neli kvantarvu. 4 Pauli keeluprintsiip (ehk tõrjutusprintsiip) Pauli keeluprintsiip Pauli keeluprintsiip ehk tõrjutusprintsiip on oluline printsiip kvantmehaanikas (arvestab mikroosakeste käitumise eripärasid), mille sõnastas 1925. aastal Wolfgang Ernst Pauli. Oma lihtsaimal kujul väidab see, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus. St kui erinevate elektronide kvantarvud n, l, ja ml on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni. Veidrus mikromaailmast: Pauli printsiip kehtib ainult poolearvulise spinniga osakestele (fermionidele), nagu elektronid. Ta ei kehti aga täisarvulise spinniga osakestele (bosonitele). Üldine väide keeluprintsiibist Üldisemalt väidab Pauli printsiip, et kaks identset fermioni (poolarvulise spinniga osakest) ei saa jagada sama kvantolekut.
tuumas koos tuumajõud, mis on positiivselt laetud prootonite omavahelisest tõukejõust u 100 korda suurem. Kuna aga tuumajõud mõjub ainult lühikese vahemaa tagant (ainult vahetult kõrvuti asetsevate nukleonide vahel), siis ülisuurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma koos hoida ning tuum võib laguneda. Nii prootonid, kui neutronid on fermionid, mistõttu nad nende kohta kehtib Pauli keeluprintsiip kaks sama tüüpi fermioni ei saa samas ruumiosas olla samas kvantolekus. Seetõttu peab iga järgmine tuuma lisanduv prooton või neutron olema võrreldes oma "suguvendadega" erinevas olekus, mis on määratud tuuma kvantarvudega. Neid olekuid nimetakse ka tuumaorbitaalideks. Kuna prootonid ja neutronid on erinevad osakesed, siis nemad üksteist läbi Pauli keeluprintsiibi ei mõjuta. Prootonite arv tuumas määrab ära, millise keemilise elemendi aatomiga on tegemist. Kuna prootonite arv tuumas määrab ühtlasi ka aatomi elektronide arvu tema elektronkattes
seostega. Seejuures on de Brogleie` lainepikkus , ja laine sagedus . Schrödingeri võrrand Schrödingeri võrrand on kvantmehaanikas võrrand, mis kirjeldab füüsikalise süsteemi kvantoleku muutumist ajas, kuigi elektroni liikumisel aatomis pole mõtet rääkida trajektoorist, sest kordinaati ja kiirust ei ole võimalik samaaegselt määrata piisava täpsusega. Pauli keeluprintsiip Oma lihtsaimal kujul väidab see, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus, st kui erinevate elektronide kvantarvud n, l ja ml on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni. Elektronid on (nagu prootonid ja neutronidki) fermionid, seega kehtib ka nende kohta Pauli keeluprintsiip, mis ei luba kahel elektronil olla samas ruumiosas samas energeetilises olekus (kvantolekus). Iga elektron, mis lisandub aatomi elektronkattesse, peab valima endale teistest elektronidest erineva energiatasemega aatomorbitaali; aatomorbitaalid
energia statsionaarsel energianivool. Orbitaalkvantarv l: määrab ära impulsmomendi, järelikult aatomi kauguse tuumast. Magnetkvantarv m: määrab ära elektron orbiitide orientatsioonid ruumis. Spinkvantarv s: määrab ära elektroni pöörlemise suuna. Aatomi moodustamisel keht 2 printsiipi: energia miinumumi pr: aatom püüab võtta alati sellise oleku, kus energia oleks minim. Pauli keelu pr: ühes ja samas aatomis ei saa olla kaht elektroni ühes ja samas kvantolekus. Laser: valgusallikas, kus toimub aatomite sunnitud kiirgamine, kusjuures tekkiv valgus on rangelt koherentne ning kitsalt suunatud. Kiirgamise tingimused: aatom peab olema kõrgemal nivool, ergastamine- aatomitele energ andmise teel nende viimine kõrgemasse energia olekusse, ergastamise viisid: soojendamine, elektriväljas kiirendatud elkt, eksotermiselt, fotoluminestsents- valgusega erg. Kiirgamise iseloom: spontaanne- iseeneslik kiirgus, stimuleeritud- sunnitud kiirgus
Energia määramatus E on siis väga suur, piltlikult öeldes, sellesse mahub ära ka "allatõukeks" vajalik mõjutamisenergia. Tunneliefekt- mikroosakese läbiminekut potentsiaalibarjäärist. NT: Elektronid on suutelised läbima lõpliku paksuse ja kõrgusega barjääri Kvantarvud- süsteemi olekut iseloomustav väärtus kvantmehhaanikas. NT: spinni kvant on ½ Tõrjutusprintsiip ehk Pauli printsiip- kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus Energiatsoonid metallides, dielektrikutes ja pooljuhtides- Pooltäidetud tsooni elektronid ongi liikumisvõimeline elektrongaas metallides. Kõrgeimal hõivatud tasemel kaks elektroni. Nüüd täidetakse kristallis kõrgeim hõivatud tsoon "pilgeni". Nõnda kujunevad dielektrikud ja pooljuhid. n-tüüpi pooljuht-on pooljuht, mis on negatiivse laenguga (nim elektronjuhtivuseks) p-tüüpi pooljuht on pooljuht, mis on positiivse laenguga augud (nim aukjuhtivuseks)
elektronmagnetlaineid ainult juhul kui elektron siirdub ühest elektroni orbiidist teise 19.Kvantfüüsika aatomipilt näitlikustab aatomi ehitust elektron pilve mõistega 20.Elektroni kvantseisundit aatomis määravad neli kvantarvu: peakvantarv n, asimuudikvantarv l, magnetilinekvantarv m ja spinnkvantarv s 21.Tõrjutusprintsiibi e. Pauli printsiibi kohaselt ei saa aatomis olla kahte täpselt ühesuguses kvantolekus asuvat elektroni 22.Elementide keemilised ja füüsikalised omadused on määratud elektronide arvuga ja nende asukohaga elektronkattes Greete Poderat
See viiski mõttele, et aatom on seest tühi elektronkiiretoru.miks elektronid on võimelised kanduma tõketetaha.Bohr - Rutherfordi planetaarse aatomimudeli suurim viga on see, et ta on õige üksnes mittekiirgava aatomi korral .elektonid kiirgavad elektronmagnetlainet. Muutis selle vastuolu seaduseks, Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel. Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga. keeluprin: Ühes ja samas aatomis pole2 elektroni ühesuguses kvantolekus, mis määratud kvantarvude nelikuga n, l, ml, ms, võimaldab seletada, miks mitmeelektroniliste aatomite elektronkate on kihiline.Kõik aatomi elektronid ei või olla ühel energianivool. Reegli kohaselt määrab aatomite energianivoode täitumise madalamalt kõrgemale. Seega on vabas aatomis põhiolekus kõik madalamad energianivood täidetud peakvant nr:määrab ära
kahanemise suunas. - Näide: kui ebatasasel maastikul peaks pall kaduma minema, siis tasuks teda otsida madalamatest kohtadest, mitte künkatippudelt. Kõigil veerevate kehadel on püüd pidama jääda paika, mille asukoht on kõigist võimalikest madalaim. Asukohta, kus Maa külgetõmbe energia on väiksem. Mida väidab tõrjutuse printsiip? Too näide. - Tõrjutuse printsiip väidab,et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus. - Ainelisi objekte ei saa asetada teineteise sisse. Kui pista vett sisaldavasse anumasse mingi keha, siis vedeliku tase tõuseb. Põhjuseks on see,et vesi ja keha ei saa koos ühes ühes ruumiosas paikneda, seepärast tõrjub keha oma asukohast vee välja. Mida väidab superpositsiooni printsiip? Too näide. - Superpositsiooni printsiip väidab,et väljad ei sega üksteist ning nende mõjud liituvad
Avatud süsteem on termodünaamiline süsteem, millel on ümbritsetud nii energia- kui ka ainevahetus. Suletud süsteem on termodünaamiline süsteem, millel on ümbritsetud energia-, kuid mitte ainevahetus. 8.Defineeri energiamiinimumi printsiip ja tõrjutuse printsiip? Energia miinimumi printsiip-kõik iseeneslikud protsessid kulgevad kehade süsteemi energia kahanemise suunas Tõrjutuse printsiip- kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus, st kui erinevate elektronide kvantarvud n, l ja ml on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni 9.Mis on alusosake? Väikseim osake, alusosakesed õigupoolest enam ei jagune väiksemateks samalaadseteks osakesteks, vaid nad muunduvad üksteiseks, kui selleks vajalikud tingimused on täidetud 10.Mida tähendab, et sündmused on põhjuslikult seotud? Tähendab seda, et eelnevate sündmuste sündmustik on kuidagi seotud järgneva omaga ja samuti võib olla sel eelnevaga
- peakvantarv: elektoni kaugus tuumast - orbitaalkvantarv: millised võimalikud orbiidid antud n korral on stabiilsed - magnetkvantarv: elektroni liikumishulga momendil võimalik suund - spinnkvantarv: impulsimoment Pauli keeluprintsiip ühes ja samas aatomis ei saa olla kahte elektroni ühesuguses kvantolekus, mis on määratud kvantarvude nelikuga Heisenbergi määramatusprintsiibid - Ei ole võimalik kuitahes täpselt samaaegselt määrata osakese asukohta ja liikumishulka - Ei ole võimalik kuitahes täpselt samaaegselt määrata osakese energiat ja aega Aatom (millest koosneb?) koosneb positiivse elektrilaenguga tuumast, mis paikneb aatomi keskel ning seda ümbritsevast sama suure negatiivse elektrilaenguga elektronkattest Aatomituum (millest koosneb?)
- peakvantarv: elektoni kaugus tuumast - orbitaalkvantarv: millised võimalikud orbiidid antud n korral on stabiilsed - magnetkvantarv: elektroni liikumishulga momendil võimalik suund - spinnkvantarv: impulsimoment Pauli keeluprintsiip ühes ja samas aatomis ei saa olla kahte elektroni ühesuguses kvantolekus, mis on määratud kvantarvude nelikuga Heisenbergi määramatusprintsiibid - Ei ole võimalik kuitahes täpselt samaaegselt määrata osakese asukohta ja liikumishulka - Ei ole võimalik kuitahes täpselt samaaegselt määrata osakese energiat ja aega Aatom (millest koosneb?) koosneb positiivse elektrilaenguga tuumast, mis paikneb aatomi keskel ning seda ümbritsevast sama suure negatiivse elektrilaenguga elektronkattest Aatomituum (millest koosneb?)
fundamentaal- või alusosakesteks, välja korral aga kvantideks. Energia miinimumi printsiip väidab, et kõik iseeneslikud ehk mitte välismõjust tingitud protsessid kulgevad looduses alati energia kahanemise suunas. 3. Mis on tõrjutuse printsiip. Makromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks ainelist objekti ei saa korraga paikneda samas ruumiosas. Mikromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla täpselt samas kvantolekus. Tõrjutusprintsiip määrab näiteks ära, kui palju elektrone saab olla aatomite elektronkihtides 4. Mis on absoluutkiirus, milline on valguse kiirus. Absoluutkiiruse printsiip väidab, et valguse kui väljalise objekti jaoks pole liikumine suhteline, vaid vastupidi absoluutne. Suhtelisteks osutuvad hoopis pikkus, aeg ja mass. Absoluutkiirus on suurim võimalik kiirus, millega levib väli ainelise objekti suhtes. See kiirus on kõigi vaatlejate
hulka.ikuna või molekulideks liitununa. Peaaegu kogu aatomi mass on koondunud tuuma. Elektronide mass moodustab aatomi massist alla ühe promilli. Aatomi mass on suurusjärgus 10-27 kg kuni 10-25 kg 6. Hundi reegel ja Pauli printsiip Hundi reegel: alanivoo elektronide summaarne spinn peab olema maksimaalne (järelikult täituvad sama alanivoo orbitaalid elektronidega algul ühekaupa ja alles seejärel teise elektroniga). Pauli printsiip: aatomis ei saa olla kahte (või enamat) samas kvantolekus elektroni, s.t iga elektron aatomis peab erinema mingist teisest elektronist selles aatomis vähemalt 1 kvantarvu poolest (=> orbitaalil saab olla ainult 2 elektroni)
Tänapäeval ei loeta mitte elektroni ennast laineks, vaid elektroni käitumine on tõenäosluslik ja vastava tõenäosusfunktiooni kuju on laineline Määramatuse printsiip väidab, et teatud füüsikaliste suuruste paarid, näiteks asukoht ja impulss, ei saa olla korraga täpselt määratud: ei eksisteeri selliseid olekuid, kus mõlemal suurusel oleks täpselt määratud väärtus Pauli keeluprintsiip kaks samas ruumiosas asuvat sama tüüpi fermioni ei saa korraga olla samas kvantolekus. 3. 4. Pidevspektrid kujutavad endast valgusriba värvuste pideva üleminekuga ühest teise. Pideva spektri annavad hõõguvad tahked ja vedelad kehad. Joonspekter koosneb erivärvilistest joontest tumedal taustal (kiirgusjooned) kiirgusjoonte arv ja intensiivsus iseloomustab vastavat ainet (kõik ained gaasilises olekus madalal rõhul) Kiirgusspekter näitab, millise lainepikkusega ja intensiivsusega valgust keha kiirgab. Tekivad valguse kiirgumisel erinevate ainete aatomitest
ei juhi: ained millel on valentsitsoon elektronidega täidetud, liikumisvabadus puudub ja seega elektrivool ei pääse läbi nt. väärisgaasid. Valgustajurites ehk fototakistites(elektroodiga pooljuhtfotoelement, mille juhtivus oleneb kiirguse kogusest) rakendatakse fotojuhtivust, see tekib kui neelduvate footonite energia ületab keelutsooni laiuse. Aatomite elektronkatte kihilise ehituse tingib Pauli keeluprintsiip, mis väidab et 2 samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus, st kui erinevate elektronide kvantarvud on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni. Elementide keemilised/füüsikalised omadused sõltuvad elektronide arvust väliskihil. Elektronkatte kihte tähistatakse s,p,d,f ja g. Elektronmikroskoobis kasutatakse valgusvihkude asemel elektronkimpu ehk kiirete elektronide voogu. Pilt tehakse nähtavaks luminestseerival ekraanil või jäädvustatakse fotoplaadile. See on parem kui
Heisenbergi järgi on võimatu korraga määrata elektroni või mõne muu osakese impulsi ja asukohta kui tahes suure täpsusega. 8. Kvantmehaaniline aatomimudel. Kvantarvud ja nende tähendus Elektronid liiguvad kiirelt ümber tuuma, tulemusena moodustub tuuma ümber negatiivse laenguga elektron pilv. Kvantarvud- kirjeldavad elektroni võimalikke energia tasemeid ja lainefunktsioone. 9. Mida väidab Pauli keeluprintsiip? Väidab, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus 10. Milles seisnes Davisson Germeri katse ja mille tõestuseks see on? vaadeldi niklikristalliltpeegeldunud elektronkiire interferentsimustrit. (füüsikaline nähtus, kus kahe laine liitumisel saadakse uus laine,mis on suurem või väiksem) 11. Mis toimub vesiniku aatomis kui see kiirgab footoni, kui neelab footoni? kui elektron neelab footoni (saab ta footoni energia endale),läheb ta ergastatud olekusse ja kui kiirgab,läheb ta tagasi oma põhiolekusse. 12. Mida nimetatakse nukleonideks?
positiivselt laetud prootonite omavahelisest elektrostaatilisest tõukejõust umbes 100 korda suurem. Et tuumajõudude mõjuulatus on väga väike (efektiivselt mõjub see vaid kõrvuti asetsevate nukleonide vahel), siis ülisuurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma enam koos hoida ning tuum võib laguneda. Nii prootonid kui ka neutronid on fermionid, mis tähendab, et nende kohta kehtib Pauli keeluprintsiip kaks samas ruumiosas asuvat sama tüüpi fermioni ei saa korraga olla samas kvantolekus. Prootonite ja neutronite olekud on määratud tuuma kvantarvudega ning neid nimetatakse ka tuumaorbitaalideks. Et prootonid ja neutronid on erinevad osakesed, siis nemad üksteist Pauli keeluprintsiibi kaudu ei mõjuta. Prootonite arv tuumas (laenguarv ehk aatomnumber Z) määrab, millise keemilise elemendi aatomiga on tegemist. Et prootonite arv tuumas võrdub ka elektronide arvuga elektronkattes (ioniseerimata aatomi korral), on erineva prootonite arvuga aatomitel erinevad keemilised
ning nende füüsikaliste suuruste vigade korrutis ei saa kunagi olla väiksem kui Plancki konstant h. Võrratus p·x> või = h:2, kus p ja x on ebatäpsused mõõtmisel. Osakese asukoha täpsel määramisel jääb osakese impulss täiesti määramatuks Määramatuse printsiip ütleb, et teatud väikesed vead on loodusseadustesse "sisse kirjutatud", nad on omaette loodusseadus Pauli keeluprintsiip Ühes ja samas aatomis ei saa olla kaht elektroni ühesuguses kvantolekus, mis on määratud kvantarvude nelikuga n, l, ml, ms Keeluprintsiip võimaldab seletada, miks mitmeelektroniliste aatomite elektronkate on kihiline Kõik aatomi elektronid ei või olla ühel energianivool Reegli kohaselt määrab Pauli printsiip aatomite energianivoode täitumise madalamalt kõrgemale Seega on vabas aatomis põhiolekus (mitteergastatud olekus) kõik madalamad energianivood täidetud Kvantarvud Peakvantarv · tähis n · väärtuseks suvaline täisarv
tõestata, aga võetakse mingi teooria aluseks. 1)Aatom võib eksisteerida ainult erilistes kvantolekutes, millest igaleühele vastab kindel energia. Kindlas olekus aatom ei kiirga ega neela energiat. 2) Kui aatom lähem üle ühest kvantolekust teise, siis ta kiirgab või neelab energia kvandi. Aatomienergia kvantolekus on määratud elektroni orbiidi raadiusega. Aatomi energia saab omada vaid kindlaid väärtusi, siis orbiidi raadiused saavad omada kindlaid väärtusi ehk nad on kvanditud. Kui n = 1 siis aatom on põhioleks, põhioleks võib aatom olla ükskõik kui kaua. Neelatud või kiiratud kvandienergia leitakse valemist: h * f = EK – En EK = energia millelt aatom tuleb En = energia, kuhu ta läheb.
on elektroni leiutõenäosus erinev. · Elektronpilve piire, järelikult ka aatomi mõõtmeid, ei ole võimalik täpselt määrata. · Mitmeelektronkihiliste aatomite elektronkate on kihiline. · Erinevate elektronkihtide ja alakihtide täitumine toimub vastavuses Pauli keeluprintsiibiga ja energia miinimumi printsiibiga. PRINTSIIBID: PAULI KEELUPRITSIIP · Ühes ja samas aatomis ei saa olla kaht elektroni ühesuguses kvantolekus, mis on määratud kvantarvude nelikuga n, 1, ml, ms. · Keeleprintsiip võimaldab seletada, miks mitmeelektrooniliste aatomite elektronkate on kihiline · Kõik aatomi elekttronid ei või olla ühel energianivool · Reegli kohaselt määrab Pauli printsiip aatomite energianivoode täitumise madalamalt kõrgemale · Seega on vabas aatomis põhiolekus (mitteergastatud olekus) kõik madalamad energianivood täidetud. HEISENBERGI MÄÄRAMATUSE PRINTSIIP
teineteise sisse. Kui pista vett sisaldavasse anumasse mingi keha, siis vedeliku tase tõuseb. Põhjuseks on see, et vesi ja keha ei saa üheskoos samas ruumiosas paikneda seepärast tõrjub keha oma asukohast vee välja. Tõrjutuse printsiipi väljendab ka see, et kaks veejuga ei saa teineteist segamatult läbida. Mikromaailmas kehtib veidi teistsugune tõrjutuse printsiip: Kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus. Tõrjutuse printsiip kehtib ainult aineliste objektibe puhul! Superpositsiooniprintsiibiks nimetatakse seda, et väljad ei sega üksteist ja ühtimisel nende mõjud liituvad. (super -- ladina k. peal, sees; positio -- ladina k. asetsemine). Superpositsiooniprintsiibi kehtivust kinnitab näiteks tõik, et erinevalt ainelistest veejugadest saavad kaks valguskiirt teineteisest segamatult läbi minna. Absoluutkiirus Valguse kiirus on absoluutne
mittelokaalsed efektid? Kuna kvantmehhaanika ennustused katsetulemuste kohta on seniteadaolevalt absoluutselt õiged peab õige olema ka kvantmehhaanikas sisalduv mittelokaalsuse efekt, aga ehkki mittelokaalsed efektid on olemas, ei saa neid mingil moel kasutada detekteeritava signaali edasiandmiseks. Ehk nende abil ei saa mittelokaalselt kanda edasi informatsiooni, ja sellega rikkuda nii relatiivsusteooria lokaalsuse printsiipi. Täpsemalt: on võimatu kodeerida informatsiooni põimunud kvantolekus elektronpaarile otsustes kas viia läbimõõtmine esimesel elektronil või mitte, või siis otsustesse millise omaduse mõõtmine läbi viia. Kuna sellistel otsustel ei saa olla vähimatki mittelokaalset iseloomu. Samuti on võimatu kodeerida infot sooritatavate mõõtmiste tulemustele, kuna hoolimata sellest, et kvantmehaanika võimaldab täpselt määrata katsetulemuste statistilise jaotuse on üksikkatse tulemuse ennustamine, rääkimata selle mõjutamisest, väljaspool meie võimalusi .
orientatsiooni ruumis, ml = 0, ± 1, ± 2, ± 3 ..., ± l; 1s · spinnkvantarv, ms määrab elektroni magnetmomendi suuna, ms = ± ½ . 2s 2p 3s 3p 3d Pauli printsiip aatomis ei saa olla kahte (või enamat) elektroni samas 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g kvantolekus; 6s 6p 6d aufbau printsiip elektronid täidavad orbitaale energia kasvu järjekorras; 7s 7p Hundi reegel antud alanivoo elektronide summaarne spinn peab olema maksimaalne; Kletskovski reegel määrab alanivoode täitumise järjekorra (mida suurem on orbitaali n + l summa, seda kõrgem on orbitaali energia; kui kahe orbitaali n + l summa on võrdne, täitub enne madalama n väärtusega orbitaal). 2
neutriino (vastavalt elektron-, müü- ja tauneutriino), mis seniste andmete kohaselt on massita. Kõigil leptonitel on neile vastav antilepton. Antiosakese mass on täpselt võrdne osakese omaga, kõik kvantarvud on antiosakesel vastasmärgilised. Bosonid Bosonid on täisarvulise spinniga (s = 0, 1, 2, ...) Bose-Einsteini statistikale alluvad osakesed. Erinevalt fermionidest ei kehti bosonitele Pauli keeluprintsiip, seega võib igas kvantolekus olla korraga suvaline arv bosoneid. Bosonite hulka kuuluvad vastastikmõjude ülekandjad (footon, graviton, gluuon, nõrgad vahebosonid), mesonid, paaris massiarvuga tuumad (nt heelium-4) Footon Footon on elektromagnetilist interaktsiooni vahendav stabiilne osake. Footon on tõeliselt neutraalne elementaarosake, mille seisumass on 0 (footon eksisteerib ainult valguse kiirusega liikudes) ja spinn 1. Gluuon Gluuonid on elektriliselt neutraalsed osakesed, mille spinn on 1
liikumiskiiruse, kui talle mõjuvate jõudude summa on null. Inertsus aga on keha omadus, mis seisneb selles, et keha kiiruse muutmiseks peab sellele mõjuma teatud aja jooksul mingi jõud. Mida pikem on see aeg, seda inertsem on keha. 34) Pauli printsiip ehk tõrjutusprintsiip on oluline printsiip kvantmehaanikas, mille sõnastas 1925. aastal Wolfgang Ernst Pauli. Oma lihtsaimal kujul väidab see, et kaks samas aatomis paiknevatelektroni ei saa olla samas kvantolekus, st kui erinevate elektronide kvantarvud n, l ja ml on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni. 35) Maailm koosneb asjadest. Millest koosnevad asjad? Vastuseks kuulen, et need koosnevad väga-väga väikestest asjadest, mille nimi on Aatom. 36) Energia jäävuse seadus on olulisemaid jäävusseaduseid füüsikas, mis väidab, et isoleeritud süsteemi energia on ajas muutumatu suurus (energia on jääv). Sellest
orientatsiooni ruumis, ml = 0, ± 1, ± 2, ± 3 …, ± l; 1s • spinnkvantarv, ms – määrab elektroni magnetmomendi suuna, ms = ± ½ . 2s 2p 3s 3p 3d Pauli printsiip – aatomis ei saa olla kahte (või enamat) elektroni samas 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g kvantolekus; 6s 6p 6d aufbau printsiip – elektronid täidavad orbitaale energia kasvu järjekorras; 7s 7p Hundi reegel – antud alanivoo elektronide summaarne spinn peab olema maksimaalne; Kletškovski reegel – määrab alanivoode täitumise järjekorra (mida suurem on orbitaali n + l summa, seda kõrgem on orbitaali energia; kui kahe orbitaali n + l summa on võrdne, täitub enne madalama n väärtusega orbitaal). 2
iseeneslikud ehk mitte välismõjust tingitud protsessid kulgevad kehade süsteemi energia kahanemise suunas. See tähendab, et süsteemil on kalduvus energiat loovutada ja suunduda minimaalseenergiaga olekusse. Selle printsiibi kehtimist kinnitavad nähtused, näiteks õun kukub puu otsast ikka allapoole, soojus kandub soojemalt kehalt jahedamale ja kompassi magnetnõel võtab kindla asendi põhja-lõuna sihis. Kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus ehk elektronid ei saa tiirelda sarnaselt, omades täpselt ühepalju energiat. Nad peavad millegi poolest erinema. Tõrjutuse printsiib tähendab seda, et ainelisi objekte ei saa asetada teineteise sisse, isegi kaks veejuga ei saa teineteist segamatult läbida. Kui visata kivi vette, siis tõrjub ta enda ruumalaga võrde koguse vett välja. Kui kehale mõjub mitu erinevat välja, siis need väljad üksteist ei sega, vaid hoopis liituvad.
happelised. Hüdrolüüsuvad tugeva aluse ja nõrga happe soolad, nõrga aluse ja tugeva happe soolad ja nõrga aluse ning nõrga happe soolad. Hüdrolüüsi tasakaalu saab vasakule nihutada eksotermilise reaktsiooni tõttu ka temperatuuri alandades. Samuti saab tasakaalu nihutada ka tugevat hapet või leelist lisades. Lainefunktsioon kirjeldab süsteemi olekut. Kehtib Pauli keeluprintsiip, mis ütleb, et aatomis ei saa olla kahte täpselt samasugust kvantolekus asuvat elektroni. Hundi reegel ütleb, et ühesugused prbitaalid täituvad esmalt ühesuguse spinnkvantarvuga elektronidega. Ionisatsioonienergia on energia, mis kulub, et kõige nõrgemini kinnitatud elektroni aatomist lahti rebida. Elektroafiinsus on energia, mis vabaneb, kui aatom loodab enesega elektroni. Keemiline side tekib aatomite vahele ja seda seetõttu, et molekulide koguenergia on väiksem kui sidumata molekulide oma. Aatomite vahel on olemas erinevaid sidemeid
n=3 l=0 m=0 => 3s l = 1 m = 0; +-1 => 3p l = 2 m = 0; +-1; +-2 => 3d 2 orbitaalide üldarv energianivool on n => 1; 1+3; 1+3+5; etc spinnkvantarv ms – määrab elektroni magnetmomendi suuna ms = +- ½ Pauli prinsiip – aatomis ei saa olla kahte ega enamat elektroni samas kvantolekus (kõik neli kvantarvu – n, l, m, ms – ei saa olla ühesugused) igal võrdse n, l ja m-ga orbitaalil saab asuda ainult kaks elektroni, mille spinnid peavad olema vastassuunalised. minimaalse energia/aufbau prinsiip – elektronidel peab aatomis olema minimaalne potentsiaalne energia / elektronid täidavad orbitaalid energia kasvu järjekorras Hundi reegel – antud alanivoo elektronide summaarne spinn peab olema maksimaalne
elektromagnetiline vastastikmõju on tegelikult ühe fundamentaalsema- elektronõrga- vastastikmõju kaks erinevat ilmingut. Tugevat vastastikmõju õnnestus seletada aga nn. kvantkromodünaamilise teooriaga, mille järgi tuumajõud tekivad värvilaengute vastastikmõjus. Kromodünaamika koos elektronõrga vastastikmõju teooriaga moodustavad nn standardmudeli. Tugev tuumajõud kahaneb suurte energiate juures. Pauli keeluprintsiip: ei luba kaht osakest viibida ühes ja samas kvantolekus , see tähendab et neil ei või olla sama koordinaat ning sama kiirus. Elementaarosakeste alguseks loetakse 1935a. mil Jaapani füüsik Hideki Yukawa ennustas uue osakese olemasolu, mille mass pidi olema umbes 200* elektroni massist suurem ning mis oleks aidanud seletada tugevat vastasikmõju. Väga suurte energiate juures on kõik kolm vastasikmõju praktiliselt eristamatud- nim. Suureks Ühendteooriaks ( tugev tuumajõud, elektronõrk, gravitatsioonijõud) . Tugev
Paugu korral kehtivuse? Peab kasutama kvantteooriat. Selle küsimuse kallale asudes püüdsid Hawking ja tema kaastöötaja Jim Hartle California Ülikoolist arendada piirideta universumi mudelit edasi kvantkosmoloogias. Erinevale eelnevatest katsetustest kasutasid Hawking ja Hartle(edaspidi H&H) Suure Paugu singulaarsuse käsitlemisel imaginaaraja mõistet. Järgneb nende mõttekäigu kirjeldus. Tekkimisel on kogu Universum ühes kvantolekus. Niisiis käsitlevad H&H Universumit kui üksikut kvantsüsteemi ja püüavad määrata selle lainefunktsiooni. Teiste sõnadega nad rakendavad standartseid kvantmehaanika printsiipe kogu Universumi kohta „enne“, kui Suur Pauk käib. Kõnesolevate uuringute eesmärgiks on luua gravitatsiooni kvantteooria ehk kõike hõlmav ühendteooria – termin, mis on ärritav enamikule füüsikutest. Osade füüsikute ja relativistide senised püüdlused seda luua on andnud vähe tulemusi
fundmentaalseid vastastikmõjusid. Kõiki tuntuid elementaarosakesi on võimalik jaotada kahte rühma nende spinni väärtuste järgi. Ühe rühma moodustavad osakesed, mille spinn on ½ ning need kujutavad endast aineosakesi. Teine rühm koosneb täisarvulise spinniga osakestest ja nende ülesanne on vahendada jõude, mis mõjuvad aineosakeste vahel. Aineosakesed spinniga ½ alluvad Pauli keeluprintsiibile, mis ei luba kaht osakest viibida ühes ja samas kvantolekus, st. neil ei või olla sama koordinaat ning sama kiirus. Siit selgub põhjus, miks aineosakesed ei saa koonduda väga suure tihedusega olekusse. VASTASTIKMÕJUDE LIIGID Teatavasti esineb looduses nelja tüüpi vastastikmõju: gravitatsiooniline, elektromagnetiline, nõrk ja tugev vastastikmõju. VASTASTIKMÕJU on kehade- ja osakestevaheline mõju, mis põhjustab nende liikumisoleku muutumise GRAVITATASIOONILINE VASTASTIKMÕJU-avaldub kõigi kehade ja osakeste
Põhjuseks on see, et vesi ja keha ei saa üheskoos samas ruumiosas paikneda seepärast tõrjub keha oma asukohast vee välja. · Tõrjutuse printsiipi väljendab ka see, et kaks veejuga ei saa teineteist segamatult läbida. · Mikromaailma jaoks sõnastas selle printsiibi 1925. aastal Austria füüsik Wolfgang Ernst Pauli. Oma lihtsaimal kujul väidab see, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus. Elektronid ei saa tiirelda sarnaselt, omades täpselt ühepalju energiat. Nende seisundid peavad millegi pooleset erinema. NT.Kaks teineteisest eemal olevat veejuga voolavad segamatult mööda oma trajektoore .Kohtumisel teise joaga ei või erinevad veeosakesed korraga samas paigas asuda ning tõrjuvad üksteist eemale. Veejoad ei saa teineteist segamatult läbida. SUPERPOSITSIOONIPRINTSIIP · Mitteaineliste ehk väljaliste objektide puhul tõrjutuse printsiip ei kehti
Einsteini statistikale. Nende olekufunktsioon on sümmeetriline (paarsus). Fermionid elementaarosakesed (nt elektronid, tauonid, müüonid, kvargid), nende spinn on poolearvuline ning nad alluvad Ferm-Diraci statistikale. Nende olekufunktsioon on asümmeetriline (ta ei ole invariantne ruuniteisenduste suhtes). Fermionide kohta kehtib Pauli printsiip: tõenäosus leida fermionide süsteemis kahte osakest ühes ja samas kvantolekus on null. 51. Potentsiaalid aatomis Aatom koosneb elektronidest, tuumast ning mõjuvad elektrostaatilised jõud. Omavahel elektronid tõukuvad omavahel ja seal on tegemist tõukuvate väljade potentsiaaliga. Elektronid ja tuum aga tõmbuvad, seega seal on tegemist tõmbuvate väljade potentsiaalidega. Ühe osakese potentsiaal on kõik temale mõjuvae potentsiaalide summa. e2 U 1, 2 =
2 Iga võimalikku elektroni kvantolekut aatomis kirjeldab kindel kvantarvude nelik n, l, m l , m s. Pauli keeluprintsiip : aatomis ei saa olla mitut elektroni, mille olek on määratud nelja kvantarvu ühesuguse kombinatsiooniga , ei saa ühes ja samas aatomis olla kaht elektroni ühesuguses kvantolekus. Elektronkihi moodustavad elektronid, milledel on ühesugune n väärtus.Elektronkihte tähistatakse : K, L, M, N, O, P, Q jne. Kihis oleva elektronide arvu määrab valem 2 n 2, elektronide arvu alakihis valem 2 ( 2 l + 1 ). Peakvantarv n 1 2 3 4 5 Elektronkihi tähis K L M N O Suurim elektronide
Vähima aatomi, vesiniku mass on suurusjärgus 10-27 kg ja läbimõõt suurusjärgus 10-10 m (ehk üks ongström). Aatomi mõõtmed määrab elektronkate. Aatomi läbimõõdu suurusjärk on 10-10 m. Ühte sentimeetrisse mahuks ritta asetatuna umbes 100 miljonit aatomit. 6. Pauli printsiip ehk tõrjutusprintsiip on oluline printsiip kvantmehaanikas, mille sõnastas 1925. aastal Wolfgang Ernst Pauli. Oma lihtsaimal kujul väidab see, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus, st kui erinevate elektronide kvantarvud n, l ja ml on samad, siis omavad need elektronid vastupidist spinni. Üldisemalt väidab Pauli printsiip, et kaks identset fermioni (poolarvulise spinniga osakest) ei saa jagada sama kvantolekut. Rangemalt väljendatuna tähendab see, et identsete fermionide süsteemi lainefunktsioon on osakeste vahetamise suhtes antisümmeetriline. 7. 8. 9. 12) 1Hõõrdejõud on keha liikumist takistav jõud teise tahke keha või aine
· Aine kristallvõre ei ole elektronide liikumisele takistuseks. · Elektronide hajumist aines põhjustavad võredefektid, pinnad ja aatomite soojuslik vibratsioon 12. Millest sõltub metallide takistus? -Kristallvõre defektid hajutavad elektrone, seetõttu need suurendavad takistust . term soojuslikust vibratsioonist, lisand lisanditest materjalis, deform deformatsioonist indutseeritud punktdefektid. 13. Mida reguleerib Pauli printsiip? -selle kohaselt ei saa ühes kvantolekus olla korraga rohkem kui üks elektron. 14. Kuidas jagunevad elektronide energianivood tahkises? -Kui N aatomit tahkises on üksteisest suhteliselt kaugel, siis nad ei avalda üksteisele vastasmõju. tahkes aines tekib nn. energiatsoonide valentsja juhtivustsoon 15. Mis on valents- ja juhtivustsoon? -mille vahel asub energeetiline piirkond, kus elektrone on väga vähe või ei ole üldse. Valents ja juhtivustsoon on eraldatud teineteisest nn. keelatud tsooniga. 16
gravitatsiooniväljad, mida me tavaliselt kogeme, on väga nõrgad. Kuid vähemalt kahel juhul peaksid gravitatsiooni-jõud muutuma väga tugevaks - mustades aukudes ning Suure Paugu ajal. Selliste tugevate väjade korral peaksid kvantmehaanilised efektid muutuma oluliseks. Klassikaline üldrelatiivsusteooria ennustab punkte, mille tihedus on lõpmatu, kvantmehaanika Pauli keelu alusel on aga need võimatud - kaks samasugust osakest ei saa olla ühes kvantolekus. Nõnda ennustab klassikaline üld- relatiivsusteooria oma langemist ette nagu klassikaline mehaanika ennustas oma langemist, kui ta lubas aatomeil variseda lõpmatusse tihedusse. kinemeetiline tegur kinemaatiline tegur Seisva keha massi tähistatakse m0ga ja nullike tuleb lisada Einsteini valemis ka energiale, mis on siis seisva keha energia. Kiirusega liikuva keha mass avaldub seisumassi kaudu kinemaatilise ehk
ruumiosas. • Mikromaailmas on asi veidi keerulisem, sest aatomid ning nende koostisosad käituvad makrokehadest üksjagu erinevalt. Sellegipoolest kehtib tõrjutusprintsiip ka nende kohta. Mikromaailma jaoks sõnastas tõrjutusprintsiibi 1925. aastal austria füüsik Wolfgang Pauli (1900–1958), mistõttu nimetatakse seda sageli ka Pauli printsiibiks. Oma lihtsaimal kujul väidab Pauli printsiip, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla täpselt samas kvantolekus. • Kaks elektroni ei saa aatomis käituda täpselt ühtemoodi, omades täpselt ühepalju energiat. Nende seisundid peavad millegi poolest erinema. Elektroni jaoks on aatomis lõplik arv „kortereid“ ja kus üks elektron juba on, sinna teist enam panna ei saa. S-orbitaal, p-orbitaal • Energia miinimumi printsiip ja tõrjutusprintsiip määravad kahekesi kogu aine ehituse looduses. Võib ka öelda, et nad on kogu keemia füüsikaliseks aluseks.
Elektronkonfiguratsioonid Aatomi kui terviku energia sõltub elektronide paiknemisest orbitaalidel. Kui elektronid paiknevad selliselt, et aatomi energia on võimalikest madalaim, nimetatakse sellist olekut selle aatomi põhiolekuks. Muid elektronide paigutusi, mida on lõpmata palju, nimetatakse ergastatud olekuteks. Elektronkonfiguratsioonid alluvad üldiselt (va mõned erandid) järgnevatele reeglitele: Pauli keeluprintsiip Aatomis ei saa olla kahte täpselt ühesuguses kvantolekus asuvat elektroni (st. elektroni, mille kõik neli kvantarvu oleksid samad). Järeldus: esimesele (n = 1) kihile mahub maksimaalselt 2 elektroni, teisele (n = 2) kihile 2 + 6 = 8 elektroni, kolmandale 18, jne st kihile n mahub maksimaalselt 2n2 elektroni. Hundi reegel Ühesugused orbitaalid (samade n ja l väärtustega) täituvad esmalt ühesuguse spinnkvantarvuga elektronidega. Neutraalsete aatomite orbitaalid täituvad nende
annaabi.ee 
