84
Atomic Structure Tanawat Attachaipanich M.5/5 MWIT 19

Atomic Structure Bird

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Atomic Structure Bird

Atomic StructureTanawat Attachaipanich

M.5/5 MWIT 19

Page 2: Atomic Structure Bird

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)

Page 5: Atomic Structure Bird

Is it true?

Nuclear reaction?

Page 6: Atomic Structure Bird

Is it true?

Isotope?

Page 7: Atomic Structure Bird

Cathode Ray

Cathode ray acted like light

Cathode ray travel in straight line

Page 8: Atomic Structure Bird

Cathode Ray

Cathode ray is a particle

Page 9: Atomic Structure Bird

J.J. Thomson

The discovery of electron

Page 10: Atomic Structure Bird

Electron Property

Electron is a negative charge

Page 11: Atomic Structure Bird

Electron Property

Not change if change gas

Page 12: Atomic Structure Bird

Millikan

Page 13: Atomic Structure Bird

Electron Mass

Page 14: Atomic Structure Bird

Electron Property

Electron charge = 1.6x10-19

Electron mass = 9.1x10-28

คู�ลอมบ์�

กรัม

Page 15: Atomic Structure Bird

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)

Page 16: Atomic Structure Bird

J.J. Thomson Atomic Model

Page 17: Atomic Structure Bird

Proton

Discovered by Goldstein

Positive ray, Canal ray, Anode ray

Page 18: Atomic Structure Bird

Positive ray

Page 19: Atomic Structure Bird

Proton properties

Change if change gas (Why?)

e/m of hydrogen gas=

Proton charge=

Proton mass=coulomb

Page 20: Atomic Structure Bird

Discovery of Nucleus

Rutherford experiment

น้�อยมากส่�วน้ใหญ่�

Page 21: Atomic Structure Bird

Comparison model

Thomson modelResult(Rutherford)

Page 22: Atomic Structure Bird

Comparison model

Thomson model Rutherford model

Page 23: Atomic Structure Bird

Rutherford Atomic Model

Page 24: Atomic Structure Bird

Rutherford Atomic Model

อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง Rutherford Atomic Model

Page 25: Atomic Structure Bird

Rutherford Atomic Model

1.Electron จะส$ญเส�ยพล�งงานแล วชนน�วเคิล�ยส

2 .จะได สเปกี่ตร�มแบบต�อเน��อง

Page 26: Atomic Structure Bird

Neutron

Discovered by Chadwick

The equation is

Page 27: Atomic Structure Bird

Summary

Page 28: Atomic Structure Bird

Blackbody radiation

More temperature more wavelength max

Page 29: Atomic Structure Bird

Planck Quantum Theory

C=λυ

E=hc/λ

E=hυC=3x108 m/s

h=6.626x10-34 Js

Page 30: Atomic Structure Bird

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�

Page 31: Atomic Structure Bird

Photoelectric

Page 32: Atomic Structure Bird

Photoelectric

Page 33: Atomic Structure Bird

Comparison to classical theory

Classical theory

พล�งงานจลน0 photoelectron ขึ้"#นกี่�บคิวามเขึ้ มขึ้องแสงทำ��ใช

Experiment result

พล�งงานจลน0 photoelectron ขึ้"#นกี่�บคิวามถ��ขึ้องแสงทำ��ใช

Page 34: Atomic Structure Bird

Photoelectric

h υ= h υ0+Ek

Page 35: Atomic Structure Bird

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

Page 36: Atomic Structure Bird

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

Page 37: Atomic Structure Bird

The end of classical theory

อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง classical theory

Page 38: Atomic Structure Bird

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

Page 39: Atomic Structure Bird

Bohr theory

1.ทำ&าไม electron จ"งไม�ย�บรวมกี่�บน�วเคิล�ยส

2.สเปกี่ตร�มเกี่�ดขึ้"#นได อย�างไร

Page 40: Atomic Structure Bird

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

Page 41: Atomic Structure Bird

Spectrum

Page 42: Atomic Structure Bird

Hydrogen spectrum

Visible light

Page 43: Atomic Structure Bird

Rydberg constant

Page 44: Atomic Structure Bird

Problems

สเปกี่ตร�มเส นทำ�� 3 ขึ้องอน�กี่รมใดม�คิวามถ��มากี่ทำ��ส�ด

จงหาพล�งงานขึ้องสเปกี่ตร�มเส นทำ�� 5 ในอน�กี่รมขึ้องพาสเชนต0

Page 45: Atomic Structure Bird

Bohr theory(2)

Electron จะโคิจรรอบน�วเคิล�ยสบนช�#นพล�งงานเทำ�าน�#น ด วยโมเมนต�มเช�งม�ม

Page 46: Atomic Structure Bird

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

Page 47: Atomic Structure Bird

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

Page 48: Atomic Structure Bird

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

Page 49: Atomic Structure Bird

Bohr theory

อะไรคิ�อจ�ดด อยขึ้อง Bohr theory

Page 50: Atomic Structure Bird

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

Page 51: Atomic Structure Bird

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)

Page 52: Atomic Structure Bird

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

Page 53: Atomic Structure Bird

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

Page 54: Atomic Structure Bird

Wave

Page 55: Atomic Structure Bird

Particle wave duality

n=5n เป.นจ&านวนเต8ม n ไม�เป.นจ&านวนเต8ม

2r = n

Page 56: Atomic Structure Bird

Particle wave duality

Page 57: Atomic Structure Bird

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)

Page 58: Atomic Structure Bird

De Broglie wavelenght

For particles: E = mc2 (Einstein)

For light: E = h = hc /

mc = h / h / mc

h / mev

Page 59: Atomic Structure Bird

Prove Bohr equation

h / mev

2r = n

2r = n h / mev

mevr = nh / 2

Page 60: Atomic Structure Bird

The Uncertainty principle

By Heisenberg

เป็�น้ไป็ไม�ได้�ที่��จะรัะบ์�ที่ งตำ#าแหน้�งและคู�าโมเมน้ตำมของอน้�ภาคูพรั�อม ๆ กน้ ด้�วยคูวามถู�กตำ�องแน้�น้อน้

Page 61: Atomic Structure Bird

The Uncertainty principle

Page 62: Atomic Structure Bird

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

Page 63: Atomic Structure Bird

The Schrodinger Equation

is a wave function

is a probability density

A

+

A -

Page 64: Atomic Structure Bird

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)

Page 65: Atomic Structure Bird

Principal Quantum number

ใช ส�ญล�กี่ษณ0 nโดย n เป.นเลขึ้จ&านวนเต8ม ซึ่"�ง

แสดงถ"งระด�บพล�งงานหล�กี่

Page 66: Atomic Structure Bird

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

Page 67: Atomic Structure Bird

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

Page 68: Atomic Structure Bird

Magnetic Quantum number

Page 69: Atomic Structure Bird

Magnetic Quantum number

Page 70: Atomic Structure Bird

Problem

Page 71: Atomic Structure Bird

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

Page 72: Atomic Structure Bird

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

Page 73: Atomic Structure Bird

Electron Configuration

Page 74: Atomic Structure Bird

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”

Page 75: Atomic Structure Bird

Advanced Problem

Page 76: Atomic Structure Bird

ทำ&าไมไฮโดรเจนม� electron เพ�ยงต�วเด�ยวแต�กี่ล�บม�สเปคิตร�มหลายเส น

Page 77: Atomic Structure Bird

อะไรคิ�อคิวามแตกี่ต�างระหว�างวงโคิจรขึ้องอ�เล8กี่ตรอนตามทำฤษฏ�ขึ้อง Bohr และแบบออร0บ�ต�ลทำ��ได จากี่สมกี่ารขึ้องโชรด�งเจอร0

Page 78: Atomic Structure Bird

ขึ้ อสอบคิ�ดเล�อกี่ต�วแทำนศ$นย0เพ��อไปแขึ้�งขึ้�นเคิม�โอล�มป?กี่ระด�บชาต�คิร�#งทำ�� 6

Page 79: Atomic Structure Bird

โฟตอนม�โมเมนต�มหร�อไม�

Page 80: Atomic Structure Bird

ทำ&าไม electron ใน p-orbital ถ"งกี่ระโดดขึ้ าม Node ได

Page 81: Atomic Structure Bird

ทำ&าไม electron ถ"งไม�ส$ญเส�ยพล�งงานแล วย�บมารวมกี่�บน�วเคิล�ยส

Page 82: Atomic Structure Bird

ขึ้ อสอบภาคิทำฤษฎี�เคิม�โอล�มป?กี่ระด�บชาต�คิร�#งทำ�� 4

Page 83: Atomic Structure Bird

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

Page 84: Atomic Structure Bird

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