1 / 14

Struktury

atomowe i molekularne (cząsteczkowe). Struktury. Podstawowy składnik materiałów - atom, jon, cząsteczka (pojedyncze atomy/cząsteczki, gazy, kryształy, ciecze, materiały amorficzne...). Opis i zrozumienie możliwe dzięki:. fizyce a) kwantowej b) atomowej c) molekularnej

tallulah-alston
Download Presentation

Struktury

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. atomowe i molekularne (cząsteczkowe) Struktury • Podstawowy składnik materiałów - atom, jon, cząsteczka • (pojedyncze atomy/cząsteczki, gazy, kryształy, ciecze, materiały amorficzne...) • Opis i zrozumienie możliwe dzięki: • fizyce a) kwantowej • b) atomowej • c) molekularnej • d) fazy skondensowanej • chemii [ a), b), c), ...] • Kwantowa fizyka - podstawa inżynierii stanów kwantowych • (komputery kwantowe, kryptografia kwantowa) • Optyka i elektronika kwantowa + „material science” – podstawa fotoniki • (zastosowanie światła do przekazu i PRZETWARZANIA informacji) • Plan wykładu: • Struktura atomów i cząsteczek • Oddziaływanie atomów (molekuł) z promieniowaniem EM • Główne metody badania struktur atom.-mol. • Materiały do wykładu (prezentacje + zadania) w internecie: IF UJ www.if.uj.edu.pl Zakład Fotoniki • http://fotonika.if.uj.edu.pl/qnog/index_pl.htm Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  2. Zalecane podręczniki: • H. Haken, H. Ch. Wolf „Atomy i kwanty”, PWN, 2002 (2 wyd.) • H. Haken, H. Ch. Wolf „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN, 1998. • Paweł Kowalczyk „Fizyka cząsteczek. Energie i widma”, PWN,2000. • I.W. Sawieliew „Kurs Fizyki, t.3”, PWN, 1989. • R. Eisberg, R. Resnick „Fizyka kwantowa”, PWN, 1983. + wybrane artykuły w czasopismach „Postępy Fizyki”, „Świat Nauki”, strony internetowe, itp.. • W.Demtröder „Spektroskopia laserowa”, PWN, 1993. • Bernard Ziętek, „OPTOELEKTRONIKA”, Wyd.UMK, Toruń 2004 Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  3. obserwacje: 1802 Wollaston, 1814 Fraunhofer – widmo słoneczne 1884 Balmer – 4 linie z widma Fraunhofera; = (9/5)k, (4/3)k, (25/21)k, (9/8)k, gdzie k=364,56 nm serie widmowe = 1/  =(1/4 – 1/n2) 1889 Rydberg  =C(1/n2 – 1/m2) rozwoju fizyki atomowej Geneza Widmo wodoru -poszukiwanie wytłumaczenia danych doświadczalnych (analiza widmowa: 1817 - linie Fraunhofera w widmie słonecznym, dyskretne widma źródełświatła laboratoryjne i astronomiczne) - rozwój techniki pomiarowej (nowe dane): pryzmat (Newton), spektrometry: pryzmat., siatkowe (1817 - Fraunhofer),interferometry, lasery, ... Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  4. Początek „nowożytnej” f. atomowej 1871-1937 Nobel 1908 (Chemia) źródło cząstek  (jądra He) detektor cząstek   Folia metal.  ~ cała materia folii skupiona w ciężkim jądrze atomy = ciężkie jądra naładowane dodatnio o b. małych rozmiarach (~ 10-14m << rozmiar atomu ~ 10-10 m ) dośw. Ernsta Rutherforda (~1910) • rozproszenie: • cząstka naładowana  odpychające oddziaływanie kulombowskie • silne wsteczne rozprosz.  silne oddz. silne pola ładunek ~ punktowy • brak odrzutu atomów folii  ładunki rozpraszające w ciężkich „obiektach” Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  5. Niels Bohr (1885-1967) Nobel 1922 1913 - model Bohra: Postulaty: •  stacjonarne stany elektronu w atomie, w których elektron nie promieniuje; mr=nħ (ħ=h/2) • zmiana stanu zachodzi skokowo przez absorpcję (emisję) promieniowania o częstości =(E1-E2)/h konsekwencje: K1/(40)  En = - (Z2/n2K2)EIEI = Kme4/2ħ2 = en. jonizacji = 13,6 eV stała Rydberga: R = K2 me4/2ħ2 rn = n2a0/Za0 = ħ2/me2 = 0,052 nm (0,52 Å) n = Z0/n0 = e2/ħ Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  6. E(r0) 0. jako stanów stacjonarnych (odpowiadających minimum energii) sens poziomów Bohra klasycznie całkowita energia E = Tklas + Vklas Vklas = - e2/r0 Tklas = ½ m2 =|równowaga sił:m2/r0 = e2/r0| = ½ e2/r0 E = - ½ e2/r0 • głęboki dół potencjał – elektron spada na jądro! postulat Bohra nie tłumaczy stabilności atomów Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  7. Tmin r a0 0 V Stabilność atomu wg. mechaniki kwantowej: V= -e2/r najkorzystniej gdy r 0 , • ale relacja nieokreśloności wymaga, że gdy el. zlokalizowany wobszarze o promieniu r0, r  r0, p  ħ/r0 (niezerowy pęd) • gdy pęd niezerowy, niezerowa en. kinetyczna • T  Tmin = (p)2/2m = ħ2/2mr02 • E = T + V minimum Emin = Tmin + V występuje dla r0 = ħ2/me2 = a0  stabilny atom  Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  8. z dotychczasową fizyką  elektron krążący emituje (przyspieszane ładunki promieniują) i powinien spaść na jądro postulaty Bohra sprzeczne ? - pojęcie orbity • z mechaniki kwantowej wiemy, żer p  ħ • aby klasyczne orbity i kręt miały sens trzeba p << p, r << r, • czyli(r/r)(p/p) << 1 ale r p  ħ(r p)/rp  ħ/rp mvr = pr = nħ , czyli (r p)/rp  1/n sprzeczność (chyba że n>>1 – stany rydbergowskie)  nie można mówić o zlokalizowanych orbitach (w sensie klas.) Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  9. Mechanika kwantowa o poziomach energetycznych atomu atomy z Z elektronami w mechanice kwantowej meM/(me+M), K 1/(40) HCM=p2/2 - K Ze2/r C/r C/r potencjał kulombowski i centralny równ. Schrödingera:  + 2/ħ(E-C/r)  = 0 • z założenia centralności •  możliwość faktoryzacji na część radialną i kątową (r,,) = R(r)Y(,) • warunki rozwiązalności  3 liczby kwantowe: n= 1, 2, ... l = 0, 1, 2, ..., n-1 -l  m  l Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  10. 14 eV n= n=5 n=4 4050 2630 7400 n=3 1875 1282 1094 1005 954,6 656,3 486 434 410 397 389 383,5 380 Pfunda Bracketta s. Paschena n=2 10 seria Balmera 121,5 102,6 973 950 938 5 n=1 0 seria Lymana Fizyczna interpretacja liczb kwantowych n rozwiązanie części radialnej: En=-C2/2 ħ2n2=-Z2/n2 Rhc R = K2 me4/2ħ2- stała Rydberga (najdokładniej wyznaczona stała fundamentalna) Rhc = 13,6 eV - energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  11. rozwiązanie cz. kątowej: Yl, m (,  )  eim l,m • ciągłość f. fal. wymaga by całkowita wielokrotność  • zmieściła się na obwodzie orbity (prom. D)  kwantyzacja: 2D=m ptD = Lz = mħ • dł. fal materii (de Broglie) =h/pt (pt - skł. styczna p) skł. krętu może mieć tylko wartości skwant.: Lz=0, ħ, 2ħ, 3ħ, ... l(l +1)ħ2 • skwantowana też długość L (wartość L2): Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  12. Funkcje falowe a) radialne liczba przejść Rnl przez zero=n-l-1 prawdopod. radialne P(r)dr=|R|2r2dr Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  13. Funkcje falowe b) kątowe P()=|Y()| ważne dla zachowania się atomów w zewnętrznych polach i dla zrozumienia symetrii cząsteczek Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

  14. a) kowalencyjne (np. H2+, H2) b) jonowe przykład: H2O Wiązania chemiczne Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2005/06 , Wykład 1

More Related