Откриће атома. Атомска и нуклеарна физика. Структура материје Демокрит: добро наоштримо нож и почнемо да рецкамо материју шта ћемо видети?

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Откриће атома. Атомска и нуклеарна физика. Структура материје Демокрит: добро наоштримо нож и почнемо да рецкамо материју шта ћемо видети?"

ÏΚάϊν Παπάζογλου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

Откриће атома Атомска и нуклеарна физика /5/009 /5/009 Откриће атома прве идеје 5 векова пре Христа Леукип и Демокрит дељење супстанце на делове има крај. атом недељив и у непрекидном кретању!

Брауново кретање кретање честице полена у води, посматрано микроскопом.

1 Откриће атома Атомска и нуклеарна физика /5/009 /5/009 Откриће атома прве идеје 5 векова пре Христа Леукип и Демокрит дељење супстанце на делове има крај. атом недељив и у непрекидном кретању!!! 4 елемента: вода, ватра, земља и ваздух (представници 4 агрегатна стања материје) наредне опсервације након 000 година!!! /5/ први доказ постојања атома Роберт Браун, Шкотски ботаничар. Брауново кретање кретање честице полена у води, посматрано микроскопом. Узрок овакве цик-цак путање је флуктуација (одступање од средње вредности) броја честица атома и молекула који ударају у честице полена са различитих страна изазивајући њено карактеристично кретање. Како није постојало алтернативно објашњење које не би узело у обзир атоме, Браунов кретање се сматра доказом њиховог /5/009 постојања. 4 Брауново кретање Ајнштајн 905. објављује рад у којем указује како ово кретање може да се употреби за мерење величине атома и моелкула. Жан Баптист Перен (870-94), француски физичар, прецизно одређивање Авогадровог броја на бази Ајнштајновог рада. Структура материје Демокрит: добро наоштримо нож и почнемо да рецкамо материју шта ћемо видети? /5/009 5 /5/009 6

Развој представа о атому Радефордов експеримент чврсте лопте (440 BC-904 АC), Леукип идемокрит пудинг са шљивама (904-9) - Томсон нуклеарни модел (9-9), Радефорд планетарни-орбитални (9-90), Бор

2 Развој представа о атому Радефордов експеримент чврсте лопте (440 BC-904 АC), Леукип идемокрит пудинг са шљивама (904-9) - Томсон нуклеарни модел (9-9), Радефорд планетарни-орбитални (9-90), Бор модел електронских облака (96- данас),... /5/009 7 /5/009 8 Радефордов експеримент са металном фолијом /5/009 9 /5/009 0 Радефордов модел атома Већи део атома је празан простор. Већи део масе атома као и наелектрисање се налазиуцентруатома. /5/009 /5/009

Шта не ваља код Радефордовог модела? Привлачење негативних електрона и позитивног језгра. Зрачење је континуално. Проблем је што није континуално у пракси зраче се одређене боје, то бар сви знамо!

3 Шта не ваља код Радефордовог модела? Привлачење негативних електрона и позитивног језгра. Зрачење је континуално. Проблем је што није континуално у пракси зраче се одређене боје, то бар сви знамо!!!! Борове идеје-планетарни модел Електрони се крећу око језгра по стабилним орбитама и при том не емитују зрачење. Електрон на таквој (стабилној) орбити има одређену енергију. dopuštn putanj lktroni Jzgro /5/009 /5/009 4 Енергија се зрачи када електрони прелазе са више орбиту на нижу. /5/009 5 /5/009 6 Енергија се емитује као фотон енергије која је тачно једнака енергијској разлици нивоа hf = E E initial final Водоник и његов отисак прста - - /5/009 7 /5/009 8

4 Модел електронских облака * Број уз слово је тзв. главни квантни број (n) који одређује запремину атомске орбитале у којој је вероватноћа налажења електрона максимална на Боровом радијусу је максимум. * Са порастом n расте и запремина атомске орбитале, а тиме и удаљеност електрона од језгра. s s * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијама l = 0 s ( sharp отшра ) l = l= d ( diffus -дифузна) l = ) p ( principal - главна f ( fundamntal-основна) /5/009 9 s /5/009 0 Електронске конфигурације Показују како су електрони распоређени око језгра Максималан број електрона на енергијском нивоу је дефинисан вредношћу главног квантног броја n n Паулијев принцип забране Немогуће је да у једном квантном систему постоје електрона који имају иста сва 4 квантна броја (n- главни квантни број, l- орбитални квантни број, m-магнетни кватни број, s- спински кванти број) n=,, l=0,,, (n-) m=0,,-,., l,-l s=/,-/ /5/009 /5/009 Означавање електронске конфигурације Енергијски ниво 5f Број - на субеенергијском нивоу Суб-енергијски ниво Неке електронске конфигурације: H: s H: s Li: s s K: s s p 6 s p 6 4s /5/009 /5/

Стрелице-оријентација спина K K: s s p 6 s p 6 4s Енергија s s p s p 4 s d /5/009 5 /5/009 6 Спектри Чврста тела, течности и гасови могу да емитују ЕМ зрачење Непрекидни спектри Непрекидан спектар се

5 Стрелице-оријентација спина K K: s s p 6 s p 6 4s Енергија s s p s p 4 s d /5/009 5 /5/009 6 Спектри Чврста тела, течности и гасови могу да емитују ЕМ зрачење Непрекидни спектри Непрекидан спектар се може добити нпр у видљивом делу користећи било које тело које може да зрачи као црно тело- нпр. сијалицу са ужареном нити Спектар непрекидни као црно тело емисиони апсорпциони /5/009 7 /5/ График интензитета светлости у зависности од таласне дужине Интензитет Таласна дужина (λ) : [nm] /5/009 9 /5/

6 Апсорпциони спектар Ако светлост пролази кроз облак хладнијег гаса, тај облак селективно апсорбује линије одређених таласних дужина које зависе од хемијског састава гаса. Провидан (редак), релативно хладан гас испред извора непрекидног спектра производи aпсорпциони спектар серија црних (недостајућих) спектралних линија унутар боја непрекидног спектра /5/009 Интензитет Таласна дужина (λ) : [nm] /5/009 Емисиони спектар Ако се посматра светлост коју производи топао редак гас, видећемо спектар који се састоји од серије јасних емисионих линија на тамној позадини. Те линије су карактеристичне за хемијски састав гаса Интензитет Топао, провидан гас прозводи емисиони спектар, тј. линије - серија јасних линија одговарајућих боја на тамној позадини. /5/ Таласна дужина (λ) : [nm] /5/009 4 Водоник Хелијум Протон Неутрон Електрон /5/009 5 /5/

Настанак емисионог спектра Електрон са вишег енергијског стања прелази у ниже и настаје светлост енергије која тачно одговара разлици енергија ова два стања/нивоа.

7 Настанак емисионог спектра Електрон са вишег енергијског стања прелази у ниже и настаје светлост енергије која тачно одговара разлици енергија ова два стања/нивоа. Водоник Спектар атома пре и после преласка између нивоа. Приметити да сваком прелазу одговара нека тачно одређена боја /5/009 7 /5/009 8 Апсорпциони спектар Електрон са нижег енергијског стања се попне на више при чему мора да апсорбује светлост чија је енергија (а тимеифреквенцијаиталаснадужина) одређена разликом енергијских нивоа између којих се врши прелаз. /5/009 9 /5/ Молекулски спектри немају сви атоми стабилну конфигурацију племенитих гасова зато формирају молекуле, деле електроне пример: водоник, Н није стабилан али Н јесте, итд. Н О, СО, О растојање атома у молекулу није фиксно осцилују ови спектри су тракасти Нуклеарна физика и радиоактивност /5/009 4 /5/

протона). /5/009 4 C Атомска јединица масе као енергијска јединица (u) Ајнштајнова једначина E = mc даје везу између масе и енергије!

8 Структура језгра Језгра се карактеришу бројем нуклеона: неутрони (неутралне честице) и протони (p =.6x0-9 C). је томски број: = N Нотација за описивање језгара: X 4 = 6 Елементи су дефинисани бројем протона, Атоми који имају исти број а различит број се зову изотопи (различит број неутрона а исти број протона). /5/009 4 C Атомска јединица масе као енергијска јединица (u) Ајнштајнова једначина E = mc даје везу између масе и енергије! Може да се искористи и за изражавање атомске јединице масе у енергијским јединицама! 7 9 u =.66 0 kg; V =.60 0 J;MV = E = mc = (.66 0 kg)( 0 m / s) = J 0 E(u ) = 9.5Mv; u = 9.5MV / c = J M_proton = u = 98.8 MV M_nutron = u = MV M_lctron = u = 0.5 MV /5/ J; Димензије језгра и густина r = r r = 0 / 5 (. 0 ) fm = 0, 5 m m Димензија језгра је реда величине фемтометра (ферми) 0-5 m, док је величина атома 0-0 m (ангстрем). Већи атоми имају већи радијус језгра, али према горњој формули, радијус расте спорије од атомског броја! /5/ /, Густина језгра Да би се проценила густина језгра, треба израчунати запремину језгра и масу па направити однос! Како је радијус језгра пропорционалан трећем корену атомског (масеног) броја А, густина језгра различитих елемената ће бити независна од атомског броја. M = u r = V = ρ = 5 / (. 0 m) 5 4 / πr = 4 / π(. 0 m) 5 7 u / 4 / π(. 0 m) =. 0 kg / m /5/ Да ли су језгра стабилна? Силе између нуклеона у језгру: Одбојна Кулонова сила између протона Привлачна јака нуклеарна сила (краткодометна сила радијус дејства је неколико fm) Јакасиланеутичена електроне: опада рапидно са растојањем N= /5/ Откриће радиоактивности Парчеуранијумакојејеу мрачној просторији озрачило филм. Радиоактивност је на тај начин открио 896. године Hnri Bcqurl (оставио је уранов оксид на омот неразвијеног филма у фиоци.) Добио је Нобелову награду за ово откриће 90. године. /5/

98. Радефорд је извео прву нуклеарну реакцију у лабораторији. Алфа честицама је бомбардовао азот и претворио га у кисеоник.

4 H Бета (β) распад: емитовање или захватање високоенергетских лектрона од стране језгра. Гама (γ) распад: језгро емитује фотоне.

Ово је базирано на Ајнштајновој једначини: E=( m)c!

..) различито се понашају у магнетном пољу.

9 98. Радефорд је извео прву нуклеарну реакцију у лабораторији. Алфа честицама је бомбардовао азот и претворио га у кисеоник. Сан алхемичара /5/ Радиоактивност Алфа (α) распад: језгро се распада кроз емитовање алфа честице језгра хелијума. 4 H Бета (β) распад: емитовање или захватање високоенергетских лектрона од стране језгра. Гама (γ) распад: језгро емитује фотоне. Бета (β ) распад: емитују се позитрони. Када језгро доживљава радиоактивни распад, маса система опада и та разлика у маси се ослобађа као енергија! Ово је базирано на Ајнштајновој једначини: E=( m)c! /5/ Поређење зрачења: Разне врсте зрачења заустављају различити материјали Пошто имају различите карактеристике (наелектрисање, маса,...) различито се понашају у магнетном пољу. /5/009 5 /5/009 5 Алфа распад Алфа распад: језгро се распада кроз X 4 емитовање алфа честице H X > Y 4 4 α У алфа распаду укупан број протона и неутрона остаје као и пре реакције! Масени број језгра потомка је за четири мањи од језгра претка. 8 /5/ Уранијум U доживљава алфа распад! β - β, β - распад и електронски захват - распад β - распад - - захват X X Y X Y ν ν /5/ Y ν n p ν 0 p n ν p n ν У β (β ) распаду, митују се електрони и позитрони разних енергија (уз неутроне и електронске неутрине (антинеутрине означени цртом изнад ознаке ν )) 0 0 9

10 γ-распад Гама распад: емитују се фотони. Уњему, побуђена језгра прелазе у ниже енергијско стање C 7 N * ν 4 7 N* 4 7 N γ Акојезгродоживљаваα-, β- или γ-распад, маса система опада а разлика у маси се ослобођа као енергија : E = ( m)c! /5/

Σχετικά έγγραφα

Атомска и нуклеарна физика

Атомска и нуклеарна физика 23.5.2008. Физика 2008 Структура материје Демокрит: добро наоштримо нож и почнемо да рецкамо материју шта ћемо видети? 23.5.2008. Физика 2008 2 Развој представа о атому чврсте