Model atomu

Co se chceme dozvědět• Jaké jsou modely atomu?

• Co to je kvantovací podmínka, kvantová čísla

• Proč a na jakých vlnových délkách atom září

• Co to je spektrometrie, princip

• Co lze ze spektrogramu zjistit, analýza materiálů

• Laser a holografie

• Princip zářivky

• Křivka citlivosti oka Vλ , barevný trojúhelník

Periodická soustava prvkůprvek Z

AX A - atomové číslo počet protonůZ - hmotnostní číslo počet protonů a neutronů

nuklid 126C

izotop 12C x 13C

Ruthefordův experiment

Hmota je prázdný prostor

Rozměry atomu•jádro (proton, neutron) průměr 10-15 m

•průměr dráhy elektronu (elektronový obal) je 10-10 m

Vlastně si vůbec nezaslouží, abychom o ni hovořili

Modely atomuThomson - pudinkový model

•Jádro je kladná koule a na ni jako v oceánu plují záporné náboje - elektrony

Rutheford - planetární model.

•Ve středu je kladné jádro a jako planety kolem Slunce obíhají elektrony.

•Nedostatek - elektrony by zhruba za 10-10 s spadly do jádra

Bohr - planetární model, elektrony nezáří, kvantovací podmínka

•Je schopen vysvětlit spektrální čáry atomu vodíku

•Nedostatek - kruhová dráha

Planetární model•Pohyb po elipse

•kvantová čísla

•hlavní n - velikost hlavní poloosy

•vedlejší l - velikost vedlejší poloosy

•magnetické m

•spinové s orientace rotace spinu

Pauliho vylučovací princip

•V atomu nemohou existovat dva elektrony mající všechna kvantová čísla stejná. Alespoň v jednom stavu se musí lišit

Bohrův model atomuK čemu se chceme dostat•parametrům dráhy elektronu

•energii jednotlivých stavů

Důsledek: frekvence záření jako funkce kvantového čísla

Co víme - (předpoklady)•elektron obíhá okolo atomu po kruhové dráze

•elektron se chová jako vlna, na dráhu se vejde celistvý počet vln kvantovací podmínka

Kvantovací podmínka

•elektron obíhá po takové dráze na níž se vejde celistvý počet vlnových délek

hndrp

p …zobecněná hybnostr … zobecněná prostorová souřadnicen ... hlavní kvantové číslo [-]h ... Planckova konstanta = 6,625 10-34 Js

hnπrvm 2

hndrp

Pohyb po kružnici Kvantovací podmínka

2

22

4

1

r

e

r

vm

)( 222

2

nrrnem

hr

Závislost poloměru atomu na kvantovém čísle n

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8

n [-]

r [-

]

odstředivá síla Coulombův zákon

vm

hnr

2

Rychlost elektronu

hnπrvm 2

mr

hnv

2

22

2

nem

hr

kvantovací podmínka poloměr dráhy na n-té hladině

nh

ev

1

2

2

Závislost rychlosti elektronu na kvantovém čísle n

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

n [-]

v [

-]

Energie atomupk WWW

222

42

2

2 1

444

1

11

nh

emedr

r

edrFW

rr

r

P

222

42

21 1

42 nh

emvmWk

222

4

222

4

222

4 1

8

1

4

1

42 nh

em

nh

em

nh

emWWW pk

222

4 1

8 nh

emW

Spektrum

222

4 1

8 nh

emW

22

21

22

4

12

11

8 nnh

emWWW

ch

fhW

22

21

32

4

1

11

8 nnh

emf

Bohrův model atomu

22

21

32

4

1

11

8 nnh

emf

Rozklad světla hranolem

Index lomu je funkcí vlnové délky!!!

Index lomu světla není konstanta, ale funkce vlnové délky. Proto na hranolu rozkladem bílého světla dostaneme duhu a u

čoček existuje barevná vada.

Spektroskopie

22

21

32

4

1

11

8 nnh

emf

Spektroskopie

Astronomie

•chemické složení

•tlak

•teplota

•rychlost

•energie

•vzdálenost

Zdroje světla

•Termické (žárovka)

•Výboj v plynu (zářivka, výbojka)

•Kvantové (LED dioda)

Zářivka – jak funguje

•Je plněna rtutí•rtuť (Hg) generuje UV čáry λ = 259 nm, 311 nm nejsou vidět. •Luminofor převede UV záření do viditelné oblasti

Citlivost lidského oka

Barevný trojúhelník

Využití vlnové optiky

Laser

Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation

Elektrony mohou přecházet z vyššího do nižšího stavu, při současném vyzáření fotonu, jedním z dvou mechanismů:•spontánní emise (foton se vyzáří samovolně) •stimulovaná emise (okopíruje se jiný foton procházející atomem).

LaserV roce 1960 Theodore H. Maiman v USA poprvé předvedl funkční laser

HolografieZáznam a rekonstrukce prostorové informace – obrazu

Dénes Gábor * 5. června 1900, Budapešť † 8. února 1979, Londýn byl maďarsko-britský fyzik. V roku 1948 objevil princip holografie. V roce 1971 získal Nobelovu cenu za fyziku.

HolografieZáznam a rekonstrukce prostorové informace – obrazu

Laser a jeho využitíZdroj koherentního monochromatického záření

Použití• informační

•vytyčování v geodézii, měření vzdáleností

•komunikace na velké vzdálenosti

• energetické

•záznam dat (CD, DVD)

• medicína – operace, řezání tkání, koagulace

• průmysl – řezání, svařování