ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΤΗΝ ΥΛΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΔΟΣΗ 1 ΣΥΓΓΡΑΦΗ : Χ. ΦΑΝΙΔΗΣ

Transcript

1 ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΤΗΝ ΥΛΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΔΟΣΗ 1 ΣΥΓΓΡΑΦΗ : Χ. ΦΑΝΙΔΗΣ CDFAN@SCH.GR ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 1

2 ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Δημόκριτος ο Αβδηρίτης π.χ. ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ Ο Λεύκιππος και ο Δημόκριτος υποστήριζαν ότι η ύλη αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια τα οποία δεν μπορούν να διαιρούνται απεριόριστα «άτομα». 1.Τα άτομα διαφέρουν μεταξύ τους κατά το σχήμα και κατά το μέγεθος 2. Δεν δημιουργούνται ούτε καταστρέφονται. 3. Τα φυσικά φαινόμενα οφείλονται στην κίνηση των ατόμων. 4. Ο σχηματισμός των σωμάτων οφείλεται σε ένωση ατόμων και η καταστροφή τους στο διαχωρισμό των ατόμων. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 2

3 ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΘΕΩΡΙΕΣ Ο Τίτος Λουκρήτιος Κάρους στο ποίημα του De Rerum Natura (Η φύση των πραγμάτων) χρησιμοποιεί τις ιδέες του Δημόκριτου και έτσι τις μεταφέρει στην Δύση. Ο Τζόν Ντάλτον το 1805 δημοσιεύει αποτελέσματα πειραμάτων του με αέρια που τα ερμηνεύει θεωρώντας ότι τα αέρια John Dalton ( ). αποτελούνται από άτομα. Τα πειράματα του συνίσταντο στην αντίδραση ατμοσφαιρικού αέρα με ΝΟ σε διαφορετικές αναλογίες. (...)"all the bodies of perceptible sizes, also liquid and solid, consists of a great number of very small particles or atoms of matter (...)No chemical process can create or annihilate atoms." John Dalton ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 3

4 Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ Τον Νοέμβριο του 1895 ο Roentgen ανακοινώνει την ανακάλυψη των ακτίνων Χ. Ο Άγγλος φυσικός J.J. Thomson αρχίζει να μελετά την αγωγιμότητα των αερίων όταν εκτίθενται σε ακτίνες Χ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 4

5 Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ Σε χαμηλές πιέσεις αερίων ο J.J. Thomson μελετά τις καθοδικές ακτίνες. Όταν το αέριο είναι αραιό είναι δυνατόν οι καθοδικές ακτίνες να αποκλίνουν με την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Διαπιστώνει έτσι ότι οι καθοδικές ακτίνες φέρουν αρνητικό φορτίο. Χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο κάθετο στο ηλεκτρικό μπόρεσε να υπολογίσει τον λόγο q/m του ηλεκτρονίου. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 5

6 Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ Το 1897 ανακοινώνει ότι το q/m των καθοδικών ακτίνων ήταν 1000 φορές μικρότερο από το q/m του ατόμου του Η!! ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ ΕΙΧΕ ΑΝΑΚΑΛΥΦΘΕΙ!! "Could anything at first sight seem more impractical than a body which is so small that its mass is an insignificant fraction of the mass of an atom of hydrogen? Which itself is so small, that a crowd of these atoms equally number to the population of the whole world, would be too small to have been detected by any means, then known to science?" ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 6

7 ΤΟ ΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ THOMSON Το 1902 ο Kelvin προτείνει για το άτομο το μοντέλο του σταφιδόψωμου. Σύμφωνα με αυτό, το άτομο αποτελείται από μία σφαίρα θετικού φορτίου χωρίς μάζα, μέσα στην οποία είναι εμφυτευμένα χιλιάδες μικροσκοπικά αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Το 1904 ο Thomson κάνει υπολογισμούς για την σταθερότητα αυτού του ατόμου. Το μοντέλο κατοχυρώνεται στον J.J. Thomson. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 7

8 ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΩΝ GEIGER, MARSDEN Ισχυρές πηγές σωματιδίων α υπήρχαν μετά την ανακάλυψη του Po και του Ra από τον Pierre και την Marie Curie το 1898 και την απομόνωση του χλωριούχου ραδίου το Από το ο Hans Geiger, ένας Γερμανός φυσικός, δούλευε στο Manchester. Σε συνεργασία με τον Ernest Marsden, προπτυχιακό φοιτητή, κατασκεύασε την πιο δίπλα συσκευή. Σε αυτήν λίγα σωμάτια α σκεδάζονταν σε γωνίες πάνω από 90 από ένα φύλλο χρυσού cm! ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 8

9 ΗΕΡΜΗΝΕΙΑΤΟΥRUTHERFORD Ο Ernest Rutherford ( ) Νεοζηλανδός, μαθητής του Thomson στο Cambridge, ήταν στο Manchester από το Ο Rutherford κατάλαβε ότι το μοντέλο του ατόμου Thomson δεν μπορούσε να ερμηνεύσει τα αποτελέσματα των Geiger Marsden. «Ήταν το πιο απίστευτο γεγονός που μου συνέβη ποτέ στην ζωή μου. Ήταν το ίδιο απίστευτο σαν να είχες πυροβολήσει με ένα βλήμα 15 ιντσών ένα φύλλο χαρτιού και το βλήμα να γύριζε πίσω.» Geiger Rutherford ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 9

10 ΗΕΡΜΗΝΕΙΑΤΟΥRUTHERFORD Το μοντέλο του Thomson αδυνατούσε να ερμηνεύσει τα αποτελέσματα γιατί : 1) Το συνολικό φορτίο του ατόμου είναι μηδέν άρα τα σωμάτια α που περνούν εκτός του ατόμου δεν αποκλίνουν. 2) Σωμάτιο α που θα περνούσε μέσα από το άτομο θα σκεδαζόταν σε πολύ μικρές γωνίες από το θετικό φορτίο γιατί αυτό θεωρείτο ομοιόμορφα κατανεμημένο. 3) Αν η σκέδαση γινόταν από ηλεκτρόνιο, από την Α.Δ.Ο. προκύπτει ότι το πολύ ελαφρύ e δεν θα μετέβαλλε πολύ την κατεύθυνση του σωματίου α. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 10

11 ΗΕΡΜΗΝΕΙΑΤΟΥRUTHERFORD To 1911 o Ruth. είχε συμπεράνει ότι θετικό φορτίο βρισκόταν στο κέντρο του ατόμου σε μία πολύ μικρήπεριοχήπουοιυπολογισμοί του την έβγαλαν της τάξης m. Αν το θετικό φορτίο κατελάμβανε μεγαλύτερη περιοχή οι γωνίες σκέδασης δεν θα ήταν τόσο μεγάλες. Το 1911 δημοσιεύει τα συμπεράσματα του σε ένα άρθρο «Περίτηςσκέδασηςτωνακαιβσωματιδίων». ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 11

12 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ RUTHERFORD Στο μοντέλο που προτείνει ο Rutherford ο πυρήνας του ατόμου είναι μια πολύ μικρή περιοχή στο κέντρο του ατόμου γύρω από την οποία κινούνται σε τροχιές τα ηλεκτρόνια όπως οι πλανήτες γύρω από τον ήλιο. Όμως το μοντέλο αυτό με τα περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια δεν ήταν σταθερό βάσει της κλασσικής ηλεκτροδυναμικής! ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 12

13 ΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Τα φάσματα ανάλογα με την εμφάνισή τους χωρίζονται σε 1. Συνεχή φάσματα. 2. Γραμμικά φάσματα. Τα γραμμικά παράγονται με εκπομπή ή απορρόφηση από αέρια ή ατμούς. Απεικόνιση θεμελιωδών διατάξεων δημιουργίας : 1. συνεχών φασμάτων (a), 2. γραμμικών φασμάτων απορρόφησης (b) 3. γραμμικών φασμάτων εκπομπής (c) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 13

14 ΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Συνεχές φάσμα εκπομπής του ήλιου με γραμμές απορρόφησης. Γραμμικά φάσματα εκπομπής των : Υδρογόνου, Ηλίου, Υδραργύρου και Ουρανίου ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 14

15 ΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Διάφοροι επιστήμονες, με πρώτο τον καθηγητή Φυσικής Johann Jacob Balmer το 1885, βρήκαν εμπειρικά μαθηματικούς τύπους που προέβλεπαν τα μήκη κύματος των φασματικών γραμμών του γραμμικού φάσματος εκπομπής του υδρογόνου. ν = R 1 1 Σειρά Lyman, n = 2, 3, 4, n2 ν ν ν Περιοχή υπεριώδους 1 1 = R Σειρά Balmer, n = 3, 4, 5, n2 Περιοχή ορατής 1 1 Σειρά Paschen, n = 4, 5, 6, 7... = R 32 n2 Περιοχή υπερύθρων 1 1 = R Σειρά Brackett, n = 5, 6, 7, n2 Περιοχή υπερύθρων ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 15

16 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ RUTHERFORD. Βάσει της κλασσικής θεωρίας στο μοντέλο Rutherford το περιστρεφόμενο e εκπέμπει Η/Μ ακτινοβολία. Καθώς το e χάνει ενέργεια πλησιάζει τον πυρήνα. Όμως 1. Η συχνότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας συμπίπτει με την συχνότητα περιστροφής. 2. Η συχνότητα περιστροφής είναι αντιστρόφως ανάλογη του r 3/2 άρα όσο πλησιάζει τον πυρήνα αυξάνει η συχνότητα περιστροφής και επομένως η συχνότητα εκπομπής. Αποτελέσματα Προβλήματα : 1. Το e πέφτει στον πυρήνα. 2. Το άτομο εκπέμπει συνεχές φάσμα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 16

17 ΤΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΤΟΜΟ ΑΠΟ ΤΟΝ «ΜΕΓΑΛΟ ΔΑΝΟ». Από το 1911 έως το 1913 και από το 1914 έως το 1916 ο Δανός φυσικός Niels Bohr βρισκόταν στην Αγγλία όπου και συνεργαζόταν με τους J.J. Thomson και Ernest Rutherford. Ο Bohr λοιπόν ήξερε την αστάθεια του μοντέλου του Rutherford! Ακόμη τα πειράματα έδιναν γραμμικά φάσματα εκπομπής και απορρόφησης από τα αέρια και όχι συνεχή όπως προέβλεπε το μοντέλο του Rutherford. Niels Bohr ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 17

18 ΤΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΤΟΜΟ ΑΠΟ ΤΟΝ «ΜΕΓΑΛΟ ΔΑΝΟ». Το 1913 ο Bohr δημοσιεύει το άρθρο On the Constitution of Atoms and Molecules όπου παρουσιάζει ένα νέο μοντέλο για το άτομο που λύνει τα παραπάνω προβλήματα. Einstein εναντίον Bohr : «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με το σύμπαν» Οι αντιρρήσεις του Einstein για τις κβαντομηχανικές θεωρίες που ανέπτυξε αργότερα ο Bohr. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 18

19 ΤΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΤΟΜΟ ΑΠΟ ΤΟΝ «ΜΕΓΑΛΟ ΔΑΝΟ». Στο άρθρο αυτό ο Bohr μελετά το άτομο του Η. Θεωρεί ότι το e στο άτομο περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα υπό την επίδραση της δύναμης Coulomb. Για να ξεπεράσει το πρόβλημα της εκπομπής Η/Μ ακτινοβολίας έθεσε αξιωματικά τις παρακάτω αρχές : υ + L 1. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να κινείται μόνο σε ορισμένες επιτρεπόμενες τροχιές (stationary states). 2. Επιτρεπόμενες τροχιές είναι αυτές για τις οποίες η στροφορμή του e είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του h 2π h L= mυ r = n 2π n = 1, 2,3,... ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 19

20 E α ΤΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΤΟΜΟ ΑΠΟ ΤΟΝ «ΜΕΓΑΛΟ ΔΑΝΟ». + υ α E τ Ε φ = hf υ τ 3. Όταν το ηλεκτρόνιο κινείται στις επιτρεπόμενες τροχιές (stationary states) δεν εκπέμπει Η/Μ ακτινοβολία. 4. Όταν το e μεταπηδά από μία επιτρεπόμενη τροχιά με ενέργεια Ε α σε άλλη μικρότερης ενεργείας Ε τ τότε εκπέμπεται φωτόνιο ενέργειας E E = hf Μέσω αυτών των υποθέσεων ο Bohr υπολόγισε τον τύπο συχνοτήτων της σειράς Balmer καιυπέδειξεότιοιτύποιτου περιείχαν και τις συχνότητες των σειρών Lyman και Paschen. Ακόμη υπολόγισε το φάσμα του He. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 20 a τ

21 ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Μέσω επιχειρημάτων κλασσικής μηχανικής μπορούμε να υπολογίσουμε την ταχύτητα περιστροφής του e ως k υ = e mr Η κινητική ενέργεια του e προκύπτει 2 e K = k 2 r Η δυναμική ενέργεια του συστήματος πρωτονίουηλεκτρονίου 2 e U = k r ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 21

22 ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Η συνολική ενέργεια του ατόμου του Η προκύπτει 2 E e = K + U = k 2 r Επομένως ισχύουν και οι σχέσεις K = E U = 2E U K = 2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 22

23 ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Λόγω της αρχής κβάντωσης της στροφορμής προκύπτει ότι η ακτίνα r n της nιοστής τροχιάς είναι r n = 2 n r1 Όπου r 1 η ακτίνα της θεμελιώδους τροχιάς με r 1 =0, m ΑκόμηηενέργειαΕ n του ατόμου όταν το ηλεκτρόνιο είναι στην nιοστή τροχιά είναι E1 En = 2 n Όπου Ε 1 η ενέργεια του ατόμου στην θεμελιώδη του κατάσταση με Ε 1 = 13,6 ev = 21, J O Bohr με τον Heisenberg και την γυναίκα του στην Ακρόπολη ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 23

24 ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Κύριος κβαντικός αρ. n Ακτίνα Σε m r n= n 2 r 1 r 1 0, r 2 =4 r 1 2, r 3 =9 r 1 4, r 4 =16 r 1 8, Ολική ενέργεια E n = E 1 / n 2 E 1 E 2 = E 1 /4 E 3 = E 1 /9 E 4 = E 1 /16 Σε ev 13,6 3,4 1,51 0,85 Σε Joule 21, , , , ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 24

25 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ του Η 3η διεγερμένη n=4 2η διεγερμένη n=3 1η διεγερμένη n=2 Θεμελιώδης κατάσταση n=1 Ενεργειακές στάθμες του ατόμου του Η 2 και κάποιες μεταπτώσεις. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 25

26 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ του Η + E 1 + E 4 Θεμελιώδης στάθμη ενεργείας Ε 1 (n=1) και τρίτη διεγερμένη Ε 4 (n=4). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 26

27 ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Με κρούση : Κ τ + E α E τ + Κ α Από την Α.Δ.Ε. προκύπτει Κ α Κ τ = Ε τ Ε α Αν κατά την διέγερση Κ τ =0, η αρχική ενέργεια του σωματιδίου είναι ακριβώς όση χρειάζεται για την διέγερση του ατόμου. Άρα Ε διέγερσης = Ε τ Ε α ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 27

28 ΜΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Με κρούση : + E 1 Κ α Αν το άτομο είναι στην θεμελιώδη κατάσταση και Κ α < Ε 2 Ε 1 το άτομο δεν μπορεί να διεγερθεί. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 28

29 ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Με ακτινοβολία : + E α E τ + E φ = h.f Σε περίπτωση που η ενέργεια του φωτονίου είναι ακριβώς ίση με την ενέργεια διέγερσης το φωτόνιο απορροφάται και το άτομο διεγείρεται. Από την Α.Δ.Ε. προκύπτει h.f = Ε τ Ε α ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 29

30 ΜΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Με ακτινοβολία : E φ = h.f + E α + E α E φ = h.f Σε περίπτωση που η ενέργεια του φωτονίου ΔΕΝ είναι ακριβώς ίση με την ενέργεια διέγερσης (και είναι μικρότερη και από την ενέργεια ιονισμού) το φωτόνιο ΔΕΝ απορροφάται και το άτομο ΔΕΝ διεγείρεται. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 30

31 ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ h.f 1 h.f 1 + h.f Επομένως από το φάσμα λείπουν συχνότητες χαρακτηριστικές για το συγκεκριμένο άτομο! E α Από τα παραπάνω γίνεται προφανές ότι αν σε άτομο προσπέσουν φωτόνια διαφορετικής ενέργειας (π.χ. λευκό φώς) θα απορροφηθούν μόνο τα φωτόνια που μπορούν να διεγείρουν το άτομο σε οποιαδήποτε στάθμη. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 31 E τ + hf = ΕτΕα

32 ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η + E 4 Στην διεγερμένη κατάσταση το άτομο παραμένει χρόνο της τάξης 10 8 s και κατόπιν αποδιεγείρεται στην θεμελιώδη κατάσταση. Η αποδιέγερση μπορεί να γίνει απευθείας ή με οποιεσδήποτε ενδιάμεσες αποδιεγέρσεις. Άρα κατά την διαδικασία μίας αποδιέγερσης μπορεί να παραχθεί ένα φωτόνιο ή περισσότερα. (Από το n=4 σε μία αποδιέγερση το πολύ 3 φωτόνια). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 32

33 ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η E 4 + Όλες οι πιθανές αποδιεγέρσεις από n=4. Για κάθε εκπεμπόμενο φωτόνιο ισχύει π.χ. E E = hf a ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 33 τ E E = hf 4 2

34 ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Αποδιεγέρσεις του ατόμου του Η και αντίστοιχο φάσμα εκπομπής. Δίνεται και το φάσμα απορρόφησης. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 34

35 ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Δύο διαφορετικές αναπαραστάσεις των αποδιεγέρσεων του ατόμου του Η. α. Με τροχιές. β. Με ενεργειακές στάθμες. Το ορατό φάσμα προκύπτει από αποδιέγερση στην n=2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 35

36 ΙΟΝΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Μεκρούσηήμεφωτόνιο: Κ τ + E α + Κ e Κ α Έστω ότι μετά την αλληλεπίδραση του σωματιδίου ή του φωτονίου με το άτομο, το e του ατόμου φεύγει από το άτομο σε απόσταση ώστε η δυναμική ενέργεια e πυρήνα U = 0. Τότε το άτομο έχει ιονισθεί. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 36

37 ΙΟΝΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Η Κ τ + E α + Κ e Κ α Από Α.Δ.Ε. Κ α Κ τ Κ e = Ε α Αν κατά τον ιονισμό Κ τ =0 και Κ e =0, ηαρχικήενέργεια του σωματιδίου είναι η ελάχιστη δυνατή για τoν ιονισμό του ατόμου. Άρα Ε ιονισμού = Ε α Αν το άτομο βρίσκεται αρχικά στην θεμελιώδη κατάσταση Ε ιονισμού = Ε 1 = (13,6 ev) = 13,6 ev. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 37

38 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ BOHR ΣΕ ΑΛΛΑ ΑΤΟΜΑ Το μοντέλο του Bohr μπορεί να προβλέψει τα φάσματα ιόντων με ένα ηλεκτρόνιο π.χ. He + ή Li 2+ τα οποία ονομάζονται υδρογονοειδή. Στην δεκαετία του 1920 αναπτύσσεται μια νέα θεωρία, η κβαντομηχανική, που περιγράφει με τελείως διαφορετικό τρόπο τις τροχιές των ηλεκτρονίων στο άτομο. Πυκνότητα πιθανότητας για τα 2 ηλεκτρόνια του 2d τροχιακού. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ 38