PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Transcript

1 ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

2 PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που είναι ανάλογα με τη συχνότητα (f).

3 PLANCK 1900 υπεριώδες Ορατό υπέρυθρο Μήκος κύματος (Å)

4 PLANCK 1900 Δηλαδή είναι E = h f όπου h = 6, J s είναι γνωστή ως σταθερά του Planck.

5 EINSTEIN ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΌ ΦΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905 Με βάση την ιδέα του Planck ο Eisntein εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο που σχετίζεται με την εξαγωγή e - από ένα μέταλλο με τη βοήθεια του φωτός.

6 EINSTEIN ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΌ ΦΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905

7 EINSTEIN ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΌ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ 1905 Πειραματικά είχε διαπιστωθεί ότι: α) Δεν παράγονται e - όταν η συχνότητα είναι κάτω από μια ορισμένη τιμή. β) Το πλήθος των εκπεμπόμενων e - είναι ανάλογο της έντασης του φωτός. γ) Η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων φωτονίων είναι ανάλογη της συχνότητας.

8 EINSTEIN ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΌ ΦΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905 Η εξίσωση που περιγράφει το Φ.Φ. είναι η διατήρηση της ενέργειας: h f = W m e v 2 όπου W το έργο εξαγωγής για το συγκεκριμένο μέταλλο.

9 EINSTEIN ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΌ ΦΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905 Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δείχνει ότι η ενεργειακή αποτελεσματικότητα του φωτός εξαρτάται από την συχνότητα και όχι από την ένταση (όπως ήταν αναμενόμενο με βάση την κλασική θεωρία).

10 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Όλοι ξέρουμε π.χ. ότι μαυρίζουμε όταν εκτεθούμε σε υπεριώδες φως, το οποίο σημαίνει ότι οι χημικές αντιδράσεις που προκαλούν το μαύρισμα ενεργοποιούνται μόνο όταν η συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας υπερβεί μια τιμή.

11 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Για να γίνει μια τέτοια χημική αντίδραση πρέπει να δοθεί στα αντιδρώντα μόρια μια ελάχιστη ενέργεια.

12 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Αν η Η/Μ ακτινοβολία είχε συνεχή χαρακτήρα, τότε η απαιτούμενη ενέργεια θα μπορούσε να απορροφηθεί σιγά-σιγά και η αντίδραση θα συνέβαινε ανεξάρτητα από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός.

13 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Δηλ. θα μαυρίζαμε ακόμα και δίπλα σε μια ραδιοφωνική κεραία!!!!!

14 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Χωρίς την κβάντωση της Η/Μ ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια των ατόμων και των μορίων θα απορροφούσαν συνεχώς ενέργεια από το φως οποιασδήποτε συχνότητας και η ύπαρξη σταθερών μοριακών δομών θα ήταν απολύτως αδύνατη.

15 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Η κβάντωση του φωτός είναι αναγκαιότητα συνυφασμένη με την ίδια την ύπαρξη μας.

16 ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR Ήταν το πρώτο μοντέλο που εξήγησε το γραμμικό φάσμα για την περίπτωση του αέριου υδρογόνου.

17 ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Μελετάμε το γραμμικό φάσμα εκπομπής ενός στοιχείου με την ακόλουθη διάταξη

18 ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Διαφορετικό είδος ατόμων δίνει διαφορετικό γραμμικό φάσμα. Η ιδιότητα αυτή χρησιμοποιούταν, χωρίς να είναι κατανοητό πως παράγεται το γραμμικό φάσμα, για την χημική αναγνώριση των στοιχείων.

19 ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR Βασίζεται στις εξής υποθέσεις: 1) Η κίνηση του ηλεκτρονίου γύρω από το άτομο γίνεται υπό την επίδραση της δύναμης Coulomb. 2) Το ηλεκτρόνιο κινείται μόνο σε συγκεκριμένες τροχιές που ονομάζονται ΕΠΙΤΡΕΠΟΜΕΝΕΣ και σε αυτές η στροφορμή είναι κβαντισμένη h L = m υ r = n 2 π

20 ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR Σχηματικά r n = n 2 r 1 r 1 = 0, m= Ακτίνα Bohr r 2 E 2 r 1 E 1 E n = E 1 n 2 E 1 = 21, J = 13,6 ev

21 ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR 3) Το ηλεκτρόνιο εκπέμπει ενέργεια κάθε φορά που μεταβαίνει από εξωτερική σε εσωτερική τροχιά. E = E 2 E 1 = hv E 1 4 E 1 = hv

22 ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR 3) Αντιθέτως, το ηλεκτρόνιο απορροφά ενέργεια κάθε φορά που μεταβαίνει από εσωτερική σε εξωτερική τροχιά. E = E 2 E 1 = hv E 1 4 E 1 = hv

23 ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Μπορούμε να εξηγήσουμε το γραμμικό φάσμα εκπομπής με βάση αυτές τις μεταβάσεις του ηλεκτρονίου από εξωτερικές σε εσωτερικές τροχιές.

24 ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Σχηματικά

25 HEISENBERG ΑΡΧΗ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ 1927 Οι μετρήσεις στη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου δεν μπορούν να γίνουν με μηδενική αβεβαιότητα ταυτόχρονα. Ισχύει ότι x p h 4 π όπου x η αβεβαιότητα στη θέση και p η αβεβαιότητα στην ορμή.

26 DE BROGLIE ΚΥΜΑΤΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΣ ΔΥΙΣΜΟΣ 1924 Τα σωματίδια έχουν κυματικά χαρακτηριστικά. Η σύνδεση μεταξύ κυματικών και σωματιδιακών χαρακτηριστικών γίνεται με τις εξισώσεις: E = h f p = h λ

27 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΦΩΤΌΣ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Ο δυισμός που πρότεινε ο de Broglie είναι ΓΕΝΙΚΟ χαρακτηριστικό της ύλης.

28 ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Πρέπει λοιπόν να υπάρχει μια θεωρία που να περιγράφει τα ΚΥΜΑΤΙΚΑ χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Ολοκληρώθηκε περίπου το 1927.

29 ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΕΔΙΟΥ Πρέπει επίσης να υπάρχει μια θεωρία που να περιγράφει τα ΣΩΜΑΤΙΔΙΚΑ χαρακτηριστικά των κυμάτων. Ολοκληρώθηκε το 1953.

30 ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Η θεωρία που περιγράφει τις κυματικές ιδιότητες των σωματιδίων είναι η εξίσωση Schrodinger h 2 8 π 2 m d2 ψ + V ψ = E ψ dx2 όπου m η μάζα του σωματιδίου, V το δυναμικό του πεδίου εντός του οποίου κινείται και E η ολική του ενέργεια.

31 Η ΚΥΜΑΤΟΣΥΝΑΡΤΗΣΗ Ψ Η συνάρτηση ψ που είναι λύση της εξ. Schrodinger ονομάζεται ΚΥΜΑΤΟΣΥΝΑΡΤΗΣΗ. Το νόημά της είναι ότι το ψ 2 dx δείχνει την πιθανότητα για το ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ να ανιχνευθεί μεταξύ x και x+dx.

32 Η ΚΥΜΑΤΟΣΥΝΑΡΤΗΣΗ Ψ Αντιστοίχως, στις τρείς διαστάσεις το ψ 2 dv δείχνει την πιθανότητα για το ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ να ανιχνευθεί μέσα σε στοιχειώδη όγκο dv. Μάλιστα θα πρέπει η συνάρτηση ψ να είναι κανονικοποιημένη δηλ. ψ 2 dv = 1.

33 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Έστω ένα σωματίδιο που είναι παγιδευμένο σε ένα (μονοδιάστατο) κουτί μήκους L. V= V= V=0 0 L x

34 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Ουσιαστικά πρόκειται για ένα σωματίδιο (π.χ. e - ) που είναι παγιδευμένο σε ένα πηγάδι και ανακλάται τελείως ελαστικά κάθε φορά που προσπίπτει στα τοιχώματα. Αυτό έχει ως συνέπεια να διατηρείται η ενέργεια του.

35 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Στην περίπτωση αυτή αποδεικνύεται (επιλύοντος την εξ. Schrodinger) ότι: α) Η (κινητική) ενέργεια του σωματιδίου είναι ΚΒΑΝΤΙΣΜΕΝΗ και παίρνει τις τιμές E n = h 2 8 m L 2 n2 n = 1,2,3

36 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) β) Η χαμηλότερη τιμή ενέργειας ΔΕΝ είναι η E n = 0 αφού n 0. Η ενέργεια αυτή ονομάζεται ενέργεια μηδενικού σημείου.

37 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) γ) Από την εξίσωση E n = h2 8 m L 2 n2 παρατηρούμε ότι όταν m ή L πολύ μεγάλα, τότε τα διαδοχικά ενεργειακά επίπεδα θα απέχουν πολύ λίγο μεταξύ τους.

38 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Πρόκειται για τις περιπτώσεις ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ή σωματιδίων ΕΓΚΛΕΙΣΜΕΝΑ ΣΕ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ ΚΟΥΤΙΑ οπότε τα κβαντικά φαινόμενα είναι αμελητέα και τα συστήματα περιγράφονται με κλασικούς όρους.

39 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) δ) Οι κυματοσυναρτήσεις που μπορούν να περιγράφουν το σωματίδιο όταν έχει ενέργεια E n είναι ψ n = 2 L sin n π L x n = 1,2,3

40 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Σχηματικά για τις πρώτες κυματοσυναρτήσεις έχουμε

41 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Οι κυματοσυναρτήσεις μοιάζουν με στάσιμα κύματα σε χορδή. Η συνάρτηση ψ παίρνει θετικές και αρνητικές τιμές αλλά η συνάρτηση ψ 2 που δίνει την πιθανότητα είναι παντού θετική.

42 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Η πιθανότητα να βρούμε το σωματίδιο ΔΕΝ είναι παντού η ίδια όπως αναμέναμε κλασικά. Υπάρχουν θέσεις με μηδενική πιθανότητα.

43 ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΣΕ ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ (ΚΟΥΤΙ) Οι κυματοσυναρτήσεις εξελίσσονται χρονικά, αλλά δεν θα ασχοληθούμε με τη χρονική τους εξέλιξη.

44 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Ουσιαστικά πρόκειται για το κβαντικό μοντέλο του αρμονικού ταλαντωτή για τον οποίο γνωρίζουμε ότι f = 1 2 π k m.

45 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Στη περίπτωση της κβαντομηχανικής χρησιμοποιούμε το μοντέλο του αρμονικού ταλαντωτή για να μελετήσουμε ένα διατομικό μόριο στο οποίο επιτρέπεται η δονητική κίνηση.

46 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Το μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί ως ελατήριο σταθεράς k. k m 1 m 2

47 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Ήδη στο πλαίσιο της κλασικής μηχανικής αποδεικνύεται ότι η συχνότητα δίνεται από τη σχέση f = 1 2 π k μ όπου μ = m 1 m 2 m 1 +m 2 η ονομαζόμενη ανηγμένη μάζα.

48 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Ήδη στο πλαίσιο της κλασικής μηχανικής αποδεικνύεται ότι η συχνότητα δίνεται από τη σχέση f = 1 2 π k μ όπου μ = m 1 m 2 m 1 +m 2 η ονομαζόμενη ανηγμένη μάζα.

49 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Η εξ. Schrodinger επιλύεται για το δυναμικό V = 1 2 k x2 και δίνει ότι: α)η ενέργεια ειναι ΚΒΑΝΤΙΣΜΕΝΗ και δίνεται από τη σχέση: E v = v h f v = 0,1,2,

50 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) β) Η χαμηλότερη τιμή ενέργειας και πάλι ΔΕΝ μπορεί να είναι η E ν = 0. Η ενέργεια αυτή ονομάζεται ενέργεια μηδενικού σημείου.

51 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) γ) Οι κυματοσυναρτήσεις που μπορούν να περιγράφουν το μόριο είναι αρκετά πολύπλοκές και δεν θα μας απασχολήσουν. Οι γραφικές τους παραστάσεις όμως και πάλι μοιάζουν με αυτές των στάσιμων κυμάτων.

52 ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ (ΔΙΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ) Αρμονικός ταλαντωτής Δυναμικό & Κυματοσυναρτήσεις

53 ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΑΣ Πρόκειται για το κβαντικό μοντέλο του αλτήρα δηλ. δύο άτομα που συνδέονται με άκαμπτο τρόπο και μπορούν να περιστρέφονται γύρω από κάποιο άξονα που διέρχεται από το Ο.

54 ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΑΣ Στη περίπτωση της κβαντομηχανικής χρησιμοποιούμε το μοντέλο του αλτήρα για να μελετήσουμε ένα διατομικό μόριο στο οποίο επιτρέπεται η περιστροφική κίνηση.

55 ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΑΣ Από την κλασική φυσική γνωρίζουμε ότι η ροπή αδράνειας για άξονα από το Ο είναι: I = m 1 r m 2 r 2 2 = μ r 2 όπου μ = m 1 m 2 m 1 +m 2 η ανηγμένη μάζα.

56 ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΑΣ Η εξ. Schrodinger επιλύεται και δίνει ότι η ενέργεια ειναι ΚΒΑΝΤΙΣΜΕΝΗ και δίνεται από τη σχέση: E J = J J h 2 8 π 2 J = 0,1,2, I

57 ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Η εξ. Schrodinger στις 3 διαστάσεις επιλύεται για δυναμικό Coulomb V = k ηλ e2 r και δίνει ότι: α)η ενέργεια του μορίου ειναι ΚΒΑΝΤΙΣΜΕΝΗ και δίνεται από τη σχέση: E n = m e e 4 8 h 2 ε2 1 n = 1,2, 0 n2

58 ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ β) Η έκφραση για την ενέργεια είναι ίδια με αυτή που προκύπτει από το πρότυπο Bohr και συνήθως γράφεται ως: όπου E n = E 1 n = 1,2, n2 E 1 = m e e 4 8 h 2 ε 0 2

59 ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ γ) Οι κυματοσυναρτήσεις που μπορούν να περιγράφουν το άτομο είναι αρκετά πολύπλοκες και δεν θα μας απασχολήσουν. Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζουμε είναι ότι εξαρτώναι από 3 ΚΒΑΝΤΙΚΟΥΣ αριθμούς που συμβολίζονται με n, l, m l.

60 ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ δ) Ο n = κύριος κβαντικός αριθμός καθορίζει την ενέργεια του ατόμου Ο l = δευτερεύων ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός καθορίζει τη στροφορμή και ο μαγνητιικός κβαντικός αριθμός m l = προσδιορίζει τον προσανατολισμό της συνάρτησης ψ στο χώρο.

61 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

62 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Από την αλληλεπίδραση τους φωτός με την ύλη μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τους δεσμούς σε μια χημική ένωση.

63 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Υπάρχουν δύο βασικά είδη φασματοσκοπίας: α) Φασματοσκοπία απορρόφησης. β) Φασματοσκοπία εκπομπής.

64 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Σε αυτή το υλικό μας ΑΠΟΡΡΟΦΑ φωτόνια. E 2 Φωτόνιο E 1

65 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Τέτοιου είδους είναι συνήθως οι φασματοσκοπίες μικροκυμάτων και υπέρυθρων, η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και η φασματοσκοπία συντονισμού spin.

66 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Σχηματικά Πρίσμα (συσκευή ανάλυσης) Πηγή που εκπέμπει λευκό (πολυχρωματικό) φώς Το φως προσπίπτει στο υπό μελέτη σώμα

67 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Τα στερεά και τα υγρά δίνουν ΣΥΝΕΧΗ φάσματα απορρόφησης. Τα αέρια δίνουν ΓΡΑΜΜΙΚΑ φάσματα απορρόφησης.

68 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Σε αυτή το υλικό μας εκπέμπει φωτόνια. E 2 Φωτόνιο E 1

69 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΕΚΠΟΠΗΣ Τέτοιου είδους είναι ο φωσφορισμός και ο φθορισμός.

70 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Σχηματικά Πρίσμα (συσκευή ανάλυσης) Πηγή εκπεμπόμενου φωτός είναι το υπό μελέτη σώμα

71 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΕΚΠΟΠΗΣ Τα στερεά και τα υγρά δίνουν ΣΥΝΕΧΗ φάσματα εκπομπής. Τα αέρια δίνουν ΓΡΑΜΜΙΚΑ φάσματα εκπομπής.

72 ΒΑΣΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ Για τις ενέργειες των 2 σταθμών και τη συχνότητα του φωτονίου ισχύει ότι: E = E 2 E 1 = h f E 2 E 1

73 ΜΟΝΑΔΕΣ Οι ακτινοβολίες που εμπλέκονται μπορούν να χαρακτηριστούν: α) Με το μήκος κύματος λ συνήθως σε μm(=10-6 m) ή σε nm(=10-9 m). β) Με τη συχνότητα f, συνήθως σε Hz. γ) Με τον κυματαριθμό v = 1 λ = f c, συνήθως σε cm -1.

74 ΕΥΡΟΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ* Θεωρητικά η φασματική γραμμή που προκύπτει από την εκπομπή ενός φωτονίου θα έπρεπε να μην έχει καθόλου πάχος. Για ορισμένους όμως λόγους (σχέση αβεβαιότητας του Heisenberg,φαινόμενο Doppler) οι φασματικές γραμμές έχουν κάποιο έυρος.

75 ΕΥΡΟΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ* Σχηματικά

76 ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΟΡΓΑΝΟΥ Καθώς οι φασματικές γραμμές έχουν κάποιο εύρος ΔΕΝ είναι σίγουρο ότι το όργανο που χρησιμοποιούμε μπορεί να τις διαχωρίσει, αν συμβεί αυτές να επικαλύπτονται.

77 ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΟΡΓΑΝΟΥ* Η διακριτική ικανότητα ενός οργάνου ορίζεται ως: R = λ Δλ όπου λ η μέση τιμή των μηκών κύματος των δύο κοντινών φασματικών γραμμών και Δλ η μικρότερη απόσταση ώστε οι γραμμές να γίνονται αντιληπτές ως διαφορετικές.

78 ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΟΡΓΑΝΟΥ* Σχηματικά Καλά διαχωρισμένες φασματικές γραμμές Από το (b) στο (d) η επικάλυψη αυξάνει

79 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Σε όλες τις προηγούμενες περιπτώσεις έχουμε ΚΒΑΝΤΙΣΜΕΝΕΣ ενεργειακές στάθμες, που όμως έχουν ενεργειακές διαφορές πολύ διαφορετικές.

80 ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ Σχηματικά J ΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ (π.χ. ΑΤΟΜΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ) ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΡΜΟΝΙΚΟΥ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗ ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΒΑΝΤΙΚΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΑ

81 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Ανάλογα με τα φωτόνια που χρησιμοποιούμε διεγείρουμε τις μεταβάσεις μεταξύ συγκεκριμένων ενεργειακών σταθμών.

82 ΔΙΑΦΟΡΑ ΕΙΔΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ