Université Jagiellonne Institut de Physique Yacques Bierogne Departement de Physique Atomique...

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Page 1: Université Jagiellonne Institut de Physique Yacques Bierogne Departement de Physique Atomique Cracovie Pourquoi l’Or est-il jaune? Les Effects de la Relativité.
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Jagiellonian University Institute of PhysicsJacek BierońDepartment of

Atomic Physics

Cracow

Why is Gold YellowRelativistic Effects in Chemistry and in Atomic Physics

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Helsingin Yliopisto Laboratoriet forsvensksprakigundervisning

Pekka PyykköKemian Laitos

Relativistiska effekter i kemi och i atomfysik

Varför är guldet gult?Miksi Kulta on Keltaista? Suhteellisuusteoreettisista Ilmiista Kemiassa ja Atomifysiikassa

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Uniwersytet Jagielloński Instytut FizykiJacek BierońZakład Optyki

Atomowej

Kraków, 8 kwietnia 2008

Dlaczego złoto jest żółteczyli efekty relatywistyczne w chemii i fizyce atomowej

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Quantum Mechanicsof Many-Electron Atoms

relativity ideas [...] are of no importance in the consideration of atomic and molecular structureand ordinary chemical reactions, in which it is,indeed, usually sufficiently accurate if one neg-

lects relativity variation of mass with velocityand assumes only Coulomb forces between the

various electrons and atomic nuclei.

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Simple, Bohring algebra …

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Speed of a Bohr electronnrmL ...3,2,1n

rm )1( n

2

22

rZe

rm

22 Zerm

cceZZe

22

137/1

Z(Au) = 79

for Z=137 v ~ ccZ

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Size of a Bohr atomnrmL ...3,2,1n

rm )1( n

2

22

rZe

rm

2222

Zemrrm

mZer

12

2

m2

0a(Bohr radius)

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mZer

12

2

rZem 22 2

Energy of a Bohr atom

cZ

2

42

2meZ

2220

42

1

1

2 c

meZ

for 35.191 U

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Relativistic effects

Difference between two models:

22

0 1 cmm

1c skm5103

c

„relativistic”

„nonrelativistic”0mm

„effect” of a model, not a physical effect

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Résumé

cZ 22

0

22

0 1/1 Zmcmm

2220

42

2

42

11

22

ZmeZ

meZ

Coulomb Einstein

mm

Za

mZer 00

2

2 1 mm

rNR0

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0mmcv NRrrNR

Relativistic effectsin hydrogenic ions

Zfor 82.078

NRrrAu

2222 cZ

1

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Aufbau

Non-Rel. Rel.

1s

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Orthogonal orbitals

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Relativistic aufbau

Non-Rel. Rel. Non-Rel. Rel.

1s

2s

3s

7s

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Orthogonal orbitals

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Relativistic effectsin the shell structure of heavy atoms

Non-Rel. Rel. Non-Rel. Rel.

f - ekspansiond - ekspansion...s - contraction

1s

2s

3s

7s4d4f

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Energies of valence electrons

2.3 eV

3.5 eV

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Energy levels inatoms, molecules, and solids

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Energy bands in solids

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Optical reflectivity

Ag

Au

3.5 eV

2.3 eV

Energy of incident light [eV]

Ref

lect

ivity

inde

x [%

]

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Physiology of color

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Color wheel

absorbedcolor

colorperceived

inreflected

light

(complementary colors)

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Color perceived in reflected lightcolor

absorbedcolor

perceived

temat na seminarium?

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Bismuth is trivalent

Relativistic effects in chemistry

Gold is yellow

Mercury is liquid

CsAu exists

Ground state configuration:10d19sd

29110 6565( sdsd forbidden transition, so isolated Au atom is „white”)

Platinum Pt (palladium Pd )

(while CsAg does not)

(while cadmium is solid)

(while antymony – penta-)

(while silver is white)

Thank you for your attention