Upload
peter-panupong
View
69
Download
9
Embed Size (px)
Citation preview
Atomic StructureTanawat Attachaipanich
M.5/5 MWIT 19
Dalton hypothesis
เสนอแนวคิ�ดเกี่��ยวกี่�บอะตอม1 .อะตอมในธาต�ชน�ดเด�ยวกี่�น สมบ�ต�
เหม�อนกี่�น2. อะตอมในธาต�ต�างชน�ด สมบ�ต�ต�างกี่�น3. อะตอมไม�สามารถสร างขึ้"#นหร�อถ$กี่
ทำ&าลาย4. สารประกี่อบเกี่�ดจากี่อ�ตราส�วนขึ้อง
ธาต�จะคิงทำ��(ไม�ม� internal structure)
Dalton Atomic Model
Hard sphere
No internal structure
Is it true?
Nuclear reaction?
Is it true?
Isotope?
Cathode Ray
Cathode ray acted like light
Cathode ray travel in straight line
Cathode Ray
Cathode ray is a particle
J.J. Thomson
The discovery of electron
Electron Property
Electron is a negative charge
Electron Property
Not change if change gas
Millikan
Electron Mass
Electron Property
Electron charge = 1.6x10-19
Electron mass = 9.1x10-28
คู�ลอมบ์�
กรัม
Problem
ในอ�กี่ 100 ป*ขึ้ างหน าได ม�กี่ารคิ นพบอน�ภาคิ MWIT ซึ่"�งเป.นอน�ภาคิทำ��ม�ประจ�ขึ้"#นโดยทำราบว�าอน�ภาคิชน�ดน�#ม�คิ�า อ�ตราส�วนประจ� : มวล เป.น 1 คิ$ลอมบ0 : 2 กี่ร�ม ซึ่"�งเม��อทำ&ากี่ารทำดลองโดยกี่ารหาประจ�ขึ้องอน�ภาคิด�งกี่ล�าวโดยใช ว�ธ�หยดน&#าม�นขึ้องม�ลล�แกี่นโดยผลกี่ารทำดลองได คิ�ามาหลายคิ�าคิ�อ 2 คิ$ลอมบ0, 4 คิ$ลอมบ0, 6 คิ$ลอมบ0 และ 8 คิ$ลอมบ0 ตามล&าด�บ จงหามวลขึ้องอน�ภาคิ MWIT (4 คิะแนน)
J.J. Thomson Atomic Model
Proton
Discovered by Goldstein
Positive ray, Canal ray, Anode ray
Positive ray
Proton properties
Change if change gas (Why?)
e/m of hydrogen gas=
Proton charge=
Proton mass=coulomb
Discovery of Nucleus
Rutherford experiment
น้�อยมากส่�วน้ใหญ่�
Comparison model
Thomson modelResult(Rutherford)
Comparison model
Thomson model Rutherford model
Rutherford Atomic Model
Rutherford Atomic Model
อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง Rutherford Atomic Model
Rutherford Atomic Model
1.Electron จะส$ญเส�ยพล�งงานแล วชนน�วเคิล�ยส
2 .จะได สเปกี่ตร�มแบบต�อเน��อง
Neutron
Discovered by Chadwick
The equation is
Summary
Blackbody radiation
More temperature more wavelength max
Planck Quantum Theory
C=λυ
E=hc/λ
E=hυC=3x108 m/s
h=6.626x10-34 Js
Problems
จงคิ&านวณหาพล�งงานขึ้องร�งส� X ซึ่"�งม�คิวามยาวคิล��น 25.5 nm
คิล��นหน"�งม�พล�งงาน 2.438x102 kJ/mol คิล��นน�#อย$�ในช�วง visible light หร�อไม�
Photoelectric
Photoelectric
Comparison to classical theory
Classical theory
พล�งงานจลน0 photoelectron ขึ้"#นกี่�บคิวามเขึ้ มขึ้องแสงทำ��ใช
Experiment result
พล�งงานจลน0 photoelectron ขึ้"#นกี่�บคิวามถ��ขึ้องแสงทำ��ใช
Photoelectric
h υ= h υ0+Ek
Photoelectric
1. แสงต องม�คิวามถ��มากี่กี่ว�า threshold frequency
2. พล�งงานจลน0ขึ้อง photoelectron แปรตามคิวามถ��
3. จ&านวนขึ้อง photoelectron แปรตามคิวามเขึ้ ม
4. threshold frequency ขึ้"#นกี่�บชน�ดขึ้องโลหะ5. Photon เป.นอน�ภาคิในแสง
Problem
เม��อฉายร�งส� Ultraviolet ทำ��ม�คิวามยาวคิล��น 36 nm แกี่�โลหะเง�นพบว�าม�พล�งงานจลน0ส$งส�ด 4.77x10-18 J จงหาคิวามถ��ขึ้�ดเร��มขึ้องโลหะเง�น
The end of classical theory
อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง classical theory
The end of classical theory
1. Electron จะส$ญเส�ยพล�งงานแล วชนน�วเคิล�ยส
2. ไม�สอดคิล องกี่�บปรากี่ฏกี่ารณ0ว�ตถ�ด&า
3. ไม�สอดคิล องกี่�บปรากี่ฏกี่ารณ0 Photoelectric
Bohr theory
1.ทำ&าไม electron จ"งไม�ย�บรวมกี่�บน�วเคิล�ยส
2.สเปกี่ตร�มเกี่�ดขึ้"#นได อย�างไร
Bohr theory(1)
1.Electron โคิจรรอบน�วเคิล�ยสด วย path คิงทำ�� ทำ�� Ground state
2.เม��อได ร�บพล�งงานจะอย$�ทำ�� Excited state แต�ไม�เสถ�ยรจะคิายพล�งงานและกี่ล�บมาอย$�ทำ�� Ground state
Spectrum
Hydrogen spectrum
Visible light
Rydberg constant
Problems
สเปกี่ตร�มเส นทำ�� 3 ขึ้องอน�กี่รมใดม�คิวามถ��มากี่ทำ��ส�ด
จงหาพล�งงานขึ้องสเปกี่ตร�มเส นทำ�� 5 ในอน�กี่รมขึ้องพาสเชนต0
Bohr theory(2)
Electron จะโคิจรรอบน�วเคิล�ยสบนช�#นพล�งงานเทำ�าน�#น ด วยโมเมนต�มเช�งม�ม
Bohr theory
1 .ให ถ�อว�าอะตอมม�ล�กี่ษณะด�งร�ทำเทำอร0ฟอร0ดกี่ล�าวไว คิ�อ ม�น�วเคิล�ยสอย$�แกี่นกี่ลาง ม�อ�เล8กี่ตรอนโคิจรล อมรอบ
2. Bohr ต�#งสมม�ต�ฐานว�า อ�เล8กี่ตรอนโคิจรล อมรอบเป.นวงกี่ลมหลายๆ วงแต�ละวงแทำนด วยต�วเลขึ้ 1 2 3, , …หร�อต�วอ�กี่ษร , , …..
3. ถ�อว�า แสงเป.น photon ตามทำ��พล�งคิ0และไอน0สไตน0 กี่ล�าวไว และม�พล�งงาน E = h
Bohr theory
4. ตราบใด ทำ��อ�เล8กี่ตรอนโคิจรรอบน�วเคิล�ยสอย$�น� #นจะไม�ม�กี่ารด$ดกี่ล�นและปล�อยพล�งงานออกี่มา ซึ่"�งตรงขึ้ ามกี่�บทำฤษฎี�ด�#งเด�ม
5. Bohr ต�#งสมม�ต�ฐานว�า อ�เล8กี่ตรอนจะอย$�ได เฉพาะวงโคิจรทำ��ทำ&าให ม�นม�โมเมนต�มเช�งม�ม
Bohr theory
6. ต�#งสมม�ต�ฐานว�า อ�เล8กี่ตรอนจะด$ดกี่ล�นหร�อคิายพล�งงานออกี่มาเฉพาะ เม��ออ�เล8กี่ตรอนม�กี่ารเคิล��อนย ายจากี่วงโคิจรหน"�งไปย�งอ�กี่วงโคิจรหน"�งโดยคิ�าพล�งงานทำ��ด$ดกี่ล�นหร�อปล�อยออกี่มา จะเทำ�ากี่�บผลต�างระหว�างวงโคิจรทำ�#งสอง E = E
f - E
i = h
Bohr theory
อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง Bohr theory
Bohr theory
1 .ทำ&าไมอ�เล8กี่ตรอนม�ระด�บพล�งงานทำ��แน�นอน ทำ&าไมQuantisation
2. แบบจ&าลองอะตอมน�#ประย�กี่ต0ใช ได ด�กี่�บอะตอมไฮโดรเจนเทำ�าน�#น
3. อธ�บายโคิรงสร างอะตอมได 2ม�ต� เทำ�าน�#นซึ่"�งผ�ดคิวามจร�ง
Problem
ธาต�ชน�ดหน"�งๆ จะม�เส นสเปกี่ตร�มทำ��ม�คิวามยาวคิล��นทำ��จ&าเพาะ จงว�เคิราะห0ว�าเพราะเหต�ใดธาต�ชน�ดหน"�งๆ จ"งไม�ม�เส นสเปกี่ตร�มในทำ�กี่ช�วงคิวามยาวคิล��น (2 คิะแนน)
De Broglie hypothesis
แสง(คิล��น) ม�สมบ�ต�เป.นอน�ภาคิ(photon)
Electron(อน�ภาคิ)ม�สมบ�ต�เป.น คิล��นเช�นกี่�น
Particle wave duality
1 .อน�ภาคิอ�เล8กี่ตรอนม�สมบ�ต�คิวามเป.นคิล��นแทำรกี่อย$�ด วย
2.โมเมนต�มขึ้องว�ตถ�ใด ๆ ทำ��เคิล��อนทำ��จะเป.นส�ดส�วนกี่ล�บกี่�บคิวามยาวคิล��น
Wave
Particle wave duality
n=5n เป.นจ&านวนเต8ม n ไม�เป.นจ&านวนเต8ม
2r = n
Particle wave duality
Problem
จากี่สมมต�ฐานขึ้องเดอบรอยซึ่"�งกี่ล�าวว�า “อ�เล8กี่ตรอนม�สมบ�ต�เป.นคิล��น โดยจ&านวนคิล��นและเส นรอบวงม�เง��อนไขึ้ทำ��ว�า 2r = n โดย n เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ”จงอธ�บายว�าเพราะเหต�ใด n จ"งต องเป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม และถ าไม�เป.นเลขึ้จ&านวนเต8มจะเกี่�ดผลอย�างไร (2 คิะแนน)
De Broglie wavelenght
For particles: E = mc2 (Einstein)
For light: E = h = hc /
mc = h / h / mc
h / mev
Prove Bohr equation
h / mev
2r = n
2r = n h / mev
mevr = nh / 2
The Uncertainty principle
By Heisenberg
เป็�น้ไป็ไม�ได้�ที่��จะรัะบ์�ที่ งตำ#าแหน้�งและคู�าโมเมน้ตำมของอน้�ภาคูพรั�อม ๆ กน้ ด้�วยคูวามถู�กตำ�องแน้�น้อน้
The Uncertainty principle
The Uncertainty principle
∆p∆x ≥ h / 4 ∆p∆x เร�ยกี่ว�า ผลคิ$ณคิวามคิลาดเคิล��อน∆p คิ�อ คิวามคิลาดเคิล��อนขึ้องโมเมนต�ม∆x คิ�อ คิวามคิลาดเคิล��อนขึ้องต&าแหน�ง
The Schrodinger Equation
is a wave function
is a probability density
A
+
A -
Quantum Numbers
Use to solve the Schrodinger equation
1.เลขึ้คิวอนต�มหล�กี่(n)
2.เลขึ้คิวอนต�มโมเมนต�มเช�งม�ม(l)
3.เลขึ้คิวอนต�มแม�เหล8กี่(ml)
4.เลขึ้คิวอนต�มสป?น(ms)
Principal Quantum number
ใช ส�ญล�กี่ษณ0 nโดย n เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ซึ่"�ง
แสดงถ"งระด�บพล�งงานหล�กี่
Subshell Quantum number
ใช ส�ญล�กี่ษณ0 lโดย l เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ม�คิ�าต�#งแต� 0 จนถ"ง
n-1
ซึ่"�งแสดงถ"งร$ปร�างขึ้องกี่ล��มหมอกี่ electron รอบน�วเคิล�ยส
Magnetic Quantum number
ใช ส�ญล�กี่ษณ0 ml
โดย ml เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ม�คิ�าต�#งแต� -l จนถ"ง lซึ่"�งแสดงถ"งทำ�ศทำางขึ้องกี่ล��มหมอกี่ electron รอบ
น�วเคิล�ยส
S orbital
Magnetic Quantum number
Magnetic Quantum number
Problem
Spin Quantum number
ใช ส�ญล�กี่ษณ0 ms
โดย ms เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ม�คิ�า -1/2 จนถ"ง 1/2
ซึ่"�งแสดงถ"งทำ�ศทำางกี่ารสป?นขึ้อง electron
The Pauli Exclusion Principle
หลกกการัของเพาล� ซึ่-�งกล�าวว�า ใน้อะตำอมหน้-�งๆ จะไม�ม�อ.เล/กตำรัอน้ 2 อน้�ภาคูใด้ ๆที่��ม�เลขคูวอน้ตำมที่ ง 4 เหม0อน้กน้
Electron Configuration
Electron Configuration
1 .บรรจ�อ�เล8กี่ตรอนเขึ้ าไปในออร0บ�ทำ�ลทำ��ม�พล�งงานต&�าส�ดกี่�อน(Aufbau principle)
2 .ถ าออร0บ�ทำ�ลม�พล�งงานเทำ�ากี่�นหลายออร0บ�ทำ�ลกี่ารบรรจ�อ�เล8กี่ตรอนจะใช กี่ฎีขึ้องฮ�นด0 (Hund’s rule) ซึ่"�งกี่ล�าวว�า กี่ารบรรจ�อ�เล8กี่“ -ตรอนในออร0บ�ทำ�ล ทำ��ม�ระด�บพล�งงานเทำ�ากี่�น(degenerate orbitals) จะบรรจ�ในล�กี่ษณะทำ��ทำ&าให ม�อ�เล8กี่ตรอนเด��ยวมากี่ทำ��ส�ด”
Advanced Problem
ทำ&าไมไฮโดรเจนม� electron เพ�ยงต�วเด�ยวแต�กี่ล�บม�สเปคิตร�มหลายเส น
อะไรคิ�อคิวามแตกี่ต�างระหว�างวงโคิจรขึ้องอ�เล8กี่ตรอนตามทำฤษฏ�ขึ้อง Bohr และแบบออร0บ�ต�ลทำ��ได จากี่สมกี่ารขึ้องโชรด�งเจอร0
ขึ้ อสอบคิ�ดเล�อกี่ต�วแทำนศ$นย0เพ��อไปแขึ้�งขึ้�นเคิม�โอล�มป?กี่ระด�บชาต�คิร�#งทำ�� 6
โฟตอนม�โมเมนต�มหร�อไม�
ทำ&าไม electron ใน p-orbital ถ"งกี่ระโดดขึ้ าม Node ได
ทำ&าไม electron ถ"งไม�ส$ญเส�ยพล�งงานแล วย�บมารวมกี่�บน�วเคิล�ยส
ขึ้ อสอบภาคิทำฤษฎี�เคิม�โอล�มป?กี่ระด�บชาต�คิร�#งทำ�� 4
อะตอมขึ้องธาต�ในอน�กี่รม “hypotransition” (ซึ่"�งรอคิอยกี่ารคิ นพบในอนาคิต) ม�อ�เล8กี่ตรอนอย$�ใน g ออร0บ�ต�ล1. เลขึ้อะตอมขึ้องธาต�ต�วแรกี่ในอน�กี่รมน�#คิ�อเทำ�าไร2. จะม�ธาต�ในอน�กี่รมน�#อย$�กี่��ธาต�3. จงเขึ้�ยนโคิรงสร างอ�เล8กี่ตรอนขึ้องธาต�ต�วแรกี่ในอน�กี่รมน�#4. จะม�ธาต�กี่��ต�วในอน�กี่รมน�#ทำ��ม�สมบ�ต�เป.น diamagnetic
5. อะตอมขึ้องธาต�หน"�งม�จ&านวนอ�เล8กี่ตรอนเด��ยว 7 ต�ว ธาต�น�#สามารถจ�ดเร�ยงอ�เล8กี่ตรอนใน g ออร0บ�ต�ลได อย�างไรบ าง
6. ธาต�ในกี่ล��มน�#ม�อ�เล8กี่ตรอนเด��ยวได มากี่ส�ดกี่��อ�เล8กี่ตรอน
เลขึ้คิล��นคิ�อ -1 (หน�วยเป.น cm-1)ถ าอะตอมขึ้องธาต�หน"�งในอน�กี่รมน�#ให เส นสเปคิตร�มคิวามยาวคิล��น 250 nm 400 nm 667 nm และจากี่กี่ารคิ&านวณทำางทำฤษฏ�ทำ&านายว�าเม��ออะตอมถ$กี่กี่ระต� นจะม�สภาวะถ$กี่กี่ระต� นได เพ�ยง 2 สถานะ1.เขึ้�ยนแผนภาพแสดงระด�บพล�งงานเพ��ออธ�บายว�าเหต�ใดจ"งเห8นสเปกี่ตร�ม 3 เส น และให เขึ้�ยนช�วงคิวามยาวคิล��นกี่&ากี่�บด วย2.ระด�บพล�งงานแต�ละระด�บต�างกี่�นเทำ�าใดในหน�วยเลขึ้คิล��น cm-1