KVANTARUD JA PAULI KEELUPRINTSIIP Referaat Juhendaja: Andres Juur Puurmani 2010 1 SISUKORD Sissejuhatus.....................................................................3 1. Kvantarvud...................................................................4 1.1 Kvantarvu diskreetsus..............................................4 1.2 Süsteemi aditiivne kvantarv.......................................4 1.3 Elektroni kvantseisund.............................................4 2. Pauli keeluprintsiip ehk tõrjutusprintsiip................................5 2.1 Pauli keeluprintsiip.................................................5 2.2 Veidrus mikromaailmast...........................................5 2.3 Üldine väide keeluprintsiibist.....................................5 2.4 Fermionid ja bosonid............................
lainepikkus ja sagedus. Igal kindlal sagedusel on kindel energia. (Footoni energia E=f(sagedus)*h(Planki konst), 1eV=1,610 -19J) Vahepeal tuleb aatomit ergastada, et ta saaks uuesti kiirata. (kiiritada valgusega/kuumutamine) 3. Seisulained-lained millel on täisarvulised kordajad. Elektron lainetab ja tema laineid nim tõenäosus e. leiulaineteks (tähis psii Ψ ) elektroni lainepikkus λ =h(konstant)/p(impulss) p=mv 4.orbitaallaine-tal on kindlad orbiidid. Lained täisarv kordsed. Kvantarv-iseloomustab elektroni võimalikku seisulainet (3). n-peakvantarv(määrab ära energia nivoo kuhu elektron kuulub 1,2,3 jne), l-kõrval kvantarv (orbitaal)-määrab ära orbitaali ruumilise kuju 0,1,2 (n-1)) me-magnet kva(orbitaallaine tiirlemistelje orjentatsiooni ruumis -l,-(l-1)...0,1,...l) elektroni spinn(s)-väärtused ½ või -1/2. 5.keeluprintsiip- samas aatomis ei saa olla 2-te ühesuguste kvantarvudega elektroni. Tuum on positiivselt laetud. Elektronid tiirlevad ümber tuuma
kolmest kvargist koosnev liitosake, millel on veider lõhn. tema koostises on vähemalt üks s-kvark ega ole ühtegi teist lõhnaga kvarki (c-, b- või t- kvarki) , siis nimetatakse teda hüperoniks.. Mis on s-kvark? up- tüüpi kvark, see tähendab, et tema isospinn on -1/2. Kvark- elementaarosakesed, mis osalevad tugevas vastastikmõjus Kvargid omavad värvilaengut Neutronid ja prootonid koosnevad kvarkidest Kvarki iseloomustav kvantarv isospinn määrab ära, kas tegemist on up-tüüpi kvargiga või down-tüüpi kvargiga. Isospinn (Iz) 1/2 on up-tüüpi kvarkidel (u-, s- ja b-kvark) isospinn 1/2 on down-tüüpi kvarkidel (d-, c- ja t-kvark). Oomega Sümbol- Koostis- sss Seisumass Mv/c2(elektronvolt)- 1 672,45(29) Isopinn- 0 Spinn- 3/2+ Q(elektrilaeng)- -1 S(veidrus)- -3 c(sarm)-o B(põhjasus)- 0 Eluiga s- 8,21 ± 0,11 × 10-11
Aatomist ei lase elektrone lahkuda positiivne külgetõmbejõud. Laetud tuuma tõmbejõud, mis tekitavad elektronile sügava potensiaalaugu. Sulustatud mikroosake tohib liikuda ainult teatud kindlate kiirustega, tema kiirus on kvanditud. Kui elektron on sulustatud ruumi, muutuvad tema leiulained seisulaineteks. Kvantarvud nt elektroni asukohta, kus see tuuma suhtes paikneb. Laineomadustega elektron ei saa karbis kunagi paigale jääda, madalaima energiaga on elektron põhiseisundis.3mõõtmelises ruumis määravad leiulained 3 kvantarvu. Kui elektron tiirleb orbiidil, peavad tema leiulaine olema orbitaallained, s.o tiirutama orbiitipidi ümber tuuma. Selleks peab ringile sobituma täisarv laineid. Orbiidi r, elektroni orbitaalkiirus ja energia vastastikuses sõltuvuses. Elektroni laineomadusest järeldub, et see võib tuuma ümber tiirelda vaid teatud kindlatel orbiitidel raadiusega rn. Elektron ei kiirga elektromagnetlaineid -Bohri I postulaat; kui elekt...
.olulised mikrofüüsikas.11.Osakeste korpuskulaar ja laineomadused. Igal aineosakesel on olemas nii korpuskulaar kui ka laine omadused.Laine omadusi saame vaadelda kui lainepikkus on meie jaox jälgitav.Kui liiga väike,siis lainelised omadused aines ei avaldu. Shrödingeri võrrand-Mikromaailma mehaanika,laine- e kvantmehaanika põhivõrrand.Elektroni 4 kvantarvu, energiataseme sidumine kvantarvudega. peakvantarv(n)-määrab elektroni energia aatomis,annab tema kõige jämedama väärtuse kvantarv(l)-täpsustab energia väärtust. magnetiline kvantarv(m)-tingitud energia parandid ilmnevad tugevates magnetväljades.Tavalises olekus kõdunud. spin(s)-energiaavaldis ei kajastu.Samal orbiidil võis olla 2 elektroni erineva spinniga.Spinn on elektroni omadus.Kui spektrograafide lahutusvõime jõudis kümnendiku nanomeetrini, selgus, et enamik jooni koosneb mitmest lähestikku asuvast komponendist. Seega peab eksisteerima veel üks energia salvestamise võimalus. Nende vahel on kindlad seosed
Kui elektron tiirleb orbiidil, peavad tema leiulained olema orbitaallained. S.o. tiirutama orbiitipidi ümber tuuma. Elektroni laineloomusest järeldub, et ta võib tuuma ümber tiirelda vaid teatud kindlatel orbiitidel raadiustega r. 1. Joonlõigule pikkusega L sulustatud elektroni leiulained seiskuvad seisulaineteks pikkusega alfa=2L/n, n=1,2,3. 2. Vastavalt de Broglie seosele alfa=h/mv on kvanditud s.o. hüppeliselt muutuv ka osakese kiirus ja energia, neid määrab kvantarv n. 3.Energia jäävusest tingitult saab sulustatud elektron energiat omandada ja loovutada ainult kindlate kvantumite viisi, mis võrduvad lähte ja lõpptasemete energia vahega. 4. Kolmemõõtmelisse ruumiossa sulustatud elektroni leiulained ja energiatasemed on määratud kolme kvantarvuga. 5.Kvantmeaanikas näidatakse , et kolmemõõtmelises aatomise määravad elektroni seiulainete kuju ja orientatsiooni kolm kvantarvu: peakvantarv n=1,2,3..., kõrval
KORDAMISKÜSIMUSED. AATOMIFÜÜSIKA. 1. Mis on aatomifüüsika, millal loodi? Aatomifüüsika on füüsika haru, mis tegeleb üksikute aatomite uurimisega. 2. Milliste füüsikute nimedega on seotud aatomifüüsika? Aatomfüüsika on seotud nimedega Paul, Schrödinger,Nils Borh, De Broglie, Werner Heisenberg. 3.Mis on aatom? Millest koosneb aatom? Aatomiks nimetatakse väikseimat osakest, mis säilitab talle vastava keemilise elemendi keemilised omadused. Aatom koosneb tuumast ja seda ümbritsevatest elektronidest. 4. Kes sõnastas planetaarse aatomimudeli ja mis aastal? Planetaarse aatomimudeli sõnastas Nils Borh aastal 1911. 5. Milline on planetaarne aatomimudel? Planetaarne aatomimudel sarnaneb päikesesüsteemile, sest aatomimudeli tuuma ümber tiirlevad elektronid. 6. Aatomi läbimõõt, tuuma läbimõõt? Aatom läbimõõt on 10 -8cm, tuuma läbimõõt on 10 -13cm väiksem. 7. Mi...
Kordamisküsimused kontrolltööks „Magnetvälja ja aine vastastikmõju“ 1. Millest on põhjustatud iga aineosakese magnetväli? Aineosakeste magnetväli on põhjustatud aineosakeste loomulikust omaliikumisest (pöörlemisest), mida kirjeldab kvantarv spinn. 2. Miks on kõikide keha moodustavate aineosakeste magnetväljade summaarne väli null (keha tervikuna ei oma magnetvälja) ilma välise välja mõjuta? Ilma välise magnetväljata puudub kehal mõjutaja, mis paneks muidu kaootiliselt liikuvad aineosakesed orienteeruma kindlasuunaliselt välise magnetvälja suhtes. Välise magnetvälja mõju aga põhjustab keha aineosakeste kindlasuunalise orienteerituse, mistõttu omandab keha tervikuna magnetvälja
Ta oletas, et elektronid suudavad ühelt lubatud orbiidilt teisele hüpata. Järelikult muutub hüppeliselt ka aatomi energia. Bohri aatomimudel on : aatom on ststsionaarses olekus , kui elektron liigub tuuma lektronväljas mingil lubatud orbiidil. Aatomi üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise kiiratakse või neeldutakse energiakvant. Energia kiirgamine ja neeldumine aatomis toimub vaid portjonite kaupa. 4.Kvantarvud - mõiste ja mida mingi konkreetne kvantarv määrab. Kvantarvud iseloomustavad aatomi olekut, määravad ära aatominerrgia taseme, määravad elektronkatte struktuuri jagunemise elektronkihtideks ja orbitaalideks. Kvantarve on kokku 4: a) Peakvantarv- keskmine kaugus tuumast, tähis n b) Orbitaalkvantarv- määrab orbitaali geomeetrilise kuju , võimalikud orbitaalid, mis on I väärtuse korral stabiilsed . Tähis I c) Magnetkvantarv- määrab orbitaali paiknemise teiste orbitaalide suhtes, tähis m
Kovalentside: tekib ainete ühiste elektronpaaride vahel, esineb aatomite vahel molekulides või kristallides, toimub nn elektronide jagamine. Keemiline side jaguneb: ioonsidemeks ja kovalentsidemeks. Võredefekt: kristallides esinev hälve võre ideaalses korrapärasuses. Elektron on ergastatud seisundis siis kui ta neelab footoni ning saades sellega energiat juurde tõuseb kõrgemale orbitaalile, mille üks või mitu kvantarvu on suuremad minimaalsetest. Kvantarv süsteemi olekut iseloomustav väärtus kvantmehhaanikas. Tähis nL. Elektroni orbiidil tiirlevad leiulained peavad olema orbiidilained. Bohri aatomimudel: mänginud olulist rolli mikrofüüsikas. Kirjeldas vesiniku ehitust piisavalt täpselt, selgitades tema spektrijoonte olemust. Siiski ei saanud seda kasutada mitmeelektronilistele aatomitele. Laineomadustega elektron ei saa karbis kunagi paigale jääda. Peakvantarv: n. Kõrval e orbitaalkvantarv: l. Magnetkvantarv: m
(elementaarosakesed) Esineb kõikide elementaarosakeste vahel. Selle mõjuraadius on veel väiksem. 2. Iseloomusta footonit on elektromagnetkiirguse väikseim osake ehk kvant. Footon on vaheosake, mis vahendab elektromagnetilist vastasmõju. Footon ise oma vahendatava vastasmõju laengut ei kanna ja on elektriliselt neutraalne. Tema seisumass on 0 ning seetõttu liigub ta vaakumis alati valguse kiirusega . 3.Mis on värvilaeng,kus ta esineb? Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv, mis on sarnane (natuke!) elektrilaenguga. Kolme liiki - punane, sinine ja roheline. Igale värvile vastab tema antivärvilaeng - antipunane, antisinine ja antiroheline. Elementaarosakese koosseisus peab olema korraga kõik kolm värvilaengut. Kuna punane , roheline ja sinine annavad kokku valge värvuse, öeldakse, et kõik elementaarosakesed on valged. 4.Nimeta antiosakesed /elektron,prooton,neutron/ See on osakene, mille kõik laengud on vastupidise märgiga
ringlevaist laineist. Määrab elektroni pöördimpulsi L. Magnetkvantarv- määrab orbitaallainete tiirlemistelje orientatsiooni ruumis. Spinnkvantarv- võib omada kahte väärtust + 0,5 ja 0,5 27. Mis määravad iga elektroni seisundi aatomis? - Neli kvantarvu: peakvantarv n, orbitaalkvantarv l, magnetkvantarv ml ja spinnkvantarv s 28. Mis tuleneb kindlasse ruumi sulustatud mikroosakese lainepikkusest tema kiiruse energia ja impulsi kohta? - Kvantarv n 29. Mis määrab lõplikult laineliste omadustega elektroni kohta aatomis? - Leiulaine 30. Selgita tõrjutus- ehk Pauli keeluprintsiipi - Ühes ja samas aatomis ei saa olla kaht elektroni, mille kõik 4 kvantarvu langeksid kokku. 31. Milline peaks elektronide asend aatomis olema lähtudes energia miinimumi- ja keeluprintsiibist? - Elektronid peavad olema kihiliselt aatomis 32. Mitu elektroni mahub igasse kihti? - Maksimaalselt 2n2 elektroni 33
ning nende füüsikaliste suuruste vigade korrutis ei saa kunagi olla väiksem kui Plancki konstant h. · Võrratus või h:2, kus p ja x on ebatäpsed mõõtmisel. · Osakeste asukoha täpsel määramisel jääb osakeste impulss täiesti määramatuks. · Määramatuse printsiip ütleb, et teatud väikesed vead on loodusseadustesse,,sisse kirjutatud´´, nad on omaette loodusseadused. KVANTARVUD: PEAKVANTARV · Tähis n. · Väärtuseks suvaline kvantarv. · Määrab energianivoo, kuhu elektron kuulub. ORBITAALKVANTARV · Tähis l. · Väärtuseks täisarv, mis: 0 l n-1. · Iseloomustab elektroni liikumishulga momendi absoluutväärtust. · Määrab stabiilsed orbiidid antud n korral. MAGNETKVANTARV · Tähis ml. · Väärtused: -lml l, kusjuures mlZ. · Iseloomustab liikumishulga momendi vektori võimalikku suunda. KRISTALLIDE EHITUS
Kvarkide arv universumis on jääv. See tähendab, et nad ei teki ega kao. Nad vaid muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. Raskemad kvargid muutuvad iseeneslikult kergemateks, s.o. u- ja d- kvarkideks nii, et eraldub, lepton ja vastav antineutriino. (Ainsaar, Ain ; ,,Füüsika XII klassile" , Tallinna Raamatutrükikoda, 1996) Värv tugeva vastastikmõju laeng Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv, mis on mõneti sarnane elektrilaenguga. Värvilaengut omavad osakesed mõjutavad teineteist läbi tugeva vastasmõju. See on kõige tugevam jõud looduses ning hoiab kvarke koos liitosakestes (hadronites). Värvilaengut, selle omadusi ning tugevat vastasmõju kirjeldab füüsikateooria kvantkromodünaamika. Värvus on kvargi omadus, millel pole absoluutselt mitte midagi pistmist silmaga nähtava värvusega. Mõistet värvus kasutatakse lihtsalt tugevale vastasmõjule reageeriva laengu
peakvantarvuks tabeli reeglid: ( n), ·1.orbitaalseks kvantarvuks (l Elektroni põhiseisundiks ) (iseloomustab aatomis on minimaalse teiste elektronkihtide elektrilist mõju) ja energiaga seisund (potentsiaalse energia miinimumi · magnetiliseks lause) kvantarvuks (m ) (ilmneb välise elektromagentvälja korral) ·2.Neljas kvantarv Elektroni spin energia (s) suurem, on seda mida iseloomustab suurem osakese on magnetmomenti. Kokkuvõttes saame kvantarvude summatuuma n+lümber tiirlevast üksikust elektronist järgneva pildi: 3. Aatomis ei saaväljas
kineetilise energia andmiseks. Einsteini valem fotoefekti kohta Ühe valgusportsioni energia läheb väljumistöö tegemiseks ja elektronile kineetilise energia andmiseks. Fotoefekti punapiir Piirsagedus, mille puhul veel toimub fotoefekt. AINE STRUKTUUR: Aatomifüüsika: Bohri aatommudel Aatom koosneb positiivse elektrilaenguga massiivsest tuumast ning elektronidest, mis tiirlevad ümber tuuma diskreetsetel ringjoonelistel orbiitidel. Peakvant - aatomi kvantarv n, mis määrab ära elektronikihi. Energianivoo peakvantarvule vastav energia. Bohri postulaadid: 1) Aatom võib olla ainult erilistes statsionaarsetes ehk kvantolekutes, millest igaühele vastab kindel energia. Statsionaarses olekus aatom ei kiirga. 2) Aatom kiirgab valgust suurema energiaga E' statsionaarsest olekust väiksema energiaga E" statsionaarsesse olekusse üleminekul. Kiiratud footoni energia võrdub statsionaarsete olekute energiate vahega.
ruumis – koordinaadistikus ja koordinaattelgede alguspunktiks on aatomituum Peakvantarv n - mistahes täisarvul. väärtused 1 … - määrab elektronorbitaali energia ja iseloomustab elektroni tõenäoseimat kaugust tuumast. Orbitaalkvantarv l - täisarvul. väärtused 0, 1, 2 … (n-1) - määrab orbitaali kuju (koos peakvantarvuga) Magnetkvantarv ml - posit. või negat. täisarvul. väärtused vahemikus ml = -1, -2, … 1, 0, -1, -2 … Spinn-kvantarv e. spinn: +1/2 või -1/2 näitab, kas elektroni magnetmoment on magnetvälja suunaline või on ta sellega risti. Erineva spinniga elektronide olemasolu kahekordistab elektronide arvu, mis mahub mingile konkreetsele orbitaalile. Aatomite elektronkihtide mahutavus: Pauli printsiip (W.Pauli, 1925) aatomis ei saa olla kahte täpselt ühesuguses energiaolekus asuvat, s.t. ühesuguste kvantarvudega elektroni. (kui ühtivad kolm kvantarvu n, l, ml, siis peab spinn olema erinev)
(Niisiis, statsionaarsel orbiidil elektron energiat ei kaota ja võib seal püsida igavesti. Edasi on lihtne: selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama.) 2.Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi, üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema energiaga orbiidile aga neelab selle. Kvant-arvud on täisarvulised kordajad, mis tähistavad lainepikkuste arvu orbiidil: peakvantarv n ruumi dimensioon orbitaalne kvantarv l ruumi dimensioon magnetiline kvantarv m ruumi dimensioon spinn (tekib elektroni pöörlemisel ümber oma telje) aja dimensioon => kvant-arvud on neljamõõtmelise aegruumi R4 = (n,l,m,t) koordinaadid, mis märgivad elektroni võnkumise perioodilisust orbiidil. Määramatuse relatsioon. Elektronile lainepikkuse omistamine ja tema asukoha sidumine seisevlaine maksimumidega tähendab, et asukoht on määratav lainepikkuse täpsuseni
(Niisiis, statsionaarsel orbiidil elektron energiat ei kaota ja võib seal püsida igavesti. Edasi on lihtne: selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama.) 2.Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi, üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema energiaga orbiidile aga neelab selle. Kvant-arvud on täisarvulised kordajad, mis tähistavad lainepikkuste arvu orbiidil: peakvantarv n ruumi dimensioon orbitaalne kvantarv l ruumi dimensioon magnetiline kvantarv m ruumi dimensioon spinn (tekib elektroni pöörlemisel ümber oma telje) aja dimensioon => kvant-arvud on neljamõõtmelise aegruumi R4 = (n,l,m,t) koordinaadid, mis märgivad elektroni võnkumise perioodilisust orbiidil. Määramatuse relatsioon. Elektronile lainepikkuse omistamine ja tema asukoha sidumine seisevlaine maksimumidega tähendab, et asukoht on määratav lainepikkuse täpsuseni
Kõrvalkvantarvu l lubatud väärtused on l = 0, 1, 2, 3,......, n-1 18. Mis on magnetkvantarv ja selle lubatud väärtused? Magnetkvantarv määrab üksikute orbitaalide orientatsiooni ruumis. Tema mõju elektroni energiale on väike. Antud orbitaali lubatud orientatsioonide arv on määratud ära orbitaalil oleva elektroni magnetkvantarvuga. Lubatud ml väärtused on vahemikus - l - + l (ka 0) 19. Mis on spin kvantarv ja selle lubatud väärtused? Spinkvantarv ms määrab 2 elektroni lubatud pöörlemise suunda ümber oma telje. Pöörlemissuunad võivad olla kas kellaosuti suunas või vastu kellaosuti suunda ja vastavad ms väärtused on + 1/2 ja -1/2. 20. Maksimaalne elektronide arv elektron-nivool kvantarvuga n ? 2n2 21. Millises järjestuses täidavad elektronid orbitaale? Madalama väärtusega energianivood esmalt (kasvavas järjekorras) 22. Mis inertgaaside keemilise inertsuse aluseks? 23
Kiirguse postulaat Üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise aatom kiirgab (või neelab) elektromagnetilise kvandi. h=En En´ kiirguse sagedus En aatomi algoleku energia En´- aatomi lõppoleku energia Kui En.on suurem kui En´ siis aatom kiirgab, vastupidisel juhul neelab Täisarvu n, mis iseloomustab aatomi võimalikke statsionaarseid olekuid, nimetatakse KVANTARVUKS Kvantarv n Igale kavantarvu väärtusele vastab aatomi koguenergia En ja elektron tiirleb selles olekus orbiidil raadiusega rn Kuna statsionaarses olekus allub aatom tavalistele mehaanikaseadustele, siis on võimalik nende alusel arvutada En ja rn Arvutame vesiniku aatomi energia · Tuuma laeng +e, tiirleval elektronil e · Gravitatsioon tuuma elektroni vahel tühine, arvestame ainult elektrostaatilist vastasmõju q1 · q2 F=k
Balmer-Rydbergi valem määrab vesiniku aatomi kiirgusjoonte lainepikkused või kvandi energiad h f kujul 1/ = R' {(1/nl 2) - (1/na 2)} või h f = R {(1/nl 2) - (1/na 2)}, kus suurust . 7 -1 R' = 1,097 10 m või R = 13,6 eV nimetatakse Rydbergi konstandiks. nl ja na on täisarvud. Arv nl 17 (lõppoleku kvantarv) määrab konkreetse seeria (näiteks Lymani seerial nl = 1, Balmeri seerial nl = 2 jne). Arv na (algoleku kvantarv) määrab antud joone seeria piires, kusjuures alati na > nl . Seeria lühilainelisele piirile vastab na = . Kvantarvudeks nimetatakse arve, mis määravad mikroobjekti (aatomit, elektroni vms) kirjeldavate füüsikaliste suuruste väärtusi. Aatomi energia on pöördvõrdeline kvantarvu n ruuduga En = - R /n 2 , kus R on Rydbergi konstant.
kaliste suuruste väärtusi. Balmer-Rydbergi valem määrab vesiniku aatomi kiirgusjoonte lainepikkused või kvandi energiad h f kujul 1/ = R' {(1/nl 2) - (1/na 2)} või h f = R {(1/nl 2) - (1/na 2)}, kus suurust R' = 1,097 10 m või R = 13,6 eV nimetatakse Rydbergi konstandiks. nl ja na on täisarvud. Arv nl . 7 -1 (lõppoleku kvantarv) määrab konkreetse seeria (näiteks Lymani seerial nl = 1, Balmeri seerial nl = 2 jne). Arv na (algoleku kvantarv) määrab antud joone seeria piires, kusjuures alati na > nl . Seeria lühilainelisele piirile vastab na = . Elektroni impulsimoment Ln = m vn rn on Bohri mudelis Plancki nurkkonstandi = h /(2) = 1,05 .10-34J.s täisarv-kordne: Ln = n . Aatomi energia on pöördvõrdeline kvantarvu n ruuduga En = - R /n 2 , kus R on Rydbergi konstant.
molek elektroni ktron spinnid ulis d id Nimetus gamma X-kiirgus UV-vis infrapunane mikrolained raadiolained Lainepikkus 10-13...10-11 10-11...10-8 10-8...10-6 10-6...10-4 10-4...10-1 10-1...101 [m] Aatomite energianivood Kvantarvud n=1,2,3,... peakvantarv l=0,...n-1; tähistus s,p,d,f, orbitaalne kvantarv m=-l,...,l; magnetkvantarv s=-1/2, 1/2; spinn spektraalsed seeriad 1s, 2s, 3s,... S 2p, 3p,...P 3d,...D Molekulide energianivood Molekulide energiad esitatakse sôltuvusena aatomitevahelisestkaugusest molekulis Molekul ergastatakse madalamalt nivoolt kôrgemale, nii, et aatomitevaheline kaugus ei muutu. Kôrgemal nivool toimub kiirgusvaba relaksatsioon potentsiaali miinimumini,
n = 5 - 0,54 n = 4 - 0,85 n = 3 - 1,51 n = 2 - 3,39 E1 n = 1 - 13,6 Eo 5 6 Peakvantarvu väärtuseks võib olla suvaline täisarv alates 1 kuni .Vesinikuaatomi koguenergia on määratud vaid peakvantarvudega. Orbitaalkvantarv l iseloomustab elektroni liikumishulga momendi absoluutväärtust. Kvantarv l määrab kindlaks, millised võimalikud orbiidid on stabiilsed. Orbitaalkvantarv võib omandada täisarvulisi väärtusi 0, 1, 2, ..., n -1.Nii näiteks võib olla põhiolekus ainult 0, samal ajal kui n = 3 korral võib l väärtuseks olla kas 0, 1 või 2. Liikumishulga momendi vektori võimalikku suunda iseloomustab magnetkvantarv m l , mis võib omandada täisarvulisi väärtusi : m l = 0, ± 1, ± 2, ... ± ( l - 1 ), ± l. Näiteks kui l = 2, siis m l võib olla - 2, - 1, 0, +1 või +2.
Elementaarlaenugt e kandev osake kiirgal igal oma meetril energia: ΔE=9,6*10a-16 (E/mRc2)4. Bohri aatommudel: aatomid on stabiilsed, üksteisest eristamatud, isel.joonspekter. Järeldused: aatomid on eristamatud, aatomite tekkimisel eraldub energia portsjonite kaupa. Bohri postulaat: energiat ei kiirgu, kui elektron tiirelb orbiitidel, mille pot energia on täisarvkordne tiirlemissagedusele vastava kvandi energiaga. Ek=-nhv; Ep=mv2/2=nhv/2. h=Plancki konst: 6,63*10a-34 Js, n- täisarvuline kvantarv. Puudused: ei põhjenda, miks orbiitide energ kvantiseeritud, miks orbiidil kiirendusega liikuv elektron ei kiirga energiat. (elektron tegelikult ei oma orbiiti ja tiirle tuuma ümber). -ei seleta keem sideme olmust. Vaid H. Schrödingeri võrrandi lahendid (elektroni energia, lainfunkts./tõen) sõltuvad 3.st täisarvulisest kvantarvust +spin. „elektron on kui seisev laine kolmes sõltumatus ruumimõõtmes, igaga seotud üks kvantarv: n, l, m. Igale vastab kindel energia ja lainefunktsioon
28. Millised kolm kvantarvu määravad elektroni võimaliku seisulaine? Elektroni võimalikku seisulainet määratlevad peakvantarv n, kõrval- ehk orbitaalkvantarv ja magnetkvantarv m. n eristab seisulaineid, mis on moodustunud keralaineist. määratleb orbitaallaineid, mis on sündinud tuuma läbiva telje ümber ringlevatest lainetest. m määrab orbitaallainete tiirlemistelje orientatsiooni ruumis. 29. Mis on spinn? Spinn on neljas kvantarv, mis vastavalt joonte kahestumisele võib omada ainult kahte väärtust +1/2 ja -1/2. 30. Milline on tõrjutusprintsiip mikroosakestele? Tõrjutusprintsiip on printsiip, millega on kindlaks tehtud, et ühes aatomis ei saa olla kahte elektroni täpselt ühesuguste kvantarvude komplektiga. 31. Millest sõltuvad elementide keemilised ja füüsikalised omadused? Elementide keemilised omadused sõltuvad lihtainete laenguomadustest, kui ühel
Neid kujutisi nimetatakse ka elektronpilvedeks. Elektroni olekud määravad kolm kvantarvu n peakvantarv l - orbitaalkvantarv ml magnetkvantarv Elektroni keskmise kauguse tuumast määrab peamiselt peakvantarv Elektroni spinn Aatomite spektrite eriti täpsel uurimisel selgus, et paljud spektrijooned on lõhestunud moodustades nn.dublette. Nähtuse seletamiseks tuli senise 3 kvantarvule lisaks võtta kasutusele 4. Kvantarv, millel vatsavalt joonte kahestumisele võib olla 2 väärtust: +½ ja -½. Esmaselt seostati seda arvu elektroni pöörlemisega ümber oma telje. Hiljem see siiski kinnitust ei leidnud. Nimetus "spin pöörlemine" siiski jäi. Väärtused oleksid tähistanud pöörlemist päri- ja vastupäeva. Spinn tähistab kaasajal siiski osakese magnetilisi omadusi. Footonil võib spinn olla ka täisarvuline näiteks footonil. Spinni arvestatakse ka magnetnähtuste juures tekkivate pooluste juures
Niisugust välja, mille jõujooned on kinnised, nimetatakse pöörisväljaks. Väljaspool püsimagnetit kulgevad jõujooned põhjapooluselt lõunapoolusele, püsimagneti sees mõistagi vastupidi). 12 Püsimagnetite omadusi seletatakse sellega, et elektronidel on olemas oma magnetväli, mis on tingitud elektronide loomulikust omaliikumisest (pöörlemisest), mida kirjeldab kvantarv spinn. On olemas metalle, mis koosnevad piirkondadest, kus elektronide spinnid on omavahel rangelt paralleelsed. Sellist aineosa nimetatakse domeeniks. Domeenide mõõtmed on 10-4 ...10-3 cm. Selliseid aineid kutsutakse ferromagneetikuteks. Sellised ained on näiteks raud, nikkel, mitmesugused sulamid. Tavaliselt on domeenide magnetväljad orienteeritus üksteise suhtes juhuslikult. Magnetvälja paigutatud ferromagneetikus orienteeruvad domeenide magnetväljad
sageduste vahepealset väärtust (näiteks neeldumisel falg < fem < flõpp). Mitmeelektronilise aatomi korral iseloomustatakse elektroni kvantarvudega n, l, ml ja s. Peakvantarv n määrab elektroni keskmise kauguse tuumast. Orbitaalkvantarvu (ehk kõrvalkvantarvu) l poolest erinevad elektroni leiulained, mis on kindlaviisiliselt sulustatud tuuma läbivale teljele (või: ringlevad ümber selle telje). Kvantarv l määrab elektroni orbi- taalse impulsimomendi vektori pikkuse: l= [l (l + 1)]1/2 Orbitaaliks nimetatakse elektroni leiulaine kindlat kuju aatomis. Kvantarvu l suurenemise järjekorras tähistatakse orbitaale väikeste tähtedega s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3) jne. Orbitaali tüübi järgi räägitakse s-, p-, d- jne. elektronidest (tähe ees paikneb kvantarv n, näiteks 2p- või 3d- elektron).
Z = +44 p= 44 = 44 A = 101 (aatommass) 1 0n= 101 44= 57 4. ELEKTRONVALEM AATOM keemilise elemendi väikseim iseseisev osake, molekuli koostisosa. MOLEKUL aine väikseim osake; koosneb aatomitest, n O 2, H2O. Tavatingimustes iseseisvalt eksisteeriv aineosake, millel on selle aine põhilised keemilised omadused. 1. n = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 (n kihi nr.) peakvantarv ehk energeetiline 2. l= 0; 1; 2; 3; 4 ( n-1 ) orbitali kvantarv 14 n= 1 esimesel kihil on vaid s orbitaal l= 0, s orbitaal l= 1 jne. spinn võib liikuda ümber oma telje mõlemas suunas, seda nimetatakse spinniks. Elektronpaari moodustavad vastassuunalise spinniga elektronid. 3. orbitaalide arv m0= 2l + 1 l = 0s orbitali
Kui juhtivuselektronide arv suureneb, siis muutub pooljuht juhiks, mis tähendab takistuse vähenemist. Püsimagnetitevaheline jõud on pöördvõrdeline kauguse ruuduga nagu elektrilaengute vaheline jõudki. Magnetite pooluseid on hakatud kompassi järgi nimetama põhja- ja lõunapoolusteks. Püsimagnetite omadusi seletatakse sellega, et elektronidel on olemas oma magnetväli, mis on tingitud elektronide loomulikust omaliikumisest (pöörlemisest), mida kirjeldab kvantarv spinn. On olemas metalle, mis koosnevad piirkondadest, kus elektronide spinnid on omavahel rangelt paralleelsed. Sellist aineosa nimetatakse domeeniks. Domeenide mõõtmed on keskmiselt ca 0,01 mm. Aineid, mis koosnevad domeenidest kutsutakse ferromagneetikuteks. Niisugused ained on näiteks raud, nikkel, mitmesugused sulamid. Tavaliselt on domeenide magnetväljad orienteeritud üksteise suhtes juhuslikult. Välisesse
lõunapooluse lähedal ja magnetiline lõunapoolus asub geograafilise põhjapooluse lähedal (ca 1000 km kaugusel). Coulomb' uuris ka püsivmagnetite vahelisi jõude ja leidis, et ka sel korral väheneb jõud pöördvõrdeliselt vahekauguse ruuduga. Püsimagnetite omadusi seletatakse sellega, et elektronidel on olemas oma magnetväli, mis on tingitud elektronide loomulikust omaliikumisest (pöörlemisest), mida kirjeldab kvantarv spinn. On olemas metalle, mis koosnevad piirkondadest, kus elektronide spinnid on omavahel rangelt paralleelsed. Sellist aineosa nimetatakse domeeniks. Domeenide mõõtmed on 10-6 ...10-5 cm. Selliseid aineid kutsutakse ferromagneetikuteks. Sellised ained on näiteks raud, nikkel, mitmesugused sulamid. Tavaliselt on domeenide magnetväljad orienteeritus üksteise suhtes juhuslikult. Magnetvälja paigutatud ferromagneetikus orienteeruvad domeenide magnetväljad välise
Vaatleme vaid traditsioonilisi kvantar- ve, mida kasutatakse elektronide iseloomustamiseks aatomites. Tabeli 1 mõistmiseks on oluline ter- min orbitaal, mis tähendab ruumi piirkonda, kus elektron saab paikneda. Orbitaal erineb kvantolekust kuna ta kirjeldab osakese eksitentsiks sobivat ruumipiirkonda, samas kui kvantolek kirjeldab reaalset osakest. Orbitaal võib olla ka tühi (st. ilma osakeseta) ning ühel orbitaalil võib asuda kaks vastasmär- gilise spinniga osakest. Tabel 1. kvantarv tähis väärtus selgitus peakvantarv n 0st suurem täisarv elektronkiht kõrvalkvantarv l 0 kuni (n-1) iga n Orbitaali tüüp (0=s,1=p, 2=d, 3=f,...) kohta magnetkvantarv m -l kuni +l iga l koh- Orbitaali suund ruumis ta spinn s -½ või +½ Elektroni pöörlemissuund
annaabi.ee 
