Widmo liniowe
Pobudzone do świecenia pary różnych pierwiastków czy gazy jednoatomowe po przejściu światła przez szczelinę i rozszczepieniu w pryzmacie dają na ekranie różnobarwne obrazy szczeliny na czarnym tle, czyli barwne prążki zwane widmem liniowym. Wzór pozwalający obliczyć długość fal kolejnych linii dla serii Balmera ma postać:
Ogólny wzór opisujący długości fal odpowiadające wszystkim seriom linii widmowych ma postać: pierwiastka jest niepowtarzalny i pozwala na wykorzystanie go do tzw. analizy widmowej badania składu chemicznego nieznanej substancji. Urządzenie służące do badania widm to spektrometr. Jego główna część to pryzmat lub siatka dyfrakcyjna.
Pierwiastek w odpowiednich warunkach pochłania fale o dokładnie takich długościach, jakie emituje gdy jest pobudzony do świecenia.
Widmo atomu wodoru.
Zgodnie z teorią Bohra jądro atomu wodoru stanowi proton, wokół którego po okręgu krąży elektron. Proton działa na elektron siłą kulombowską, która stanowi siłę dośrodkową potrzebną do ruchu elektronu po okręgu. Elektron krąży po takiej orbicie, na której iloczyn wartości pędu elektronu i promienia orbity jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka podzielonej przez 2:
2 n h mvr ,
gdzie n=1,2, 3 …, h=6,67*10-34 Js, r – promień orbity, mv – pęd elektronu.
Po orbicie o najmniejszym promieniu krąży elektron gdy atom jest w stanie podstawowym.
Gdy elektron krąży po dalszej orbicie ma większą energię i znajduje się na wyższym poziomie energetycznym. Wtedy mówimy, że atom jest w stanie wzbudzonym.
Promień orbity n wyraża się wzorem:
0 2r n rn ,
gdzie r0 jest promieniemBohra atomu wodoru i m
n2
En A ,
gdzie n oznacza kolejną orbitę, a A jest stałą wynoszącą eV r
e
k 13,6 2 0
2
0 .
Jeżeli elektron przeskakuje z n-tej orbity na k-tą (n>k), to emituje foton o energii
12 12 n A k
Er .
Energię tę można wyrazić też w następujący sposób
hc h
Er . Zadania
1. Energia elektronu na pierwszej orbicie atomu wodoru wynosi E1 = 13,6eV. Oblicz energię kwantu emitowanego przy przejściu elektronu z orbity 3 na 2.
Wyraź ją w eV i J.
2. Oblicz energię kwantu pochłanianego przez elektron przeskakujący w atomie wodoru z orbity 1 na 3.
3. Oblicz ile wynosi częstotliwości kwantów wysyłanych przez atom wodoru przy przejściu elektronu z orbity 4 na 2 i 3 na 2.
4. Oblicz długość fali odpowiadającej granicy serii Balmera. W jakim zakresie ona leży?
5. Którą z linii Balmera (k=2) jest linia o długości fali 434,04nm?
6. Korzystając z teorii Bohra oblicz promień pierwszej orbity elektronu w atomie wodoru.
7. Ile wynosi stosunek promienia trzeciej orbity elektronu wyliczonej z teorii Bohra, do promienia orbity pierwszej?
8. Jaka jest długość fali świetlnej emitowanej przez atom wodoru podczas przejścia elektronu z 4 poziomu wzbudzonego na 2. W jakim zakresie fal elektromagnetycznych leży to promieniowanie?
15. Promieniotwórczość
Promieniowanie ,,
W wyniku badań stwierdzono, że promieniowanie emitowane przez pierwiastki promieniotwórcze można podzielić na 3 rodzaje ,,. Każde promieniowanie ma inne własności.
Wiązka promieniowania w polu elektrycznym ulega odchyleniu w kierunku płytki naelektryzowanej ujemnie, natomiast wiązka promieniowania – w kierunku naelektryzowanej dodatnio. Promieniowanie w polu elektrycznym nie ulega odchyleniu.
Promieniowanie ,, podobnie zachowują się w polu magnetycznym. Z doświadczeń tych wynika, że promienie mają ładunek dodatni, – ujemny, a – są elektrycznie obojętne.
Promieniowanie to strumień dodatnio naładowanych cząstek identycznych z jądrami helu;
masa cząstki jest równa masie jądra helu, a dodatni ładunek jest równy podwójnemu ładunkowi elementarnemu.
Promieniowanie to strumień elektronów.
Promieniowanie to promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo małej (< 10-10m) długości fali, czyli strumień fotonów o dużej energii (nazywanych również kwantami gamma).
Promieniowanie alfa, beta i gamma jest emitowane z jądra atomowego i stąd nazywane jest również promieniowaniem jądrowym.
Zasada zachowania ładunku i liczby nukleonów w zapisie reakcji jądrowych
Liczba protonów w jądrze jest dla każdego pierwiastka inna i równa liczbie elektronów w atomie. Decyduje ona o chemicznych właściwościach atomu. Nazywamy ją liczbą atomową lub porządkowa i oznaczamy literą Z.
Atomy każdego pierwiastka mogą występować w postaci kilku odmian różniących się między sobą liczbą neutronów w jądrze. Odmiany te nazywamy izotopami. Liczba wszystkich nukleonów tworzących jądro to liczba masowa A, gdyż zawiera ona informację o masie atomu, która w przybliżeniu jest równa iloczynowi liczby A i masy nukleonu.
Liczbę neutronów w jądrze obliczamy odejmując od liczby masowej A (wszystkich
Takie spontaniczne przemiany jąder nazywamy rozpadem promieniotwórczym. Jądra, które ulegają tym przemianom nazywamy jądrami niestabilnymi. Jądra stabilne to jądra trwałe, które samorzutnie nie podlegają przemianom.
Rozpad .
Gdy jądro atomowe o liczbie masowej A i atomowej Z wysyła na zewnątrz cząstkę powstaje z niego jądro innego pierwiastka. Proces ten nazywamy rozpadem . Rozpad ten możemy zapisać następująco: czyli elektron. Rozpad ten możemy zapisać następująco:
e
Prawo rozpadu promieniotwórczego, mówi iż w miarę upływu czasu liczba N jąder promieniotwórczych w próbce maleje. Czas, po którym z początkowej liczby jąder promieniotwórczych N pozostaje ich połowa nazywamy czasem połowicznego rozpadu 0 (zaniku) i oznaczamy T.
Liczbę jąder w zależności od czasu można przedstawić w postaci:
Tt
N t
N
2
1
0 .
Zadania
1. Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze:
a. trytu 13H
b. izotopu potasu 1940K
2. Który pierwiastek ma jądro o takiej samej budowie jak cząstka ? 3. Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze
a. izotopu węgla 126C b. izotopu węgla 146C
4. Ile elektronów znajduje się w atomie a. Węgla 126C
b. Węgla 146C
5. W wyniku rozpadu beta izotopu kobaltu 2760Co powstają jądra niklu 2860Ni, które są w stanie wzbudzonym. Pozbywają się one nadmiaru energii emitując dwa kwanty . Zapisz reakcje jądrowe.
6. Cząstka alfa uderza w jądro glinu 1327Alzmieniając je w jądro nietrwałego izotopu fosforu i pojedynczy neutron. Podaj liczbę masową i atomową otrzymanego izotopu.
7. Izotop węgla 146C ma czas połowicznego rozpadu około 6 000 lat. Stanowi on niewielki procent węgla zawartego w materii każdego żywego organizmu. Po śmierci organizmu rozpad tego izotopu powoduje, że jego zawartość w organizmie maleje.
Pomiar stosunku zawartości izotopu 146C i 126C pozwala na wyznaczenie ile czasu upłynęło od śmierci organizmu. Ile wynosi wiek badanego drzewa, jeżeli stosunek tych dwóch izotopów węgla w badanym drzewie jest czterokrotnie mniejszy niż w rosnącym drzewie?