Ενεργειακές στάθµεςονοµάζουµε τις επιτρεπόµενες τιµές ενέργειας Όταν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην στιβάδα µε τη χαµηλότερη ενέργεια δηλ.

Transcript

1 ΙΑΚΡΙΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ & ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΩΤΟΝΙΩΝ

2 Ενεργειακές στάθµες Ενεργειακές στάθµεςονοµάζουµε τις επιτρεπόµενες τιµές ενέργειας Όταν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην στιβάδα µε τη χαµηλότερη ενέργεια δηλ. για n=1, τότε το άτοµο βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση Όλες οι άλλες καταστάσεις ονοµάζονται διεγερµένες καταστάσεις (για n=2,3 κτλ)

3 Εφόσον η ενέργεια του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου είναι: Ε n = E 1 /n 2, οι δυνατές ενεργειακές στάθµες είναι: Για n = 1 (θεµελιώδη κατάσταση): Ε 1 = 13,6 ev Για n = 2 (2 η τροχιά): Ε 2 = -13,6/4 = 3,4 ev Για n = 3 (3 η τροχιά): Ε 3 = -13,6/9 = 1,51 ev Για n = 4 (4 η τροχιά): Ε 4 = -13,6/16 = 0,85 ev Για n = (εκτός ηλ. πεδίου πυρήνα): Ε = 0 1eV=1,6 x Joule: Η ενέργεια που µεταβιβάζεται σε ένα ηλεκτρόνιο, όταν αυτό επιταχύνεται από διαφορά δυναµικού 1Volt

4 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 4 = 0,85 ev Ε 3 = 1,51 ev Ε 2 = 3,4 ev Ε 1 = 13,6 ev n = 4 n = 3 Η µετάβαση του ηλεκτρονίου από µια τροχιά χαµηλής ενέργειας σε άλλη υψηλότερης ενέργειας ονοµάζεται διέγερση του ατόµου Η ενέργεια που απαιτείται ονοµάζεται ενέργεια διέγερσης n = 2 n = 1 E (ev)

5 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 4 = 0,85 ev Ε 3 = 1,51 ev Ε 2 = 3,4 ev Ε 1 = 13,6 ev n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 Μετά από ελάχιστο χρονικό διάστηµα (10-8 s) ακολουθεί η αποδιέγερση και το άτοµο επιστρέφει στην πρώτη τροχιά (θεµελιώδη κατάσταση) είτε απευθείας είτε διαδοχικά E (ev)

6 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 4 = 0,85 ev Ε 3 = 1,51 ev Ε 2 = 3,4 ev n = 4 n = 3 n = 2 Σε κάθε αποδιέγερση εκπέµπονται φωτόνια µε ενέργειες ίσες µε τις διαφορές αρχικής µείον τελικής ενεργειακής στάθµης: hf = E α Ε τ Ε 1 = 13,6 ev n = 1 E (ev)

7 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 4 = 0,85 ev Ε 3 = 1,51 ev Ε 2 = 3,4 ev Ε 1 = 13,6 ev υπεριώδους ορατού n = 4 n = 3 υπέρυθρου n = 2 Οι αποδιεγέρσεις του ατόµου του υδρογόνου µπορούν να χωριστούν σε 3 κύριες κατηγορίες n = 1 E

8 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 1 = 13,6 ev Ε = 0 n = n = 1 Μερικές φορές το άτοµο µπορεί να απορροφήσει τόσο µεγάλη ενέργεια ώστε ν αποµακρυνθεί τελείως από τον πυρήνα. Τότε λέµε ότι έχουµε το φαινόµενο του ιονισµού του ατόµου E

9 ιάγραµµα ενεργειακών σταθµών Ε 1 = 13,6 ev Ε = 0 n = E n = 1 Η ελάχιστη απαιτούµενη ενέργεια για τον ιονισµό του ατόµου ονοµάζεται ενέργεια ιονισµούκαι είναι: Ε ιον =Ε Ε 1 ή Ε ιον = 0 ( 13,6 ev) ή Ε ιον = 13,6 ev

10 Μηχανισµός παραγωγής και απορρόφησης φωτονίων Τα άτοµα διεγείρονται απορροφώντας ενέργεια µε δύο τρόπους: ιέγερση µε κρούση ιέγερση µε απορρόφηση ακτινοβολίας

11 ιέγερση µε κρούση Όταν ένα σωµατίδιο (π.χ. ηλεκτρόνιο, άτοµο ή ιόν) συγκρουστεί µε ένα άτοµο υδρογόνου, τότε το ηλεκτρόνιο µπορεί να απορροφήσει ενέργεια λόγω της κρούσης και να µεταβεί σε τροχιά µεγαλύτερης ενέργειας δηλαδή το άτοµο να διεγερθεί. Το διεγερµένο άτοµο επανέρχεται µετά από ελάχιστο χρόνο στη θεµελιώδη κατάσταση µε ταυτόχρονη εκποµπή φωτονίου.

12 Πως γίνεται ; - + -

13 ιέγερση µε απορρόφηση ακτινοβολίας Όταν λευκό φως διέρχεται µέσα από αέριο υδρογόνο, απορροφώνται µόνο τα φωτόνια που προκαλούν διεγέρσεις, δηλαδή όσα φωτόνια έχουν µήκη κύµατος που αντιστοιχούν σε µεταβάσεις µεταξύ επιτρεπόµενων τιµών ενέργειας (επιτρεπόµενες τροχιές).

14 ιέγερση µε απορρόφηση Ένα άτοµο απορροφά ένα φωτόνιο και διεγείρεται δηλαδή το ηλεκτρόνιο µεταπηδά σε εξωτερική στιβάδα. Το φάσµα απορρόφησης εµφανίζει σκοτεινή γραµµή στο µήκος κύµατος του φωτονίου που απορροφήθηκε. ακτινοβολίας

15 Αποδιέγερσηατόµου Το άτοµο αποδιεγείρεται (σε 10-8 s) µεταπηδώντας σε εσωτερική στιβάδα µε ταυτόχρονη εκποµπή φωτονίου. Η επάνοδος µπορεί να γίνει είτε απευθείας,, είτε µε ενδιάµεσα άλµατα από τροχιά σε τροχιά. Οι φωτεινές γραµµές αντιστοιχούν στα µήκοικύµατος των φωτονίων που εκπέµπονται σε κάθε άλµα.

16 Τελικά ο Bohr απάντησε στα παρακάτω ερωτήµατα; 1. Γιατί τα φάσµατα των αερίων εξέπεµπαν συγκεκριµένες συχνότητες ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας (έχουν δηλ. φάσµα ΓΡΑΜΜΙΚΟ); 2. Γιατί οι γραµµές απορρόφησης του φάσµατος εκποµπής των αερίων ταυτίζονται µε τις γραµµές στα φάσµατα απορρόφησης τους;

17 Ναι!! Τα ηλεκτρόνια επιτρέπεται να µεταβαίνουν µόνο σε συγκεκριµένες τροχιές (επιτρεπτές) µε συγκεκριµένες τιµές ενέργειας (κβάντωση ενέργειας). Για να µεταβεί ένα ηλεκτρόνιο από τροχιά µικρότερης σε τροχιά µεγαλύτερης ενέργειας θα πρέπει να απορροφήσει τόση ενέργεια όση η διαφορά ενέργειας ( Ε) των δύο τροχιών. Εποµένως το φωτόνιο που θα απορροφηθεί θα πρέπει να έχει συγκεκριµένο µήκος κύµατος λ: Ε = Ε φωτ = hf Ε = hc /λ λ = hc / Ε Άρα στα φάσµατα απορρόφησης, όσα µήκη κύµατος αντιστοιχούν σε ενέργεια µετάβασης σε επόµενες τροχιές, θα εµφανίζονται µε σκοτεινές γραµµές στο φάσµα του λευκού φωτός, επειδή τα φωτόνια µε αυτά τα µήκη κύµατος θα απορροφηθούν. Κατά την αποδιέγερσητα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στις τροχιές χαµηλότερης ενέργειας που βρισκόταν αρχικά ακολουθώντας αντίστροφη πορεία, εκπέµποντας αυτή τη φορά φωτόνια µε µήκος κύµατος ίδιο µε αυτά που απορρόφησαν Το αποτέλεσµα είναι να εµφανίζονται τώρα φωτεινές γραµµές στο φάσµα εκποµπής του στη θέση των σκοτεινών του φάσµατος απορρόφησης.

18 Τελικά: Το πρότυπο του Bohrερµηνεύει ικανοποιητικά τα γραµµικά φάσµατα του υδρογόνου και των υδρογονοειδών (ιόντα µε ένα ηλεκτρόνιο όπως He +, Li 2+ κλπ) εν µπορεί να ερµηνεύσει τα φάσµατα πολυηλεκτρονιακώνατόµων ατόµων κάτι που θα κάνει µε επιτυχία η κβαντοµηχανική.

19 Για το σπίτι Μελέτη: σ Ερωτήσεις: 7-10 Ασκήσεις: 1,2 Ευχαριστώ!