Atom wodoru

Orbitalny moment pędu elektronu w atomie

Wartość : l - orbitalna liczba kwantowa l = 0,1,2,3...(n-1)

Kierunek: Wektor orbitalnego momentu pędu nie może przyjąć dowolnej orientacji w przestrzeni, a jedynie taka dla której spełniony jest wzór

- magnetyczna liczba kwantowa (-l, -(l-1),..(l-1),l

Spinowy moment pędu elektronu

Wartość:

s- spinowa liczba kwantowa (s = ½)

Kierunek: m_s- magnetyczna spinowa liczba kwantowa

m_s= ±1/2

Przyjmuje tylko 2 możliwe ustawienia, dla których rzut wektora na wybrany kierunek jest równy

Całkowity moment pędu elektronu w atomie

-Suma wektorowa orbitalnych i spinowych momentów pędu wszystkich elektronów

j- liczba kwantowa całkowitego momentu pędu

j= l±s = l±1/2

mj=-j, -j+1,…,j-1,j

Jz=rzut wektora całkowitego momentu pędu na kierunek z

Efekt Zemana- zjawisko rozprzestrzeniania się lini widmowych w obecności pola magnetycznego

Występuje rozszczepienie poziomów energetycznych opisywanych różna magnetyczną liczbą kwantową m_j

Energia przesunięcia każdego podpoziomu jest proporcjonalna do m_l i wprost proporcjonalna do pola magnetycznego

Energia przesunięcia każdego podpoziomu jest tym większa im większe przyłożymy pole magnetyczne.

Odległości pomiędzy obserwowalnymi liniami są proporcjonalne do pola magnetycznego.

poziom o m_j = 0 nie ulega przesunięciu

Oddziaływanie spin-orbita (struktura subtelna)

Polega na oddziaływaniu magnetycznym miedzy spinowym i orbitalnym momentem magnetycznym, w skutek czego następuje rozszczepienie poziomów energetycznych atomie

- w wyniku oddziaływania między orbitalnym i spinowym momentem pędu pojawia się rozszczepienie poziomów energetycznych,

- stany s(l=0, j=s) nie ulegają rozszczepieniu

- im większa liczba kwantowa j tym wieksza energia stanu

- im mniejsza liczba kwantowa n tym wieksze rozszczepienie

- im wieksza liczba atomowa Z tym silniejsze rozszczepienie poziomów

Rezonans magnetyczny

Atomy wodoru składaja się z elektronu i protonu. Proton ład. e+ podobnie jak elektron posiada spin i sponowy moment magnetyczny: Jeżeli do materiału zawierającego atomy wodoru dostarczymy energii

to możemy spowodować odwrócenie spinu . Po pewnym czasie układ relaksuje emitując kwant promieniowania.

Zakaz Pauliego, budowa układu okresowego pierwiastków

Na powłoce n=2 może istnieć max 8 elektronów

Na powłoce n może 2n²

Na powłoce p(l=1)może max istnieć 6 bo 2(2l+1)

Na powłoce d(l=2) może istnieć maź 10 elektron

1s-2

2s-2

2p-6

3s-2

3p-6

3d-10

Gazy szlachetne maja całkowicie zapełnioną ostatnią powłokę elektronową.

Wiązania chemiczne

Kowalencyjne(H₂, Cl₂, F₂,)powstaje przez uwspólnienie pary elektronów walencyjnych dzięki czemu atomy uzyskują konfiguracje najbliższą helowca.

Kowalencyjne spolaryzowane (HCL)Nierównomierne podzielenie pomiedzy atomami, elektrony spedzają wiecej czasu w pobliżu atomu bardziej elektro ujemnego.

Metaliczne( kryształ metaliczny) elektrony walencyjne są słabo związane i tworzą gaz elektronowy wspólny dla sąsiednich jonów dodatnich

Jonowe(NaCL, MgO,CaCl₂,)Powstaje w skutek oddania jednego lub więcej elektronów walencyjnych do pierwiastka bardziej elektroujemnego.

Wodorowe(np. w DNA) powstaje miedzy atomem wodoru jednej molekuły a lekkim atomem elektroujemnym.

Van der Waalsa powstaje miedzy cząsteczkami polarnymi

Wiązanie Van der Waalsa powstaje między cząsteczkami obdarzonymi trwałym Momotem dipolowym.

Stany energetyczne cząsteczek, Ruch oscylacyjny i rotacyjny cząsteczek.

Największej dawki energi wymaga wzbudzenie elektronowe ∆E_el=10^-18J -ruch oscylacyjny (wzbudzenie oscylacyjne) ∆E_vib=10^-20J,- ruchu rotacyjnego wzbudzenie rotacyjne ∆E_el=10^-21J , -ruch translacyjny ∆E_el=10^-40J Odległości pomiędzy stanami elektronowymi w cząsteczce są większe niż miedzy stanami oscylacyjnymi

W przybliżeniu oscylatora harmonicznego energia stanów oscylacyjnych jest wprost proporcjonalna do oscylacyjnej liczby kwantowej

n- oscylacyjna liczba kwantowa v- częstość drgań oscylatora

W przybliżeniu oscylatora harmonicznego odległości miedzy sąsiednimi poziomami oscylacyjnymi jest stała.

W opisie oscylacji uwzględniającym poprawkę na enharmoniczność odległości między sąsiednimi stanami energetycznymi zmniejszają się ze wzrostem oscylacji liczby kwantowej

W opisie rotacji cząsteczki dwuatomowej energia poziomu rotacyjnego zależy od rotacyjnej liczby kwantowej J

J- rotacyjna liczba kwantowa 0,1,2...

B- stała rotacji danej molekuły

Stała rotacji B zależy od rozkładu masy atomów w cząsteczce

Odległość pomiędzy sąsiednimi poziomami rotacyjnymi

I wynoszą one kolejno 2B,6B,12B

Powstanie gałęzi P iR w widmie oscylacyjno- rotacyjnym wiążę się ze zmiana rotacyjnej liczby

o -1 i 1

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Metale charakteryzują się dodatnim temperaturowym współczynnikiem oporu

Ze wzrostem temperatury opór elektryczny metali rośnie.

Dobremu przewodnikowi elektr towarzyszy dobra przewodność cieplna K/б=LT L- liczba Lorentza

Opór właściwy metali jest odwrotnie proporcjonalny do koncentracji elektronów n

Przewodność właściwa metali jest wprost proporcjonalna do koncentracji elektronów n

Zgodnie z funkcja Ferdiego-Diraca Przy danej temperaturze T obsadzony zostanie poziom energetyczny E: k-stała Boltzmana E_f - energia Ferdiego

W niektórych metalach pasmo przewodzenia i pasmo walencyjne nakładają się

Półprzewodniki samoistne, domieszkowe, zjawiska na łączach, nadprzewodnictwo.

Pół-p samoistne Eg<2eV Pierwiastki z IV grupy Si Ge W niskich temperaturach elektrony związane są w pary i brak swobodnych nośników, więc zachowuja się jak Izolatory, po dostarczeniu energi w paśmie przewodnictwa pojawiaja się elektrony,a w walencyjnym dziury koncentracja dziur i elektronów jest sobie równa.

Pół-p Domieszkowe zawierają domieszkę pierwiastka z III i V grupyukł okresowego.

Pół-p typu n domieszkowany atom z grupy V nośnikami większościowymi SA elektrony w paśmie przenoszenia Ed<0,0eV 4 z elektronów walencyjne tworzą wiązania piąty jest wolny

Pół-p typu p domieszkowane atomy z grupy III

Atom akceptora tworzy 3 wiązania kowalencyjne 4-te wiązanie jest nie wysycane powstaje dziura. Nośnikami są dziury w paśmie walencyjnym.

Pół-p p-n połączenie p”+” n”-„ obniżenie bariery potencjału w porównaniu ze stanem równowagi i zwiększenie prądu dyfuzji. Połączenie p”-„ n”+” zwiększenie bariery potencjału w porównaniu ze stanem równowagi i zmniejszenie prądu dyfuzji.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody: WYKRESY. 3.8.3 Dioda świecąca (LED) *na złączu p-n elektron z pasma przewodnictwa rekombinuje z dziurą z pasma walencyjnego; uwalnia się przy tym energia rowna wielkości przerwy energetycznej E_g *energia ta może rozchodzic się w postaci drań w sieci (w krysztalkach Si i Ge) lub wyemitowanego kwantu promieniowania (w krysztalkach GaP, GaAs) λ=hc/E_g,

W pół przewodnikach pasmo przewodzeni jest oddalone od pasma walencyjnego o mniej niż <2eV

W kryształach półprzewodnikowych dominują wiązania kowalencyjne

Domieszka atomu V grupy ukł. okresowego w półprzewodniku zwiększa przewodnictwo elektryczne

W złączu p-n obszar zubożony powstaje w pobliżu powierzchni kontaktujących się półprzewodników

W złączu p-n obszar zubożony powstaje w wyniku rekombinacji nośników z atomami drugiego półprzewodnika.

W obszarze zaburzonym jest bardzo mała ilość nośników swobodnych.

W obszarze zaburzonym wytwarza się kontaktowa różnica potencjałów hamująca przepływ nośników w obu kierunkach

Kontaktowa różnica potencjałów hamuje wszystkie nośniki.

W stanie równowagi złącza prąd dryfu i prąd dyfuzji równoważą się.

Polaryzacje przewodzenia złącza uzyskamy

przy podłączeniu bieguna dodatniego źródła do półprzewodnika typu p, a ujemnego do typu n

Przy zaporowej polaryzacji złącza prąd jest mały i w niewielki stopniu zależy od napięcia.

W diodzie LED w skutek przepływu prądu jest wyemitowany kwant promieniowania. W diodzie LED w skutek rekombinacji elektron-dziura zostaje wyzwolony kwant promieniowania o długości fali hc/Eg h stała Planca c prędkość światła Eg-wielk. Przerwy energetycznej

Zjawisko nadprzewodnictwa polega na gwałtownym wzroście przewodnictwa materiału w niskich temperaturach.

Przejście metalu w stan nadprzewodnictwa zachodzi poniżej pewnej temperatury krytycznej i nie zależy od pola magnetycznego na powierzchni metalu.

Struktura jadra atomowego.

Jądro atomowe jest opisane przez A- liczbę masową i Z liczbę atomową

A- liczba nukleonów w jądrze(protony+neutrony)

Z- liczba protonów w jądrze

N- liczba neutronów w jądrze N=A-Z

Efektywny promień jądra atomowego r=r₀A^1/3=

Im bardziej N>Z tym mniej stabilny pierwiastek

W rzeczywistości masa jądra M jest mniejsza niż suma mas wszystkich nuklidów Mc²<∑mc²,

Różnica między rzeczywista masa jądra atomowego a suma mas wszystkich nuklidów w jądrze jest zawsze ujemna.Energia wiązania różnica między energią spoczynkową i sumą poszczególnych nukleonów ∆Ew= ∑mc²- Mc²

Energia wiązania na nukleon ∆Ew n=∆Ew /Ajest największa w przypadku pierwiastków o średniej masie.

Im większa przewaga neutronów nad protonami tym jądro bardziej stabilne.

Promieniotwórczość naturalna

Rozpad alfa - samorzutna przemiana jadra, któremu towarzyszy emisja cząstki alfa czyli jadra helu

Rozpad ten związany jest z procesem tunelowania cząstki alfa przez barierę potencjału. W rozpadzie alfa spełnione jest prawo zachowania liczby masowej i prawo zachowania ładunku.

Rozpad beta - samorzutna przemiana jądra w jądro o liczbie atomowej Z+1 czemu towarzyszy emisja elektronu beta + lub pozytonu beta -

W rozpadzie beta następuje samorzutna emisja pozytonu lub elektronu z jądra atomowego.

dla beta -

dla beta +

Promieniowanie gamma polega na emisji promieniowania gamma z jądra w stanie wzbudzonym, w wyniku czego jadro przechodzi do stanu podstawowego lub stanu wzbudzonego o niższej energi.

Pochłanianie i detekcja promieniowania

Współczynnik absorpcji promienowania dI=-µIdx

Współ masowy absorpcji promieniowania µm=µ/p

Najsilniej absorbowane promieniowanie przez materie to promieniowanie alfa.

Napięcie na liczniku Ge-Mull wybierane jest tak by liczba zliczeń nie zależała od napięcia

Człowiek o masie 80kg prześwietlony Rtg(WSB=1) otrzymał dawkę 0.25mSv=0,01J

1Gy(grej)=1J/kg=100rad

1Sv(siwert)=100rem=1Gy*WSB

Detekcja promieniowania odbywa się zazwyczaj na podstawie procesów pochłaniania promieniowania: Detektory śladowe -obserwacja torów (śladów) cząstek np. komora Wilsona -detektor jonizacyjny -rejestracja sygnału elektrycznego np. komora jonizacyjna , licznik Geigera-Millera detektory scyntylacyjne i fluorescencyjne - przejście naładowanej cząstki przez scyntylator wywołuje błysk światła.Komora Wilsona szklana komora zawierajaca parę nasyconą zamknięta ruchomym tłokiem, przez gwałtowne odsunięcie tłoka uzyskujemy spadek temp i ciśnienia para przechodzi w stan przesycenia cząstka promieniowania przelatując przez komore jonizuje ośrodek na jonach skrapla się para pozostawiając ślad przy urzyciu pola magnetycznego można wyznaczyć ładunek i energię cząstki Datowanie węglem wykorzystuje się przyswajanie przez organizm izotopu węgla C-14 który stanowi stałą część wegla atmosferycznego .po obumarciu proces przyswajania ustaje a C-14 stopniowo zanikana drodze rozpadu promieniotwórczego, polega to na pomiarze proporcji C-14 do całego wegla zawartego w organizmie.

Reakcje jądrowe

Reakcja rozszczepienia zachodzi głównie w przypadku jąder ciężkich

Energia wyzwolona w pojedynczym procesie symetrycznego rozszczepienia jadra Mo (energia wiązania na nukleon substratu i produktu wynoszą odpowiednio8,7i 8,8 MeV10MeV

Kryterium Lawsonia dla reakcji deutero-trytowej dane jest nierównością n τ >10²⁰s/m³ gdzie n- gęstość plazmy τ- czas utrzymania wysokiej koncentracji plazmy.

---