Budowa atomu- Zadanie 14.5: Baza wiedzy - Fizyka

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.

Rozwiązanie


wiedza podstawowa	ważne informacje - zapamiętaj!	ważny wzór - zapamiętaj!	kliknij i otwórz przykładowe zadanie

Budowa atomu

Na przestrzeni wielu wieków zastanawiano się jaki jest najmniejsza cząstka materii otaczającego nasz świata. Pod koniec XIX wieku fizyk J. J. Thompson, na podstawie przeprowadzonych doświadczeń, założył, że materia składa się z atomów. Natomiast atomy są kulami naładowanymi dodatnio, w których znajdują się naładowane ujemnie kuleczki. Model ten nazywano tzw. "ciastem z rodzynkami" gdzie rozłożony równomiernie ładunek dodatni pełnił rolę ciasta, natomiast pojedyncze ujemne cząstki (elektrony) pełniły rolę rodzynek.

Fizykiem, który zaproponował pierwszy jądrowy model atomu był Ernest Rutherford. Według jego modelu atom jest zbudowany z bardzo ciężkiego, ale niewielkiego jądra atomowego naładowanego dodatnio wokół którego krążą ujemnie naładowane elektrony.

Atom zbudowany jest z ciężkiego, ale bardzo małego jądra atomowego oraz z otaczającej chmury elektronowej, którą dzieli się na powłoki (orbity). Ostatnia powłoka elektronowa nazywana jest powłoką walencyjną.

Elektrony w atomie mogą znajdować się tylko na określonych orbitach. Energia elektronu jest określona przez orbitę, na której się znajduję.

Do opisu energii elektronów w atomach stosuje się tzw. poziomy energetyczne. Wyróżniamy najniższy stan, nazywany stanem podstawowym oraz stany wzbudzone. Najłatwiej zinterpretować elektron na poziomach energetycznych do piłeczki na schodach.

(Tutaj trzeba będzie się zastanowić, czy porównanie to jest słuszne - jest takie porównanie we WSIPie)

Piłeczka, pod wpływem działania siły grawitacji, chce znaleźć się na najniższym stopniu, czyli w stanie podstawowym. Jednakże jeżeli chcemy przenieść piłeczkę na wyższy stan to musi zostać wykonana praca, czyli musi zostać dostarczona dodatkowa energia. Analogiczna sytuacja wygląda w przypadku chmury elektronowej, w której znajdują się skwantowane (czyli z określonymi wartościami energii) poziomy energetyczne, czyli takie schody. Elektron może znajdować się tylko na dozwolonych poziomach, zatem przyjmuję określone wartości energii. Każdy z atomów posiada unikatowy rozkład poziomów energetycznych.

Poziom energetyczny - wartość energii dostępna dla elektronu w atomie.

Elektron, tak samo jak piłeczka na schodach, chce znajdować się w najniższym dozwolonym stanie. Jednakże, aby przeskoczyć ze stanu o wyższej energii

E_{k}

na stan o niższej energii

E_{n}

musi jednocześnie pozbyć się nadmiaru energii. Różnica energii pomiędzy stanami zostaje wyemitowana w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego, czyli fotonu.

Nadmiar energii elektronu podczas przeskoku ze stanu o energii wyższej na stan o energii niższej zostaje wyemitowana w postaci fotonu. Energia wyemitowanego fotonu jest równa różnicy energii pomiędzy poziomami energetycznymi.

Energię fotonu wyemitowanego w wyniku przeskoku elektronu ze stanu o energii wyższej do stanu o energii niższej opisuje wzór:

$E_{f} = E_{k} - E_{n}$

gdzie:

$E_{f}$ - energia wyemitowanego fotonu,

$E_{k}$ - energia elektronu w stanie wyższym,

$E_{n}$ - energia elektronu w stanie niższym.

Elektron może przeskakiwać również na wyższe stany energetyczne, ale musi zostać dostarczona mu wystarczająca ilość energii. Jeżeli dostarczona energia jest równa różnicy energii poziomów: poziomu na który chcemy wzbudzić elektron oraz energii poziomu na którym się znajduję to elektron może przeskoczyć na stan wyższy. Energia ta może zostać dostarczona w postaci fotonu.

Jeżeli padający na atom foton będzie przenosił energię równą różnicy poziomu o wyższej energii

E_{k}

, a poziomu o niższej energii

E_{n}

to zostanie on pochłonięty (zaabsorbowany) przez elektron. W wyniku nadmiaru energii elektron przeskoczy na stan o wyższej energii

E_{k}

Za utrzymywanie elektronów w chmurze elektronowej wokół jądra odpowiada oddziaływanie elektryczne pomiędzy dodatnio naładowanym jądrem a ujemnie naładowanymi elektronami. Ogólnie atom, który składa się z jądra atomowego oraz chmury elektronowej jest sumarycznie bezładunkowy. Oznacza to, że ilość dodatniego ładunku w jądrze oraz ilość ujemnego ładunku w chmurze elektronowej jest taka sama. Jednakże jeżeli elektron uzyska energię większą niż najwyższy poziom energetyczny w danym atomie to elektron zostanie "wbity" z atomu. W wyniku tego zjawiska atom stanie się jonem dodatnim, czyli przewyższać będzie ilość ładunku dodatniego w atomie. Zjawisko to nazywa się jonizacją atomu.

Jonizacja atomu - usunięcie (wybicie) co najmniej jednego elektronu z atomu.

Mateusz Bajda

Nauczyciel fizyki