fizyka wzory prawa zadania teoria, chemia teoria zadania wzory, modelarstwo szkutnicze

Widmo atomu. Atom Bohra

Widmo spektroskopowe

Widmo spektroskopowe, to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości lub długości fal. Rozróżniamy widmo emisyjne i absorpcyjne, które dzielimy na:

Widmo liniowe (dyskretne)

Widmo takie jest typowe dla nieoddziałujących ze sobą atomów w stanie gazowym. Układ linii widmowych zależy od układu poziomów energetycznych elektronów w atomie, który jest różny dla atomów różnych pierwiastków. Z tego powodu układ linii widmowych jest niepowtarzalny i charakterystyczny dla danego pierwiastka. Dzięki temu analiza widmowa światła pochodzącego z bardzo odległych źródeł pozwala na identyfikację pierwiastków wchodzących w skład świecącego gazu.

Widmo pasmowe

Widmo pasmowe powstaje w wyniku przejść między elektronowo-oscylacyjno-rotacyjnymi poziomami energetycznymi cząsteczek. W przeciwieństwie do widma liniowego atomów, składającego się z dobrze oddzielonych pojedynczych linii widmowych wynikających z przejść między poziomami elektronowymi, w widmie pasmowym obserwuje się zagęszczone linie tworzące pasma widmowe.

Widmo absorpcyjne

Widmo absorpcyjne powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali - takich które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki.
widmo absorpcyjne

Widmo emisyjne

Widmo emisyjne jest obrazem promieniowania elektromagnetycznego, wysyłanego przez ciało. Widmo emisyjne powstaje, gdy obdarzone ładunkiem elektrycznym elektrony, atomy, cząstki będąc w stanie wzbudzonym przechodzą ze stanu o wyższej do stanu o niższej energii. Przejściu temu towarzyszy emisja kwantu promieniowania elektromagnetycznego o energii równej różnicy energii poziomów, między którymi przeszła cząstka.
widmo emisyjne

Widmo wodoru


Wodór ma charakterystyczne serie widmowe Lymana, Balmera, Paschena, Bracketta, Pfunda, Humpreysa

Seria Lymana

Linie te powstają w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 1 (seria K). Długości fal pierwszej linii serii jest równa 121,57 nm a granicą serii jest 91,18 nm, wszystkie linie serii leżą w dalekim ultrafiolecie.

Seria Balmera

Seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 2 (seria L). Długości fal tej serii to od 364,60 nm do 656,28 nm. Znajdują się one w bliskim nadfiolecie oraz w zakresie światła widzialnego (bezpośrednio widoczne są linie - czerwona, niebiesko-zielona i dwie fioletowe).

Seria Paschena

Seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 3 (seria M). Długości fal tej serii to od 820,4 nm do 1875,1 nm. Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.

Seria Bracketta

Seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 4 (seria N). Długości fal tej serii to od 1459 nm do 4051 nm. Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.

Seria Pfunda

Seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 5 (seria O). Długości fal tej serii to od 2279 nm do 7457 nm. Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.

Seria Humpreysa

Seria linii widmowych emitowanych przez atomy wodoru. Linie te powstają w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 6 (seria P).Długości fal tej serii to od 3282 nm do 12368 nm. Znajdują się one w podczerwieni.

Długość fali linii serii (wzór Balmera)

Wzór Balmera określający długość fali poszczególnych linii widmowych atomów wodoru.
wzór Balmera

Model atomu wodoru

Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany do jądra siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu". Bohr założył, że elektron może krążyć tylko po wybranych orbitach zwanych stacjonarnymi, oraz że krążąc po tych orbitach nie emituje promieniowania. Atom wydziela promieniowanie tylko, gdy elektron przechodzi między orbitami. Długość fali (falade Broglie'a) stowarzyszonej z ruchem elektronu po orbicie mieści się całkowitą liczbę razy w długości orbity kołowej.

Pierwszy postulat Bohra

Elektron w atomie wodoru znajduje się w ciągłym ruchu, może poruszać się tylko po ściśle określonych orbitach kołowych, na których nie może promieniować energii. Tylko takie orbity są dozwolone, dla których iloczyn długości orbity i pędu elektronu jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka.
wzór pierwszy postulat Bohra

Drugi postulat Bohra

Przejściu elektronu z jednej orbity stacjonarnej na drugą towarzyszy emisja lub pochłoniecie kwantu energii równej różnicy energii elektronu na tych orbitach stacjonarnych.
wzór drugi postulat Bohra

Wyprowadzenie wzoru na promień orbity atomu wodoru

Przyjmujemy, że elektron krąży po orbicie kołowej
wyprowadzenie wzoru na promień orbity atomu wodoru
Zgodnie z pierwszym postulatem Bohra oraz z równości wartości siły dośrodkowej i siły oddziaływania elektronu z jądrem atomu wyznaczamy wzór na promień orbity
wzór na promień orbity atomu wodoru

Wyprowadzenie wzoru na prędkość elektronu w modelu atomu Bohra


Zgodnie z pierwszym postulatem Bohra oraz z równości wartości siły dośrodkowej i siły oddziaływania elektronu z jądrem atomu wyznaczamy wzór na prędkość elektronu na dowolnej orbicie
wyprowadzenie wzoru na prędkość elektronu w modelu atomu Bohra

Wyprowadzenie wzoru na całkowitą energię atomu w modelu Bohra

Całkowita energia elektronu jest sumą jego energii kinetycznej i potencjalnej. Z równoważności wartości siły dośrodkowej i oddziaływania elektronu z jądrem atomu wyznaczymy prędkość elektronu na orbicie. Przyjmujemy, że znamy wzór na promień pierwszej orbity w atomie wodoru.
wyprowadzenie wzoru na całkowitą energię atomu w modelu Bohra

Promienie Roentgena

Promienie Roentgena powstają w wyniku hamowania elektronów o dużej energii w płytkach metalowych. Lampa rentgenowska służy do wytwarzania promieniowania X.
promienie Roentgena
Jest to opróżniona z powietrza bańka szklana, do której wtopiono dwie elektrody anodę i katodę. Katoda jest żarzona i emituje elektrony. Anoda wykonana jest z trudnotopliwego metalu. Między elektrodami opanuje wysoki napięcie, które przyśpiesza elektrony. Zderzenie elektronu z metalem anody powoduje jego wyhamowanie i wypromieniowanie kwantu energii. Powstaje promieniowanie rentgenowskie- promienie X.

Cechy promieniowania rentgenowskiego (promieni X)

Promieniowanie rentgenowskie przechodzi przez szkło i płytki wykonane z lekkich metali, jest częściowo pochłaniane przez pierwiastki, im liczba atomowa pierwiastka jest większa tym bardziej jest pochłaniane przez ten pierwiastek; zaczernia klisze fotograficzną; jonizuje gaz, przez który przechodzi; rozchodzi się prostoliniowo; nie odchyla się w polu elektrycznym i magnetycznym; niszczy tkani organiczne

Laser

Laser, to generator promieniowania, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Promieniowanie lasera ma charakterystyczne właściwości: jest spójne, zazwyczaj spolaryzowane i ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności. W laserze łatwo jest otrzymać promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w wybranym, wąskim obszarze widma. W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania impulsu.
budowa laseru