechaniki klasycznej. Od tych odkryć rozpoczyna się burzliwy rozwój fizyki atomowej, prowadzący do powstania teorii kwantów (mechaniki kwantowej) opisujących świat atomowy.

6 Model atomu wodoru wg N. Bohra

7 Model atomu wodoru wg N. Bohra
Początki mechaniki kwantowej znajdujemy u N. Bohra, który przedstawia matematyczny opis atomu wodoru. Jego model jest pomieszaniem klasycznego spojrzenia na atom z uwzględnieniem pewnych faktów wynikających z badań atomu, a których nie tłumaczy mechanika klasyczna.

8 Model atomu wodoru wg N. Bohra
Początki mechaniki kwantowej znajdujemy u N. Bohra, który przedstawia matematyczny opis atomu wodoru. Jego model jest pomieszaniem klasycznego spojrzenia na atom z uwzględnieniem pewnych faktów wynikających z badań atomu, a których nie tłumaczy mechanika klasyczna. Model ten dzisiaj, w dobie rozwiniętej mechaniki kwantowej, nie ma większego znaczenia. Przedstawimy go, ponieważ w przystępny sposób wyjaśnia np. promieniowanie atomów. Wzory końcowe, wyprowadzone przez N. Bohra, są takie same jak wynikające z mechaniki kwantowej. Po odkryciu wielu nowych zjawisk w świecie atomowym, model ten stał się mało użyteczny – nie objaśniał ich.

9 Postulaty Bohra: 1.Ruch elektronu wokół jądra odbywa się pod wpływem siły kulombowskiego przyciągania po tzw. orbitach dozwolonych, dla których moment pędu elektronu przyjmuje wartości: gdzie: rn - to promień n-tej orbity, vn - to prędkość elektronu na n-tej orbicie, n = 1, 2, 3,… - to liczba kwantowa.

10 Postulaty Bohra: 1.Ruch elektronu wokół jądra odbywa się pod wpływem siły kulombowskiego przyciągania po tzw. orbitach dozwolonych, dla których moment pędu elektronu przyjmuje wartości: gdzie: rn - to promień n-tej orbity, vn - to prędkość elektronu na n-tej orbicie, n = 1, 2, 3,… - to liczba kwantowa. 2.Przy przejściu elektronu z jednej orbity na inną elektron promieniuje energię: DE = hn, gdzie: - stała Plancka, n - częstotliwość promieniowania.

11 Postulaty Bohra: 1.Ruch elektronu wokół jądra odbywa się pod wpływem siły kulombowskiego przyciągania po tzw. orbitach dozwolonych, dla których moment pędu elektronu przyjmuje wartości: gdzie: rn - to promień n-tej orbity, vn - to prędkość elektronu na n-tej orbicie, n = 1, 2, 3,… - to liczba kwantowa. 2.Przy przejściu elektronu z jednej orbity na inną elektron promieniuje energię: DE = hn, gdzie: - stała Plancka, n - częstotliwość promieniowania. Mówimy, że moment pędu i energia są skwantowane, tzn. przyjmują tylko ściśle określone wartości bez wartości pośrednich między nimi.

12 p m - + Fc rn m – masa elektronu, rn – promień n-tej orbity,
p – pęd elektronu, Fc – siła Kulomba.

13 p m - + Fc rn m – masa elektronu, rn – promień n-tej orbity,
p – pęd elektronu, Fc – siła Kulomba. Siła elektrostatycznego przyciągania elektronu przez proton (siła Coulomba) jest siłą dośrodkową:

14 p m - + Fc rn m – masa elektronu, rn – promień n-tej orbity,
p – pęd elektronu, Fc – siła Kulomba. Siła elektrostatycznego przyciągania elektronu przez proton (siła Coulomba) jest siłą dośrodkową: Energia całkowita układu elektron-proton jest sumą energii kinetycznej elektronu i ich elektrycznej energii potencjalnej:

15 p m - + Fc rn m – masa elektronu, rn – promień n-tej orbity,
p – pęd elektronu, Fc – siła Kulomba. Siła elektrostatycznego przyciągania elektronu przez proton (siła Coulomba) jest siłą dośrodkową: Energia całkowita układu elektron-proton jest sumą energii kinetycznej elektronu i ich elektrycznej energii potencjalnej: Pierwszy postulat Bohra:

16 p m - + Fc rn m – masa elektronu, rn – promień n-tej orbity,
p – pęd elektronu, Fc – siła Kulomba. Siła elektrostatycznego przyciągania elektronu przez proton (siła Coulomba) jest siłą dośrodkową: Energia całkowita układu elektron-proton jest sumą energii kinetycznej elektronu i ich elektrycznej energii potencjalnej: Pierwszy postulat Bohra: Drugi postulat Bohra: DEmn = En- Em = hn.

17 Dysponujemy układem czterech równań:
1) 2) 3) DEmn = En- Em = hn. 4)

18 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) 1) 2) 3) DEmn = En- Em = hn. 4)

19 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) 3) DEmn = En- Em = hn. 4)

20 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. 3) DEmn = En- Em = hn. 4)

21 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4)

22 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7)

23 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7) Z ostatniego równania wynika, że również energia atomu wodoru w stanie n-tym jest skwantowana.

24 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7) Z ostatniego równania wynika, że również energia atomu wodoru w stanie n-tym jest skwantowana. Dla n=1otrzymujemy wzór na najmniejszą możliwą energię tzw. stanu podstawowego:

25 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7) Z ostatniego równania wynika, że również energia atomu wodoru w stanie n-tym jest skwantowana. Dla n=1otrzymujemy wzór na najmniejszą możliwą energię tzw. stanu podstawowego: Dla rosnących n energia atomu wodoru rośnie (zbliża się do zera). Dla energia ta jest największa i wynosi . Następuje wtedy jonizacja atomu.

26 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7) Z ostatniego równania wynika, że również energia atomu wodoru w stanie n-tym jest skwantowana. Dla n=1otrzymujemy wzór na najmniejszą możliwą energię tzw. stanu podstawowego: Dla rosnących n energia atomu wodoru rośnie (zbliża się do zera). Dla energia ta jest największa i wynosi . Następuje wtedy jonizacja atomu. Z równań 4) i 7) otrzymujemy wzór na energię absorbowaną przez atom co wiąże się z przeskokiem elektronu na orbitę dalszą. Jest to jednocześnie energia fotonu emitowanego przez atom, gdy elektron spada na orbitę bliższą jądra:

27 Dysponujemy układem czterech równań:
Wyznaczając z równania 3) ) i wstawiając tę zależność do 1) 1) mamy: 6) 2) Z ostatniego równania wynika, że również promień n-tej orbity w atomie wodoru jest skwantowany. Dla n=1otrzymujemy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru: 3) DEmn = En- Em = hn. 4) Dokonując podstawienia 5) i 6) do 2) znajdujemy: 7) Z ostatniego równania wynika, że również energia atomu wodoru w stanie n-tym jest skwantowana. Dla n=1otrzymujemy wzór na najmniejszą możliwą energię tzw. stanu podstawowego: Dla rosnących n energia atomu wodoru rośnie (zbliża się do zera). Dla energia ta jest największa i wynosi . Następuje wtedy jonizacja atomu. Z równań 4) i 7) otrzymujemy wzór na energię absorbowaną przez atom co wiąże się z przeskokiem elektronu na orbitę dalszą. Jest to jednocześnie energia fotonu emitowanego przez atom, gdy elektron spada na orbitę bliższą jądra:

28 WIDMO EMISYJNE WODORU

29 WIDMO EMISYJNE WODORU W stanie naturalnym większość atomów znajduje się w stanie podsta- wowym (elektron na pierwszej orbicie, n=1).Przejście elektronu na orbitę wyższą energetycznie (n=2,3,4,…), czyli wzbudzenie atomu może nastąpić za pomocą: - wysokiej temperatury, - wysokiego napięcia.

30 WIDMO EMISYJNE WODORU W stanie naturalnym większość atomów znajduje się w stanie podsta- wowym (elektron na pierwszej orbicie, n=1).Przejście elektronu na orbitę wyższą energetycznie (n=2,3,4,…), czyli wzbudzenie atomu może nastąpić za pomocą: - wysokiej temperatury, - wysokiego napięcia. Większość wzbudzanych w ten sposób atomów różnych pierwiastków przebywa w stanie wzbudzonym przez określony czas. Średni czas życia atomu w stanie wzbudzonym jest t = 10-8s.

31 WIDMO EMISYJNE WODORU W stanie naturalnym większość atomów znajduje się w stanie podsta- wowym (elektron na pierwszej orbicie, n=1).Przejście elektronu na orbitę wyższą energetycznie (n=2,3,4,…), czyli wzbudzenie atomu może nastąpić za pomocą: - wysokiej temperatury, - wysokiego napięcia. Większość wzbudzanych w ten sposób atomów różnych pierwiastków przebywa w stanie wzbudzonym przez określony czas. Średni czas życia atomu w stanie wzbudzonym jest t = 10-8s. Po tym czasie odbywa się spontaniczne (emisja spontaniczna) przejście elektronu na orbity niższe energetycznie. Związane jest to z emisją fotonów o ściśle określonych energiach odpowiadających tym przejściom.

32 WIDMO EMISYJNE WODORU W stanie naturalnym większość atomów znajduje się w stanie podsta- wowym (elektron na pierwszej orbicie, n=1).Przejście elektronu na orbitę wyższą energetycznie (n=2,3,4,…), czyli wzbudzenie atomu może nastąpić za pomocą: - wysokiej temperatury, - wysokiego napięcia. Większość wzbudzanych w ten sposób atomów różnych pierwiastków przebywa w stanie wzbudzonym przez określony czas. Średni czas życia atomu w stanie wzbudzonym jest t = 10-8s. Po tym czasie odbywa się spontaniczne (emisja spontaniczna) przejście elektronu na orbity niższe energetycznie. Związane jest to z emisją fotonów o ściśle określonych energiach odpowiadających tym przejściom. Światło wysyłane przez pobudzony do świecenia wodór, rozszczepione w pryzmacie ma widmo liniowe, składające się z prążków odpowiadających kwantom energii emitowanej podczas poszczególnych przejść elektronów. Linie w widmie wodoru układają się w serie nazwane imionami ich odkrywców. Serie powstają podczas przeskoków elektronów z orbit dalszych na określoną. n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 Seria Balmera (widzialna) Lymanna (ultrafiolet) Paschena (podczerwień) Pfunda stan podstawowy stany wzbudzone

33 WIDMO EMISYJNE WODORU W stanie naturalnym większość atomów znajduje się w stanie podsta- wowym (elektron na pierwszej orbicie, n=1).Przejście elektronu na orbitę wyższą energetycznie (n=2,3,4,…), czyli wzbudzenie atomu może nastąpić za pomocą: - wysokiej temperatury, - wysokiego napięcia. Większość wzbudzanych w ten sposób atomów różnych pierwiastków przebywa w stanie wzbudzonym przez określony czas. Średni czas życia atomu w stanie wzbudzonym jest t = 10-8s. Po tym czasie odbywa się spontaniczne (emisja spontaniczna) przejście elektronu na orbity niższe energetycznie. Związane jest to z emisją fotonów o ściśle określonych energiach odpowiadających tym przejściom. Światło wysyłane przez pobudzony do świecenia wodór, rozszczepione w pryzmacie ma widmo liniowe, składające się z prążków odpowiadających kwantom energii emitowanej podczas poszczególnych przejść elektronów. Linie w widmie wodoru układają się w serie nazwane imionami ich odkrywców. Serie powstają podczas przeskoków elektronów z orbit dalszych na określoną. Jeśli atomy dowolnych pierwiastków są swobodne (stan gazu lub pary) to dają widma emisyjne liniowe. n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 Seria Balmera (widzialna) Lymanna (ultrafiolet) Paschena (podczerwień) Pfunda stan podstawowy stany wzbudzone

34 PRZYKŁADY WIDM Ciągłe. Daje je żarówka żarnikowa i Słońce.
l = <0,36mm – 0,72mm> Emisyjne liniowe. Dają je pary i gazy. Absorpcyjne. Odwrócenie widma emisyjnego. Liniowo-pasmowe atomów żelaza Widma pasmowe emitują cząsteczki. Każde pasmo zawiera wiele linii blisko siebie położonych.

35 PRZYKŁADY WIDM Słońce – linie absorpcyjne na tle widma ciągłego Wodór Widmo absorpcyjne powstaje wtedy, gdy z widma ciągłego, przechodzącego przez gazy lub pary zostają pochłonięte przez nie długości fal odpowiadające wzbudzeniom ich atomów. Hel Rtęć Uran