1 / 66

คลื่นและสมบัติของคลื่น

คลื่นและสมบัติของคลื่น. ELECTROMAGNETIC RADIATION. subatomic particles (electron, photon, etc) have both PARTICLE and WAVE properties Light is electromagnetic radiation - crossed electric and magnetic waves:. Properties : Wavelength, l (nm) Frequency, n (s -1 , Hz) Amplitude, A

pkilpatrick
Download Presentation

คลื่นและสมบัติของคลื่น

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  2. คลื่นและสมบัติของคลื่นคลื่นและสมบัติของคลื่น โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  3. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  4. ELECTROMAGNETIC RADIATION • subatomic particles (electron, photon, etc) have both PARTICLE and WAVE properties • Light is electromagnetic radiation - crossed electric and magnetic waves: • Properties : • Wavelength, l (nm) • Frequency, n (s-1, Hz) • Amplitude, A • constant speed. c • 3.00 x 108 m.s-1 โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  5. Electromagnetic Radiation (2) โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  6. All radiation:l • n = c where c = velocity of light = 3.00 x 108 m/sec Note: Long wavelength  small frequency Short wavelength high frequency increasing frequency increasing wavelength Electromagnetic Radiation (3) • All waves have: frequency and wavelength • symbol: n (Greek letter “nu”) l (Greek “lambda”) • units: “cycles per sec” = Hertz “distance” (nm) โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  7. 8 3.00 x 10 m/s c l 14 = = 4.29 x 10 Hz n = -7 7.00 x 10 m Electromagnetic Radiation (4) • Example: Red light has l = 700 nm. • Calculate the frequency, n. • Wave nature of light is shown by classical wave properties such as • interference • diffraction โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  8. การแผรังสีของวัตถุดําและคานิจของแพลงค (Max Planck) • วัตถุทุกชนิดไมวาจะรอนหรือเย็นจะมีการแผรังสีคลื่นแมเหล็กไฟฟาอกมา โดยทั่วไปเราเขาใจวาวัตถุรอนเทานั้นที่จะแผรังสีคลื่นแมเหล็กไฟฟาออกมา เพราะเรามักจะพบคลื่นแสงแผออกมาจากวัตถุที่รอนเชนแสงจากดวงอาทิตยแสงจากการเผาถานไมหรือแสงจากไสหลอดทังสเตนเปนตน แตความเปนจริงแลววัตถุที่เย็นก็มีการแผรังสีคลื่นแมเหล็กไฟฟาออกมาเชนกัน โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  9. Quantization of Energy • Planck’s hypothesis: An object can only gain or lose energy by absorbing or emitting radiant energy in QUANTA. Max Planck (1858-1947) Solved the “ultraviolet catastrophe” 4-HOT_BAR.MOV โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  10. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  11. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  12. Quantization of Energy (2) • Energy of radiation is proportional to frequency. E = h • n where h = Planck’s constant = 6.6262 x 10-34 J•s Light with large l (small n) has a small E. Light with a short l (large n) has a large E. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  13. Photoelectric Effect • Albert Einstein (1879-1955) Photoelectric effect demonstrates the particle nature of light. (Kotz, figure 7.6) No e- observed until light of a certain minimum E is used. Number of e- ejected does NOT depend on frequency, rather it depends on light intensity. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  14. Photoelectric Effect (2) • Experimental observations can be explained if light consists of particles called PHOTONSof discrete energy. • Classical theory said that E of ejected • electron should increase with increase • in light intensity — not observed! โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  15. Energy of Radiation • PROBLEM: Calculate the energy of 1.00 mol of photons of red light. • l = 700 nm n = 4.29 x 1014 sec-1 E = h•n = (6.63 x 10-34 J•s)(4.29 x 1014 sec-1) = 2.85 x 10-19 J per photon E per mol = (2.85 x 10-19 J/ph)(6.02 x 1023 ph/mol) = 171.6 kJ/mol - the range of energies that can break bonds. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  16. Atomic Line Spectra • Bohr’s greatest contribution to science was in building a simple model of the atom. • It was based on understanding the SHARP LINE SPECTRA of excited atoms. Niels Bohr (1885-1962) (Nobel Prize, 1922) โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  17. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  18. Absorption Spectrum of a Gas Dark lines will appear in the light spectrum โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  19. Absorption spectrum of Sun Emission spectra of various elements โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  20. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  21. Balmer’s Formula for Hydrogen • Notice there are four bright lines in the hydrogen emission spectrum • Balmer guessed the following formula for the wavelength of these four lines:where n = 3, 4, 5 and 6 โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  22. Bohr’s Model of the Hydrogen Atom(1913) He proposed that only certain orbits for the electron are allowed โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  23. Bohr’s Empirical Explanation • Electrons can only take discrete energies (energy is related to radius of the orbit) • Electrons can jump between different orbitsdue to the absorption or emission of photons • Dark lines in the absorption spectra are due to photons being absorbed • Bright lines in the emission spectra are due to photons being emitted โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  24. Absorption / Emission of Photonsand Conservation of Energy Ef - Ei = hf Ei - Ef = hf โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  25. Energy Levels of Hydrogen โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  26. Electron jumping to a higher energy level E = 12.08 eV 1eV=1.6x10-19 J โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  27. Spectrum of Hydrogen Bohr’s formula: โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  28. Hydrogen is therefore a fussy absorber / emitter of light It only absorbs or emits photons with precisely the right energies dictated by energy conservation โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  29. H Hg Ne Line Spectra of Excited Atoms • Excited atoms emit light of only certain wavelengths • The wavelengths of emitted light depend on the element. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  30. Atomic Spectra and Bohr Model • 2. But a charged particle moving in an electric field should emit energy. One view of atomic structure in early 20th century was that an electron (e-) traveled about the nucleus in an orbit. 1. Classically any orbit should be possible and so is any energy. End result should be destruction! โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  31. From Bohr model to Quantum mechanics • Bohr’s theory was a great accomplishment and radically changed our view of matter. • But problems existed with Bohr theory — • theory only successful for the H atom. • introduced quantum idea artificially. • So, we go on to QUANTUM or WAVE MECHANICS โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  32. and for particles (mass)x(velocity) = h / l Therefore, mc = h / l Quantum or Wave Mechanics • Light has both wave & particle properties • de Broglie (1924) proposed that all moving objects have wave properties. • For light: E = hn = hc / l • For particles:E = mc2 (Einstein) L. de Broglie (1892-1987) l for particles is called the de Broglie wavelength โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  33. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  34. Electron diffraction with electrons of 5-200 keV - Fig. 7.14 - Al metal Davisson & Germer 1927 WAVE properties of matter Na Atom Laser beams l = 15 micometers (mm) Andrews, Mewes, Ketterle M.I.T. Nov 1996 The new atom laser emits pulses of coherent atoms, or atoms that "march in lock-step." Each pulse contains several million coherent atoms and is accelerated downward by gravity. The curved shape of the pulses was caused by gravity and forces between the atoms. (Field of view 2.5 mm X 5.0 mm.) โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ 4-ATOMLSR.MOV

  35. Quantum or Wave Mechanics • Schrodinger applied idea of e- behaving as a wave to the problem of electrons in atoms. • Solution to WAVE EQUATION gives set of mathematical expressions called • WAVE FUNCTIONS, YEach describes an allowed energy state of an e- • Quantization introduced naturally. E. Schrodinger 1887-1961 โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  36. WAVE FUNCTIONS, Y • • Yis a function of distance and two angles. • • For 1 electron, Y corresponds to an ORBITAL — the region of space within which an electron is found. • • Y does NOT describe the exact location of the electron. • • Y2 is proportional to the probability of finding an e- at a given point. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  37. Uncertainty Principle • Problem of defining nature of electrons in atoms solved by W. Heisenberg. • Cannot simultaneously define the position and momentum (= m•v) of an electron. • Dx. Dp = h • At best we can describe the position and velocity of an electron by a • PROBABILITY DISTRIBUTION, which is given byY2 W. Heisenberg 1901-1976 โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  38. This explains why some nebulae are red or pink in colour One of the transitions in the Balmer series corresponds to the emission of red light โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  39. Schrödinger’s Improvement to Bohr’s Model • Showed how to obtain Bohr’s formula using the Schrödinger equation • Electron is described by a wave function y • Solved for y in the electric potential due to the nucleus of the hydrogen atom โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  40. Square Well • Approximate electric (roller coaster) potential by a ‘square well’ • System is then identical to the wave equation for a string that is fixed at both ends โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  41. Vibrational Models of a String fundamental 2nd harmonic 3rd harmonic 4th harmonic โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  42. Energy Levels in a Box โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  43. โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  44. Quantum Numbers • Energy levels can only take discrete values • Labelled by a ‘quantum number’ n, which takes values 1, 2, 3, ... • Each level has energy that increases with n โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  45. Ground State (n=1) • Lowest or ground-state energy is non-zero • Electron cannot sit still but must be forever ‘jiggling around’ • Expected from the Heisenberg uncertainty principle โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  46. Vibrational Modes of a Rectangular Membrane (1,1) mode (1,2) mode (2,1) mode (2,2) mode Vibrational modes of a circular membrane (drum) โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  47. Electron in a Hydrogen Atom • Wave function is like a vibrating string or membrane, but the vibration is in three dimensions • Labelled by three quantum numbers: • n = 1, 2, 3, … • ℓ = 0, 1, …, n-1 • m = -ℓ, -ℓ+1, …, ℓ-1, ℓ • For historical reasons, ℓ = 0, 1, 2, 3 is also known as s, p, d, f โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  48. 1s Orbital โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  49. Density of the cloud gives probability of where the electron is located โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

  50. 2s and 2p Orbitals โครงสร้างอะตอม ชุดที่2 อ.ศราวุทธ

More Related