Struktura hmoty

Август 4, 2022

Содержание

2. Struktura hmoty http://www.accessexcellence.org/AE/AEC/CC/historical_background.html Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno
3. Hmota a energie Vše je tvořeno základními částicemi hmoty (látkou) a energetickými poli/silami, což též znamená,
4. Elementární částice hmoty Elementární (tj. nemající vnitřní strukturu) částice hmoty jsou leptony a kvarky. Jsou označovány
5. Čtyři základní interakce / energie / silová pole Uvádí se, že při interakční vzdálenosti objektů řádově
6. Fotony Fotony – energetická kvanta elektromagnetického pole, nulová klidová hmotnost, chovají se někdy jako částice Energie
7. Částice a energetická kvanta pole Částice látky a energetická kvanta (fotony) mají schopnost vzájemné transformace (např.
8. Kvantová mechanika Chování souborů určitého druhu částic lze popsat rovnicemi, které se podobají rovnicím pro popis
9. Kvantová mechanika tunelový jev:
10. Kvantová mechanika: Heisenbergovy relace (vztahy) neurčitosti δrδp ≥ h/2π δΕδt ≥ h/2π Poloha r a hybnost
11. Schrödingerova rovnice (k obdivování) „jednorozměrná“ S. rovnice Kulové (radiální) souřadnice elektronu v atomu vodíku Ψ -
12. Řešení Schrödingerovy rovnice Řešení Schrödingerovy rovnice pro elektron ve vodíkovém atomu vede k hodnotám energie orbitálního
13. Kvantová čísla Hlavní n = 1, 2, 3 …. (K, L, M, ….) Vedlejší – pro
14. Ionizace atomů Příklad ionizace: fotoelektrický jev hf = Ev + ½mv2 Vazebná energie elektronu Ev je
15. Emisní spektra Dexcitační procesy mezi diskrétními energetickými hladinami vedou k emisi fotonů s pouze určitými energiemi,
16. Spektrum vodíku ještě jednou fialová, modrozelená a červená čára podle: http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH07/FG07_19.JPG
17. Excitační (absorpční) spektra atomů Absorpční čáry ve viditelném spektru slunečního světla. Vlnové délky jsou udány v
18. Excitační (absorpční) spektrum molekul – má pásový charakter Podle: http://www.biochem.usyd.edu.au/~gareth/BCHM2001/pracposters/dyeZ.htm
19. Jádro atomu Protonové (atomové) číslo – Z Nukleonové (hmotnostní) číslo – A Neutronové číslo – N
20. Hmotnostní defekt jádra = měřítko stability jádra: δm = (Zmp + Nmn) - mj Zdroj: http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH19/FG19_05.JPG
21. Nuklidy nuklid – jádra se stejnými hodnotami A, Z a energie Izotopy - nuklidy se stejným
22. Izotopové složení rtuti % zastoupení izotopu v závislosti na nukleonovém (hmotnostním) čísle Podle: http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH07/FG07_08.JPG
23. Co je ještě nutné znát? Radionuklidy – nuklidy schopné radioaktivní přeměny Jaderný spin: Jádra mají vlastnost
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Struktura hmoty
http://www.accessexcellence.org/AE/AEC/CC/historical_background.html
Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Слайд 3

Hmota a energie
Vše je tvořeno základními částicemi hmoty (látkou) a energetickými

poli/silami, což též znamená, že základní strukturní prvky organického a anorganického světa jsou totožné.
Živá hmota se liší od hmoty neživé především svým mnohem vyšším stupněm uspořádanosti.
Pozn.: Tato přednáška nenahrazuje systematický výklad problémů kvantové fyziky!!☺

Слайд 4

Elementární částice hmoty
Elementární (tj. nemající vnitřní strukturu) částice hmoty jsou leptony

a kvarky. Jsou označovány i jako základní částice.
Leptony – elektrony, miony, neutrina a jejich antičástice – lehké částice bez vnitřní struktury
Kvarky (u, c, t, d, s, b) – těžší částice bez vnitřní struktury
Hadrony – těžké částice tvořené kvarky, např. proton (u, u, d), neutron (d, d, u)

Слайд 5

Čtyři základní interakce / energie / silová pole
Uvádí se, že při

interakční vzdálenosti objektů řádově 10-24 m je přibližný poměr silového působení silné, slabé, elektromagnetické a gravitační interakce dán poměrem 1 : 10-5 : 10-2 : 10-39, při vzdálenosti řádově 10-18 m (1/1000 rozměru jádra atomu) je to 10-7 : ~0 : 10-9 : 10-46. Při vzdálenosti odpovídající rozměrům jádra se blíží k nule i velikost silné interakce.

Слайд 6

Fotony
Fotony – energetická kvanta elektromagnetického pole, nulová klidová hmotnost, chovají se

někdy jako částice
Energie (jednoho) fotonu: E = hf = hc/λ
h je Planckova konstanta (6,62·10-34 J·s),
f je frekvence,
c rychlost světla ve vakuu
λ vlnová délka

Слайд 7

Částice a energetická kvanta pole
Částice látky a energetická kvanta (fotony) mají

schopnost vzájemné transformace (např. elektron a pozitron se při tzv. anihilaci transformují ve dva fotony záření gama – tohoto jevu se využívá v zobrazení pomocí PET!).

Слайд 8

Kvantová mechanika
Chování souborů určitého druhu částic lze popsat rovnicemi, které se

podobají rovnicím pro popis vlnění.

(http://www.matter.org.uk/diffraction/electron/electron_diffraction.htm)

Vidíme obrazec vytvořený na fotografické desce souborem elektronů, který prošel krystalovou mřížkou. Obrazec je velmi podobný difrakčním interferenčním obrazcům tvořeným vlnami, např. světlem, po průchodu optickou mřížkou => důkaz vlnových vlastností částic!

Слайд 9

Kvantová mechanika tunelový jev:

Слайд 10

Kvantová mechanika: Heisenbergovy relace (vztahy) neurčitosti
δrδp ≥ h/2π
δΕδt ≥ h/2π
Poloha r

a hybnost p částice nemohou být současně změřeny s na sobě nezávisející přesností (jestliže neurčitost polohy částice – δr – je zmenšena, neurčitost hybnosti částice – δp – automaticky roste). h je Planckova konstanta. To stejné platí pro současné měření změny energie δΕ a času δt nutného pro tuto změnu. (jde o zjednodušený zápis relací)

Слайд 11

Schrödingerova rovnice (k obdivování)
„jednorozměrná“ S. rovnice
Kulové (radiální) souřadnice elektronu v atomu vodíku
Ψ

- vlnová funkce

S. rovnice pro elektron ve vodíkovém atomu

podle http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/hydsch.html

Слайд 12

Řešení Schrödingerovy rovnice
Řešení Schrödingerovy rovnice pro elektron ve vodíkovém atomu vede

k hodnotám energie orbitálního elektronu.
Řešení Schrödingerovy rovnice často vede k číselným koeficientům, které určují možné hodnoty energie. Tyto numerické koeficienty se nazývají kvantová čísla.

Слайд 13

Kvantová čísla
Hlavní n = 1, 2, 3 …. (K, L,

M, ….)
Vedlejší – pro každé n l = 0, 1, 2, …. n – 1 (s, p, d, f …)
Magnetické – pro každé l m = 0, ±1, ±2, …±l
Spinové magnetické – pro každé m s = ±1/2
Pauliho vylučovací princip – v jednom elektronovém obalu atomu nemohou být přítomny dva nebo více elektronů se stejnou kombinací kvantových čísel.

Слайд 14

Ionizace atomů
Příklad ionizace: fotoelektrický jev
hf = Ev + ½mv2
Vazebná energie

elektronu Ev je energie, která by byla nutná pro uvolnění elektronu z atomu – závisí především na hlavním kvantovém čísle.

Слайд 15

Emisní spektra
Dexcitační procesy mezi diskrétními energetickými hladinami vedou k emisi fotonů

s pouze určitými energiemi, tj. záření o jisté frekvenci, resp. vlnové délce. Shoda s výpočtem podle S. rovnice je u vodíku dokonalá!

štěrbiny

hranol

Vodíková výbojka

Viditelné emisní spektrum vodíku

http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch6/bohr.html

Слайд 16

Spektrum vodíku ještě jednou fialová, modrozelená a červená čára podle: http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH07/FG07_19.JPG

Слайд 17

Excitační (absorpční) spektra atomů
Absorpční čáry ve viditelném spektru slunečního světla.
Vlnové délky

jsou udány v angströmech (Å) = 0,1 nm
http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/07.html

Přechody mezi diskrétními energetickými stavy atomů!!

Слайд 18

Excitační (absorpční) spektrum molekul – má pásový charakter
Podle: http://www.biochem.usyd.edu.au/~gareth/BCHM2001/pracposters/dyeZ.htm

Слайд 19

Jádro atomu
Protonové (atomové) číslo – Z
Nukleonové (hmotnostní) číslo – A
Neutronové číslo

– N N = A - Z

Atomová hmotnostní jednotka u = 1,66·10-27 kg, tj. 1/12 hmotnosti atomu uhlíku C-12
Elektrický náboj jádra Q = Z·1,602·10-19 C
Jestliže relativní hmotnost elektronu = 1 ⇒ relativní hmotnost protonu = 1836 ⇒ relativní hmotnost neutronu = 1839

Слайд 20

Hmotnostní defekt jádra
= měřítko stability jádra:
δm = (Zmp + Nmn)

- mj

Zdroj:
http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH19/FG19_05.JPG
http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH19/FG19_06.JPG

Uvažujeme hmotnosti protonu, neutronu a jádra

Слайд 21

Nuklidy
nuklid – jádra se stejnými hodnotami A, Z a energie
Izotopy -

nuklidy se stejným Z ale různým A
Izobary – nuklidy se stejným A ale různým Z
Izomery – nuklidy se stejným Z a A, avšak s různou energií (např. Tc99m používané v nukleární medicíně)

Слайд 22

Izotopové složení rtuti % zastoupení izotopu v závislosti na nukleonovém (hmotnostním) čísle

Podle: http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH07/FG07_08.JPG

Слайд 23

Co je ještě nutné znát?
Radionuklidy – nuklidy schopné radioaktivní přeměny
Jaderný spin:
Jádra

mají vlastnost zvanou spin. Jestliže je hodnota spinu nenulová, jádra mají magnetický moment, tj. chovají se jako malé magnety - NMR – nukleární magnetická resonanční spektroskopie a zobrazení pomocí magnetické rezonance (MR) v radiologii jsou metody založené na této vlastnosti.

Struktura hmoty

Содержание

Struktura hmotyhttp://www.accessexcellence.org/AE/AEC/CC/historical_background.htmlPřednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Hmota a energieVše je tvořeno základními částicemi hmoty (látkou) a energetickými

Elementární částice hmotyElementární (tj. nemající vnitřní strukturu) částice hmoty jsou leptony

Čtyři základní interakce / energie / silová poleUvádí se, že při

FotonyFotony – energetická kvanta elektromagnetického pole, nulová klidová hmotnost, chovají se

Částice a energetická kvanta poleČástice látky a energetická kvanta (fotony) mají

Kvantová mechanikaChování souborů určitého druhu částic lze popsat rovnicemi, které se

Kvantová mechanika tunelový jev:

Kvantová mechanika: Heisenbergovy relace (vztahy) neurčitostiδrδp ≥ h/2πδΕδt ≥ h/2πPoloha r

Schrödingerova rovnice (k obdivování)„jednorozměrná“ S. rovniceKulové (radiální) souřadnice elektronu v atomu vodíkuΨ

Řešení Schrödingerovy rovniceŘešení Schrödingerovy rovnice pro elektron ve vodíkovém atomu vede

Kvantová čísla Hlavní n = 1, 2, 3 …. (K, L,

Ionizace atomůPříklad ionizace: fotoelektrický jev hf = Ev + ½mv2Vazebná energie

Emisní spektraDexcitační procesy mezi diskrétními energetickými hladinami vedou k emisi fotonů