W8. Podstawy spektroskopii

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "W8. Podstawy spektroskopii"

Weronika Pietrzyk
5 lat temu
Przeglądów:

1 Wykład 8 Atom wodoru wdług Bora aaliza widmowa, modl Tompsoa, modl Rutrforda, postulaty Bora, wzór Balmra, atomy wodoropodob, atomy mioow, toria Bora-Sommrflda, zasada korspodcji, atomy rydbrgowski

2 W8. Podstawy spktroskopii Aaliza światła słoczgo wykazuj obcość liii Frauofra, który zmirzył odpowiadając im długości fal (84 r.) r. G. Kircoff i R. Bus aalizując widmo światła mitowago przz rozgrza pirwiastki odkryli, ż obsrwowa lii dokładi pasują do czaryc mijsc w widmi Frauofra.

W8. Podstawy spktroskopii Scmaty układów doświadczalyc do obsrwacji widm absorpcyjyc i misyjyc WIDMO ABSORPCYJN światło przcodzi przz gaz i jst częściowo absorbowa a krai widocz czar lii a

3 W8. Podstawy spktroskopii Scmaty układów doświadczalyc do obsrwacji widm absorpcyjyc i misyjyc WIDMO ABSORPCYJN światło przcodzi przz gaz i jst częściowo absorbowa a krai widocz czar lii a ciągłym spktrum. WIDMO MISYJN światło jst mitowa przz pobudzoy do świcia gaz a krai widocz kolorow lii a czarym tl. ŻRÓDŁO: ttps://opstax.org/dtails/books/fizyka-dla-szk%c3%b3%c5%8-wy%c5%bcszyc-tom-3

4 W8. Podstawy spktroskopii Rodzaj widm: Ciała rozgrza (Słońc, żarówka) wysyłają widmo ciągl: Atomy pirwiastków w stai wzbudzoym wysyłają liiow widmo misyj - Liczba liii i ic położi są caraktrystycz dla dago atomu - Odzwircidla to układ poziomów rgtyczyc w atomi Wodór Hl No Sód Potas Atomy pirwiastków w stai podstawowym absorbują promiiowai z widma ciągłgo - liiow widmo absorpcyj - Struktura widma jst taka sama jak widma misyjgo dago atomu Aaliza widmowa wykrywai obcości pirwiastków i składu cmiczgo substacji

W8. Liiow widmo atomu wodoru FAKT DOŚWIADCZALNY: Świcąc gazy mają liiow widmo misyj. 885 r. - Joa Balmr badając przz szrg lat widmo wodoru podał wzór a długość fal koljyc liii tgo widma.

5 W8. Liiow widmo atomu wodoru FAKT DOŚWIADCZALNY: Świcąc gazy mają liiow widmo misyj. 885 r. - Joa Balmr badając przz szrg lat widmo wodoru podał wzór a długość fal koljyc liii tgo widma. Lii dla różyc tworzą srię liii azywaą SRIĄ BALMRA Wartość = wyzacza graicę srii Balmra: 364 m R gdzi: = 3,4, 5,, liczby atural R =.097*0 7 m r. - Joas Rydbrg wykrył występowai srii w widmac liiowyc iyc pirwiastków. Częstości wszystkic liii daj srii spłiają zalżość: T T 908 r. Waltr Ritz przdstawia zasadę kombiacji Ritza: Atom jst układm stabilym. Atom wypromiiowuj rgię tylko w okrśloyc warukac. Widmo promiiowaia atomu jst liiow. Gdzi fukcj T ( ) i T ( ) azywamy trmami widmowymi. Częstości liii widmowyc dowolgo atomu mogą być przdstawio w postaci różicy dwóc trmów; zstawiając róż kombiacj trmów moża zalźć wszystki możliw częstości liii widma tgo atomu. FAKTY DOŚWIADCZALN:

6 W8. Zrozumii struktury atomu XIX w. Atom jst ajmijszym i ipodzilym składikim matrii. 897 r. J.J. Tomso w ksprymci z promiiami katodowymi odkrywa lktro. 900 r.. Rutrford i P. U. Villard dokoują klasyfikacji promiiowaia a, i. 909 r.. Rutrford,. Marsd i H. Gigr przprowadzają ksprymt z rozpraszaim cząstk a cikij folii Au, który obala modl atomu Tomsoa. 9 r.. Rutrford propouj modl atomu z jądrm, który jdak i wyjaśia wzoru Rydbrga opisującgo lii misyj wodoru. 93 r. N. Bor propouj modl atomu wodoru, który zawira lmty wczsj mcaiki kwatowj.

7 W8. Modl atomu wodoru Bora Początk XXw. Wyiki ksprymtu: w atomi istiją lktroy b. lkki, obdarzo ładukim ujmym - atomy są lktryczi obojęt musza zawirać rówiż ładuk dodati rówy ujmmu. - masa lktroów bardzo mała w porówaiu z masą atomów ładuki dodati związa są z zaczą masą Modl budowy atomu: - Tomso - modl ciasta z rodzykami - ujmi aładowa lktroy są rówomiri rozłożo wwątrz kuli ładuku dodatigo o promiiu rzędu 0-0 m - Rutrford - ładuk jądra skupioy w b. małj objętości (promiń 0-5 m), jądro staowi prawi całą masę atomu - lktroy krążą wokół jądra, ic sumaryczy ładuk (-) rówoważy ładuk (+) jądra - Bor - (z modlu Rutrforda) lktroy (-) krążą wokół irucomgo jądra (+) pod wpływm siły kulombowskij, al: POSTULAT mogą poruszać się tylko po ściśl okrśloyc orbitac (ściśl okrśloa odlgłość od jądra) POSTULAT a takij orbici stacjoarj rgia lktrou jst stała i wypromiiowuj o rgii POSTULAT 3 atom wysyła promiiowai l-m tylko wtdy gdy lktro poruszający się po orbici o całkowitj rgii j przskoczy, a orbitę o iższj rgii k

8 W8. Modl atomu wodoru Bora = = =3 =4 =5 Z postulatu Rutrforda: q q Fkul k r F doś mv r gdzi: k = /4 0 q =q = ładuk lktrou i ładuk jądra r promiń -tj orbity m masa lktrou v prędkość lktrou a -tj orbici Z. postulatu Bora waruk dla dozwoloyc orbit: L KWANTOWANI MOMNTU PĘDU gdzi: L momt pędu lktrou a -tj orbici =,, 3, (umr orbity) stała Placka; =6.63*0-34 Js Układ rówań: 4 r m r 0 v mv r v v r m 0 0 r

4 8 0 m rgia lktrou a -tj orbici: = p + k gdzi: p rgia potcjala oddziaływaia kulombowskigo k - rgia kitycza lktrou Zając: p r r q q k 0 4 k m v v 0 0 m r Otrzymamy: 4 4 0 m p 4 8 0 m k gdzi =3.

9 4 8 0 m rgia lktrou a -tj orbici: = p + k gdzi: p rgia potcjala oddziaływaia kulombowskigo k - rgia kitycza lktrou Zając: p r r q q k 0 4 k m v v 0 0 m r Otrzymamy: m p m k gdzi =3.6V ; (V =.6*0-9 J) Całkowita rgia lktrou jst wilkością skwatowaą rgi kwatów promiiowaia mitowayc (lub absorbowayc) przy przjściu między orbitami - k k c H H H k c gdzi: R =.097*0 7 m - k R WZÓR BALMRA W8. Modl atomu wodoru Bora

10 W8. Modl atomu wodoru Bora Zaczi istorycz modlu - Modl Bora wyjaśia widmo promiiowaia H. - Bor wykorzystuj w modlu wczs kocpcj torii kwatów. - Modl Bora stymuluj rozwój torii kwatów. Modl Bora i uwzględia rucu jądra podczas obigu lktrou po orbici. Wyzaczoa z pomiarów spktroskopowyc wartość stałj Rydbrga R H i jst dokładi zgoda z obliczoą z wzoru różica R 60 cm -. R = m c Wprowadzając masę zrdukowaą układu proto lktro i wprowadzając ją do wzoru a R otrzymujmy wartość stałj zgodą z doświadczim: R = R + m 0 /M m 0 masa lktrou, M masa jądra Z powodu rucu jądra izotopy tgo samgo pirwiastka mają ico róż lii widmow PRZSUNIĘCI IZOTOPOW - Odkryci DUTRU

11 W8. Widma atomów wodoropodobyc Zapropooway przz Bora modl atomu opisuj poprawi widma joów wodoropodobyc. JONY WODOROPODOBN powstają z atomów o Z > po usuięciu wszystkic lktroów poza jdym. = lktro i jądro o ładuku +Z H +, Li +, B 3+ Wzory a promiń i rgię JONÓW WODOROPODOBNYCH r = a 0 Z = Z 0 gdzi a 0 to promiń Bora (a 0 = 0,59 Å), 0 to rgia stau podstawowgo atomu wodoru ( 0 = 3,6 V) Wzory a promiń i rgię JONÓW WODOROPODOBNYCH staowią dobr przybliżi dla jądr o iwilkic liczbac atomowyc Rguła przsuięć spktroskopowyc Sommrflda i Kossla: WIDMO KAŻDGO ATOMU JST BARDZO PODOBN DO WIDMA POJDYNCZO ZJONIZOWANGO ATOMU (JDNODODATNIGO JONU), KTÓRY WYSTĘPUJ JAKO KOLJNY W TABLICY UKŁADU OKRSOWGO PIRWIASTKÓW.

12 W8. Atomy mioow Modl Bora umożliwia opis atomów mioowyc MZOATOMY (95 r.) MION - Ładuk = - Masa = 06,8 x m 0 (masa lktrou) - Czas połowiczgo rozpadu T / =, 0-6 s - zamiast lktrou zawirają mzo (mio) Mzoatomy są mał, a ic rozmiary w skrajyc wypadkac są i większ iż typowa śrdica jądra atomowgo x0-5 m Mioy przd rozpadm mogą być wycwyco przz jądra atomow. Mioy zacowują się tak jak lktroy i moża w odisiiu do ic stosować modl Bora, stąd promii orbit wyoszą r = 4πε 0ħ Z m promiń r jst mijszy od promiia orbity zajmowaj przz lktro o czyik rówy m 0 /m

W8. Rozszrzi modlu Bora przz Sommrflda Dokład pomiary spktroskopow, przy dużj zdolości rozdzilczj pokazały, ż lii w srii Balmra w widmi wodoru i są pojdyczymi liiami, a każda składa się z kilku

13 W8. Rozszrzi modlu Bora przz Sommrflda Dokład pomiary spktroskopow, przy dużj zdolości rozdzilczj pokazały, ż lii w srii Balmra w widmi wodoru i są pojdyczymi liiami, a każda składa się z kilku składowyc. Liia H srii Balmra przy wysokij zdolości rozdzilczj Na podstawi tgo rodzaju obsrwacji Sommrfld rozszrzył modl Bora docodząc do wiosku, ż oprócz orbit kołowyc dla lktrou w atomi możliw są rówiż liptycz orbity o tyc samyc rgiac. Liczba kwatowa okrśla rówiż większą półoś lipsy. Półoś mijsza jst okrśloa przz drugą liczbę kwatową w taki sposób, ż wartość bzwzględa momtu pędu L = k ħ, k. Długość mijszj półosi i ma w tym modlu wpływu a całkowitą rgię róż orbity z dwoma liczbami kwatowymi i k mają jdą i tą samą wartość rgii.

W8. Rozszrzi modlu Bora przz Sommrflda lktro w jdakowym czasi musi zakrślać rów powirzci zawart pomiędzy jgo orbitą, a jądrm = III prawo Kplra Stała struktury subtlj : α = prędkość lktrou a orbici

14 W8. Rozszrzi modlu Bora przz Sommrflda lktro w jdakowym czasi musi zakrślać rów powirzci zawart pomiędzy jgo orbitą, a jądrm = III prawo Kplra Stała struktury subtlj : α = prędkość lktrou a orbici Bora prędkość światła lktro porusza się szybcij lktro jst cięższy lktro porusza się wolij lktro jst lżjszy α = ε 0 c = 37 RLATYWISTYCZNY FKT ZMIANY MASY Wykoa przz Sommrflda obliczia rlatywistyczgo fktu zmiay masy dla orbity lktroowj o liczbac kwatowyc i k dają w wyiku,k = Rc Z + α Z k poprwaki wyższgo rzędu

15 W8. Graic torii Bora-Sommrflda MODL BOHRA-SOMMRFLDA jst izadowalający. Mcaika kwatowa dopuszcza tylko pw orbity. Mcaika klasycza jst wykorzystywaa do obliczaia orbit. Rotacja prilium orbity liptyczj w rucu lktrou wokół jądra ZASADA KORSPONDNCJI BOHRA KAŻDA NIKLASYCZNA TORIA W GRANICY WYSOKICH NRGII I MAŁYCH ZMIAN NRGII MUSI DAWAĆ WYNIKI TORII KLASYCZNJ Dla dużyc liczb kwatowyc tori klasycza i kwatowa zbliżają się do sibi. Gdy rgia atomu jst duża w porówaiu z zmiaą rgii zacodzącą w rozważaym procsi to zacowai atomu zbliża się do tgo jakigo oczkuj się w fizyc klasyczj. OGRANICZNIA TORII BOHRA-SOMMRFLDA Toria Bora-Sommrflda daj zł wyiki awt dla atomów z dwoma lktroami. Ni opisuj prawidłowo własości magtyczyc atomów.

16 W8. Atomy rydbrgowski ATOMY RYDBRGOWSKI lktro jst wzbudzoy do wysokigo poziomu rgtyczgo. Atomy o dużyc rozmiarac, r 0 - mm. Atomy o długic czasac życia staów wzbudzoyc s. Atomy są sili polaryzowa (lub całkowici joizowa) przz stosukowo słab pola lktrycz. Scmat doświadczaly dtkcji atomów rydbrgowskic.

Podobne dokumenty

Model Atomu Bohra. Część 2

Model Atomu Bohra. Część 2 Część Modl Atomu Bohra.1: Modl atomu Thomsona i Ruthrforda.: Modl Ruthrforda.3: Klasyczny Modl Atomu.4: Modl Bohra atomu wodoru.5: Liczby atomow a rntgnowski widma charaktrystyczn.6: Zasada korspondncji..7: