Branduolys
5 (100%) 1 vote

Branduolys

1Atomu saveikos molekuleje samprata

Molekulė – mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines tos medžiagos chemines savybes. Ji susideda iš tokių pat ar skirtingų atomų.Atomus molekulėje į patvarią daugiaatomę sistemą sieja atomų sąveika, kuri dar vadinama cheminiu ryšiu. Atomams susijungus į molekulę, jos optinis spektras labai skiriasi nuo atominio spektro, o būdingasis Rentgeno spektras nepakinta.Vadinasi tarpatominę sąveiką molekulėse lemia atomų valentiniai elektronai. Molekulės tarpatominių ryšių tipai: joninis ir valentinis.

Joninis ryšys.

Molekulėse kuriose sąveikaujantys atomai yra pavirtę priešingo ženklo krūvį turinčiais jonais, vadinamos joninėmis. Tarpatominis ryšys, pasireiškiantis šių jonų elektrostatine trauka, vadinamas, joniniu. Darbas, kurį reikia atlikti norint išstumti šį elektroną iš atomo, vadinamas jonizacijos energija ir lygus apie 5,1 eV. Išsiskyręs energijos kiekis vadinamas elektroninio giminingumo energija. Išardant molekulę, reikia atlikti darbą A=Vd. Jis vadinamas molekulės disociacijos darbu.Joninis ryšys gali susidaryti tik tarp atomų, kurių elektronų išorinio sluoksnio s ir p posluoksniai labai skirtingai užpildyti elektronais.

Valentinis ryšys.

Gamtoje egzistuoja ir iš vienodų atomų sudarytos molekulės, pvz. H2, O2, N2. Valentinio rysio susidaryma lemia spinu orientacija. Kai jie antilygiagretūs, tai atomams suartėjant, sistemos energija pastebimai mažėja ir susidaro cheminis ryšys. Tuomet persiklojant elektrono krūvio debesims, jų krūvio tankis erdvėje tarp branduolių labai padidėja. Galima sakyti, kad kiekvienas elektronas vienu metu priklauso abiem branduoliams. Šis ryšys tarp atiomų vadinamas valentiniu ar kovalentiniu. Kai elektronų sukiniai lygiagretūs, jų krūvio debesų tankis tarp atomų sumažėja, ir cheminis ryšys tarp atomų nesusidaro.

Elementu valentingumas

Atomo valentingumu vadinamas valentiniu jungčiu, kurias jis gali sudaryti, skaičius.

2 Molekuliniai spektrai. Rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai energijos lygmenys.

Elektromagnetiniai absorbcijos, emisijos ar kombinacinio išsklaidymo spektrai, susidarantys dėl kvantinių šuolių tarp laisvosios ar silpnai su kitomis sąveikaujančios molekulės energijos lygmenų, vadinamas molekuliniais. Norint nustatyti šių spektrų dėsningumus, reikia žinoti molekulės energijos išraišką. Atome elektrono būseną nusako 4 kvantiniai skaičiai. Molekulė gali judėti sudėtingiau už pavienį atomą: ji gali suktis arba atomai molekulėje gali virpėti. Molekulės būsenai nusakyti reikia daugiau ir kvantinių skaičių negu atomo būsenai nusakyti. Laisvosios molekulės energija W susideda iš tokių dėmenų: jos masės centro slenkamojo judėjimo energijos Ws, molekulę sudarančių atomų branduolių energijos Wb, elektronų judėjimo ir sąveikos energijos We atome, molekulės kaip visumos sukamojo judėjimo energijos Wr ir molekulę sudarančių atomų branduolių virpėjimo apie jų pusiausvyros padėtį energijos Wv. Pilnutinė energija W=Ws+Wb+We+Wv+Wr. Molekulės kaip ir šiaip laisvosios dalelės slenkamojo judėjimo energija Ws yra nekvantuota ir ji spektrams įtakos neturi. Pastebimos įtakos molekuliniams spektrams neturi ir branduolių energija Wb, todėl į šiuos dydžius nekreipiame dėmesio. Svarbiausius dėsningumus lemia energijos W’=We+Wv+Wr pokyčiai.

Rotaciniai energijos lygmenys.

Mokulę laikykime absoliučiai standžia ir besisukančia apie atomus jungiančiai tiesei statmeną ašį, kuri eina pro molekulės masių centrą. Šios ašies atžvilgiu molekulės inercijos momentą pažymėkime Iz. Tuomet molekulės sukamojo judėjimo energija

Čia L – molekulės rotacijos judesio kiekio momentas. Jis kvantinėje mechanikoje išreiškiamas lygybe, todėl čia jį užrašysime šitaip:

(J=0, 1, 2, …) Jis vadinamas rotaciniu kvantiniu skaičiumi. Molekulės, kurios rotacinė būsena nusakoma dydžiu J, sukamojo judėjimo energija išreiškiama taip:Nuo molekulės sandaros priklausantis ir energijos vienetais matuojamas dydis B vadinamas molekulės rotacijos konstanta. Skirtumas tarp gretimų rotacinės energijos lygmenų yra šitoks:Jis yra 10-5-10-3eV eilės. Iš judesio kiekio momento tvermės dėsnio galimi tik šuoliai į gretimą rotacinės energijos lygmenį.

Vibraciniai energijos lygmenys.

Ryšys tarp atomų molekulėje yra tamprusis. Nuotoliui tarp atomų centrų pakitus dydžiu

r-r0, atsiranda link pusiausvyros padėties nukreipta kvazitamprioji jėga – dėl to kiekvieno atomo branduolys virpa apie savo pusiausvyros padėtį (r=r0). Jeigu virpesių amplitudė palyginti su r0 yra labai maža, tai jie yra harmoniniai ir jiems tinka harmoniniai osciliatoriaus dėsningumai. Tokio osciliatoriaus energija išreiškiama lygtimi:(v=0, 1, 2, ..); v-vibracinis kvantinis skaičius, 0 – nuo virpančios dalelės masės m ir sistemos kvazimetampriosios konstantos priklausantis virpėjimo dažnis. Nuotolis tarp gretimų vibracinės energijos lygmenų yra vienodas ir lygusŠis skirtumas yra 10-2-10-1 eV eilės. Esant dideliems vibraciniams kvantiniams skaičiams v, atomų sąveikos potencinė energija V(r) kinta ne parabolės dėsniu, vadinasi virpesiai yra anharmoniniai.

Molekulės elektronų lygmenys – tai atomo energijos lygmenys. Labiausiai ši energija priklauso nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus n.
Kai kvantinio šuolio metu kinta n, tai elektronų energijos pokytis We yra keleto eV eilės ir gaunamas regimasis ar ultravioletinis spinduliavimas.

3 Vandenilio atomo emisijos ir absorbcijos spektrai. Visas atominio vandenilio spinduliavimo spektro serijas galima uzrasyti sitokia apibendrinta Balmerio formule:

w= R’ ((1/n2)-(1/m2))

w- ciklinis daznis

R’- Rydbergo konstanta.

Kai n=1, o m= 2,3,4… gaunama Laimano serija

Kai n=2, o m=3,4.5,… gaunama Balmerio serija

Kai n=3, o m=4.5,6… gaunama Balmerio serija

Atomo spektras- atomo vidines strukturos atspindys.

=T(n)-T(m)- spektro termas

Emisinio ir absorbcinio spektru suma yra vientisas spektras.Kiekviena horizontali linija vaizduoja atomo energija, kai jis yra stocionarioje busenoje.Energijos emisija vyksta, kai atomas is aukstesnio energetinio lygmens pereina i zemesni energijos lygmeni, o jei viskas vyksta atvirksciai tada vyksta energijos absorbcija.

4. Kvantiniu stiprintuvu ir generatoriu veikimo pricipas. Kvantiniu generatoriu praktinis naudojimas. Įtaisas, kuriuo dėl indukuotųjų spindulinių šuolių generuojamas  dažnio signalas, vadinamas kvantiniu generatoriumi. Jeigu jis yra optinių dažnių diapazone, tai prietaisas dar vadinamas lazeriu, arba optiniu kvantiniu generatoriumi, o jeigu mikrobangų diapazone – mazeriu. Kai toks įtaisas naudojamas  dažnio išoriniam signalui stiprinti, tuomet jis vadinamas kvantiniu stiprintuvu. Jo veikimo principas visai toks pat kaip kvantinio generatoriaus.

Kiekvieną kvantinį generatorių sudaro rezonansinis stiprintuvas ir grįžtamojo ryšio elementai. Stiprintuvą sudaro aktyvioji medžiaga ir jos žadinimo energijos šaltinis. Grįžtamojo ryšio grandinę sudaro atviras rezonatorius, t.y. du tam tikru nuotoliu įtaisyti lygiagretūs veidrodžiai. Vienas jų, yra pusiau skaidrus.. Kad būtų generuojamas spinduliavimas, rezonatoriaus ilgis irgi turi tenkinti tam tikras sąlygas todėl, kad elektromagnetinis spinduliavimas turi ir bangų savybių. Spinduliavimo stiprėjimas kvantiniame generatoriuje reiškia, kad nepaliaujamai didėja bangos amplitudė. Pasiekus rezonansą ji pasidaro didžiausia.Tai įvyksta tuomet, kai rezonatoriaus ilgyje telpa generuojamų bangų sveikasis pusbangių skaičius, t.y. , (n = 1,2,3,…) Kvantiniai generatoriai gali dirbti dvejopu režimu. Jei aktyvioji medžiaga optiškai žadinama impulsine lempa, tai generuojamo impulso trukmė beveik tokia pat. Kiti kvantiniai generatoriai gali veikti ir tolydiniu režimu. Šitaip veikia helio ir neono dujų mišinio lazeriai.

5 Kvantinės elektronikos taikymas

Kvantiniai stiprintuvai pasižymi dideliu jautrumu ir ypač žemu triukšmų lygiu. Keletas taikymo atvejų:

1. Radijo ryšio sistemose kaip nešančioji banga galės būti panaudota lazerio šviesa.

2. Sukurti lazeriniai interferometrai, skirti poslinkiams bei nuotoliams matuoti.

3. Monochromatinį kryptingą lazerio šviesą sufokusavus į kelių miikro metrų plotelį galima vakuume arba per skaidrų sluoksnį lydyti, garinti, pjaustyti, gręžti įvairias medžiagas.

4. Lazerio šviesa taikoma holografijoje.

5. Labai plati kvantinės elektronikos taikymo sritis yra radiospektroskopija.

6 Pasiskirstymo funkcija. Bozes-Einsteino, Fermio-Dirako skirtiniai.Bozonai ir fermijonai.

f(w) parodo vidutini daleliu skaiciu, kurios uzima busenas su energija w Jei turime energijos intervale w, w+dw, tai tokiome intervale galimu skaicius yra proporcingas energijos intervalui G(w)=dw

G(w)=g(w)*dw, G-busenu tankis, parodo busenu skaicius vienetiniame energijos intervale.Daleliu skaicius, kuriu energija yra w, n+dn bus dN

dN=f(v)g(N)dw

Daleles, kurios sukinio kvantini skaiciu S turi pusines reiksmes vad. Fermionais, todel galios Fermi-Dirako desnis.

Daleles, kuriu S yra sveiki skaiciai vadinami bozonais, joms galios einsteino statistika.

Boze-Einsteino kvantine statistika:

galioja dalelems su sveiku sukiniu- bozonams.Joms galioja Pauli draudimo principas, t.y. kiekvienoje kvantu busenoje gali buti bet kiek tu daleliu..

.

i-kvantiniu skaiciu aprasanciu daleles buvi rinkinys

μ-cheminis potencialas

k- Bolcmano konstanta

Jei dujos isretintos tai e((Ec-μ)/kT))>>1 Jei μ=0 tai sistema yra su kintamu daleliu skaiciumi.

Fermio ir Dirako pasiskirstymas:

Jei kvantinę sistemą sudaro tokios dalelės, kurių būsena aprašoma antisimetrinėmis banginėmis funkcijomis (pvz. elektronai), tuomet sistemoje negali būti dviejų visais vienodais kvantiniais skaičiais aprašomų dalelių. Šitokios dalelės vadinamos Fermio dalelėmis arba fermionais. Dėl to kiekvienai energijos vertei wi susumavus lieka tik du nariai, atitinkantys dalelių skaičių

ni = 0 ir ni = 1. Abiem šiais atvejais būsenų skaičius (ni) = 1. Atsižvelgę i tai rašome Fermio ir Dirako pasiskirstymą:Funkcija f(wi) rodo energijos lygmens užpildymo tikimybę.

Fermio energija. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermio energija wF=μ, todėl jiems pasiskirstymą galima perrašyti šitaip: 7.Elektronines dujos.Fermio energija.

Laidumo arba laisvieji elektronai kristale ar plazmoje vadinami elektroninėmis dujomis. Elektronų sukinio kvantinis skaičius s = ½, todėl jų būsena aprašoma antisimetrine bangine funkcija, o jų pasiskirstymas pagal energijas nusakomas Fermio ir Dirako dėsniu. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermui energija wF = , todėl jiems pasiskirstymą galima
perrašyti taip:

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 1533 žodžiai iš 4942 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.