1
1
•
Elektron na najniŜszej orbicie w atomie wodoru posiada energię
-13.6eV.
•
Kolejnym orbitom przypisane są główne liczby kwantowe n.
•
Orbitalna liczba kwantowa l opisuje kształt orbity.
•
Magnetyczna liczba kwantowa m opisuje orientację
przestrzenną orbity.
•
Wewnętrzny moment pędu (ruch wirowy) elektronu opisuje
liczba spinowa s.
•
Liczby l, m i s przyczyniają się do rozszczepienia poziomów
energetycznych określonych przez główną liczbę kwantową
(kaŜdemu zestawowi liczb n, l, m i s odpowiada inna energia)
2
Wolfgang Pauli (1900-1958)
Nagroda Nobla z fizyki 1945
Stan elektronu w atomie jest określony przez cztery
liczby kwantowe: główną (n), orbitalną (l),
magnetyczną (m) oraz spinową (s).
Zakaz Pauliego (zasada Pauliego): W atomie nie
W atomie nie
W atomie nie
W atomie nie
mogą istnieć dwa elektrony o identycznych
mogą istnieć dwa elektrony o identycznych
mogą istnieć dwa elektrony o identycznych
mogą istnieć dwa elektrony o identycznych
wszystkich liczbach kwantowych (tylko jeden
wszystkich liczbach kwantowych (tylko jeden
wszystkich liczbach kwantowych (tylko jeden
wszystkich liczbach kwantowych (tylko jeden
elektron moŜe przebywać w danym stanie
elektron moŜe przebywać w danym stanie
elektron moŜe przebywać w danym stanie
elektron moŜe przebywać w danym stanie
kwantowym)
kwantowym)
kwantowym)
kwantowym)
Ogólna postać zakazu Pauliego: Dwa fermiony (cząstki o spinie
Dwa fermiony (cząstki o spinie
Dwa fermiony (cząstki o spinie
Dwa fermiony (cząstki o spinie
połówkowym: 1/2,3/2, itd.) nie mogą przebywać w jednym stanie
połówkowym: 1/2,3/2, itd.) nie mogą przebywać w jednym stanie
połówkowym: 1/2,3/2, itd.) nie mogą przebywać w jednym stanie
połówkowym: 1/2,3/2, itd.) nie mogą przebywać w jednym stanie
kwantowym.
kwantowym.
kwantowym.
kwantowym.
3
Po włoka
Po włoka
Po włoka
Po włoka
Po dpowłoka
Po dpowłoka
Po dpowłoka
Po dpowłoka
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
na wypełnionej
na wypełnionej
na wypełnionej
na wypełnionej
po dpowłoce
po dpowłoce
po dpowłoce
po dpowłoce
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
Ilo ść elektronów
na wypełnionej
na wypełnionej
na wypełnionej
na wypełnionej
po włoce
po włoce
po włoce
po włoce
4
Elektrony wypełniają podpowłoki zaczynając od tych o
najniŜszej energii
5
konfiguracja
konfiguracja
konfiguracja
konfiguracja e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
konfiguracja
konfiguracja
konfiguracja
konfiguracja e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
e ne rgia jonizacji [eV]
6
Fermiony
Fermiony
Fermiony
Fermiony – cząstki o spinie połówkowym. Przykłady fermionów:
elektron, proton, neutron. Podlegają zakazowi Pauliego (tylko
jeden fermion na jednym poziomie energetycznym)
Bozony
Bozony
Bozony
Bozony – cząstki o spinie całkowitym. Przykłady bozonów:
foton, mezon. Nie podlegają zakazowi Pauliego (wiele bozonów
moŜe przebywać na tym samym poziomie energetycznym)
7
8
Rozkład Fermiego Diraca
określa prawdopodobieństwo
prawdopodobieństwo
prawdopodobieństwo
prawdopodobieństwo
obsadzenia pozimów
energetycznych przez elektrony
(fermiony).
E
f
– energia Fermiego
energia Fermiego
energia Fermiego
energia Fermiego:
maksymalna energia elektronów
w temperaturze 0K (zera
bezwzględnego)
−
−
=
T
k
E
E
f
B
f
exp
9
Fermiony
Bozony
Energia
Fermiego
10
Promieniowanie charakterystyczne
Promieniowanie charakterystyczne
Promieniowanie charakterystyczne
Promieniowanie charakterystyczne
powstaje w wyniku wybicia elektronu z
głębokich poziomów energetycznych,
a następnie powrotu elektronu na
poziom niŜszy.
Przejście L
→
K linia K
α
Przejście M
→
K linia K
β
Promieniowanie charakterystyczne X
Promieniowanie charakterystyczne X
Promieniowanie charakterystyczne X
Promieniowanie charakterystyczne X
(rentgenowskie) – promieniowanie
elektromagnetyczne o długości fali
10pm-10nm. Występuje w przypadku
cięŜkich pierwiastków (np. Cu, Mo)
Widmo promieniowania molibdenu
K
α
, K
β
- promieniowanie charakterystyczne
11
Atom w stanie
wzbudzonym
Atom w stanie
wzbudzonym
Atom w stanie
podstawowym
Atom w stanie
podstawowym
12
Absorpcja fotonu
Absorpcja fotonu
Absorpcja fotonu
Absorpcja fotonu
Emisja spontaniczna
Emisja spontaniczna
Emisja spontaniczna
Emisja spontaniczna
Atom w stanie
wzbudzonym
Atom w stanie
podstawowym
13
stan metastabilny
energia
wyjściowa
energia
wejściowa
Emisja wymuszona
Emisja wymuszona
Emisja wymuszona
Emisja wymuszona
Foton emitowany ma taką samą fazę
jak foton padający – powstaje wiązaka
światła spójnego
Inwersja obsadzeń
Inwersja obsadzeń
Inwersja obsadzeń
Inwersja obsadzeń – więcej elektronów
jest w stanie wzbudzonym niŜ w stanie
podstawowym