Atomfysikk 7

Question 1

Hva sier Rutherfords atommodell?

Answer 1

Et nøytralt atom med atomnummer Z består av Z elektroner som kretser i baner med radius ca. 10^-10m rundt en kjerne med radius ca. 10^-15m. Kjernen har en positiv ladning Ze, der e er elementærladningen. Nesten hele atommassen er samlet i kjernen.

Question 2

Hva sier kvantehypotesen?

Answer 2

Et atom kan bare sende ut eller ta imot energi i bestemte porsjoner eller energikvanter,
E = h * f
der h = 6.63*10^-34 Js er en konstant og f er frekvensen i den elektromagnetiske strålingen. Konstanten h kaller vi Plancks konstant.

Question 3

Hva er et foton?

Answer 3

Elektromagnetisk stråling består av udelelige lyskvanter som vi kaller fotoner. Energien til et foton er bestemt av fotonets frekvens, E = h * f. Fotoner beveger seg med lysfarten c.

Question 4

Hva sier Bohrs første postulat?

Answer 4

Et atom kan befinne seg i en av mange forskjellige energitilstander uten å miste energi. I hver tilstand har atomet en helt bestemt energi,
E_1, E_2, …, E_n
n ∈ {1, 2, 3, …}

Question 5

Hva sier Bohrs andre postulat?

Answer 5

Et atom kan gå fra en tilstand med energien E_n til en annen tilstand med lavere energi E_m. Vedovergangen blir energiforskjellen sendt ut som et foton med energien E = h * f, der
h * f = E_n - E_m n > m
h er Plancks konstant og f er strålingsfrekvensen.
Tilsvarende kan et atom i en lav energitilstand E_m gå til en høyere energitlastand E_n ved å absorbere energimengden E_n - E_m.

Question 6

Hvordan kan vi skrive energinivåene i et hydrogenatom med en formel?

Answer 6

Energinivåene i hydrogenatomet er gitt ved
E_n = - B / n^2 n ∈ {1, 2, 3, …}
der B er Bohrs konstant, B = 2.18*10^-18 J = 2.18 aJ.

Question 7

Et hydrogenatom i den første eksiterte tilstanden, E_2, går tilbake til grunntilstanden, E_1, og sender ut et foton. Regn ut frekvensen og bølgelengden til fotonet.

Answer 7

Energiforskjellen mellom de to nullnivåene i hydrogenatomet er gitt ved
E_2 - E_1 = B (1/1^2 - 1/2^2) = B (1 - 1/4) = 3/4 * B = 3/4 * 2.18 aJ = 1.635 aJ

Vi finner frekvensen ut fra Bohrs andre postulat, h * f = E_2 - E_1:
f = (E_2 - E_1) / h = (1.635 * 10^-18 J) / (6.63 * 10^-34 Js) = 2.466*10^15 Hz = 2470 THz

Til slutt bruker vi formelen c = λ * f til å finne bølgelengden:
λ = c / f = (3.00 * 10^8) / (2.466 * 10^15) m = 1.22*10^-7 m = 1.22 nm
Strålingen ligger i den ultrafiolette delen av det elektromagnetiske spekteret.

Question 8

Hva er forskjellen på emisjon og absorpsjon.

Answer 8

Et grunnstoff som kan sende ut lys med en bestemt bølgelengde kan også absorbere lys med den samme bølgelengden.
Et spektrum av lyse emisjonslinjer kaller vi et emisjonsspektrum.
Et spektrum av mørke absorpsjonslinjer i et ellers kontinuerlig spektrum kaller vi et absorpsjonsspektrum.