Atomens struktur

Atom og elektromagnetisk stråling

Fundamentale subatomære partikler

Antallet protoner, nøytroner, og elektroner i et atom kan bestemmes fra et sett med enkle regler.

• Antallet protoner i atomkjernen er lik atomnummeret (Z).
• Antall elektroner i et nøytralt atom er lik antall protoner.
• Atomets (M) massetall er lik summen av antall protoner og nøytroner i kjernen.
• Antall nøytroner er lik forskjellen mellom atomnummeret (M) og atomnummeret (Z).

Eksempler: La oss bestem antall protoner, nøytroner og elektroner i følgende isotoper.

De forskjellige isotopene til et element er identifisert ved å skrive atomnummeret i det øvre venstre hjørnet av symbolet for elementet. 12C, 13C og 14Care isotoper av karbon (Z = 6) og inneholder derfor seks protoner. Hvis atomene er nøytrale, må de også inneholde seks elektroner. Den eneste forskjellen mellom disse isotopene er antallet nøytroner i kjernen.

12C: 6 elektroner, 6 protoner og 6 nøytroner

13C: 6 elektroner, 6 protoner og 7 neutroner

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

Elektromagnetisk stråling

Mye av det som er kjent om strukturen til elektronene i et atom, er oppnådd ved å studere samspillet mellom materie og forskjellige former for elektromagnetisk stråling. har noen av egenskapene til både aparticle og en bølge.

Partikler har en bestemt masse og de opptar plass. Bølger har ingen masse, og likevel bærer de energi når de reiser gjennom rommet. I tillegg til deres evne til å bære energi, har bølger fire andre karakteristiske egenskaper: hastighet, frekvens, bølgelengde og amplitude. Frekvensen (v) er da antall bølger (eller sykluser) per tidsenhet. Frekvensen av awave rapporteres i enheter av sykluser per sekund (s-1) eller hertz (Hz).

Den idealiserte tegningen av en bølge i figuren nedenfor illustrerer definisjonene av amplitude og bølgelengde. Bølgelengden (l) er den minste avstanden mellom repeterende punkter på bølgen. Amplituden til bølgen er avstanden mellom det høyeste (eller laveste) punktet på bølgen og tyngdepunktet til bølgen.

Hvis vi måler frekvensen (v) av en bølge i sykluser og bølgelengden (l) i meter, produktet av disse to tallene har enhetene meter per sekund. Produktet av frekvensen (v) ganger bølgelengden (l) for awave er derfor hastigheten (e) som bølgen beveger seg gjennom rommet.

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.

Synlig lys inneholder det smale frekvensbåndet og bølgelengdene i den delen av det elektromagnetiske spekteret som øynene våre kan oppdage. Den inkluderer stråling med bølgelengder mellom ca. 400 nm (fiolett) og 700 nm (rød). Fordi det er awave, bøyes lys når det kommer inn i et prisme. Når hvitt lys er fokusert på et prisme, blir lysstrålene med forskjellige bølgelengder bøyd i forskjellige mengder, og lyset transformeres til et spekter av farger. Starter fra siden av spekteret der lyset er bøyd i minste vinkel, er fargene rød, oransje, gul, grønn, blå og fiolett.

Som vi kan se fra følgende diagram, øker energien som bæres av lyset når vi går fra rødt til blått over synlig spektrum.

Fordi bølgelengden til elektromagnetisk stråling kan være så lang som 40 m eller så kort som 10-5 nm, er synlig spektrum bare en liten del av det totale spekteret av elektromagnetisk stråling.

Det elektromagnetiske spekteret inkluderer radio- og TV-bølger, mikrobølger, infrarødt, synlig lys, ultrafiolett, røntgenstråler, g- stråler og kosmiske stråler, som vist i figuren ovenfor. Disse forskjellige strålingsformene beveger seg alle med lysets hastighet (c). De varierer imidlertid i frekvenser og bølgelengder. Produktet av frekvensen ganger bølgelengden til elektromagnetisk stråling er alltid lik lysets hastighet.

vl = c

Som et resultat har elektromagnetisk stråling som har en lang bølgelengde en lav frekvens, og stråling med høy frekvens har kort bølgelengde.