Что называют возбуждением атомов и ионизацией атомов

Электронные оболочки атома. Процессы возбуждения и ионизации атомов.

В зависимости от энергии, которая удерживает электроны при вращении вокруг ядра, они группируются на той или иной элект­ронной орбите(уровень,слой). Их обозначают либо цифрами, либо буквами латинского алфавита: К, L, М, N, О, Р, Q\ ближайший к ядру — К- слой. Число электронов в каждом слое строго определенное. На каждый из движущихся вокруг ядра электронов действуют две равные, про­тивоположно направленные силы: кулоновская сила притягивает электроны к ядру, а равная ей центробежная сила инерции стремит­ся вырвать электрон из атома. Кроме того, электроны, вращаясь по орбите, одновременно имеют собственный момент количества дви­жения, т. е., подобно волчку, вращаются вокруг собственной оси. Собственный момент количества движения носит название «спин». Спины отдельных электронов могут быть ориентированы параллель­но или антипараллельно друг другу. Все это обеспечивает устойчи­вое движение электронов в атоме. Возбуждение-явление перехода электрона на высший уровень. Ионизация- явление выхода электрона за пределы атома.

Изотопы, изобары, изомеры. Сходство и различие свойств.

Изотоп-атомы, имеющие одинаковое количество протонов, но разное кол-во нейтронов. Изобары-атомы с одинаковым количеством нуклонов, но с разными атомными номерами. Изомеры-атомы с одинаковым числом протонов и нейтронов, находящиеся в разных энергетических состояниях.

Закон радиоактивного распада. Постоянная распада, период полураспада радионуклида.

Явление радиоактивности.

Радиоактивность-изменение состава или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц, гамма-квантов и/или ядерных фрагментов. Стабильные изотопы – это разновидности химических элементов, которые могут самостоятельно существовать продолжительное время. Нестабильные изотопы радиоактивны, их ядра подвержены процессу радиоактивного распада, то есть самопроизвольному превращению в другие ядра, сопровождающемуся испусканием частиц и/или излучений. Практически все радиоактивные искусственные изотопы имеют очень маленькие периоды полураспада, измеряемые секундами и даже долями секунд. Причина радиоактивного распада:нарушение баланса между числом нейтронов и числом протонов в ядре является причиной радиоактивного распада.

Типы ядерных превращений:альфа-распад и бета-распад.

α-распад-ядерное превращ.атома в процессе самопроизвольного распада,при кот.из ядра испускается αчастица. В результате, исходное ядро теряет 2 заряда, а массовое число атома уменьшается на 4. Атом превращ. в хим.эл,стоящий на две клетки левее.

Типы ядерных превращений: электронный k-захват и внутренняя конверсия.

Электронный k-захват-вид радиоактив.превращ,при котором ядро атома захватывает 1 электрон из своей электронной оболочки. При этом протон соединяется с электроном, превращаясь в нейтрон. При этом атом превращается в атом соседнего элемента, стоящего слева и испускается µ-излучение.

Источник

Разница между потенциалом возбуждения и ионизации

Главное отличие

Основное различие между потенциалом возбуждения и ионизации состоит в том, что возбуждение описывает движение электрона с уровня с более низкой энергией на уровень с более высокой энергией, тогда как потенциал ионизации описывает полное удаление электрона с уровня энергии.

Возбуждение против потенциала ионизации

Возбуждение рассматривается как добавление определенного количества энергии к определенной системе, такой как атом, молекула или атомное ядро; с другой стороны, потенциал ионизации рассматривается как количество энергии, необходимое для устранения наиболее слабосвязанных электронов из нейтральной газовой системы.

Основная цель возбуждения — объяснить движение электрона с более низкого энергетического уровня на более высокий энергетический уровень; Напротив, цель потенциала ионизации — полностью объяснить удаление определенного электрона с энергетического уровня. Для возбуждения обычно требуется энергия из окружающей среды, но вскоре эта энергия высвобождается в виде фотонов, а потенциал ионизации поглощает ее энергию у атома, и эта энергия больше не выделяется.

В конце концов, возбуждение создает возбужденное состояние, которое обычно нестабильно и имеет короткое время жизни; с другой стороны, в конце концов, потенциал ионизации производит катион, который много раз действует как стабильный ион после удаления электрона. Энергия возбуждения всегда равна разнице энергий электронов, находящихся на двух орбитах; с другой стороны, потенциал ионизации присутствует в таком большом количестве, что электрон извлекает его из атома, но кинетическая энергия вне атома равна нулю.

Электрон перескакивает с нижнего энергетического уровня на верхний энергетический уровень, но не покидает его в возбужденном состоянии, поэтому заряд, присутствующий на атоме, не изменяется; Напротив, в потенциале ионизации электрон настолько возбужден, что фактически отрывается от атома, а затем увеличивает заряд атома. Возбуждение — это ступень, которая присутствует в потенциале ионизации, тогда как потенциал ионизации — это весь процесс.

Сравнительная таблица

Что такое возбуждение?

Возбуждение известно как результат передачи энергии электрону с более низкого уровня на более высокий. Электрон не покидает атом и будет продолжать вращаться вокруг ядра до тех пор, пока уровень электрической энергии не станет больше уровня энергии ионизации атома.

Возбуждение обычно вызывает изменение энергии системы из основного энергетического состояния в возбужденное энергетическое состояние. При возбуждении возбужденные системы содержат различные значения, отличные от распределения энергий, потому что процесс возбуждения происходит только тогда, когда атом поглощает определенную часть энергии.

Тот же самый процесс возбуждения протонов, электронов и нейтронов, присутствующих в атомных ядрах, может быть возбужден, когда им предоставляется необходимое количество энергии. По сравнению с электронами, ядро ​​имеет очень большую энергию, и требуется большое количество энергии, чтобы перевести его в возбужденное состояние.

Каков потенциал ионизации?

Когда электрону дается достаточно энергии, чтобы убрать его с энергетических уровней, это называется потенциалом ионизации. Газ содержит электрический ток, который присутствует в люминесцентных лампах, проходит через него и вызывает возбуждение и ионизацию электронов. В результате, когда электроны снова движутся к основному состоянию, свободная энергия в виде УФ-излучения, которая дополнительно поглощается покрытием в трубке, светится, а затем излучает видимый свет.

Удаление слабосвязанных электронов — это эндотермический процесс (процесс, при котором энергия поглощается извне). Следовательно, потенциал ионизации содержит положительное значение. В самом общем виде, чем ближе электрон к ядру атома, тем выше будет потенциал ионизации.

В периодической таблице энергия ионизации имеет тенденцию уменьшаться по группе из-за увеличения размера атома. По мере увеличения размера атома притяжение между самым удаленным от ядра электроном уменьшается, и, таким образом, этот электрон легко удалить. Чем меньше энергии требуется для удаления электрона, тем меньше энергия ионизации.

Ключевые отличия

Заключение

Из приведенного выше обсуждения делается вывод о том, что потенциал возбуждения и ионизации — это два термина, которые используются для объяснения корреляции между изменениями энергии и ее поведением. Разница между ними в том, что возбуждение используется для объяснения передачи электрона с нижнего энергетического уровня на верхний энергетический уровень, тогда как ионизационный потенциал используется для объяснения полного удаления электрона с энергетического уровня.

Источник

Возбуждение, ионизация и отклоняющееся напряжение атома. Схемы энергоуровней

Возбуждение и ионизация, определение потенциалов ионизации и возбуждения газов методом электронной спектроскопии. Схема энергетических состояний атома газа. Отклоняющее напряжение и процессы столкновений. Схема энергетических уровней атомного ядра.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

«Возбуждение, ионизация и отклоняющееся напряжение атома. Схемы энергоуровней»

Рис. 1. Энергетические уровни свободного изолированного атома (Ar) и возможные процессы перехода электронов при соударении.

1 — испускание кванта света (с энергией hv); 2 — эмиссия электрона из K-оболочки при соударении с частицами; 3 — переход электрона с L-оболочки на K-оболочку с одновременным испусканием рентгеновского кванта (в результате отдачи энергии); 4 — испускание рентгеновского кванта; 5 — возбужденные уровни электронов на внешней электронной оболочке; 6 — соударение с частицами с энергией в несколько эв; 7 — соударение с частицами с энергией в несколько сот кэв (например, с электронами или квантами рентгеновского излучения).

Разность энергий электронов, находящихся в двух соседних оболочках атома, уменьшается с увеличением радиуса оболочек. Поэтому в том случае, если переход электрона происходит между двумя удаленными от ядра оболочками (занятыми или свободными), то спектральные линии возникшего излучения лежат в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра («оптический спектр») с относительно малой энергией квантов света. Если же переход осуществляется между внутренними, близко расположенными к ядру оболочками, то происходит испускание излучения, лежащего в рентгеновской области спектра, со значительно большей энергией квантов. Поэтому близкие к ядру оболочки К, L и М называют также рентгеновскими уровнями.

Атомы различных элементов отличаются лишь тем, что с увеличением заряда ядра все большее число разрешенных энергетических уровней (оболочек) оказывается занятым электронами. При этом в первую очередь заполняются оболочки, расположенные вблизи ядра атома. Для каждой оболочки существует вполне определенное максимально возможное число заполняющих ее электронов.

Испускание электронов из внутренних оболочек происходит лишь в том случае, если атому передается большая по величине энергия, поскольку электроны внутренних оболочек находятся под действием значительных сил притяжения со стороны атомного ядра. Необходимая для испускания электронов внешней оболочки атомов (называемых также валентными электронами) энергия напротив невелика, так как силы притяжения их к ядру не столь значительны по сравнению с внутренними электронами. Для инертных газов, внешняя оболочка которых полностью занята электронами, требуется большая затрата энергии на испускание электронов, чем у элементов с частично заполненными внешними оболочками.

2. Процессы столкновений

Возбуждение и ионизация. При столкновении с другими частицами атом может быть возбужден или ионизован (1). Возможны следующие столкновения: столкновение с электронами или ионами, столкновения с атомами того же или другого газа, «соударения» с фотонами и г-квантами. В соответствии с этим различают электрическое, тепловое и оптическое возбуждение (или соответственно ионизацию).

Аналогичное определение применимо и для потенциала возбуждения. Величина потери скорости ударяющей частицей может быть получена из следующего уравнения, выражающего закон сохранения энергии:

0 6 до 10 10 эв. Такие процессы также играют, известную роль в электронике, в частности в мощных ускорителях частиц.

Определение потенциалов ионизации и возбуждения газов методом электронной спектроскопии. Потенциалы ионизации и возбуждения газов можно определять, в частности, следующим образом 1 : электроны с энергией в 70 эв пропускаются через инертный газ (например, гелий), после чего анализируются их скорости (рис.2,а).

Часть электронов не теряет своей энергии при соударении с атомами гелия (упругие удары), другая часть электронов теряет примерно 20 эв на возбуждение и 25 эв на ионизацию атомов. Такой квантованный процесс потери энергии электронов вызывает при отклонении электронного луча наряду с основным максимумом тока в цепи коллекторного электрода появление еще двух других максимумов (рис. 2,б), обусловленных потерей энергии электронами, вследствие возбуждения и ионизации ими атомов. Значения U_i и U_в могут быть получены, если известно отклоняющее напряжение, необходимое для наблюдения максимума тока. В электрическом поле величина отклонения у, при малых углах отклонения равна (рис.2,а):

Отсюда следует, что

Рис. 3. Экспериментальный прибор (а) и данные измерений (б) для определения потенциалов ионизации и возбуждения газов методом электронной спектроскопии.

1 — впуск газа; 2 — пространство соударений р = — 10 -3 мм рт. ст.; 3 — электронный луч; 4 — к насосу; 5 — диафрагма со щелью; 6 — ионизация; 7 — возбуждение.

Для гелия (имеющего 2 электрона в первой двухэлектронной К-оболочке) потенциал ионизации равен U_i = 24,5 в; для водорода (имеющего один электрон в K-оболочке, обладающий прочной связью с ядром, благодаря близкому расположению от ядра) U_i = 13,5 в; для бария (имеющего два электрона в первой оболочке, 8 электронов во второй, по 18 электронов в третьей и четвертой и по 8 электронов в пятой и шестой оболочках) U_i = 5,2 в.

Эти данные относятся к однократному (простому) процессу ионизации, т. е. к процессу испускания одного, наиболее слабосвязанного (первого) электрона внешней оболочки. Этот же электрон при возбуждении атома первым переходит на более высокий энергетический уровень; при возвращении его (обратном переходе) на прежнюю орбиту происходит излучение света. Поэтому его называют иначе «оптическим» электроном.

3. Схема энергетических уровней

Схема возможных энергетических состояний атома газа. Возможные энергетические состояния электронной оболочки атома можно изобразить с помощью достаточно простой диаграммы; при этом по оси ординат откладывается энергия электрона, а сферические электронные оболочки изображаются прямыми линиями.

На рис. 4 показано образование схемы уровней с отдельными энергетическими состояниями электронов.

Рис. 4. Схема разрешенных энергетических уровней атома газа.

1 — основной уровень «оптического» электрона (валентная оболочка); 2 — уровень вакуума; 3 — энергия излучаемого кванта света.

Схема термов атома ртути на рис.5 разделена на две части: на синглетные и триплетные термы. Если первые возникают только как отдельные (единичные) термы (например, 2S), то вторые группируются по три рядом лежащих уровня (например, 2p₁, 2p₂, 2p₃). Такая мультиплетность имеет место у тех атомов, которые обладают более чем одним валентным электроном. В результате этого в таких атомах при подведении одной и той же величины энергии вероятность возбуждения нескольких валентных электронов больше, чем возбуждение одного оптического электрона. Дальнейшее расщепление термов на S—, Р-, D — и F—термы возникает в результате электростатического воздействия на оптический электрон со стороны атомнго остова.

Схема энергетических уровней атомного ядра. Не все схемы энергетических уровней строятся на основе боровской модели электронных оболочек. В ядерной физике используют также схемы энергетических уровней, как наглядный способ представления энергетического спектра радиоактивного распада определенного радиоактивного элемента. Такую схему энергетических уровней ядра можно построить, если принять, что нуклоны (протоны и нейтроны) расположены на определенных энергетических уровнях (рис. 6).

Рис. 5. Схема уровней и линейчатый спектр атомов ртути.

Рис.6. Схема уровней для распада RаС RаС’.

Подобные документы

История открытия радиоактивности, модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Правило квантования Бора-Зоммерфельда. Боровская теория водородоподобного атома, схема его энергетических уровней. Оптические спектры испускания атомов.

презентация [3,7 M], добавлен 23.08.2013

Схема будови спектрографа. Види оптичних спектрів. Ядерна модель атома. Енергетичні рівні атома. Схема досліду Д. Франка і Г. Герца. Склад атомного ядра. Мезонна теорія ядерних сил. Енергетичний вихід ядерної реакції. Схема ядерної електростанції.

презентация [1,6 M], добавлен 12.05.2011

Исследование концепции динамической структуры атома в пространстве. Изучение структуры атома и атомного ядра. Описания динамики движения тел в реальном пространстве потенциальных сфер. Анализ спирального движения квантовых частиц в свободном пространстве.

реферат [2,4 M], добавлен 29.05.2013

Методики экспериментального определения коэффициента ионизации газа. Напряжение возникновения разряда. Вольт-амперные характеристики слаботочного газового разряда в аргоне с молибденовым катодом. Распределение потенциала в газоразрядном промежутке.

контрольная работа [122,5 K], добавлен 28.11.2011

Складові частини атома: ядро, протони, нейтрони та електрони. Планетарна модель атома або модель Резерфорда. Керована та некерована ланцюгова ядерна реакція. Поняття ядерного вибуху як процесу вивільнення великої кількості теплової і променевої енергії.

презентация [2,3 M], добавлен 21.05.2012

Порядок и закономерности движения зарядов в газе, связанные с ним физические законы. Ионизация газа электронами путем отрыва одного электрона. Зависимости коэффициента ионизации газа электронами от напряженности электрического поля и давления неона.

реферат [142,5 K], добавлен 14.11.2011

История открытий в области строения атомного ядра. Модели атома до Бора. Открытие атомного ядра. Атом Бора. Расщепление ядра. Протонно-нейтронная модель ядра. Искусственная радиоактивность. Строение и важнейшие свойства атомных ядер.

реферат [24,6 K], добавлен 08.05.2003

Планетарная модель атома Резерфорда. Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Взаимодействие между заряженными частицами. Большой адронный коллайдер. Положения теории физики элементарных частиц.

курсовая работа [140,4 K], добавлен 25.04.2015

Характеристика электрона в стационарных состояниях. Условие ортогональности сферических функций. Решения для радиальной функции. Схема энергетических состояний атома водорода и сериальные закономерности. Поправки, обусловленные спином электрона.

презентация [110,2 K], добавлен 19.02.2014

Спектральный анализ, его достоинства и применение. Распределение энергии в спектре. Анализ общей структуры спектра атома гелия на основе принципа Паули. Определение собственных значений энергии системы из двух электронов, движущихся в поле атомного ядра.

контрольная работа [39,9 K], добавлен 30.07.2011

Источник

Разница между потенциалом возбуждения и ионизации

Содержание:

Ключевые области покрыты

1. Что такое возбуждение
— определение, объяснение, электромагнитный спектр
2. Что такое потенциал ионизации
— Определение, Первая энергия ионизации, Вторая энергия ионизации
3. В чем разница между потенциалом возбуждения и ионизации
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: атомные ядра, электромагнитный спектр, электрон, возбуждение, возбужденное состояние, основное состояние, энергия ионизации, потенциал ионизации

Что такое возбуждение

Возбужденные состояния систем имеют дискретные значения, а не распределение энергий. Это происходит потому, что возбуждение происходит только тогда, когда атом (или любая другая система, упомянутая выше) поглощает определенную часть энергии. Например, чтобы заставить электрон перейти в возбужденное состояние, количество энергии, которое следует отдать, равно разности энергий между основным состоянием и возбужденным состоянием. Если заданная энергия не равна этой разности энергий, возбуждение не происходит.

Так же, как и для электронов, протоны и нейтроны в атомных ядрах могут возбуждаться, когда им дается необходимое количество энергии. Но энергия, необходимая для перехода ядра в возбужденное состояние, очень велика по сравнению с энергией электронов.

Электромагнитный спектр

Рисунок 1: Электромагнитный спектр водорода

Когда электрон поглощает энергию и приходит в возбужденное состояние, он возвращается в основное состояние, испуская такое же количество энергии. Эта излучаемая энергия приводит к образованию электромагнитного спектра. Электромагнитный спектр представляет собой серию линий. Каждая строка указывает энергию, излучаемую при возврате в основное состояние.

Что такое потенциал ионизации

Удаление этого электрона является эндотермическим процессом, при котором энергия поглощается извне. Следовательно, потенциал ионизации является положительным значением. В целом, чем ближе электрон к атомному ядру, тем выше потенциал ионизации.

Рисунок 2: Первые вариации энергии ионизации в периодической таблице

В общем случае энергия ионизации уменьшается в группе периодической таблицы. Это связано с увеличением атомного размера. Когда размер атома увеличивается, притяжение к дальнему электрону от атомного ядра уменьшается. Тогда этот электрон легко удалить. Следовательно, требуется меньше энергии, что приводит к снижению потенциала ионизации.

Но при движении слева направо по периоду периодической таблицы наблюдается характер энергии ионизации. Энергии ионизации варьируются в зависимости от электронной конфигурации элементов. Например, энергия ионизации элементов группы 2 выше, чем у элементов группы 1 и элементов группы 3.

Разница между потенциалом возбуждения и ионизации

Определение

Возбуждение: Возбуждение объясняет движение электрона с более низкого энергетического уровня на более высокий энергетический уровень.

Потенциал ионизации: Потенциал ионизации полностью объясняет удаление электрона с энергетического уровня.

Изменение энергии

Возбуждение: Для возбуждения требуется энергия извне, но эта энергия вскоре высвобождается в виде фотонов.

Стабильность конечного продукта

Возбуждение: Возбуждение формирует возбужденное состояние, которое нестабильно и имеет короткий срок службы.

Потенциал ионизации: Потенциал ионизации образует катион, который в большинстве случаев стабилен после удаления электрона.

Заключение

Потенциал возбуждения и ионизации в химии являются двумя терминами, используемыми для объяснения связи между изменениями энергии и атомным поведением химических элементов. Основное различие между потенциалом возбуждения и ионизации заключается в том, что возбуждение объясняет движение электрона с более низкого энергетического уровня на более высокий энергетический уровень, тогда как потенциал ионизации объясняет полное удаление электрона с энергетического уровня.

Ссылка:

1. «Возбуждение». Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 17 августа 2006 г.,

Источник