Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

ΣΥΝΟΨΗ 2ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson, το άτομο αποτελείται από μία σφαίρα ομοιόμορφα κατανεμημένου θετικού φορτίου, μέσα στην οποία είναι ενσωματωμένα τα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με το πρότυπο του Rutherford, το άτομο αποτελείται: i. από μια μικρή περιοχή (πυρήνας), στην οποία είναι συγκεντρωμένο όλο το θετικό φορτίο και όλη σχεδόν η μάζα του ατόμου, ii. από τα ηλεκτρόνια, τα οποία κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Το υδρογόνο, όπως και όλα τα αέρια, μπορεί να εκπέμπει μόνο ορισμένες ακτινοβολίες και να απορροφά μόνο εκείνες τις ακτινοβολίες τις οποίες μπορεί να εκπέμπει.

Για να ερμηνεύσει ο Bohr το φάσμα του υδρογόνου, διατύπωσε τις παρακάτω ιδέες: i. Το ηλεκτρόνιο στο άτομο του υδρογόνου μπορεί να κινείται μόνο σε ορισμένες επιτρεπόμενες τροχιές, για τις οποίες η στροφορμή του είναι m υ r = n Χ (h /2π ) = n h (n=1, 2, 3, … , -). ii. Αν το ηλεκτρόνιο του ατόμου μεταπηδήσει από μία επιτρεπόμενη τροχιά ενέργειας Εi σε άλλη τροχιά μικρότερης ενέργειας Εf, τότε το άτομο εκπέμπει ένα φωτόνιο συχνότητας f και ισχύει: ΕiΕf= hf. Η ολική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου δίνεται από τη σχέση: Οι ακτίνες των επιτρεπόμενων τροχιών και οι αντίστοιχες τιμές της ολικής ενέργειας του ηλεκτρονίου δίνονται από τις σχέσεις: Οι επιτρεπόμενες τιμές της ενέργειας ονομάζονται ενεργειακές στάθμες. Οι αντίστοιχες καταστάσεις του ατόμου ονομάζονται ενεργειακές καταστάσεις. Η κατάσταση με τη χαμηλότερη ενέργεια Ε1 ονομάζεται θεμελιώδης κατάσταση. Όλες οι άλλες ενεργειακές καταστάσεις Ε2, Ε3, … ονομάζονται διεγερμένες καταστάσεις.

Η μετάβαση ενός ηλεκτρονίου του ατόμου από μία τροχιά χαμηλής ενέργειας σε άλλη υψηλότερης ενέργειας ονομάζεται διέγερση του ατόμου. Η απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου του ατόμου σε περιοχή εκτός του ηλεκτρικού πεδίου του πυρήνα ονομάζεται ιονισμός του ατόμου.

Οι ακτίνες Χ παράγονται, όταν ηλεκτρόνια μεγάλης ταχύτητας, που έχουν επιταχυνθεί από υψηλή τάση, προσπίπτουν σε μεταλλικό στόχο. Είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που έχει μήκη κύματος πολύ μικρότερα από τα μήκη κύματος των ορατών ακτινοβολιών.

Το φάσμα των ακτίνων Χ είναι σύνθετο. Αποτελείται από ένα συνεχές φάσμα πάνω στο οποίο εμφανίζονται μερικές γραμμές (γραμμικό φάσμα).

Το μικρότερο μήκος κύματος λmin των ακτίνων Χ εκπέμπεται, όταν το ηλεκτρόνιο δίνει όλη την κινητική του ενέργεια σε ένα φωτόνιο σε μία μόνο κρούση. Το μικρότερο μήκος κύματος δίνεται από τη σχέση: Οι ακτίνες Χ προκαλούν βιολογικές βλάβες.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. Ποιο είναι το πρότυπο του Thomson για το άτομο; 2. Ποιο είναι το πρότυπο του Rutherford για το άτομο; 3. Όταν μία δέσμη σωματίων α κατευθύνεται σε λεπτό μεταλλικό φύλλο στόχου, τότε παρατηρούμε ότι: i. τα περισσότερα σωμάτια α περνάνε ανεπηρέαστα μέσα από το στόχο, ii. αρκετά σωμάτια α αποκλίνουν σε διάφορες γωνίες, ενώ λίγα αποκλίνουν κατά 180ο. Ποια από τις παραπάνω παρατηρήσεις δείχνει ότι: α. Ο χώρος μέσα στο άτομο είναι σχεδόν κενός. β. Το θετικό φορτίο του ατόμου είναι συγκεντρωμένο στο κέντρο του ατόμου. γ. Το κέντρο του ατόμου είναι θετικά φορτισμένο. 4. Να εξηγήσετε γιατί το πρότυπο του Rutherford αδυνατεί να ερμηνεύσει τα γραμμικά φάσματα των αερίων. 5. Να διατυπώσετε το πρότυπο του Bohr για το άτομο του υδρογόνου. 6. Να υπολογίσετε την κινητική, τη δυναμική και την ολική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου σε συνάρτηση με την ακτίνα της τροχιάς του. 7. Να σχεδιάσετε το διάγραμμα των ενεργειακών σταθμών για το άτομο του υδρογόνου. 8. Τι ονομάζεται: α. διέγερση, β. ιονισμός, γ. ενέργεια διέγερσης και δ. ενέργεια ιονισμού; 9. Να περιγράψετε το μηχανισμό διέγερσης του ατόμου: α. λόγω κρούσης και β. λόγω απορρόφησης ακτινοβολίας. 10. Ποια γραμμικά φάσματα μπορεί να ερμηνεύσει το πρότυπο του Bohr και ποια δεν μπορεί; 11. Πώς παράγονται οι ακτίνες Χ; 12. Πώς ερμηνεύεται το γραμμικό φάσμα των ακτίνων Χ και πώς το συνεχές φάσμα; 13. Να υπολογιστεί το ελάχιστο μήκος κύματος των ακτίνων Χ. 14. Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η απορρόφηση των ακτίνων Χ και με ποιο τρόπο; 15. Ποια είναι η φύση των ακτίνων Χ; 16. Πού χρησιμοποιούνται οι ακτίνες Χ; 17. Ποιες είναι οι βιολογικές βλάβες που προκαλούν οι ακτίνες Χ; 18. Πώς επηρεάζονται οι ακτίνες Χ: α. από τη θερμοκρασία της καθόδου, β. από την τάση που εφαρμόζεται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, γ. από το υλικό της ανόδου; (Στις ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής που ακολουθούν να κυκλώσετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.) 19. Το ηλεκτρόνιο στο άτομο του υδρογόνου, το οποίο βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση: α. έχει απομακρυνθεί από το άτομο, β. ηρεμεί, γ. είναι σε τροχιά με τη χαμηλότερη ενέργεια, δ. είναι σε τροχιά με την υψηλότερη ενέργεια. 20. Ένα άτομο εκπέμπει ένα φωτόνιο, όταν ένα από τα ηλεκτρόνιά του: α. απομακρύνεται από το άτομο, β. μεταπηδά σε τροχιά μικρότερης ενέργειας, γ. μεταπηδά σε τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας. 21. Το γραμμικό φάσμα εκπομπής αερίου περιέχει μήκη κύματος που είναι: α. ίδια για όλα τα στοιχεία, β. χαρακτηριστικά του στοιχείου που το εκπέμπει, γ. διαφορετικά από τα μήκη κύματος του φάσματος απορρόφησης του ίδιου στοιχείου. 22. Ποιο από τα παρακάτω πειραματικά δεδομένα δείχνει την ύπαρξη διακριτών ενεργειακών σταθμών στα άτομα; α. Το φάσμα εκπομπής ενός στοιχείου περιέχει φωτεινότερες γραμμές σε μεγαλύτερη θερμοκρασία. β. Το φάσμα απορρόφησης ενός στοιχείου έχει σκοτεινές γραμμές στις θέσεις που αντιστοιχούν στις φωτεινές γραμμές του φάσματος εκπομπής. γ. Το φάσμα των ακτίνων Χ παρουσιάζει ένα ελάχιστο μήκος κύματος. 23. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; α. Η ενέργεια ιονισμού είναι μικρότερη από την ενέργεια διέγερσης. β. Η ενέργεια ενός φωτονίου είναι hλ, όπου λ είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. γ. Ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε διεγερμένη ενεργειακή στάθμη ακτινοβολεί συνεχώς ενέργεια. δ. Η θεμελιώδης κατάσταση του ατόμου του υδρογόνου είναι η κατάσταση στην οποία το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στη χαμηλότερη επιτρεπτή ενεργειακή στάθμη. 24. Το σχήμα δείχνει το διάγραμμα των ενεργειακών σταθμών του ατόμου του υδρογόνου. Τα μήκη κύματος λ1, λ2, λ3 είναι τα μήκη κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται κατά τις μεταβάσεις του ηλεκτρονίου μεταξύ των ενεργειακών σταθμών, όπως δείχνουν τα βέλη. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; α. λ2=λ1+λ3 β. λ2 γ. f2=f1+f3 25. Το φάσμα απορρόφησης ενός αερίου εμφανίζει μια συνεχή χρωματιστή ταινία που διακόπτεται από σκοτεινές γραμμές: α. Οι θέσεις των σκοτεινών γραμμών είναι χαρακτηριστικές του στοιχείου. β. Μπορεί δύο διαφορετικά στοιχεία να έχουν το ίδιο φάσμα απορρόφησης. γ. Οι σκοτεινές γραμμές δημιουργούνται, γιατί το λευκό φως απορροφά την ακτινοβολία που εκπέμπει το αέριο. 26. Το γραμμικό φάσμα των ακτίνων Χ αποτελείται από δύο γραμμές που αντιστοιχούν σε μήκη κύματος λ1 και λ2 αντίστοιχα. Οι γραμμές αυτές θα μετατοπιστούν, αν αλλάξουμε: α. το υλικό της ανόδου, β. την τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, γ. τη θερμοκρασία της καθόδου. 27. Το ελάχιστο μήκος λmin του συνεχούς φάσματος των ακτίνων Χ θα μεταβληθεί, αν μεταβάλουμε: α. το υλικό της ανόδου, β. τη θερμοκρασία της καθόδου, γ. τη διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Θεωρούμε ότι τα ηλεκτρόνια ξεκινούν από την κάθοδο με μηδενική ταχύτητα. n=3 λ 3 n=2 n=1 λ 1 λ 2 E3 E2 E1