VI.3 Утворення спектрів випромінювання і поглинання електромагнітних хвиль

Ватомі кожного хімічного елемента значення енергії електрона на кожній із стаціонарних орбіт абсолютно певне і не таке як в атомах інших хімічних елементів. Відповідно й різниця енергії між стаціонарними енергетичними рівнями електронів в атомах різних хімічних елементів різна, але певна для кожного хіміч- Рис.VI.3

ного елемента.

При поглинанні (випромінюванні) електромагнітних хвиль їх енергія () дорівнює різниці між значеннями енергіїW_iіW_nенергетичних рівнів, між якими відбувається перехід електрона (W_i– енергія рівня, з якого переходить, аW_n– енергія рівня на який переходить електрон) (рис.VI.3).

. (VI.2)

Оскільки різниця W_i–W_nв атомі хімічного елемента певні, то він випромінює (поглинає) електромагнітні хвилі тільки з певними частотами(довжинами хвиль). Тому, визначаючи спектр випромінювання чи поглинання тіла, можна встановити, із атомів яких хімічних елементів воно складається, а за інтенсивністю випроміню-вання (поглинання) – про їх кількість.

Визначення спектрів випромінювання (поглинання) лежить в основі спектрального аналізу хімічного складу речовин. Для цього використовують спектрометри і спектрографи різних конструкцій.

VI.4 Фотоелектричний ефект

Фотоефектом називають повне або часткове звільнення електронів від зв’язків з атомами і молекулами речовини під дією світла.

Розрізняють два види фотоефекту – внутрішнійізовнішній.

При внутрішньому фотоефекті під дією світла електрони звільняються від зв’язків з атомами і стають вільними, але не виходять за межі речовини. Внаслідок цього збільшується електропровідність тіла (зменшується опір електричному струмові).

При зовнішньому фотоефекті електрони не тільки відриваються від атомів, а й виходять за межі освітлюваного тіла.

У явищі фотоефекту яскраво проявляється квантова природа світла. Так, при фотоефекті один електрон поглинає тільки один квант світла (мінімальну неподільну порцію електромагнітної енергії). Очевидно, що енергія поглинутого електроном кванта світла hповинна бути рівною або більшою ніж робота виходу А_вихелектрона з речовини. Згідно зрівнянням Ейнштейна, яке виражає собою закон збереження енергії при зовнішньому фотоефекті, енергія фотона витрачається на виконання роботи виходу А_вихелектрона з тіла, а залишок її – на надання цьому електрону кінетичної енергії(деmiv– маса і швидкість електрона, відповідно).

. (VI.3)

Зрозумілою, що при h < A_вихелектрони не виходять за межі тіла.

Мінімальна частота _min світла (електромагнітної хвилі), при якій починається зовнішній фотоефект (тобто коли h_min=A_вих ) називається червоною межею фотоефекту.

Знаходячи експериментальним шляхом чисельне значення червоної межі фотоефекту _min, визначають таку важливу характеристику речовин, як робота виходу електрона з них. Якщо робота виходу електрона з речовини мала, то речовина хімічно активна, а якщо велика – хімічно пасивна.

VII. Ядра атомів хімічних елементів

VII.1 Будова ядер атомів. Ізотопи. Ядерні сили

Ядра атомів всіх хімічних елементів складаються із двох типів елементарних частинок – протонів і нейтронів та мають розмір порядку 10^-15м.Протон– це елементарна частинка, яка має позитивний заряд, рівний за величиною заряду електрона (е = 1,610^-19Кл), і масуm_p= 1,672610^-27кг.Нейтрон– не заряджена частинка з масоюm_n= 1,674910^-27кг. Загальна назва цих частинок –нуклони.

Кількість протонів N_pв ядрі атома хімічного елемента дорівнює його порядковому номеруZв таблиці Менделєєва, а кількість нейтронівN_n– різниці між масовим числом А атома і атомним номером елемента:

N_n = A – Z.

У всіх ядрах атомів даного хімічного елемента кількість протонів однакова, але нейтронів – може бути різним.

Атоми, ядра яких мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів, називають ізотопами.

Наприклад, водень має чотири ізотопи – протій, дейтерій, тритій, чотиринуклонний ізотоп. У ядрі протію – один протон (масове число А = 1), дейтерію – один протон і один нейтрон (А = 2), тритію – один протон і два нейтрони (А = 3), чотиринуклонного ізотопа – один протон і три нейтрони (А = 4).

Нуклони утримуються в ядрі завдяки ядерним силампритягання, що мають неелектричну природу, діють на відстанях менше 10^-15м, і за величиною переважають сили електростатичного відштовхування, що діють між протонами. При більших відстанях ядерні сили різко спадають до нуля. Ці сили притягання називаютьядерними (або сильними) і вони є одними з чотирьох видів фундаментальних сил, що існують у природі (поряд з електромагнітними, гравітаційними і так званими “слабкими” силами).