2. AZ ATOM Atom: atommag + elektronfelhő = proton, neutron, elektron Elemi részecskék

Ókori görög anyagelmélet Démokritosz (i.e. ~460–371) atomelmélet Arisztotelész (i.e. 384–322) folytonos anyagelmélet

Az elektron felfedezése A katódsugárcső végét foszforeszkáló anyaggal vonják be. Ha ezt eltalálja a katódsugár, akkor ezen a helyen zöldesen világít. Elektromos térben a katódsugár eltérül  töltésből álló részecskék Joseph J. Thompson (1856 – 1940) fizikai Nobel-díj: 1906 Mágneses térben is eltérül  Newton: F=ma Lorentz: F=qv×B q=ze e: egységtöltés z: töltésszám a=(z/m)ev×B Az útvonal elektród anyagtól és töltő gáztól független me/e = 5,686 * 10−12 kg/C

Az elektron töltése és tömege 1909. Millikan: e=1,602*10−19 C  me = 9,109*10−31 kg Robert Andrews Millikan (1868 – 1953) Nobel-dij: 1923

Az atommag külső tér nélkül mágneses térben eltérülnek  Röntgen felfedezése után… külső tér nélkül Ernest Rutherford (1871 – 1937 ) Nobel-díj: 1908 Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908) Radioaktív sugárzás felfedezése, Nobel-díj: 1903 mágneses térben eltérülnek  töltéssel rendelkeznek a-részecskék: pozitív töltés (He2+, pl. 238U) b-részecskék: negatív töltés (e−, pl. 40K)

Az atommag 1911. Ernst Rutherford mag ~ 10-15m vs. atom 10-10m ~1/8000 visszaverődik, szóródik. Ellentmondás: proton (pozitív) és elektron (negatív) elektrosztatikus vonzása http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

Az atommag 1919. Rutherford 14N +   1H + 17O első megfigyelt atommag-reakció  p+ - univerzális építőelem    Hogy kapcsolódnak egymáshoz az azonos töltésű protonok? 1932. James Chadwick neutron kimutatása, azonosítása James Chadwick (1891 – 1974) Nobel-díj: 1935 42He + 94Be → 126C + n Elemi részecskék tömeg töltés e- : 9,10953*10-31 kg -1,60219*10-19 C p+: 1,67265*10-27 kg +1,60219*10-19 C n : 1,67495*10-27 kg 0

Newton kísérletei a fehér fénnyel Sir Isaac Newton (1642–1727)

Az infravörös sugárzás felfedezése Sir William Herschel (1738–1822) A Herschel űrteleszkóp 2007 – (Far Infrared and Sub-millimetre Telescope or FIRST)

Fényelhajlás (diffrakció) és interferencia Thomas Young (1773 − 1829) diffrakció elmélete James Gregory (1638 – 1675) diffrakció madártollal  A fény hullámokból áll!

A fény, mint elektromágneses sugárzás James Clerk Maxwell (1831 – 1879) l

A fény, mint elektromágneses sugárzás

A fény, mint elektromágneses sugárzás

A fotoelektromos hatás A kísérletben a kilépő elektronok kinetikus energiája (Ekin) nem függ a fény intenzitásától, csak a fény hullámhosszától! Egy adott hullámhossz felett (frekvencia alatt) nem lép ki elektron! Lehetséges magyarázat: A fény részecskékből áll, a részecskék energiája arányos a fény (elektromágneses sugárzás) frekvenciájával. Ekin= hn − W (W a fémre jellemző, ú.n. kilépési munka, h: Planck-állandó h= 6,626*10−34Js) Max Planck (1858 – 1947) Nobel-díj: 1918 Albert Einstein (1879 – 1975) http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

A fény, mint részecske Arthur Holly Compton (1892 –1962) Nobel-díj: 1927 A fényrészecske, a foton, rugalmatlanul ütközik az elektronnal, azaz impulzust ad át  részecske természet E = hn (E=mc2) m = hn / c2

Az anyagok kettős természete   bármilyen részecskére: mc = p E = mc2 = hn p = hn/c = h/  l = h/p  - de Broglie-féle hullámhossz Nem fénysebességgel mozgó részecskére: Louis de Broglie (1892 – 1987) Nobel-díj: 1929

A hidrogén színképe Gázt melegítve: vonalas spektrum A hidrogén látható spektruma a Balmer-féle sorozatban H – spektrum 1/ = R* (1/k2 – 1/n2) Balmer sorozatra 1/ = 1,097*107* (1/22 – 1/n2) IR látható Gerjesztett hidrogénlámpa és az általa kibocsájtott (fehér) fény három látható összetevője UV

Ei → Ej E = +Rh/nj2 − Rh/ni2 = Rh(1/nj2 − 1/ni2) = hn Bohr atommodell Bohr: E = −Rh/n2 1.A hidrogénatom egy pozitív töltésű részecskéből és egy elektronból áll, az elektron r sugarú pályán kering energiaveszteség nélkül 2. Az elektronok nem keringhet tetszőleges sugarú pályán. 3. Az adott sugarú pályán keringő elektron meghatározott energiával rendelkezik. 4. A két pálya közötti elektronátmenet egy, a pályák energiájának különbségével megegyező energiájú foton elnyelésével, vagy kibocsájtásával jár. Ei → Ej E = +Rh/nj2 − Rh/ni2 = Rh(1/nj2 − 1/ni2) = hn

A Stark- és Zeemann-effektus Mágneses térben a H színképében egyes vonalak felhasadnak (3, 5, 7 részre). Az azonos energiájú atompályák mágneses szempontból különbséget mutatnak.

Az atomok elektronszerkezete Atompálya: olyan térrész, ahol az elektron gyakran (90%-os valószínűséggel) tartózkodik. (n, l, m, ms) Főkvantumszám: n n = 1, 2, 3, 4… K, L, M, N - HÉJAK Méret és elektronenergia elsősorban n-től függ. Mellékkvantumszám: l l = 0, 1 , …, n−1 s, p, d, f, g - ALHÉJAK Az atompálya „alakja” (és energiája) l-től függ. Mágneses kvantumszám: m m= −l, −l+1, …, 0, …, l−1, l Az atompálya „irányát” határozza meg, azonos energiájú pályák.

A spin Spinkvantumszám: ms ms= −1/2, +1/2 Az elektron „forgási irányát” határozza meg. http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/index.html

A hidrogénatom atompályái

Az atompályák alakja s p d f csómógömb l=0 n=3 n=2 csómósík n=1 l=1

Megtalálási valószínűség (e-sűrűség) Atompálya Hullám-függvény Megtalálási valószínűség (e-sűrűség)