web - OA, 4.A, 4.B

23. Atomová fyzika

(upraveno 15.3.)

pozn. v záhlaví je dekorativní grafika - free licence foto učitelky )

Bohrův model je nedokonalý, přesto ho lze používat k vysvětlení poměrů v atomu vodíku a k vysvětlení spekter světla vyzařovaného atomem

Podle Bohrova modelu:

Končili jsme tím, že elektron v obalu vodíku může mít různé energie (hladiny energií), jež sou dány tzv. hlavním kvantovým číslem n (1, 2, 3, ...až nekonečno). Tato energie charakterizuje atom.

En = - 13,6/n² (v eV !) (energie elektronu v obalu = energie hladiny)

pozn. přepočet na J: × 1,602E-19 (1 eV = 1,602E-19 J)

E1 = - 13,6/1², E2 = -13,6/2², přičemž E2 je větší číslo než E1, největší je E(nekonečno) = 0 eV.

Tak když odečteme např. E2 - E1 = -13,6/2² - ( - 13,6/1²)= 13,6/1² - 13,6/2² = 13,6 - 3,4 = 10,2 eV a to je energie fotonu, který elektron pohltil, aby vyskočil z 1. na 2. hladinu. Naopak, když skočí z 2. na 1. hladinu, vyzáří foton - jeho vlnovou délku tak můžeme snadno vypočítat E2 - E1 = h × c/λ a podle "barvy světla (spíš čáry)" ve spektru určit stav atomu.

Závěr: je dobré umět používat vztah En = - 13,6/n² (kde n = 1, 2, 3, ...) nebo alespoň vědět o energetických hladinách, přechodech mezi nimi vyzařováním nebo pohlcováním fotonu (E = h×f)

Pokračování - čtvrtek 12. 3. 2020

Kvantově mechanický model atomu

  • nahrazuje Bohrův model
  • zavádí pojem atomový orbital (kvantová teorie určuje jen pravděpodobnost výskytu elektronu v atomárním obalu a neřeší jeho konkrétní trajektorii, ta v kvantové teorii ztrácí smysl) (upraveno)
  • popisuje stav atomů s více elektrony
  • k popisu používá kvantová čísla n, l, m, ms (tato 4 čísla popisují přesně každý elektron v obalu, každý má svoji jedinečnou kombinaci těchto čísel)

Chemické vlastnosti prvků...

  • Vnitřní slupky - malý vliv na chem. vlastnosti
  • Chemické vlastnosti prvků závisí na obsazenosti valenční slupky elektrony

Valenční slupka chemicky reaktivního prvku:

(valenční slupka má jen jeden elektron)

e × × × × × × × (jeden elektron poskytnut do vazby - vodík a alkalické kovy 1. skupina (H,Li,...))

nebo (k obsazenosti val. slupky chybí jeden elektron)

e e e e e e e × (jedno místo poskytnuto do vazby - halogeny 17. skupina (F, Cl,...))

Valenční slupka chemicky netečného prvku:

e e e e e e e e e (val. slupka zaplněna zcela - vzácné plyny 18. skupina (He, Ne,..))

viz. tabulka (kde prvky (čtverečky) jsou současně elektrony)

LASER

  • zařízení, v němž probíhá tzv. stimulovaná emise fotonů, vzniká zesílené koherentní světelné záření
  • koherentní jsou dvě vlnění se stejnou frekvencí (zcela stejnou) a stálým fázovým posuvem (pak mohou interferovat)
  • laser je polarizované světlo (viz. vlnová optika, intenzita E kmitá v jedné rovině - např. jen nahoru a dolů...)

Takže laser má jen jednu barvu. Emise světla probíhá v atomovém obalu díky elektronům, proto to spadá do atomové fyziky. Vnější foton "shodí" elektron z vyšší energetické hladiny na nižší, ale není pohlcen a je dále k dispozici. Při přeskoku elektronu na nižší hladinu je vyzářen druhý foton, jenž má stejnou vlnovou délku (energii), polarizaci a směr, jako foton stimulující. Tak dojde k zesílení světla.

Příklad

(vymyšlený - přepočítejte to)

Elektron ve vodíku přešel z hladiny s n = 1 na hladinu s n = nekonečno (došlo k ionizaci, elektron opustil obal). Vypočtěte frekvenci a vlnovou délku pohlceného fotonu...

E = h × f = h × c/λ u fotonu

En = - 13,6/n² u energetické hladiny vodíku

potřebujeme energii E = E2 - E1 = -13,6/nekonečno² - (-13,6/1²) = 0 + 13,6 = 13,6 eV

13,6 × 1,602E-19 = 21,79E-19 J

f = E/h = 21,79E-19/6,626E-34 = 3,29E15 Hz (vyšla Rydbergova frekvence)

λ = c/f = 3E8/3,29E15 = 9,12E-8 m = 91,2 nm (ultrafialové záření)

Závěr: nejdůležitější vztah je tučně

Pokračování - úterý 17. 3. 2020