Het ATOOM

Een atoom kan slechts in bepaalde stationaire toestanden bestaan. In deze toestand heeft het atoom een bepaalde inwendige energie (laagst-grondtoestand). Als het een grotere energie heeft is het aangeslagen. De

toestand van de grootste energie is de geioniseerde toestand. De ionisatie-energie is de energie die nodig is om het atoom te inoniseren. Uitgedrukt in EV. Bij geioniseerde toestand het het electron ver verwijderd van de kern.

Als een atoom van een bepaalde toestand overgaat moet het dar een bepaalde energiegrootte opnemen of afstaan. Energie wordt weer verloren door uitzending foton (bv vann3 naar n2) wordt aan een atoom voldoende energie toegevoegd en door het atoom geabsorbeerd, dan zal een buitenste electron naar een meer nar buitengelegen baan gaan. Daar blijft het zeer kort. Het valt snel terug naar de oorspronkelijke baan onder uitstraling van een foton. Energietoevoerkan plaatsvinden door botsingen met materiele deeltjes of dmv passende fototenen. Van O-atoom liggen. Als van het waterstofspectrum de balmerreeks wordt gemeten liggen alleen de eerste 4 in het zichtbare deel.

Naarmate ze verder van het zichtbareb gedeelte zijn gelegen krijgen ze een kortere glflengte (grotere energie). De lijnen komen steeds dichter bij elkaar, immers de hoge waarden van n liggen dichter bijelkaar: tenslotte grenswaarde. Vanaf u - o zijn geen quantatoestanden meer maar continumogelijkheden aan energietoestanden. Straling met zeer korte golflengte onstaat als van een zwar atoom een van de electronen uit een baan dicht bij de kern wordt verwijderd door beschieting (b.v. goud) De lege plaats kan worden opgevuld door een electron van een verdere baan.

tijdens dit proces, dat optreedt nadat een lege plaats ontstaan is, blijft de totale energie van het atoom behouden. Het electron dat van een meer neer binnen gelegen baan springt, krijgt een lagere energie. Dit verschil in energie wordt door het atoom afgestaan in de vorm van straling. Voor een atoom met een voldoende hoog atoonmummer zijn de 2 electronen in de schil met n=1 zeer dicht bij de kern. De quantumfysica leert dat de schil met n=2 maximaal 8 electronen kan bevatten. Afhankelijk van het aantal electronen dat rond de kern beweegt, worden steeds verder van de kern gelegen banen opgevuld met electronen.

Naarmate de electronen verder verwijderd zijn van de kern zijn ze losser gebonden. De Coulombkracht wordt kleinder. De buitenste electronen worden valentielectronen genoemd. Bijna alle goed geleidende metalen hebben 1 of 2 valentielectronen in de buitenste Bohr-baan. Als de atomen een kristallijn structuur vormen, kunnen de valentieelectronen niet aan een bepaald atoom worden toegekend. Ze zweven door het kristal als vrije electronen. Emmissie van electronen uit materialen is mogelijk via thermische emmissie, emmissie door botsing en het foto-electrisch effect.

De radio-actieve tijdschaal
Wanner een stuk hout 1000 jar oud wordt gevonden: Was deel van levende plant die kooldyoxyde absorbeerde uit de lucht. Koolsof door botsing met kosmische stralen met stikstof in de lucht. Isotoop koolstof 14 is radioactief. K14 verbindt sich met zuurstofatomen en vormt kooldyoxyde. Bij dood van de plant gaat K14 tot verbinding over en zend straling uit B en wordt weer stikstof. Gemiddelde leeftijf K14 is 8000 jaar. Tegen de tijd dat het stuk hout dat K14 bevat 5570 jaar oud is is de hoeveelheid met de helft verminderd. Gemiddeld zendt een gram K14 13B stralen per minuut uit. Tegen de tijd dat een monster 70.000 jaar oud is, is zo goed als alle K14 verdwenen.

halveringstijden radioactieve stoffen:

polonium minder dan 1 seconde
natrium 24 15 uur
ijzer 59 45,1 uur
goud 198 2,7 dag
radon 4 dagen
jodium 131 8.07 dag
fosfor 60 14.5 dag
koolstof 11 1.8 jaar
kobalt 5 jaar
radium 1622 jaar (1gram zendt per sec 37 miljard A-deeltjes uit)
koolstof 14 5736 jaar
plutonium 24000 jaar
uranium 238 4.5000.0000 jaar

In de natuur komen 3 families van radio-actieve elemten voor uranium, thorium en actimium. Radio-actieve (instabiele atomen) zenden 4 verschillende soorten straling uit:A,B,Y en positronen om zo stabielere kernverhouding te krijgen. A-straling is 2 protonen 2 neutronen afstand + 5 tot 8 cm wordt al geblokt door velletje papier. B-straling uit de kern! als neutron omgezet in proton (negatief electron) snelheid groot kan door aluminium poaat van 8 cm. vooral bij lichtere atomen ook positronen.

A-straling bij zwaardere elementen. Y-straling = electromagnetische straling met ultra korte golflengte. vervoeren overschot aan energie is ladingloos. Bij de meeste vormen van atoominstabiliteit. Kan met snelheid van het licht door staalplaat van 22 cm. Als kern te veel protonen bevat kan proton omgezet worden in neutron onder uitzetting van positronen (- lading weg met positron). Is transmutatie van de elemten. Positronen verenigen zich in zeer korte tijd met elctron en gaan over in straling.

Protonen ,neutronen en deuteronen (1 proton + neutron) en alfa-deeltjes(2p + 2n) worden gebruikt voor baombarderen van de kern. Als elementen te reageren vindt reactie plaats buiten de kern. De atomen veranderen niet. Voor bombardement worden machines als cyclotron linaire versnellers gebruikt. Vooral neutronen worden gebruikt, omdat ze geen lading heeft en door de kern niet wordt afgestoren. Neutronen (langzame) kunnen uranium kern doen splijten. Daar komt veel energie vrij. Als de kern in tweeen splijt stoten de gelijke delen elkaar krachtig af en doen dat met grote snelheid. Terwijl bij de andere kernreacties slechts kleine brokstukken A of B deeltjes afsplitsen breekt hier een grote kern dus geheel in stukken.

Grote hoeveelheid protonen in zware kernen dus maximum aan lading, maar er is kleine stoot voor nodig tot catastrofe. Energie komt dus vrij bij breken bindingsenergie kern P+N. Bij splijting wordt massa verbruikt voor het scheppen van energie volgens E=MC. Omdat er voor ierder neutron dat wordt gebruikt om kernsplitsing op gang te brengen, drie anderen neutronen vrijkomen ontstaat de mogelijkheid van een kernreactie. Neutronen worden vertraagd anders zoudern ze opgenomen worden in de kern van u238. Kunnen alleen vertraagd worden en niet versnelt met magneten zoals protonen en electronen, omdat ze niet reageren op electrische velden. Vertraging door grafiet moderator.

De kunstmatige isotopen hebben zeer korte levensduur (snelle vervaltijd) en zijn dus niet in de natuur aan te treffen, alleen die met langere vervaltijden (uranium etc). Bij kernsplitsing vrijkomen kernen met vervaltijd jaar en langer die chemische reactie aangaan met levende organismen (met genen cellen). Berucht is strontium 90, dat door zijn gelijkenis met Calcium makkelijk in het beenderstelsel wordt opgenomen. Ook ytrium en plutonium 239. Is in principe mogelijk om afvalproducten af te sluiten en op te slaan moet wel voor vele jaren. Krypton 85 jan dat niet, verbindt zich moeilijk met andere stoffen en dus moeilijk in te kapselen, waardoor ook minder gevaarlijk voor het lichaam. Bij hoge energiereacties in deeltjesversnellers ontstaan nieuwe deeltjes: waar van de massa tussen de lichte electronen en de zware kerndeeltjes liggen: mesonen nog hogere energie in gebied miljarden EV worden negatieve (anti)-protonen geschapen

De energie waarmee electron groter dan waterstof aan atoom is gebonden hangt ook af van het baantype. Een lage L betekent een smalle elips, die diep in het sterke veld van de kern doordringt (duiknaan). Dus hebben zij lagere energie dan p-banen. Bij lithium is 1s vol. Het 3 electron is in grondtoestand in s2, maar het kan ook in 3s, 3p, 3d zijn. De ionisatieenergie van Litium bedraagt 5,37EV. De verwijdering van een electron uit de 2p-baan van Li kost 3,4EV dus evenveel als bij H. Dit komt, doordat de 2p-banen van Li haast neit in de K-schil doordringt en zich dus bijna gedraagd alsaof het elecrtron liep in het vled van een kernlading 3e-2e -e. Het is moeilijk om dicht bij elkaar leggende lijnen te ontcijferen.

moleculen en atomen trekken elkaar aan met de zogenaamde Van der Waalskracht. verminder je die afstand tussen 2 atomen met de helft, dan wordt die kracht 2tot de zevende macht = 128 x zo sterk.

Planck: straling wordt uitgezonden in vaste quanta. De grootte van de energie is omgekeerd evenredig met de golflengte, ofwel evenredig met de frequentie van het uitgezonden licht E = H x V (E energie) = (H constante Planck) (V freguentie). einstein formuleerde dit in 1905 radicaler: straling kan alleen maar bestaan in vleevouden van quanta. ( golf elemantaire deeltjes: foton).

Electron niet een soort planneet is golfverschijnsel en lijkt op verschillende plaatsen tegelijk te kunnen zijn. Men kan niet tegerlijktijd zijn plaats en zijn snelheid bepalen: de Kopenhaagse interpretatie. We spreken van de toestand van een electron. De detector ( zoals een oog) stelt de aanwezigheid vast. Als we een quantumtoestand kennen, kunnen we de kans uitrekenen dat de detector het zal registreren. Uitkomstberekening is altijd een kans( omdat we ze niet kunnen waarnemen, slechts de sporen die ze achterlaten). Het onstaaan van leven en het functioeneren van onze hersenen volgt de zelfde kansberekening. Waarschijnlijk zal dit uitgangspunt verdwijnen bij vasstelling volledige theorie van krachten.

De krachten waarmee subatomaire deeltjes op elkaar inwerken en die kernen bij elkaar houden zijn zo groot dat de snelhedenen waarmee ze omelkaar bewegen in de buurt van de lichtsnelheid komt. Bij zulke snelheden gaat de speciale revelativiteitstheorie van Einstein een rol spelen. E = MC2 massa en enrgie hangen van de snelheid af! M = E X C2. Alle materie veranderd bij snelheid ( ook de immatariele ideeen?) Teneinde het relativiteitsbeginsel van toepassing te doen zijn op de zwaartekracht moest relativiteit worden uitgebreid. De zwaartekrecht doet het zelfde als snelheid: het kromt tijd en ruimte! ( de algemene theorie)

Zwaartekracht (1.000.000 x zwakker dan electomagnetische kracht)
- grijpt alle deeltjes met massa
- zeer grote rijkwijdt
- uiterst zwak
- drager het graviton

Zwakke kracht (1000 x zwakker dan electro magnetische kracht)
- zorgt voor instabiliteit kern, kan deeltjes omzetten (positron, neutrino)
- werkt op alle deeltjes
- zeer zwak
- de drager W+ W- en Z-

Electromagnetisme (kracht waarmee 2 electrische ladingen elkaar aan-of afstoten)
- kracht werkt op alle electrische lading
- heeft zeer grote rijkwijdte tussen sterren
- vrij zweak
- de drager is de foton (geen massa)

Sterke kracht (1000x electromagnetische kracht)
- werkt op hadronen
- werkt slechts op afstand lichte kern
- is zeer sterk
- drager zijn gluonen (tot 72 pionen)

Ook de sterke kracht is geguantificeerd. De drager is het pion dit heeft i.t.t. het foton wel massa. De rustmassa is 140 MeV. Het is zwaarder dan het electron en kent drie soorten -,+ en 0. Als protonen en neutronen met voldoende energie botsen ontstaan pionen. Als ze heftig gaan bewegen


Het atoom:
- heeft 10 banen (7 schillen)
- waterstof 1 electron ionisatie bij 13.4 EV bij meer energie krijgt electron kinetsiche energie erbij (snelheid) continu
 

U = -13.6 x 1/n (EV) ionisatie
 

- bij grote atomen meer bindingsenergie, dus meer energie nodig om electron te verplaatsen of te ioniseren.
- bij hele hoge energieniveaus creatie materie.
- soorten energieverbruik, trilling, straling, kinetische energie,

trilling = infrarood? radiostraling = geluid? trilling moleculen en draaien
 

7 schillen:

OPQ - rontgen

KLMN - zichtbaar licht

kern - gammastraling

 

K 12        rond
L          2s          2s
  2p        rond binnen 2s
M         3s        eliptisch buiten L
  3p eliptisch binnen 3s
  3d  rond binnen 3s + 3p
N          4s  eliptisch buiten M
  4p        eliptisc binnen 4s
  4d        rond binnen 4s + 4d
  4f         ?
O         5s        eliptisch           buiten N
  5p        eliptisch           binnen 5s
  5d        eliptisch           ?
  5f         rond                 binnen 5s + 5p
P          6s        eliptisch buiten O
  6p        eliptisch           binnen 6s
  6d        ?
Q 7s        eliptisch buiten P
     

 

Electromagnetische straling

golflengte (epsilon) x frequentie (v) = leichtsnelheid (c)
 

Energie van quantum = h (planck 6,6, x 10 -34) x frequentis in Hertz s-1

1 joule = 10tot zevende erg

intensiteit straling

i=(2h.v.tot derde/c) (c hv/kt -1)
h= Planck k Boetsmanconstante 1,38 x 10-23J. graad -1
e= 2,718
t= Kelvin bij mens temperatuur 37 C (310) intensiteit 10-5 infrarood

waterstof van n=1 naar n=2 winst 10,2

10,2x1,6x10-19J = 1,63 x 10-18J frequantie 2,47 x 10 tot 15 Herz golflengte 1216A )rontgen
straling tussen 400 en 800nm is zichtbaar

waterstof geioniseerd: u=-13,6 x 1:n