Fyzika elektronového obalu

Prezentace na téma: "Fyzika elektronového obalu"— Transkript prezentace:

1 Fyzika elektronového obalu
Atomová fyzika Fyzika elektronového obalu

2 Modely atomů a spektrální analýza
spektrum souhrn vlnových délek elektromagnetického záření

3 Spojité a čárové spektrum
všechny vlnové délky Slunce čárové několik čar (vlnových délek) výboje v plynech charakteristické pro prvky

4 Emisní a absorpční spektrum
emisní spektrum spektrum vyzařované nějakým zdrojem absorpční spektrum světlo ze zdroje vysílajícího spojité spektrum prochází prostředím, které záření některých vlnových délek pohlcuje

5 Fraunhoferovy čáry Čáry pozorované ve spojitém spektru Slunce. Plyny přítomné ve vnějších vrstvách Slunce – chromosféře a koróně a plyny v zemské atmosféře pohlcují to záření, které sami vydávají. Spektrální analýzou , lze zkoumat chemické složení Slunce a hvězd.

6 Thomsonův model atomu 1906, již znám elektron
koule v níž je rovnoměrně rozložen kladný náboj pudinkový model uvnitř se pohybují po určitých orbitech elektrony vyvrátily experimenty s rozptylem alfa částic

7 Rutherfordův model 1911 malá oblast 10−15 s kladným nábojem nazvaná jádro elektrony obíhají kolem jádra jako planety kolem Slunce planetární model nestabilní – elektron by se zřítil do jádra

8 Čárová spektra a kvantování energie atomů
Jak vysvětlit čárové spektrum vznikající při elektrickém výboji v plynu? přechod ze stavu s vyšší energií Em stavu s nižší energií En záření s určitou frekvencí fmn (vlnovou délkou mn) uvolněnou energii odnáší jediný foton

9 Bohrův model atomu 1913 první kvantový model
elektrony - pouze určité kruhové dráhy – orbitaly kvantování energie – stacionární stavy – nevydává ani nepřijímá energii vyzařování energie jen při přechodu z vyššího stavu (orbitalu) na nižší pro vodík dostačující, selhává u vysvětlení spekter složitějších atomů

10 Experimentální ověření kvantové teorie atomů
Franckův – Hertzův pokus trubice s parami rtuti žhavená katoda brzdné napětí mezi mřížkou a anodou pružné srážky mezi elektrony a atomy rtuti ( x těžší)

11 Franckův – Hertzův pokus
zvyšování napětí zvyšování energie elektronů srážky s elektronů s atomy přechod do excitovaného stavu pokles energie elektronů pokles anodového proudu

12 Kvantově mechanický (Schrödingerův) model 1926
stacionární stavy, určitá energie určitá pravděpodobnost výskytu elektronu v jednotlivých bodech prostoru v okolí jádra trojrozměrná vlnová funkce Schrödingerova rovnice

13 Periodická soustava prvků
Schrödingerův kvantový model úplné vysvětlení stavby elektronových obalů atomů prvků jejich periodických vlastností atomových spekter

14 Energetické hladiny atomu vodíku
měření vlnových délek pro různá m, n záporné hodnoty energie nulová hodnota: proton a elektron v klidu a nekonečně vzdáleny E1 - energie potřebná k ionizaci

15 Atom vodíku coulombovské pole atomového jádra
pravděpodobnost výskytu elektronu ve vzdálenosti r od jádra

16 Orbitaly

17 Rozložení pravděpodobnosti výskytu elektronu
hlavní kvantové číslo n n = 1, 2, 3 ... energie stacionárního stavu vedlejší (orbitální) kvantové číslo l l = 0, 1, 2, ..., n-1 nebo s, p, d, f, g ... určuje tvar atomového orbitalu, energii stacionárního stavu magnetické kvantové číslo m m = 0, 1, 2,..., l určuje orientaci atomového orbitalu v prostoru

18 Silové pole efektivní necoulombovské pole (jádra a elektronů)
jádro s nábojem +Ze ostatní elektrony –(Z – 1)e energie stacionárního stavu závisí na n a l vlnová funkce na n, l a m

19 Princip nerozlišitelnosti částic
nemá obdobu v makrosvětě všechny elektrony jsou zcela stejné nelze je obarvit nelze je očíslovat nelze je nijak označit

20 Pauliho princip V určitém stacionárním stavu atomu popsaném kvantovými čísly n, l a m se mohou nacházet nejvýše dva elektrony spinové kvantové číslo pouze dvě hodnoty ±1/2 moment hybnosti – představa: souvisí se rotací 2 elektrony se stejnými čísly n, l, m

21 Důsledek Pauliho principu
může existovat jen určitý počet druhů atomů s přesným rozložením elektronů ve svých obalech vysvětlení zákonitostí periodické soustavy prvků

22 Spontánní a stimulovaná emise záření, princip laseru
koherentní se zářením, které ji vyvolalo stejný směr a stejná fáze

23 Laser zesílení světla stimulovanou emisí záření
uvolňuje předtím nahromaděnou energii jako monofrekvenční světelné záření teorie: Einstein 1917 praktická konstrukce: 50. léta energie 104 až 106 J na 1 mm2