aranyfüst lemez α forrás mikroszkóp

Átírás

1 1. Az atommag flfdzés. Ruthrford-fél kísérlt. A rdszám jltés. Az atommag sugara. A utro flfdzés. Az atommag össztétl. Izotópok. Gázok, gőzök abszorpciós és missziós szíkép, Bohrposztulátumok, Frack-Hrtz-kísérlt. A H-atom Bohr-modllj. Az atommag flfdzés Ruthrford-kísérlt: A Thomso-fél atommodll szrit az atom olya, mit gy "mazsolás pudig", az gészt kitölti a pozitív atomayag és b találhatóak az lktrook (1890). Ruthrford a kísérltéb radioaktív prparátumból származó α-sugárzást bocsátott vékoy arayfóliára (1 μm), mlyk a szóródást kövtő a cikszulfid ryő flvillaást okoztak. kollimátor arayfüst lmz ZS cikszulfid ryő ϑ α forrás mikroszkóp Tapasztalat szrit a lgtöbb α-részcsk iráyváltozás élkül haladt tovább, éháy pdig ig agy szögb szóródott vissza. bből Ruthrford arra a kövtkzttésr jutott, hogy az atom pozitív töltését hordozó ayag gy agyo kicsi hlyr összpotosul, z az atommag (uclus). atomsugár ~ m atommagsugár ~ m. Ruthrford az alábbi modll alapjá vztt l a szórási-formulát. Az α-részcsk (ha m hata rá rő) p távolságba (ütközési paramétr) halada l a Z' töltésű atommag mlltt. Az α-részcsk a Coulomb rő miatt kúpszlt pályára kéyszrül. A két mgmaradási tétl, amit alkalmazhatuk: v 0 4 H ++ α részcsk r m v m lktrook Z rgiamgmaradás: 1 1 Z' mv α 0 = mv α m + k. rm Impulzusmomtum mgmaradás: mv α 0 p= mv α mrm. zkből az gyltkből és további mgfotolásokból a szórási formula lvzthtő. A számolás sorá kidrült, hogy az atommag töltés mggyzik a rdszámmal, Z'=Z. Így a rdszám hármas jltés a kövtkző:

2 a priódusos rdszrb az lm sorszáma, az atommag töltés gységkb, és az lktrook száma a smlgs atomba Az atommag sugarát Ruthrford m-r bcsült, Hofstadtr később sok atommag sugarát mgmért: 1 15 R = R0 A, ahol R0 = 1, 4 1, 5 10 m. A tömgszám A mgmutatja, hogy az illtő atommag tömg kb. háyszorosa a proto tömgék: M = Am p 4R π 4RA 0 π 4R0 π V = = = A. Thát V ~ A, a magsűrűség, illtv a uklook számsűrűség álladó: V = = álladó A 4R0 π A tapasztalat szrit: A Z, és gylőség csak a hidrogé magál va itt A = 1 és Z = 1. Ruthrford 191-ba még úgy godolta, hogy az atommagba A számú proto va és A Z számú lktro, így kiflé a magtöltés Z. 190 körül mgállapították, hogy az atommagba m lht tartósa lktro. Chadwick 19 kimutatta, hogy 10-1 J rgia bfkttésévl az atommagból a protoéhoz hasoló tömgű, d lktromosa smlgs részcskét lht kiszabadítai. zt vzték utroak H + 4B 6C + 0 Az atommag össztétl thát: Z számú proto és N = A Z számú utro. A X Z Adott Z sté N változhat, az ily atommagokat izotópatommagokak vzzük. Például a hidrogé izotópjai: 1 H, H (dutérium), H (tricium), vagy az uráé: U, 8 U. Az 9 9 izotópok szétválasztása mágss mzőkkl, vagy porózus falak sgítségévl törtéht. Gázok missziós és abszorpciós szíkép: Az izzó szilárd tst folytoos spktrumú sugárzást bocsát ki, azaz az gys szík között az átmt folytoos. Az lrdzés, amivl a spktrum flvhtő: izzó szilárdtst prizma itzitás dtktálás diafragma frkvcia zzl szmb az izzó gázok vagy gőzök által mittált sugárzást flbotva a spktrum voalas szrkztű lsz, például látható tartomáyba szís csíkok jlk mg az ryő (misszió = kibocsátás). A voalas missziós szíkép (spktrum) a gáz ayagi miőségétől függ.

3 izzó gáz, gőz prizma itzitás dtktálás diafragma frkvcia Az izzó szilárd tst folytoos spktrumú sugárzását hidg gázo átbocsátva és prizmával flbotva yrhtjük az abszorpciós spktrumot, z m tljs folytoos, b fkt voalak maradak, az ayagi miőségtől függő. A tapasztalat szrit gy gáz hidg állapotába épp azokat a voalakat yli l, amlykt izzó állapotába mittáli tud. A gázok missziós és abszorpciós szíképék magyarázatához fl klltt tétlzi azt, hogy a magáyos atomok, molkulák rgiája csak bizoyos mghatározott diszkrét értékkt vht fl, m lht folytoos, s zk a diszkrét rgiák, az ayagi miőségtől függk. A két állapot közötti átmt sorá csak olya foto missziójára vagy abszorpciójára va lhtőség, mlyk rgiájára tljsül az ú. frkvcia fltétl: = h f i k i, k. Bohr posztulátumok (191): 1. az atomba az lktrook csak diszkrét,. rgiaszitk tartózkodhatak, és zkb az úgyvztt stacioárius állapotokba tartózkodva m sugározak. az atomok akkor sugározak, ha az lktrook gy magasabb rgiájú állapotból Δ alacsoyabb rgiájú állapotba krülk, ilykor a kisugárzott frkvcia, f =, h ahol Δ a két rgiaszit külöbség, a Bohr-fél frkvcia fltétl thát: i k = h fik hf,1 hf 1,0 misszió 0 abszorbció 0 A Bohr-posztulátumok gyik fotos bizoyítékát a Frack-Hrtz kísérlt szolgáltatta. izzó katód rács aód I Hg gőz 0,5V A fékzőtér 4,9 9,8 U [V]

4 - az izzókatódból kilépő lktrook gyorsulak az aód flé, a Hg-atomokkal rugalmasa ütközk, zzl szmb a 4,9 V rgiájú lktrook már rugalmatlaul ütközk a Hg atomokkal - 9,8 V gyorsító fszültség sté az lktrook mozgásuk sorá kétszr képsk rugalmatlaul ütközi és grjszti a Hg-atomokat - a Hg atomokba a grjszttt lktrook spotá módo visszatérk az alacsoyabb 19 ΔΕ 4,9 1, rgiájú állapotba, és f = = = 1,18 10 Hz frkvciájú 4 h 6,6 10 sugárzást bocsátaak ki, z jól gyzik a kísérlti tapasztalattal. A H-atom Bohr modllj: A mchaikailag lhtségs körpályák közül az úgyvztt kvatumfltétl választja ki a mggdttkt, z azt modja ki, hogy az lktro pályaimpulzus yomatéka kvatált, és érték csak a h / π gészszámú többszörös lht: h L =, = 1,,..., =. π Például körpálya sté: m v r =. proto + r v lktro A yugvóak tkittt proto körül mozgó gytl lktrora voatkozó mozgás gylt: v k = m, így k = m v r v, thát k = v. r r k A sbsség thát: v =. Az lktro rgiája a mozgási- és a lktrosztatikus potciális rgia összg: Ε = T + V = mv k = mv mv = mv. r Itt flhaszáltuk, hogy k = m v. kkor r 4 4 Ε = 1 k m k 1 m =. A diszkrét rgiaértékk thát: 4 * 1 * mk 18 Ε =, ahol Ε = =,18 10 J =,18 aj Két rgiaszit közötti átmt sorá kisugárzott vagy lylt frkvciára kapott összfüggés: * * Ε Εm Ε * 1 1 fm = = R = = h h m h m m.

5 A Bohr modll jól szolgáltatta a kibocsátott fotook frkvciáját, és a Rydbrg álladót, jó H-ra, H +, Li ++.(H-szrű iook) * 1 Lyma-sorozat: m = 1, > 1, f 1 = R 1, ultraibolya tartomáyba sik * 1 1 Balmr-sorozat: m =, >, f = R, látható tartomáyba sik 4 * 1 1 Pasch-sorozat: m =, >, f = R, ifravörös tartomáyba sik 9 4 Lyma Balmr Pasch A Bohr-modll hiáyosságai: A H-atom m korog, ham gömb alakú, a modll szrit alapállapotba is va az lktroak pályaimpulzus-yomatéka, a valóságba ics, és végztül csak H-atomra és H- szrű iookra jó.