LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ

Az előadások a következő témára: "LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ"— Előadás másolata:

1 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
Démokritosz azt állította, hogy a létező végtelen sokaságú parányi, és épp ezért az érzékszervek által fel nem fogható részecskékből, atomokból épül fel. Az atomok, mint nevük is jelzi (gör. a-tomos, oszthatatlant jelent) matematikailag oszthatatlanok, nem keletkeztek és nem is pusztulnak el soha: örök létezők. Az atomoknak több fajtája is létezik, ugyanis különbség tehető köztük forma és nagyság szerint, ami nemcsak a testek külalakját határozza meg, hanem azok ízét és színét is. Δημόκριτος (Kr.e. 420 körül)

2 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
John Dalton ( ) angol fizikus és kémikus. Nevéhez fűződik az egyszerű és többszörös súlyviszonyok törvénye: két különböző anyag csakis meghatározott arányban egyesül. Komolyan foglalkozott még az ideális gázok nyomásának vizsgálatával, a színvaksággal, a meteorológiával és a nyelvészettel.

3 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
Dmitrij Ivanovics Mengyelejev ( ) orosz kémikus, a periódusos rendszer megalkotója. Ha az elemeket növekvő atomtömeg szerint sorba rakjuk, a táblázat a fizikai-kémiai jellemzők periodikusságát mutatja, ami lehetővé teszi a kémiai reakciók típusokba sorolását is. Léghajóval is kísérletezett, 1887-ben teljesen egyedül emelkedett a magasba, hogy lefényképezzen egy napfogyatkozást, s bár a jármű kezeléséről semmit sem tudott, biztonságban ért földet.

4 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
Josef Loschmidt (1821–1895) cseh születésű osztrák fizikus Kiszámította, hogy az ideális gáz egy köbcentiméterében, standard körülmények között hány molekula található. Ezt a számot Loschmidt-számnak nevezik. Nernst javasolta, hogy az egy mólnyi anyagban lévô molekulák számát Loschmidtról nevezzék el. Az állandót azonban Avogadro-számnak nevezik – noha Avogadro soha nem határozta meg ezt az értéket –, és az ideális gáz egy köbcentiméterében lévô molekulák száma lett a Loschmidt-szám.

5 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
Jelentősen hozzájárult az elektromágnesesség és elektrokémia területeinek fejlődéséhez. Faraday törvénye: 1 mol egyvegyértékű elem kiválasztásához C töltés szükséges. Vagy 1,118 mg ezüst válik ki a katódon 1 C töltés hatására. Ebből kiszámolható az egy részecske által hordozott töltés: 1,6·10-19 C. A kapacitás SI egysége, a farad, róla kapta a nevét, valamint a Faraday-állandó, ami egy mol elektron töltését jelenti (kb. 96 479 coulomb). Faraday- kalitka Faraday-féle indukciós törvény Michael Faraday (1791 – 1867) angol fizikus és kémikus

6 LÉPÉSEK AZ ATOM MEGISMERÉSE FELÉ
Sir Joseph John „J.J” Thomson ( ) angol Nobel-díjas fizikus, aki az elektron és izotópok felfedezésével, illetve a tömegspektrométer feltalálásával vált híressé. 1906-ban tüntették a fizikai Nobel-díjjal, amelyet az elektron felfedezéséért kapott, valamint a gázok elektro-konduktivitásával (elektromos áram vezetésével) kapcsolatos munkájáért. 1897-ben jutott arra a következtetésre, hogy a katódsugárzás negatív töltésű részecskék árama. Már a 70-es években megkapták az elektron nevet.

7 A THOMSON-FÉLE ATOMMODELL
1904 A mazsolás puding modell (plum pudding model) egy olyan atommodell, amely szerint az atomban egyenletesen oszlik el a tömeg nagy része, mely pozitív töltésű, és abban mozognak a kis tömegű elektronok. Ha megzavarják az elektronokat, akkor rezegni kezdenek. Bukásának oka:

8 A RUTHERFORD-FÉLE ATOMMODELL
1911 Sir Ernest Rutherford (Nelson (Új-Zéland) augusztus 30. – Cambridge október 19.) Kémikus és fizikus. 1908-ban kémiai Nobel-díjat kapott „az elemek bomlásának kutatásáért és a radioaktív anyagok kémiájában elért eredményeiért”

9 A RUTHERFORD-FÉLE ATOMMODELL
1911 A Rutherford - féle kísérlet Rutherford  részecskékkel bombázott aranyfüstlemezt. Az -részecskék nagy része szóródott a lemezen, de kb. minden dik mintegy visszapattan a lemezről. . Az  részecske egy igen kis térrészben koncentrált pozitív részecskével ütközik, melyet atommagnak nevezünk. Ennek mérete m nagyságrendű, sűrűsége pedig

10 A RUTHERFORD-FÉLE ATOMMODELL
1911 „Határozottan ez volt a leghihetetlenebb esemény, amellyel életemben találkoztam. Majdnem olyan hihetetlen volt, mintha valaki egy 15 hüvelykes gránáttal egy selyempapír-darabkára tüzelne, és az visszatérve őt magát találná el.” Ha az atom méretarányairól akarunk képet alkotni, akkor képzeljük a magot borsószem nagyságúnak. Ebben az esetben az elektronok 250 m sugarú körpályán keringenek körülötte. Az atommodell hasonlatos egy mikroszkopikus méretű Naprendszerhez. Rutherford megállapította, hogy az atom pozitív magtöltéseinek száma azonos az elem periódusos rendszerbeli rendszámával. Atommodelljével a legfőbb probléma az volt, hogy az elektrodinamika törvényei szerint a mag körül keringő elektronnak sugároznia kellene. Ekkor viszont csökkenne az energiája és a magba kellene zuhannia. Ezt az ellentmondást csak Bohr tudta feloldani.

11 A RUTHERFORD-FÉLE ATOMMODELL
1911 És bukásának oka… Rutherford atommodellje…

12 HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS
KVANTUMMECHANIKA – HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS Hőmérsékleti sugárzásnak nevezzük az anyag hőmozgása miatt kibocsátott elektromágneses sugárzást. A testek minden T > 0 K hőmérsékleten elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, a környezet hőmérsékletétől függetlenül. A forró (izzó) testek látható fényt is kibocsátanak.

13 HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS
MAX PLANCK (1858 – 1957) német fizikus, a kvantummechanika megteremtője. A müncheni fizikaprofesszor, Philip von Jolly azzal a megjegyzéssel kommentálta Planck érdeklődését az elméleti fizika iránt, hogy „ebben a tudományágban már szinte mindent felfedeztek, és már csak néhány jelentéktelen lyukat kell betömni” 1918-ban Planck elnyerte a Nobel-díjat a plancki hatáskvantum felfedezéséért. A díjat csak 1919-ben kapta meg.

14 HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS
A hőmérsékleti sugárzás intenzitás-hullámhossz összefüggését sokáig nem tudták kellő pontossággal leírni a századvég fizikusai. Plancknak jutott először eszébe, hogy feltegye: a sugárzást kibocsátó kis oszcillátorok csak egy adott energiaadag egészszámú többszörösével rendelkezhetnek, így maga a sugárzás is. (1900) . Az energia egy adott frekvencián csak meghatározott adagokban, kvantálva terjedhet: Ahol h = 6,63·10-34 Js a hatáskvantum vagy Planck-állandó.

15 HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS
„...rövidesen elkezdtem próbálkozni, hogy a h hatáskvantumot valamiképpen beillesszem a klasszikus elmélet kereteibe, de a hatáskvantum minden ilyen kísérletnek makacsul ellenszegült. … Miután minden kísérlet meghiúsult ennek a szakadéknak az áthidalására, nem volt kétség többé az iránt, hogy a hatáskvantum alapvető szerepet játszik az atomfizikában, és hogy fellépésével új korszak kezdődik a fizikában. A hatáskvantumban ugyanis valami eddig soha nem hallott jelentkezik, amely arra van hivatva, hogy alapjában átalakítsa egész fizikai gondolkodásunkat...” (Planck) Ezzel megszületett a kvantummechanika.

16 ALBERT EINSTEIN (Németország, 1879. március 14. –
USA, április 18.) elméleti fizikus; tudományos és laikus körökben egyaránt a legnagyobb 20. századi tudósnak tartják. Ő fejlesztette ki a relativitáselméletet és nagymértékben hozzájárult a kvantummechanika, a statisztikus mechanika és a kozmológia fejlődéséhez ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták „az elméleti fizika területén szerzett érdemeiért, különös tekintettel a fényelektromos jelenség törvényszerűségeinek felismeréséért”.

17 A FOTOEFFEKTUS 1887-ben Hallwachs észrevette, hogy a negatív töltésű elektroszkóp ultraibolya fény hatására elveszíti töltését. A kilépő elektronok energiája független a fény intenzitásától, csak annak frekvenciájától függ.

18 A FOTOEFFEKTUS A kilépő elektronok száma viszont arányos az intenzitással. Mindennek magyarázatát Einsteinnek sikerült megadnia 1905-ben, melyért Nobel-díjat kapott. Feltette, hogy a fény ener-giája is csak kis adagokban terjedhet.

19 A FOTOEFFEKTUS A fényelektromos egyenlet:
Ennek lényege: a fény is kis részecskékből, fotonokból áll. A fémlapra érkező foton energiájának egy része arra fordítódik, hogy az atomjától elszakítsa az adott elektront, vagyis fedezze az ehhez szükséges kilépési munkát. Energiájának másik része pedig az elektron mozgási energiáját növeli. A fotoeffektus a fény részecsketermészetét bizonyítja.

20 A FOTOEFFEKTUS A fotoeffektus egyik legfontosabb alkalmazása a fotocella.

21 A FÉNY KETTŐS TERMÉSZETE
Hullámtermészetet mutat: - törésnél - elhajlásnál - interferenciánál - polarizációnál Részecske-természetet mutat: fotoeffektusnál visszaverődésnél

22 A DE BROGLIE-FÉLE HULLÁMOK (1924)
Louis de Broglie ( ) Nobel-díjas francia fizikus. de Broglie Einstein fényre alkalmazott feltevését más részecskékre is kiterjesztette, vagyis minden részecske kettős természettel rendelkezik.

23 A KVANTUMMECHANIKAI OK-OKOZAT
Kevés a tudásunk a részecskékről? Meg lehet jósolni a jövőjüket?

24 A KVANTUMMECHANIKAI OK-OKOZAT
Hogyan befolyásolja a mérés a rendszert? Pl. ha egy légy testhőmérsékletét mérjük lázmérővel? Mit mérünk? „A kvantummechanika nagyon impozáns elmélet. De egy belső hang mégis azt súgja nekem, hogy ez nem az igazi Jákob. Az igaz, hogy sokat nyújt, de aligha visz közelebb az Öreg titkához…Bárhogy legyen is, meg vagyok győződve, hogy Ő nem szórakozik kockavetéssel…” (Einstein levele Bohrhoz )

25 A HEISENBERG-FÉLE HATÁROZATLANSÁGI RELÁCIÓK
(Würzburg, december 5. – München, február 1.) Nobel-díjas német fizikus, a kvantummechanika egyik megalapítója. Heisenberg vezette a háborús Németország nukleárisenergia-programját, szerepe máig vitatott. Sírfelirata: "Valahol itt nyugszik"

26 SCHRÖDINGER Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (Bécs-Erdberg, augusztus 12. – Bécs, január 4.) Nobel-díjas osztrák fizikus, a kvantummechanika egyik atyja. 1927-ben csatlakozott Max Planckhoz a berlini Humboldt Egyetemen ban a náci antiszemitizmus miatt elhagyta Németországot. Oxfordban a Magdalen College Fellow-ja lett. Nem sokkal érkezése után Dirac-kal együtt megkapta a fizikai Nobel-díjat.

27 A BOHR-FÉLE ATOMMODELL
1. Az atom elektronjai csak meghatározott pályákon keringhetnek a mag körül. Ezeken a pályákon – ellentétben a klasszikus elektro-dinamika törvényeivel – az elektron nem sugároz. 2. Az atom csak akkor sugároz, ha az elektron az egyik pályáról a másikra ugrik. Ilyenkor frekvenciáját a egyenlet határozza meg, ahol a jobb oldalon szereplő mennyiségek az egyes pályákhoz tartozó energiák. Fordítva: az atom csak olyan foton befogására képes, amelynek energiája éppen egyenlő két pályaenergia különbségével.

28 A BOHR-FÉLE ATOMMODELL

29 A BOHR-FÉLE ATOMMODELL
Egy adott n főkvantumszámú pályán lévő elektron energiája: R az ún. Rydberg-állandó, értéke: Ha egy elektron az n. pályáról az m.-re ugrik:

30 A KVANTUMSZÁMOK Az egyes főkvantumszámú állapotokhoz azonban több különböző állapot tartozik, amelyeket s, p, d, f állapotoknak is nevezünk (s: sharp, p: principal, d. diffuse, f: fundamental). Ezeknek rendre az l  0, 1, 2, 3 ún. mellék­kvantumszámok felenek meg. Ehhez járulnak végül a mágneses kvantumszám által megkülönböztetett állapotok. Ezenkívül minden egyes mellékkvantumszámú állapothoz két különböző spinkvantumszámú állapot tartozik.

31 A KVANTUMSZÁMOK Kvantumszám „Jelentése” Értékei n: főkvantumszám körpálya sorszáma n  1, 2, 3, 4, ... l: mellékkvantumszám ellipszispályák száma l  0, 1, 2, 3, ..., n–1 m: mágneses kvantumszám pályasík térbeli helyzete m –l, ...–1, 0, 1, 2, ..., l s: spinkvantumszám forgás iránya s  1/2 ; -1/2 Tehát egy adott n főkvantumszámú héjon legfeljebb 2n2 elektron tartózkodhat.

32

33 A PAULI-ELV Pauli-elv (1925): nincs két egy atomon belül nem fordulhat elő két olyan elektron, amelyeknek mind a négy kvantumszáma megegyezik. Wolfgang Ernst Pauli (Bécs, április 25. – Zürich, Svájc, december 15.) osztrák származású Nobel-díjas svájci fizikus. Kizárási elvének figyelembe vételével a Mengyelejev-féle periódusos rendszert sikerült értelmezni. A Pauli-elv szerint az atom bármelyik kvantumállapotában, a saját impulzusnyomatékot, a spint is figyelembe véve, legfeljebb egy elektron lehet.

34 SZÍNKÉPEK vas Az izzásig hevített szilárd testek, folyadékok, valamint a magas hőmérsékletű és nagynyomású gázok folytonos spektrumú sugárzást bocsátanak ki, mindenféle színképvonalak nélkül. Világító gázok kisebb nyomás és alacsonyabb hőmérséklet mellett különálló, fényes emissziós vonalakat mutatnak. Minden egyes kémiai elemhez egyedi vonalsorozat tartozik.

35 AJÁNLOTT OLDALAK