Atomets struktur

Atom og elektromagnetisk stråling

Fundamentale subatomære partikler

Antallet af protoner, neutroner og elektroner i et atom kan bestemmes fra et sæt enkle regler.

• Antallet af protoner i atomens kerne er lig med atomnummeret (Z).
• Antallet af elektroner i et neutralt atom er lig med antallet af protoner.
• Atomets (M) masse er lig med summen af antallet af protoner og neutroner i kernen.
• Antallet af neutroner er lig forskellen mellem atomnummerets (M) og atomnummeret (Z).

Eksempler: Lad os bestem antallet af protoner, neutroner og elektroner i de følgende isotoper.

De forskellige isotoper af et element er identificeret ved at skrive atomets masse i det øverste venstre hjørne af symbolet for elementet. 12C, 13C og 14Care isotoper af kulstof (Z = 6) og indeholder derfor seks protoner. Hvis atomerne er neutrale, skal de også indeholde seks elektroner. Den eneste forskel mellem disse isotoper er antallet af neutroner i kernen.

12C: 6 elektroner, 6 protoner og 6 neutroner

13C: 6 elektroner, 6 protoner og 7 neutroner

14C: 6 elektroner, 6 protoner og 8 neut rons

Elektromagnetisk stråling

Meget af det, der vides om strukturen af elektronerne i et atom, er opnået ved at studere interaktionen mellem materiale og forskellige former for elektromagnetisk stråling. har nogle af egenskaberne ved både aparticle og en bølge.

Partikler har en bestemt masse, og de optager plads. Bølger ikke nogen masse, og alligevel bærer de energi, når de rejser gennem rummet. Ud over deres evne til at bære energi har bølger fire andre karakteristiske egenskaber: hastighed, frekvens, bølgelængde og amplitude. Frekvensen (v) er derefter antallet af bølger (eller cyklusser) pr. Tidsenhed. Frekvensen af awave rapporteres i enheder af cyklusser pr. Sekund (s-1) eller hertz (Hz).

Den idealiserede tegning af en bølge i nedenstående figur illustrerer definitionerne af amplitude og bølgelængde. Bølgelængden (l) er den mindste afstand mellem gentagne punkter på bølgen. Bølgens amplitude er afstanden mellem det højeste (eller laveste) punkt på bølgen og tyngdepunktet for bølgen.

Hvis vi måler frekvensen (v) af en bølge i cyklusser, og bølgelængden (l) i meter, produkt af disse to tal har enhederne meter pr. sekund. Produktet af frekvensen (v) gange bølgelængden (l) for awave er derfor den eller de hastigheder, hvormed bølgen bevæger sig gennem rummet.

vl = s

Lys og andre former for elektromagnetisk stråling

Lys er en bølge med både elektrisk og magnetiske komponenter. Det er derfor en form for elektromagnetisk stråling.

Synligt lys indeholder det smalle bånd af frekvenser og bølgelængder i den del af det elektromagnetiske spektrum, som vores øjne kan registrere. Det inkluderer stråling med bølgelængder mellem ca. 400 nm (violet) og 700 nm (rød). Fordi det er bølget, bøjes lyset, når det kommer ind i et prisme. Når hvidlys er fokuseret på et prisme, bøjes lysstrålerne med forskellige bølgelængder i forskellige mængder, og lyset omdannes til et spektrum af farver. Fra den side af spektret, hvor lyset er bøjet i den mindste vinkel, er farverne røde, orange, gule, grønne, blå og violette.

Som vi kan se fra det følgende diagram, stiger den energi, der transporteres lys, når vi går fra rød til blå over det synlige spektrum.

Fordi bølgelængden af elektromagnetisk stråling kan være så lang som 40 m eller så kort som 10-5 nm, er det synlige spektrum kun en lille del af det samlede interval for elektromagnetisk stråling.

Det elektromagnetiske spektrum inkluderer radio- og tv-bølger, mikrobølger, infrarødt, synligt lys, ultraviolet, røntgenstråler, g- stråler og kosmiske stråler som vist i figuren ovenfor. Disse forskellige former for stråling bevæger sig alle med lysets hastighed (c). De adskiller sig imidlertid i deres frekvenser og bølgelængder. Produktet af frekvensen gange bølgelængden af elektromagnetisk stråling er altid lig med lysets hastighed.

vl = c

Som et resultat har elektromagnetisk stråling, der har en lang bølgelængde, en lav frekvens, og stråling med en høj frekvens har en kort bølgelængde.