ELEKTRONLAR ve ATOMLAR

Transkript

1 BÖLÜM 3 ELEKTRONLAR ve ATOMLAR 1 Kapsam 1.0 Radyasyon Enerjisinin Doğası ve Karakteristiği 2.0 Fotoelektrik Etki 3.0 ER: Dalga Özelliği 4.0 Dalgaboyu, Frekans, Hız ve Genlik 5.0 Elektromanyetik Spektrum 6.0 Planck Kuantum Teori 7.0 Atomik Spektra 2 1

2 1.0 Radyasyon Enerjisinin Doğası ve Karakteristiği Isaac NEWTON ( ) İngiliz Işık tanecikli yapıdadır. Christian HUYGENS ( ) Hollandalı Işık bir nevi dalga hareketidir. James Clerk MAXWELL ( ) İskoç Bütün ışık türlerinin uzayda elektromanyetik dalgalar halinde yayıldığını kanıtladı. Max Ludwig PLANCK ( ) Alman Sıcak bir cismin yaydığı ışık ve ısıyı incelemiştir Fotoelektrik Etki 1905 de Einstein çözmüştür. Bu yüzden 1921 de Fizik dalında Nobel Ödülü almıştır. Metal yüzeylere ışık çarptığında elektronlar uyarılır. Uyarılan elektron sayısı ışık şiddeti (A) ile doğru orantılı olarak değişir. Işık tanecikli yapıdadır. Bir foton malzeme yüzeyine çarptığında malzemenin dış elektronları enerji soğurur eğer elektronların bağ enerjisi fotonun enerjisinden daha az ise yüzeyden elektronlar salınmaya başlar. Eşik Frekansı, ν o, çizilen grafikten ekstrapolasyonla bulunur. 4 2

3 Fotoelektrik Etki Foton bir ışık taneciği dir. hν = KE + BE KE = hν -BE 5 Fotoelektrik Etkinin Pratik Kullanım Alanları Elektronik sistemli kapılarda Şehir ışıklarının otomatik olarak yanıp sönmesinde Kameraların pozlandırma ayarlarında 6 3

4 3.0 ER: Dalga Özelliği Elektromanyetik dalgalar birbirine ve dalganın hareket yönüne dik olarak salınan elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Düşük ν Yüksek ν 7 ER: Dalga Özelliği Elektrik ve Manyetik Alanlar uzayda ya da herhangi bir madde içerisinde dalgalar halinde yayılır. Elektromanyetik Dalgalar enerji taşır. Dalgalar daima bir kaynaktan dışarıya doğru yayılır. Bir doğru boyunca hareket ederler. 8 4

5 4.0 Dalgaboyu, Frekans, Hız vegenlik Dalgaboyu (λ): Dalgadaki iki tepe veya iki çukur arasında kalan bölüme verilen addır. Tepe: Orta çizgiden itibaren en üst nokta Çukur: Orta çizgiden itibaren en alt nokta Dalgaboyu ve frekans ters orantılıdır. Birimi: metre - m. Yüksek Frekans, kısa Dalgaboyu υ λ Düşük Frekans, uzun Dalgaboyu υ λ 9 Asker bölükleri yürüyüşte İki bölük aynı hızda hareket ediyor.hangi bölüğün frekansı daha büyüktür?hangi bölüğün dalgaboyu daha büyüktür? 10 5

6 Dalgaboyu, Frekans, Hız ve Genlik Dalgaboyu (iki tepe arası) Dalgaboyu (iki çukur arası) 11 Dalgaboyu, Frekans, Hız ve Genlik :(ע) Frekans Birim zamanda belirli bir noktadan geçen tepe veya çukur sayısı Birimi saniye -1 (s -1 ) veya (ν)hertz Hz. 12 6

7 Dalgaboyu, Frekans, Hız ve Genlik Hız (v): dalgaboyu ile frekansın çarpımı hızı verir. v= λ x ν c = λ x ν λ = c / ν ν = c / λ c (vakumdaki hız) = x 10 8 ms -1. = 3.00 x 10 8 m.s -1 E (Foton enerjisi) = h x ν h (Planck Sabiti) = 6.63 x J.s Problem1. Dalgaboyu ve Frekans Bir diş hekimi x-ışınlarını kullanarak diş filmi çekerken (λ = 1.00A o ) hastası gökyüzünü (λ = 473nm) izleyerek radyo (λ = 325cm) dinlemektedir. Her bir kaynağın frekansını ışık hızını 3.00x10 8 m/s alarak hesaplayınız? PLAN: c = λν Dalgaboyu verilen birimler 1A o = m 1cm = 10-2 m 1nm = 10-9 m Dalgaboyu, m ν = c/λ Frekans (s -1 or Hz) ÇÖZÜM: 1.00A m = 1.00x10-10 m 1A 3x10 8 m/s ν = 1.00x10-10 m = 3x1018 s nm 325cm 10-9 m 1nm = 473x10-9 m ν = 3x108 m/s = 6.34x10 14 s x10-9 m 1cm = 325x10-2 m ν = 3x108 m/s = 9.23x10 7 s x10-2 m 10-2 m 7

8 Problemler 2. Sodyum buhar lambası sarıışığının dalgaboyu 589 nm dir. Frekansı nedir? 3. Kırmızı LED lerden (light-emitting diodes) oluşan ışığın dalgaboyu 690 nm dir. Frekansı nedir? 4. Açık Radyo FM İstasyonunun frekansı 94.9 megahertz(mhz) dir. Dalgaboyu nedir? 5. UV ışığın dalgaboyu aralığı nm dir. Enerjisi nedir? NOT: ışık hızını 3.00x10 8 m/s olarak hesaplamalarınızı yapınız. 15 Dalgaboyu, Frekans, Hız ve Genlik Genlik (A): Bir dalganın yüksekliği genliği verir. Dalganın enerjisi ve ışığın parlaklığı A 2 ile doğru orantılıdır. 16 8

9 5.0 ELEKROMANYETİK SPEKTRUM 17 ELEKROMANYETİK SPEKTRUM 18 9

10 MİKRODALGA FIRIN ROYGBIV Red Orange Yellow 700 nm 450 nm Green Blue Indigo Violet 20 10

11 Wilhelm Conrad Röntgen Wilhelm Conrad Röntgen X-ışınlarını 1895 te keşfetti de Nobel Fizik Ödülü ile onurlandırıldı te Alman Federal Posta Servisi W. C. Röntgen e ithaf edilen pul çıkardı Planck Kuantum Teori Karacisimler her frekansta enerji yayar. Atomlar enerjiyi paketler ya da kuant lar halinde yayar veya soğurur. Bunlara aynı zamanda foton adı da verilir. Bir kuantumun enerjisi: E = hν h = J.s Planck st. Salınan ya da soğurulan enerji hν nun tam katları halinde yayılır. (hν, 2hν, 3hν ) Bu buluşu ile Planck 1918 Nobel Fizik ödülü ile onurlandırıldı

12 Problem 6. Oksijenin foto ayrışmasına neden olan en uzun dalga boyu nm dir. (a) bir fotonun enerjisini (b) bir mol fotonun enerjisini hesaplayınız. Çözüm a) b) Not: Bu büyüklükteki bir enerji 10 L suyun sıcaklığını 11.8 C arttırır. 23 Problem 7. Bir aşçı mikrodalga fırında yemek yapmaktadır. Oluşan radyasyonun dalgaboyu 1.20cm olduğuna göre bir fotona karşılık gelen enerji miktarını hesaplayınız. Çözüm: E=hν c= νλ hc E = λ E = 34 8 ( J. s) ( 3 10 m / s) 23 = J m 1.20cm 100cm 24 12

13 Problemler 8. Ozon tabakasının koruyucu etkisi nm aralığında UV radyasyonu soğurmasına bağlı olarak oluşur. Bu dalga boyu aralığında soğurulan enerji kj/mol cinsinden ne kadardır? 9. Klorofil ışığı 3.056x10 19 J/foton ve 4.414x10 19 J/foton enerjilerinde soğurur. Hangi renk ve frekans aralığına karşılık gelir? 25 BEYAZ IŞIK SPEKTRUMU Prizmadan geçen beyaz ışığın spektrumu kırmızıdan mora kadar sürekli bir spektrumdur

14 Işığın Kırılması Atomik Spektra Robert BUNSEN ( ), Alman Fizikçi, ilk spektroskopu bulmuştur.kirchhoff ile birlikte tuz karışımının yakılmasıyla renklenen alevi spektroskoptan geçirmeyi önermiştir. Spektroskop; bir spektrum gözlemek anlamına gelir. Gustav KIRCHHOFF( ), Alman Fizikçi, Bunsen ile birlikte 1860 yılında sezyum adlı elementi bulmuştur. (L. cassesius, gök mavisi) spektrumda mavi ışıma yapmasından dolayı bu isim verilmiştir yılında rubidyum elementini bulmuştur. (L. rubidius, en koyu kırmızı) spektrumda koyu kırmızı ışıma yapmasından dolayı bu isim verilmiştir. Helium (Gr. Helios, güneş) güneşin spektrum analizi sayesinde bulunmuştur. Yeryüzünde bilinmeyen bir element güneşte bulunmuş ve güneş elementi anlamına gelen Helyum ismi verilmiştir. Yeryüzünde Helyum 27 sene sonra bulunmuştur yılında, Johann Balmer (İsviçreli öğretmen) deneme yanılma yöntemi ile spektral çizgilerin dalgaboyu için: ν = x s -1 (1/2 2-1/n 2 ) n > 2 olmak koşulu ile tam sayıları, ν ise frekansı belirtmektedir. n = 3 ise kırmızı n = 4 ise yeşilimsi mavi renk gözlenir

15 Alev Testi Stronsiyum 38 Sr Bakır 29 Cu 29 Alev Testi Lityum Sodyum Potasyum Havai Fişek Kırmızı Sarı Leylak 30 15

16 Hidrojenin Çizgi Spektrumu Her elementin kendine özgü diğer elementlerden farklı bir çizgi spektrum kümesi vardır. Bu renkli çizgiler yalnızca belirli dalgaboylarındaki ışımalardır. 31 Çizgi Spektrumun Oluşumu Elektron Yörüngeleri Elektronlar çekirdeğin etrafında sabit uzaklıklarda bulunan yörüngelerde döner. (Revolution) Yörünge içindeki her elektronun ayrı(belirli) bir enerjisi vardır. Çekirdek 32 16

17 Çizgi Spektrumun Oluşumu Elektron Yörüngeleri Elektron yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine düştüğünde bir paket enerji (kuantum) ışık olarak yayılır. Yayılan ışığın rengi çizgi spektrumdaki çizgilerden birine karşılık gelir. Çekirdek 33 Çizgi Spektrumun Oluşumu Elektron Yörüngeleri Spektrumda her çizgi farklı bir elektron atlayışına karşılık gelir. Çekirdek 34 17

18 Çizgi Spektrumun Oluşumu Elektron Yörüngeleri Yayılan ışık sürekli değildir, kuanta (tekil: kuantum) adı verilen belirli paketler halinde yayılır. Çekirdek 35 Çizgi Spektrumun Oluşumu Elektron Yörüngeleri Bir elektron bulunduğu yörüngeye bağlı olarak olası enerjilerden birine sahiptir. E 1 E 2 E 3 Çekirdek 36 18

19 Hidrojen Atomunun Çizgi Spektrumu 37 Hidrojen Atomunun Çizgi Spektrumu 38 19

20 Hidrojen Atomunun Çizgi Spektrumu 39 Çeşitli Elementlerin Çizgi Spektrumu 40 20

21 Atomik Spektra 41 Yayılma spektrumu ile soğurma spektrumu arasındaki fark 42 21

22 Spektrometrenin Ana Bileşenleri Mercekler ve yarıklar; ışığı daraltıp bir çizgi halinde toplar. Örnek (küvet içinde); farklı dalgaboylarında gelen ışığı soğurur. Bilgisayar; sinyalleri görsel verilere çevirir. Kaynak; belirli bir dalgaboyunda ışık yayar. Monokromatör (dalgaboyu seçici); belirlenmiş dalgaboylarındaki ışığın geçmesine izin verir. Dedektör; örnekten yayılan ışığı elektrik sinyallerine dönüştürür. 43 Güneş 44 22