Structuur van het atoom

Het atoom en elektromagnetische straling

Fundamentele subatomaire deeltjes

Het aantal protonen, neutronen en elektronen in een atoom kunnen worden bepaald uit een reeks eenvoudige regels.

• Het aantal protonen in de kern van het atoom is gelijk aan het atoomnummer (Z).
• Het aantal elektronen in een neutraal atoom is gelijk aan het aantal protonen.
• Het massagetal van het atoom (M) is gelijk aan de som van het aantal protonen en neutronen in de kern.
• Het aantal neutronen is gelijk aan het verschil tussen het massagetal van het atoom (M) en het atoomnummer (Z).

Voorbeelden: Laten we “s bepaal het aantal protonen, neutronen en elektronen in de volgende isotopen.

De verschillende isotopen van een element zijn geïdentificeerd door het massagetal van het atoom in de linkerbovenhoek van het symbool voor het element te schrijven. 12C, 13C en 14Care isotopen van koolstof (Z = 6) en bevatten daarom zes protonen. Als de atomen neutraal zijn, moeten ze ook zes elektronen bevatten. Het enige verschil tussen deze isotopen is het aantal neutronen in de kern.

12C: 6 elektronen, 6 protonen en 6 neutronen

13C: 6 elektronen, 6 protonen en 7 neutronen

14C: 6 elektronen, 6 protonen en 8 neut rons

Elektromagnetische straling

Veel van wat bekend is over de structuur van de elektronen in een atoom is verkregen door de interactie tussen materie en verschillende vormen van elektromagnetische straling te bestuderen. heeft enkele eigenschappen van zowel aparticle als een golf.

Deeltjes hebben een bepaalde massa en nemen ruimte in beslag. Golven hebben geen massa en toch dragen ze energie terwijl ze door de ruimte reizen. Naast hun vermogen om energie te transporteren, hebben golven nog vier andere karakteristieke eigenschappen: snelheid, frequentie, golflengte en amplitude. De frequentie (v) is het aantal golven (of cycli) per tijdseenheid. De frequentie van awave wordt gerapporteerd in eenheden van cycli per seconde (s-1) of hertz (Hz).

De geïdealiseerde tekening van een golf in de onderstaande afbeelding illustreert de definities van amplitude en golflengte. De golflengte (l) is de kleinste afstand tussen herhalende punten op de golf. De amplitude van de golf is de afstand tussen het hoogste (of laagste) punt van de golf en het zwaartepunt van de golf.

Als we de frequentie (v) van een golf meten in opeenvolgende cycli en de golflengte (l) in meters, product van deze twee getallen heeft de eenheden van meters per seconde. Het product van de frequentie (v) maal de golflengte (l) van awave is daarom de snelheid (en) waarmee de golf door de ruimte reist.

vl = s

Licht en andere vormen van elektromagnetische straling

Licht is een golf met zowel elektrische als magnetische componenten. Het is dus een vorm van elektromagnetische straling.

Zichtbaar licht bevat de smalle band van frequenties en golflengten in het deel van het elektromagnetische spectrum dat onze ogen kunnen detecteren. Het omvat straling met golflengten tussen ongeveer 400 nm (violet) en 700 nm (rood). Omdat het een golf is, wordt het licht gebogen wanneer het een glazen prisma binnengaat. Wanneer witlicht op een prisma is gericht, worden de lichtstralen van verschillende golflengten in verschillende hoeveelheden gebogen en wordt het licht omgezet in een spectrum van kleuren. Beginnend vanaf de kant van het spectrum waar het licht door de kleinste hoek wordt gebogen, zijn de kleuren rood, oranje, geel, groen, blauw en violet.

Zoals we in het volgende diagram kunnen zien, neemt de energie die door licht wordt gedragen toe naarmate we van rood naar blauw over het zichtbare spectrum gaan.

Omdat de golflengte van elektromagnetische straling wel 40 m of zo kort kan zijn als 10-5 nm, is het zichtbare spectrum slechts een klein deel van het totale bereik van elektromagnetische straling.

Het elektromagnetische spectrum omvat radio- en tv-golven, microgolven, infrarood, zichtbaar licht, ultraviolet, röntgenstralen, g- straling en kosmische straling, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Deze verschillende vormen van straling reizen allemaal met de lichtsnelheid (c), maar verschillen in hun frequenties en golflengten. Het product van de frequentie maal de golflengte van elektromagnetische straling is altijd gelijk aan de lichtsnelheid.

vl = c

Hierdoor heeft elektromagnetische straling met een lange golflengte een lage frequentie, en straling met een hoge frequentie heeft een korte golflengte.