MIKROMAAILMA FÜÜSIKA (0)

MIKROMAAILMA FÜÜSIKA  1. Thomsoni avastus ja tema aatomi mudel.  -  1897.  aastal  avastas  J.J.  Thomson  katoodkiiri  uurides  esimese  aatomist  väiksema  osakese,  mida  hiljem  hakati  nimetama  elektroniks.  Thomson  näitas,  et  katoodkiired  koosnevad  negatiivse  laenguga  osakestest,  mis  on  vesiniku  aatomist  üle  1000  korra  kergemad.  Kiiresti  sai  selgeks,  et  nii  katoodkiirtes  kui  ka  metalljuhtmetes  kannavad  elektrivoolu  just  elektronid.  Kuna  elektronid  võivad  kanda  aatomist  välja  negatiivset  laengut,  aga  väga  vähe  massi,  on  loogiline  arvata,  et  aatom  koosneb  põhiliselt  positiivse laenguga raskest „aatomitaignast”. Nii pakkuski Thomson 1904. aastal välja  esimese  teaduslikult  põhjendatud  aatomimudeli,  mida  nimetatakse  „ploomipudinguks”,  eesti  keeles  on  hakatud  nimetama  „rosinakukli  mudel”.  Elektronid  on  selles  mudelis  nagu  rosinad  saias,  kuigi  elektronid  ei  püsi  paigal  nagu  need  rosinad  seal  saias,  vaid  peavad  tiirlema  või  võnkuma.  Liikuvate  elektronide  kaudu  saab  põhjendada  laengu  ülekannet,  elektrivoolu  ja  ka  spektrite  (erineva  lainepikkusega valguse kiirgumise ja neeldumise) seletamiseks on lootust.    https://www.taskutark.ee/m/wp-content/uploads/sites/2/2015/02/42.gif    2. E. Rutherfordi aatomimudel – märgi osakeste laengud.  -  Rutherford  avastas  aatomituuma.  Tema  mudeli  järgi  tiirlesid  elektronid  suure  massiga ülipisikese positiivse kesklaengu ümber. Mudel ei kirjeldanud kuidagi tuuma  siseehitust.  Tuuma  massi  ja  laengu  klapitamiseks  arvati  osa  elektrone  olevat  tuuma  sees. Sellega oli tuumafüüsika sündinud. 


Ta viis läbi kuldlehe katse ja esitas siis  oma mudeli (õhupallimudeli), mille kohaselt  enamus  aatomist  läbimõõduga  100pm  on  tühi;  aatomi  keskel  asub  väike  (umbes  aatomi  mõõtudest  10  tuhat  korda  väiksem)  massiivne  tuum,  millesse  on  koondunud  positiivne  elektrilaeng;  tuuma  mass  on  ligikaudu  võrdne  aatomi  kogumassiga  ning  elektronid „hõljuvad“ tuumalähedases ruumis nagu õhupallid.    https://www.taskutark.ee/m/wp-content/uploads/sites/2/2015/02/44.png    3. Miks oli vaja N. Bohri postulaate – mida ei suutnud füüsikud aatomi juures selgitada.  -  Bohri  aatomimudel,  kus  elektronid  tiirlevad  ümber  tuuma  nagu  planeedid  ümber  päikese:    https://www.taskutark.ee/m/wp-content/uploads/sites/2/2015/02/46.jpg  Kuna  on  teada,  et  kiirendusega  liikuv  elektrilaeng,  aga  ringjoonel  liikuv  elektron  täidab seda tingimust, peab kiirgama elektromagnetlaineid  – näiteks valgust. Enamik  aatomeid aga enamuse ajast valgust ei kiirga.  Neid  postulaate  oli  vaja,  sest  tollaste  teadmistega  polnud  võimalik  kujunenud  vastuolusid aatomi ehitusega seoses lahendada. Siis sõnastaski Bohr oma postulaadid 


  mille  kohaselt  võivad  elektronid  tiirelda  vaid  tuumast  kindlatel  kaugustel  asuvatel  orbiitidel,  millest  igaühele  vastab  kindel  energia.  Sellistel  statsionaarsetel  orbiitidel,  millest  igaühele  vastab  kindel  energia.  Sellistel  statsionaarsetel  orbiitidel  liikuvad  elektronid  elektromagnetlaineid  ei  kiirga.  Postulaatide  kohaselt  kiirgab  aatom  ka  valgust  (elektromagnetlaine  kvandi  –  footoni)  kui  elektron  temas  läheb  suurema  energiaga  orbiidilt  madalama  energiaga  orbiidile,  kui  elektron  läheb  madalama  energiaga  orbiidilt  kõrgema  energiaga  orbiidile,  toimub  valguse  (osakese  –  footoni)  neeldumine.  4. Selgita ja sõnasta Bohri postulaadid.  -  Bohri  aatomiteooria  on  üheelektroniste  aatomite  poolklassikaline  mudel.  Selle  teooria aluseks on Bohri postulaadid:    Statsionaarsete  olekute  postulaat:  Aatom  võib  asuda  ainult  kindlate  energiate  olekutes.    Lubatud  orbiitide  postulaat:  Elektonid  aatomis  võivad  asuda  ainult  kindlatel  orbiitidel, mis on määratud aatomi statsionaarsete olekutega.    Kiirguse postlaat: Üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise aatom kiirgab  või neelab energiakvandi.  Bohri teooria 1. postulaadi kohaselt on aatomid ja molekulid teineteisest sõltuvad.  Elektronid,  mis  ei  neeldu  Bohri  postulaatide  süsteemi  käigus,  need  kiirgavad  elektrone  ja  vastupidi.  Bohr  tegi  postulaatidega  katseid  vesiniku  peal.  Bohri  postulaadid  kiirgavad  energiat  (elektromagnetilist),  muidu  on  nad  neutraalses  olekus.  Elektronid  Bohri  postulaadis  paiknevad  ümber  aatomi.  Ebastabiilsed  aatomid aga kiirgavad energiat vahetpidamata. Postulaat ei mõjuta teisi kehi ja ta  jääb  alati  enda  orbiidile.  Bohri  I  postulaat  ütleb  järgmist,  et  planeetide  vahel  tiirlevad lubatud orbiidid, millele on antud kindlad mõõtmed ja suurused.  5. Mis on laine, seisulaine.  -  Laineks  nimetatakse  võnkumise  levimisprotsessi  ruumis.  Laine  kui  häiritus  levib  keskkonnas lõpliku kiirusega.  Seisulaine on laine, mis näiliselt ei liigu. Seisulaine tekib juhul, kui kaks lainet levivad  üksteisega  vastassuunades.  Seisulaine  korral  võnkumiste  energia  levikut  ei  toimu.  Seisulaine  iga  punkt  võngub  kindla  amplituudiga.  Punkte,  kus  amplituud  on 


maksimaalne, nimetatakse seisulaine paisudeks. Punkte, mis ei võngu (amplituud = 0)  nimetatakse seisulaine sõlmedeks.  Aatomituuma  ümbritsev  elektron  moodustab  ka  seisulaine.  Elektroni  hoiavad  kinni  tuuma  tõmbejõud,  ning  selle  energiatasemed  on  diskreetsed,  kvanditud.  Selline  elektron  sarnaneb  otstest  kinnitatud  pillikeelega,  millel  saavad  tekkida  üksnes  teatud  kindlate,  diskreetsete  sageduste  (ja  lainepikkustega)  seisulained.  Need  lubatud  sagedused on määratud kvantarvudega 1, 2, 3, ... ja nii edasi.  6. Mis on dualism – selgita seda seoses elektroniga. Millised on lainelised omadused.  -    Loodust  saab  kirjeldada  ainena  (osakestega),  mida  võib  põhimõtteliselt  "näha  ja  katsuda". Neidsamu nähtuseid saab kirjeldada ka väljadega, mida pole näha, kuid mis  vahendavad  osakeste  vahel  mõjuvaid  jõude.  Sellist  omaduste  kahesust  nimetatakse  dualismiks.  Looduses  vastab  igale  lainele  osake  ja  iga  osakesega  kaasneb  laine.  Näiteks  elektrone,  mida  me  oleme  joonistel  harjunud  nägema  ümber  aatomi  tuuma  tiirlevate pallikestena, saab kirjeldada ka lainete abil  7. Mis on fotoefekt.  - Fotoefektiks nimetatakse nähtust, kus elektromagnetlaine kvandid (footonid) löövad  elektrone ainest välja. Kui elektronid vabanevad aatomites, aga ei välju tahkest ainest  gaasi või vaakumi, on tegu sisefotoefektiga.  Fotoefekt tekib enamasti ultravioletse valguse toimel. Pikemalaineline kiirgus (näiteks  punane  valgus  või  soojuskiirgus)  ei  suuda  elektrone  ainest  välja  lüüa.  Piiri,  millest  lühema  lainepikkusega  kiirgus  on  võimeline  fotoefekti  tekitama,  nimetatakse  punapiiriks.  Punapiir  on  aineti  erinev  ja  ei  sõltu  pinnale  langeva  valguse  intensiivsusest.  Kui  nõrk  ultravioletne  valgus  tekitab  fotoefekti,  siis  isegi  väga  ere  punane valgus seda ei tee.  Ainest  valguse  poolt  väljalöödud  fotoelektronide  energia  on  erinev,  aga  pole  kunagi  teatud  piirväärtusest  suurem.  Valguse  intensiivsuse  suurendamine  ei  suuda  kuidagi  väljunud elektronide maksimaalset kiirust (st kineetilist energiat) suurendada, küll aga  teeb seda lainepikkuse vähendamine.  8. Kaasaegne aatomimudel 4 kvantarvu.  -    Kaasaegne  aatomimudel  kirjeldab  elektrone  aatomis  kvantarvudega.  Kirjeldatakse  neid  piirkondi,  kus  elektrone  võib  leida,  st  elektronide  leiulainete  kujusid. 


  Tõrjutusprintsiipi võib makromaailmas seletada nii, et kaks keha ei saa olla samal ajal  samas  kohas.  Aatomi  elektronstruktuuris  tähendab  see,  et  samas  olekus,  st  sama  kvantarvude  komplektiga  saab  aatomis  korraga  olla  ainult  üks  elektron.  Elektronide  kvantarve on neli: peakvantarv (n), orbitaalkvantarv (ℓ), magnetkvantarv (m) ja spinn  (s).  Peakvantarv  loeb  elektronkihte.  Elektroni  keskmine  kaugus  tuumast  on  väikseim  esimeses kihis. Järgmistes kihtides on elektronid tuumast keskmiselt järjest kaugemal.  Leiulaine  suuremad  amplituudid  on  tuumast  kaugemal,  suurema  tõenäosusega  võib  elektrone leida tuumast veidi kaugemal. Kuna kaugemal on ruumi rohkem, siis mahub  sinna rohkem elektrone ja alates teisest kihist jagunevad elektronid alakihtidesse. Igas  järgmises  kihis  on  üks  alakiht  rohkem  (alakihte  vastavas  elektronkihis  loendatakse  nullist  peakvantarvuni).  Lõplikult  määrab  elektroni  poolt  kasutatava  territooriumi  magnetkvantarv.                                  Laura Lüll