02. Στοιχεία - άτομα ισότοπα. Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ

Transcript

1 Γενική και Ανόργανη Χημεία 02. Στοιχεία - άτομα ισότοπα Στ. Μπογιατζής 1 Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Π Δ Χειμερινό εξάμηνο Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

2 Βασικοί ορισμοί Άτομο: Το μικρότερο τμήμα της ύλης που παραμένει αναλλοίωτο στις χημικές μεταβολές (αντιδράσεις) Καθαρά σώματα Στοιχείο: μια μορφή ύλης που αποτελείται από ένα είδος ατόμων Χημική ένωση: μια μορφή ύλης που αποτελείται από δύο ή περισσότερα είδη ατόμων 2 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

3 βάριο Παραδείγματα στοιχείων υδρογόνο χαλκός 3 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

4 Παραδείγματα στοιχείων 4 Βρώμιο Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης ουράνιο

5 Η πρώτη μαρτυρία για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου 5 Ο J. J. Thomson μπροστά από τον καθοδικό του σωλήνα. Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

6 Η πρώτη μαρτυρία για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου Το 1897 ο Thomson χρησιμοποίησε τη διάταξη που φαίνεται στο σχήμα, με σκοπό να υπολογίσει το λόγο φορτίου προς μάζα (e/m) των σωματιδίων του καθοδικού σωλήνα. Τα σωματίδια που απάρτιζαν τις καθοδικές ακτίνες δέχτηκαν την επίδραση ταυτόχρονα από ένα ηλεκτρικό και ενα μαγνητικό πεδίο. υπολογίζεται ο λόγος φορτίου προς μάζα: e/m= coulomb/g. 6 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

7 Η πρώτη μαρτυρία για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου 7 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

8 Η πρώτη μαρτυρία για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου 8 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

9 Rutherford: πιο σύγχρονο ατομικό μοντέλο Μη σκεδαζόμενα σωματίδια Σωματίδια α δια μέσου του φύλλου χρυσού Ορισμένα σωματίδια α σκεδάζονται 9 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Φθορίζον πέτασμα από ZnS Πηγή σωματιδίων α

10 Η ερμηνεία του πειράματος του Rutherford Rutherford: πιο σύγχρονο ατομικό μοντέλο Δέσμη σωματιδίων α [αρνητικά φορτισμένων] 10 ηλεκτρόνια Άτομο χρυσού Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Ορισμένα σωματίδια α σκεδάζονται πυρήνας Τα περισσότερα σωματίδια α διαπερνούν το άτομο

11 Η ερμηνεία του πειράματος του Rutherford Rutherford: πιο σύγχρονο ατομικό μοντέλο Θετικά φορτισμένα σωματίδια α 11 ορισμένα σωματίδια α σκεδάζονται ισχυρά Άτομα χρυσού Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης σωματίδια α σκεδάζονται σωματίδια α σκεδάζονται

12 Rutherford: πιο σύγχρονο ατομικό μοντέλο 12 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Κενός χώρος (περιέχει ηλεκτρόνια, αρνητικά φορτισμένα) Πηρήνας (θετικά φορτισμένος)

13 πρωτόνιο νετρόνιο ηλεκτρόνιο Υπατομικά σωματίδια σύμβολο φορτίο Μαζικός αριθμός Μάζα (g) Μάζα (u) 13 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

14 Ερωτήσεις: Ατομικός αριθμός Μαζικός αριθμός Ένα άτομο έχει 28 πρωτόνια και μαζικό αριθμό 60. Πόσα νετρόνια έχει το άτομο; Ένα άτομο έχει 20 πρωτόνια και μαζικό αριθμό 44. Ένα άλλο άτομο έχει 20 πρωτόνια και μαζικό αριθμό 40. Πως σχετίζονται τα 2 αυτά άτομα; 14 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

15 6p 6n Ισότοπα του άνθρακα 6p 7n 12 C 13 C 15 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης 6p 8n 14 C

16 Βασικές πληροφορίες για τα άτομα Όνομα στοιχείου Ατομ. αριθμός Σύμβολο Ατομ. μάζα Χλώριο Κατάσταση (Σ, Υ, Α) 16 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

17 17 p 20 n Ισότοπα: ισοτοπική σύσταση 17 e Μέση ατομική μάζα Cl = e 17 Μάζα ισοτόπου: ισότοπο Μάζα ισοτόπου Σχ. ποσότητα ισοτόπων Συνολ. μάζα Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης 17 p 18 n Μάζα ισοτόπου:

18 Ισότοπα: ισοτοπική σύσταση 18 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

19 Διαχωρισμός των ισοτόπων 20 Ne 21 Ne 22 Ne Μπορούμε να διαχωρίσουμε τα ισότοπα; Θερμαινόμενο νήμα Δέσμη ηλεκτρονίων Αέριο Νέον Αρνητικός πόλος 19 Προς αντλία κενού Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Μαζικοί αριθμοί μαγνήτης ανιχνευτής

20 Ισότοπα Na: μονοϊσοτοπικό στοιχείο 20 Mg: στοιχείο με Cu: στοιχείο με τρια ισότοπα δύο ισότοπα Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

21 Μαξ Πλάνκ (Max Planck) Θεμελίωσε την κβαντική θεωρία: Αξίωμα του Planck: η θερμοκρασία του μέλανος σώματος εκπέμπεται με ασυνεχή τρόπο (δηλαδή κατά πακέτα που έχουν διακριτές ενέργειες) E = h ν 21 h η σταθερά του Planck (h = 6.63x10-27 erg sec = 6.63x10-34 J sec) Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

22 Μαξ Πλάνκ (Max Planck) Θεμελίωσε την κβαντική θεωρία: Αξίωμα του Planck: η θερμοκρασία του μέλανος σώματος εκπέμπεται με ασυνεχή τρόπο (δηλαδή κατά πακέτα που έχουν διακριτές ενέργειες) E = h ν 22 h η σταθερά του Planck (h = 6.63x10-27 erg sec = 6.63x10-34 J sec) Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

23 Άλμπερτ Αϊνστάιν (Albert Einstein) Ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (βρ. Νόμπελ Φυσικής 1921): φως 23 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια

24 Φάσμα εκπομπής του υδρογόνου 24 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Γραμμές σειράς Balmer

25 Λυχνία υδρογόνου Φάσμα εκπομπής του υδρογόνου Εκπεμπόμενο φως σχισμή πρίσμα 25 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Φάσμα εκπομπής: ασυνεχείς γραμμές (σειρά Balmer)

26 Ατομική δομή Για το ουδέτερο άτομο: ο ατομικός αριθμός (Ζ) καθορίζει και τον αριθμό των ηλεκτρονίων πυρήνας 26 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης n: Αριθμός στιβάδων (ή φλοιών) (=ενεργειακά επίπεδα) n: ονομάζεται και κύριος κβαντικός αριθμός n: 1 στιβάδα K n: 2 στιβάδα L n: 3 στιβάδα M n: 4 στιβάδα N

27 Φάσμα εκπομπής: διέγερση ηλεκτρονίων Niels Bohr Θεμελιωτής της ατομικής θεωρίας (1921) Βραβείο Νόμπελ Φυσικής: Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

28 Η εκπομπή ακτινοβολίας οφείλεται σε αποδιεγέρσεις ηλεκτρονίων Φάσμα εκπομπής: διέγερση ηλεκτρονίων Όσο μεγαλύτερη η απόσταση της ψηλότερης στάθμης από την χαμηλότερη (στιβάδα Κ) τόσο μεγαλύτερη η Ενέργεια (Ε) της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας Μεγάλη τιμή ενέργειας (Ε 2 ) εκπέμπεται Ε 2 Ε 1 28 Ν Ε 1 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης K M L Κ K X Μ Μικρή τιμή ενέργειας (Ε 1 ) εκπέμπεται X?

29 29 Η εκπομπή ακτινοβολίας οφείλεται σε αποδιεγέρσεις ηλεκτρονίων α, β, γ: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα K (n=1) Φάσμα Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης εκπομπής του υδρογόνου H

30 Φάσμα εκπομπής του υδρογόνου Οι γραμμές στο φάσμα εκπομπής του υδρογόνου: Σειρά Lyman: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα K (n=1) Σειρά Balmer: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα L (n=2) Σειρά Paschen: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα M (n=3) Σειρά Brackett: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα N (n=4) Σειρά Pfund: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα O (n=5) 30 Σειρά Lyman Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης N M L Κ

31 Οι γραμμές στο φάσμα εκπομπής του υδρογόνου: Σειρά Lyman: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα K (n=1) Σειρά Balmer: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα L (n=2) Σειρά Paschen: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα M (n=3) Σειρά Brackett: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα N (n=4) Σειρά Pfund: αποδιεγέρσεις που καταλήγουν στην στιβάδα O (n=5) Φάσμα εκπομπής του υδρογόνου 31 Lyman Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Balmer Paschen Brackett Pfund

32 32 Το ορατό, τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

33 33 Πώς η ατομική δομή χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά των στοιχείων: Αγωγοί Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης

34 Τέλος του μαθήματος 34 Π Δ, Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης