Pojem prvku. alchymie Paracelsus (16.st)

Transkript

1

2 Pojem pvku alchymie Paacelsus (6.st)

3 alchymie. teoie flogistou chemie 7.-8.st při hořeí látky ztácí těkavou součást - flogisto. látky flogisto + popel (... esouhlasila hmotost) kvatitativí zázamy postupů pojem čistá látka přesé vážeí Lavoisie: ( ) zdokoaleí střelého pachu hmota(učeá hmotostí) zůstává zachováa v půběhu eakcí. poces hořeí, dýcháí 33 pvků, mj. caloic (teplo) voda HO

4 Joh Dalto ( ) meteoologie chemie: pojem pvku a sloučeiy: pvek - edá se již ozložit a jié pvky, sloučeia - ozložitelé C a O sloučeiy, M O : M C (.33: ebo.66:) CO, CO Atomová teoie: zákoy o stálých a možých poměech slučovacích všechy pvky sestávají z malých částeček - atomů, ty jsou edělitelé a eměé všechy atomy daého pvku jsou stejé (stejá hmotost) ůzé atomy ůzé hmotosti (atomová váha) koečýsoubo pvků (cha. hmotost) sloučeia kombiace atomů více pvků (pevé poměy, případě ásobé) chem. eakce přeskupeí kombiací atomů

5

6 pojem pvku a optická spektoskopie vlastosti pvků: - vážeí (... Lavoisie, Dalto,... ) atomová váha (el. at. hmotost) - chemické chováí tvoba sloučei, oxidů, hydidů ~ molekula vs pvek, kvatitativí popis 869: Medeleev - peiodická tabulka

7 potoové číslo 875: objev Ga (spektoskopie)

8 kaha..zbaveí plyu... atomová spektoskopie 85 - Heidelbeg objev Cs, Rb (860)

9

10 jedotlivé pvky chaakteistická spekta - idetifikace, atlasy spekte - hledáí ových pvků (~ /4 alezea díky spektoskopii) N O Ne S Al

11 sluečí spektum

12 emisí a absopčí spekta

13 (kvatitativí) pochopeí složitější... ejjedodušší H

14 empiický popis vodíkového spekta: viditelý obo: 4 čáy H α H β H γ H δ λ 4 885: Balmeova séie: 3, 4, 5, 6,... objevey další séie λ 906: Lymaova séie:, 3, 4,... Ritz-Rydbeg kombiačí picip: ( ) 908: Pascheova séie: T() 3 T( m)... a další λ tem: λ λ R m R R T( ) T( m) T ( ) m 4, 5, 6,... (IČ oblast) cm

15

16 vysvětleí? poblém vitří stuktuy atomů - kolik elektoů v atomu - kladý a zápoý (elektoy) áboj - adioaktivita, ozpady - ozložeí áboje - ozložeí hmoty základí modely (klasické) (J.J.) Thomsoův "Plum Pudig" model - homogeě ozložeá kladá hmota - v í zápoé elektoy - možá valece - oscilátoy - výklad čaových spekte plaetáí Ruthefodův model - kladé malé jádo, kolem záp. el. - kvatitativě vysvětloval Ruthefodovy pokusy

17 N.c. za chemii 908 (Geige, Masde, 90-9) Eest Ruthefod (87-937) stíěí Au α-zářič (m 4u, Qe) E ~ 7.7 MeV fluoescece

18 Masde, Geige Thomsoův model Ruthefodův model dσ dω Ze' 4E si 4 ϑ e' e 4πε 0

19 q e b ϕ ϑ Q Z e E L mv mv b poteciálí eegie: kietická eegie: U 4 πε E k QQ Ze' 0 ( ) mx& m & + (ϕ& ) L m ϕ& ( ) ZZE: E mv m & + (ϕ& ) + L E m & + + m Ze' Ze'

20 E Ze' D mi Ze' m L m E + + & m L Ze' E m & ejmeší vzdáleost: iϑdϑ db dω dσ πs πb 4 si 4E Ze' dω dσ ϑ cotg D b ϑ kvatitativí ověřeí Ruthefodova plaetáího modelu

21 plaetáí Ruthefodův model: atom jádo + elektoy jádo M Au Q Ze > 0 5 /3 R(A)..0 A m N Z Z.e + Q 0 (Femiho model) elektoy m e e < 0

22 + výchozí předkvatový plaetáí model edostatky: elektodyamicky estabilí spojité zářeí x expeimet (čaová spekta) elektostaticky estabilí dva atomy spojeé... estabilí kofiguace eudává pavidla po velikost atomů eudává pavidla po čaová spekta ezbytý ozchod s klasickou fyzikou (Boh)

23 ) Elektoy kouží kolem jade po kuhových dahách. ) Přípusté jsou je vybaé stacioáí obity - a ich elekto obíhá a ezáří. 3) Stacioáí obity vybeeme kvatováím mometu hybosti: L h Niels Boh (885-96) Aage Niels Boh (*9) 4) Elektoy mohou přeskakovat mezi jedotlivými obity; přeskoky jsou spojey s vyzářeím ebo pohlceím fotou.

24 H: elekto + poto L h L mv v m Ze' (H: Z ) E m L e' h e' eegie: mv m e' e' a o 4 e' m h e a Rydbegova kostata Ry 3.6 ev o h Bohův polomě mee' (~0.53Å)

25 v ychlost: H: p m e h m v o << c e e' e' c h h c α ~ /37 (kostata jemé stuktuy) přeskoky: E E m c ω π λ λ ω πc ± hω hω πhc m λ ( E E ) m πhc m T E πhc λ T ( ) T( m) ( ) T Ry πhc R ( ) séie ča: limita séie H δ H γ H β H α od λ R ( + ) do λ R λ(å)

26 K L M N O

27 m* + m m e e / M j Ry e' 4 h m e Ry(H) 4 e' m* (H: ~ Ry/.0005) h Haold Clayto Uey (893-98) 934: N.c. za chemii

28 kometář k Bohovu modelu: - kvaziklasické přiblížeí -přeesl ħ a hmoté soustavy (předtím po popis fotoů) - ispiace po Heisebega a kvatový popis atomů (kvatový popis H: stejý výsledek jako Boh) - eudává pavděpodobosti přechodů poč ějaká spektálí čáa silější ež jiá? - elekto jako malá plaeta s daou polohou a hybostí x elace eučitosti - epodařilo se zobecěí a víceelektoové atomy (poblém e-e iteakce) utý úplý kvatový popis

29 Boh Schödige klasické obity stacioáí obity kvatováí L přeskoky hω m E E m H klas. + p m kvatováí Hψ Eψ V() x klas. x p klas. ih x ( ) d H x,p H x, ih dx E, ψ lm cetálě sym. poblém V( ) e' mohu sepaovat poměé ψ R ( ) Y( ϑ,ϕ ) ϑ, ϕ w Zlaté pavidlo pouchového počtu m π h ( ω) M δ( hω ± ( E E )) m m

30 kvatové řešeí úlohy vodíku (shutí): p m e' ψ Eψ ψ R l ( ) Y ( ϑ,ϕ ) lm L ψ h l( l + )ψ ψ L z hmψ l m l... (l + ) p e' L ψ Eψ m + m u() R ( )

31 eegie: shoda s Bohovým modelem R y E + l + 0,,... po daé : "áhodá" degeeace l 0,,,..., m l,... l l + ( l + ) 0 obitály: R l ( ) u l( )... adiálí hustota pavděpodobosti (alezeí částice ve vzdáleosti od počátku) l 0,,, 3, 4, 5,... s, p, d, f, g, h,... shap picipal difuse fudametal

32

33 zachyceí elektou (electo captue, K-záchyt) 7 4 Be e Li ν

34 přeskoky - optická spekta: w if π h ( ω) i ex f Iδ( hω ± ( E E )) m stav i l m stav f ' l' m' výběová pavidla: ' libovolě l l' Δl ± m m' Δm 0, ± Gotiaovy diagamy

35 0 ψ E Ze' Δ m h M m M m m e e + Ry E a e * RyZ m M M Ry + o e Z a M m M a + + e m R Z m M M λ vodíkupodobé (jedoelektoové) ioty Z e M e -,m e H: Ry *... elativita e e c m c m α Ry E <<

36 Hey Moseley (887-95) měřeí vlové délky tg zářeí po ůzé pvky K α K β L M L K L α úměa atomovému číslu Z (uspořádáí v peiodické tabulce) ν (Z cislo) cislo (K-čáy) 7.5 (L-čáy) K předpoěď pvků po Z 43(Tc), 6(Pm), 75(Re)

37 elekto... možé hladiy eegie Hψ i E i ψ i i..., l, m více elektoů... obsazeí jedotlivých hladi elekto má spi, l, m, l, m, σ σ ± degeeace: Pauliho picip: žádý jedočásticový stav emůže být obsaze více ež elektoem. v jedom atomu emohou mít dva elektoy všecha 4 kv.č. stejá. ( + ) l 0

38 obecěji... N elektoů H N N h Ze' + + e' Δ i me i i R i j i j HΨ EΨ zjedodušeí: -elektoová apoximace elekto se pohybuje pod vlivem ostatích elektoů, ve středím poli kteé je v důsledku působeí ostatích elektoů ("mea field") e h Ze' H Δ + m R e i U el U el v () e d' ρ(') ' e H ψi Eiψ ábojová hustota ρ() e i ψi () i hustota elektoů Hateeho ovice jako částic v h m e Δψ i () Ze' R ψ i () + j d' ψ j (') e ψ ' i () E ψ i i ()

39 řešeí Hateeho poblému: pvotí odhad ρ selfkozistetí řešeí spočtu U el e d' ρ(') ' řeším Hateeho ovice e ové ové ρ ρ() e ψ i(obsazea) ao staé ρ i () koec

40 Hateeho přiblížeí - esplňuje podmíku atisymetie Ψ Ψ( σ, σ,..., NσN) ψ( σ)ψ (σ )... ψn(nσ N) Ψ( σ,... iσi,..., jσ j... NσN) Ψ( σ,... jσ j,..., iσi... NσN) zobecěí (splňuje AS) - Hatee-Fockova apoximace: Ψ( σ, σ,..., N σ N ) N! ψ ψ N ( σ... ( σ ) ) ψ ψ N ( N... ( N σ σ N N ) ) H-F ovice: Hatee + výměý čle Δψ i ef () + V ψi() j e' ψ ' * j (')ψ i (')d 3 ' ψ j ()δ σ i σ j E i ψ i ()

41 zaplňováí jedotlivých kvatových stavů: základí stav ejižší eegie přisplěí Pauliho picipu 6d 5f 7s 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s l 0,,, 3, 4, 5,... s, p, d, f, g, h,... 4p 3d 4s 3p 3s p s s 8 8 8

42 s p ψ s (, l0, m0) 3/ Z / a0 R s Z e / Y s (4π ) / 3/ Z / a s (4π ) Z e 0

43 4d 4f

44 Gd; adial chage desity adial chage desity (a.u.) Gd - 6s Gd - 5d Gd - 4f (Å)

45 atomový polomě: (QM výpočet) R (Å 3 ) Rb Cs K Na Li Z iotové poloměy: Na Na + Cl Cl -

46 ioizačí poteciál (eegie): He Ne vliv: -ábojjáda X X e A K Xe R - vzdáleost elektou od jáda - ostatí elektoy blíže k jádu - ebo elektoy u sebe (v jedom obitálu) Be: p N: p s s s s B: p O: p s s s s