az atomszerkezet

5/21/2018 Az Atomszerkezet

1/27

Az elektron felfedezse

me/e = 5,686 * 1012 kg/C

A katdsugrcs! vgt foszforeszkl anyaggal vonjk be. Ha

ezt eltallja a katdsugr, akkor ezen a helyen zldesen vilgt.

Joseph J. Thompson

(1856 1940)fizikai Nobel-dj: 1906

Az tvonal elektrd anyagtl fggetlen mindig ugyanaz a rszecske lp ki

Elektromos trben akatdsugr eltrl tltssel rendelkez rszecskk

Newton: F=ma

Lorentz: F=qvBq=ze

e: egysgtlts

z: tltsszm

a=(z/m)evB

Mgneses trben is eltrl

katd msanyagbl

pozitv elektromostlts

negatv elektromostlts

mgnes

katd andvkuum

feszltsgforrs

kis rs foszforeszklerny


2/27

Thompson-fle atommodell

Az atom egy pozitv tlts$ gmb, amelyben elszrva a pozitv tltssel azonos

mennyisg$ negatv tltsek tallhatk kis rszecske, elektron formjban

(mazsols puding-modell)


3/27

Az elektron tltse s

tmege

1909. Millikan: e=1,602&1019 C me = 9,109&1031 kg

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

Ha a gravitcis er! megegyezik a Coulomb er!vel, akkor a rszecskk lebegnek.

A Coulomb er! arnyos a lemezek s a cseppecskk tltsvel, gy a cseppecskk tmegnek

s a lemezek tltsnek ismeretben az elektron tltse=cseppecske tltse) meghatrozhat.

porlaszt

mikroszkp

+ tlts#lemez

- tlts#lemez

fnyforrs

ionizlsugrzs

tltttolaj-

cseppecs-kk

olaj-

cseppecskk


4/27

Az atommag

mgneses trben

eltrlnek

tltssel rendelkeznek

kls! tr nlkl

Antoine Henri Becquerel

(1852 1908)

Radioaktv sugrzs felfedezse,

Nobel-dj: 1903

-rszecskk: pozitv tlts (He2+, pl. 238U)-rszecskk: negatv tlts (e, pl. 40K)

Ernest Rutherford

(1871 1937 )Nobel-dj: 1908

Rntgen felfedezse utn


5/27

Rutherford-fle atommodell

Rutherford, Geiger s Marsden ksrlete

Ha egyenletesen oszlana el a pozitv tlts(lsd Thompson-fle modell), akkor nem

lennnek eltrl-rszecskk

Pozitv tlts koncentrldik

negatv tlts#elektronok

plykon

pozitv tlts#atommag

aranyflia

-sugrforrseltrl

rszecskk

nem eltrlrszecskk

detektor

Nyitott krdsek:

- Mi tartja ssze az atomokat?

- Mirt vltoznak peridikusan az

elemek tulajdonsga?


6/27

Az atommag1919. Rutherford

14N + 1H + 17O

els megfigyelt atommag-reakci

p+ - univerzlis ptelem

Hogy kapcsoldnak egymshoz azazonos tlts# protonok?

1932. James Chadwick neutron (n)

kimutatsa, azonostsa

Elemi rszecske tmeg tltse- : 9,10953*10-31 kg -1,60219*10-19 C

p+: 1,67265*10-27 kg +1,60219*10-19 C

n : 1,67495*10-27 kg 0

James Chadwick

(1891 1974)

Nobel-dj: 1935

4

2He +9

4Be' 12

6C + n


7/27

Az atommal kapcsolatos egyszer$

fogalmak

vegyjel

A = Z+ N(ahol N a neutronok szma)azaz mindig egsz!

izotp: egy adott elem adott

tmegszm atomfajtja

atom: p+ -ok szma = e -ok szma

(egyszer$) ion, ha a protonok selektronok szma nem egyezik

meg ( kationok(pozitv)

s anionok(negatv) )

(Emlkeztet: relatv atomtmeg, molris tmeg, tlagos molris tmeg)

876neutronokszma

666e--ok szma

666p+-ok szma

146C

136C

126C

szn-14szn-13szn-12izotp


8/27

Atomok tmegnek mrse

mgneses tr (B)

tlttt rszecskk

elektronforrs

legnehezebb

knnyebb

minta

gyorsts (U)

elektromos trrel

becsapd

elektronok

ionizlnak

minta

elprologtatsa

szeparci

Newton: F=ma

Lorentz: F=qvBq=zee: egysgtlts

z: tltsszm

a=(z/m)evB

TMEGSPEKTROMETRIA


9/27

A tmegspektrum

relatv

inte

nzits

Az egyik legfontosabb

szerkezetkutat mdszer!


10/27

Elemi rszecskkMegjegyzs: a proton s neutron kvarkokbl s gluonokbl llnak, ezrt a

mai fizikai elmlet szerint az elektronnal ellenttben nem elemi

rszecskk(A kvarkokbl s gluonokbl ll rszecskket hadronoknak nevezik;

ha hrom kvarkot tartalmaz, akkor barionnak hvjuk;ezek kztt a proton s neutron stabil, ezek a nukleonok, a tbbit hiperonnak nevezik.)

proton neutron

gluon (g)

kvark

Leptonok

Kvarkok

ANYAGKLCSN-

HATS

Bozonok

foton

elektron

gluon


11/27

Newton ksrletei a fehr fnnyel

Sir Isaac Newton (16421727)


12/27

Az infravrs sugrzs felfedezse

Sir William Herschel

(17381822)A Herschel #rteleszkp

2009 (Far Infrared and Sub-millimetre Telescope or FIRST)

A h!mr! a lthat piros szn

utn helyezve is felmelegszik

infravrs sugrzs (1800)


13/27

Az UV sugrzs felfedezse

Johann Wilhelm Ritter(1776 1810)

AgCl Ag + ClUV

A csapadk leggyorsabban lthat kk szn utni tartomnyban szrkl meg

ultraviola (UV) sugrzs felfedezse (1801)

fehr fekete


14/27

Fnyelhajls (diffrakci) s

interferencia

James Gregory

(1638 1675)

diffrakci madrtollal

Thomas Young

(1773 1829)diffrakci elmlete

A fny hullmokbl ll!


15/27

A fny, mint elektromgneses

sugrzs

James Clerk Maxwell(1831 1879)

trsmutat

m/s

:vkuumban

gfnysebess:,frekvencia:

z,hullmhoss:cia,krfrekven:

)rmgnesest(trelektromos

:id

:tr

:/

,

:

)cos()cos(

cos)cos(

nncc

c

c

c

tt

xkx

0

8

0

00

00

10997924582

2

2

=

=

=

==

==

:BE

EEE

EEE


16/27

A rdihullmok felfedezse

Heinrich Hertz(18471894)

1888: A rdihullmok felfedezse


17/27

A Rntgen-sugrzs felfedezse

Wilhelm Conrad Rntgen(1845 1923)

1895: A Rntgen-sugrzs felfedezse

1901: fizikai Nobel-dj


18/27


sugrzs


19/27


sugrzs

Lthat sznkp

infravrs lthat UV Rntgen -sugrzsmikrohullmrdihullm

hullmhossz / nm

UV fnyinfravrs sugrzs

mret

/

Hz

/m

kis frekvencia, nagy hullmhossz

nagy frekvencia, kis hullmhossz

ple

tek

embe

rek

hangya

t#foka

egys

ejt#

vrus

feh

rjk

atom

ok

atomm

ag


20/27

Feketetest sugrzs

Wien-trvnye:

max= b/Tb= 2,897 7685(51) 103 m K

Hullmhossz / Angstrm

Piros csillag Srga csillagSrga csillag


Srga csillag


Kk csillag

Intenzits

Szilrd testek h!mrskleti sugrzsa

Intenzits

Intenzits


21/27

Feketetest sugrzsThmrsklet# feketetest

testbe zrt sugrzs

(fny, mint elektromgneseshullm)

Planck matematikaiformulja szerint akkor kapjuk vissza a ksrleti grbt

(grbket), ha mindenegyes hullmhossznl van egy minimlis, tovbb nem

oszthat energiaadagja a fnynek

E = h = hc/

Kis rs

h: Planck-lland, h= 6,626*1034Js

Van-e ennek fizikai jelentse???


22/27

A ksrletben a kilpelektronok kinetikus energija

(Ekin) nem fgg a fny intenzitstl, csak a fnyhullmhossztl!

Egy adott hullmhossz felett (frekvencia alatt) nem lp

ki elektron!

Magyarzat:

A fny rszecskkbl ll, a rszecskk energija

arnyos a fny (elektromgneses sugrzs)frekvencijval.

Ekin= h # W

(W a fmre jellemz!,

.n. kilpsi munka,

h: Planck-lland

h= 6,626*1034Js)

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

A fotoelektromos hats

Albert Einstein

(1879 1975)Max Planck

(1858 1947)

Nobel-dj: 1918

elem

rammr

fm

vkuum

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


23/27

A fny, mint rszecske

Arthur HollyCompton

(1892 1962)

Nobel-dj: 1927

A fnyrszecske, a foton, rugalmatlanul tkzikaz elektronnal, azaz impulzust ad t rszecske termszet

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

foton

nyugalomban lev

elektron

fotonaz tkzs

utn

elektronaz tkzs

utn


24/27

A hidrognatom sznkpe1853-ban a svd Angstrm 4 vonalat

lt a H-atom spektrumban

(a lthat fny tartomnyban)

410 nm, 434 nm,

486 nm, s 656 nm

Anders (ngstrm

(1817-1874)

1885-ben Balmer, baseli lenyiskolai latin s

matematika tanr egyszer$ kpletet tallt a

H-atom vonalaira:

const. = 3645.6 ( 1 ( = 1010 m

n = egsz szm: 3,4,5,6 a ngy vonalra

1/ = const. (1/22 - 1/n2)

1888-ban Rydberg ltalnostotta a kpletetms tmenetekre:

Johann Jakob Balmer

(1825 1898)

Rydberg-lland

Johannes Robert Rydberg

(1854 1919)


25/27

A Bohr-fle atommodell (1913)1. A hidrognatom egy pozitv tlts$ rszecskb!l s egy

elektronbl ll, az elektron rsugar plyn kering

energiavesztesg nlkl. (Megjegyzs: a klasszikus fizikatrvnyei szerint a mozg elektronnak folyamatosan

energit kellene vesztenie!)

2. Az elektronok nem keringhet tetsz!leges sugar plyn.

3. Az adott sugar plyn kering! elektron meghatrozott

energival rendelkezik.

4. A kt plya kztti elektrontmenet egy, a plykenergijnak klnbsgvel megegyez! energij foton

elnyelsvel, vagy kibocstsval jr.

A klasszikus fizikai levezets a Coulomb-trvnybl indul ki:

F= kc q1q2/r2

k=/(4+$) ,: a vkuum permittivitsa, ra plya sugara, q1 s q2 az elektron s

a proton tltse

A levezets eredmnye visszaadja a Rydberg-formult:

E= -RHhc/n2 R

H: Rydberg-lland, h: Planck-lland, c: fnysebessg

Ei Ej E = RHhc(1/n j2 % 1/ni2) = h Niels Henrik David Bohr

(1885 1962)


26/27

A hidrognatom sznkpe

UV

lthat

IR


27/27

Bohr-Sommerfeld atommodell

Kr plyk mellett ellipszis plyk is.(Matematikailag lerja azt a ksrleti tnyt, hogy a H-atom gerjesztett llapotai kls! mgneses trben

felhasadnak tbbfle energiallapotra. Lsd ks!bb.)

az atomszerkezet

Documents