2. AZ ATOM

Atom: atommag + elektronfelhő = proton, neutron, elektron

Elemi részecskék

Ókori görög anyagelmélet

Arisztotelész(i.e. 384–322)

folytonos anyagelmélet

Démokritosz(i.e. ~460–371)

atomelmélet

Az elektron felfedezése

Joseph J. Thompson (1856 – 1940)

fizikai Nobel-díj: 1906

Newton: F=maLorentz: F=qv×Bq=zee: egységtöltész: töltésszám

a=(z/m)ev×B

Az útvonal elektród anyagtól és töltő gáztól független

me/e = 5,686 * 10−12 kg/C

Elektromos térben a katódsugár eltérül töltésből álló részecskék

Mágneses térben is eltérül

A katódsugárcső végét foszforeszkáló anyaggal vonják be. Ha ezt eltalálja a katódsugár, akkor ezen a helyen zöldesen világít.

Az elektron töltése és tömege

1909. Millikan: e=1,602*10−19 C me = 9,109*10−31 kg

Nobel-dij: 1923Robert Andrews Millikan (1868 – 1953)

Az atommag

mágneses térbeneltérülnek

töltéssel rendelkeznek

külső tér nélkül

Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908)

Radioaktív sugárzás felfedezése, Nobel-díj: 1903

-részecskék: pozitív töltés (He2+, pl. 238U) -részecskék: negatív töltés (e−, pl. 40K)

Ernest Rutherford(1871 – 1937 )Nobel-díj: 1908

Röntgen felfedezése után…

Az atommag1911. Ernst Rutherford mag ~ 10-15m vs. atom 10-10m

~1/8000 visszaverődik, szóródik.

Ellentmondás: proton (pozitív) és elektron (negatív) elektrosztatikus vonzása

http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

Az atommag•1919. Rutherford 

14N + 1H + 17O

első megfigyelt atommag-reakció

p+ - univerzális építőelem 

 

Hogy kapcsolódnak egymáshoz az azonos töltésű protonok?

•1932. James Chadwick neutron kimutatása, azonosítása

Elemi részecskék tömeg töltése- : 9,10953*10-31 kg -1,60219*10-19 C p+: 1,67265*10-27 kg +1,60219*10-19 Cn : 1,67495*10-27 kg 0

James Chadwick(1891 – 1974)Nobel-díj: 1935

42He + 9

4Be → 126C + n

Newton kísérletei a fehér fénnyel

Sir Isaac Newton (1642–1727)

Az infravörös sugárzás felfedezése

Sir William Herschel (1738–1822)

A Herschel űrteleszkóp 2007 –

(Far Infrared and Sub-millimetre Telescope or FIRST)

Fényelhajlás (diffrakció) és interferencia

James Gregory (1638 – 1675)

diffrakció madártollal

Thomas Young (1773 − 1829)

diffrakció elmélete

A fény hullámokból áll!

A fény, mint elektromágneses sugárzás

James Clerk Maxwell(1831 – 1879)

ótörésmutat

m/s

:vákuumban

égfénysebess : ,frekvencia :

z,hullámhoss: cia,körfrekven :

)rmágnesesté( térelektromos

:idő

:tér

:/

,

:

)cos()cos(

cos)cos(

nncc

c

c

c

tt

xkx

0

80

00

00

10997924582

2

2

:BE

EEE

EEE

A fény, mint elektromágneses sugárzás

A fény, mint elektromágneses sugárzás

A kísérletben a kilépő elektronok kinetikus energiája (Ekin) nem függ a fény intenzitásától, csak a fény hullámhosszától!

Egy adott hullámhossz felett (frekvencia alatt) nem lép ki elektron!

Lehetséges magyarázat:

A fény részecskékből áll, a részecskék energiája arányos a fény (elektromágneses sugárzás) frekvenciájával.

Ekin= h− W

(W a fémre jellemző,

ú.n. kilépési munka,

h: Planck-állandó

h= 6,626*10−34Js)

http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

A fotoelektromos hatás

Albert Einstein(1879 – 1975)

Max Planck(1858 – 1947)

Nobel-díj: 1918

A fény, mint részecske

Arthur Holly Compton

(1892 –1962)Nobel-díj: 1927

A fényrészecske, a foton, rugalmatlanul ütközik az elektronnal, azaz impulzust ad át részecske természet

E = h (E=mc2)m = h / c2

Az anyagok kettős természete

 

bármilyen részecskére:

mc = p

E = mc2 = h p = h/c = h/ = h/p

- de Broglie-féle hullámhossz

Nem fénysebességgel mozgó részecskére:

Louis de Broglie(1892 – 1987)

Nobel-díj: 1929

A hidrogén színképe• Gázt melegítve: vonalas spektrum• A hidrogén látható spektruma a Balmer-féle sorozatban

H – spektrum

1/ = R* (1/k2 – 1/n2)

Balmer sorozatra

1/ = 1,097*107* (1/22 – 1/n2)

Gerjesztett hidrogénlámpa és az általa kibocsájtott (fehér) fény három látható összetevője

UV

látható

IR

Bohr atommodell• Bohr: E = −Rh/n2

1.A hidrogénatom egy pozitív töltésű részecskéből és egy elektronból áll, az elektron r sugarú pályán kering energiaveszteség nélkül

2. Az elektronok nem keringhet tetszőleges sugarú pályán.

3. Az adott sugarú pályán keringő elektron meghatározott

energiával rendelkezik.

4. A két pálya közötti elektronátmenet egy, a pályák

energiájának különbségével megegyező energiájú foton

elnyelésével, vagy kibocsájtásával jár.

Ei → Ej E = +Rh/nj2 − Rh/ni

2 = Rh(1/nj2 − 1/ni

2) = h

A Stark- és Zeemann-effektus

Mágneses térben a H színképében egyes vonalak felhasadnak (3, 5, 7 részre). Az azonos energiájú atompályák mágneses szempontból különbséget mutatnak.

Az atomok elektronszerkezete

Atompálya: olyan térrész, ahol az elektron gyakran (90%-os valószínűséggel) tartózkodik. (n, l, m, ms)

Főkvantumszám: n n = 1, 2, 3, 4… K, L, M, N - HÉJAKMéret és elektronenergia elsősorban n-től függ.

Mellékkvantumszám: l l = 0, 1 , …, n−1 s, p, d, f, g - ALHÉJAKAz atompálya „alakja” (és energiája) l-től függ.

Mágneses kvantumszám: m m= −l, −l+1, …, 0, …, l−1, lAz atompálya „irányát” határozza meg, azonos energiájú pályák.

A spin

Spinkvantumszám: ms ms= −1/2, +1/2Az elektron „forgási irányát” határozza meg.

http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

A hidrogénatom atompályái

Az atompályák alakja

s

p

d

f

l=0

l=1

l=2

l=3

n=1n=2 n=3

n=2 n=2 n=3 n=3

n=3 n=3 n=3

n=4 n=4 n=4 n=4

csómógömb

csómósík

Atompálya

Hullám-függvény

Megtalálási valószínűség(e-sűrűség)