Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής Γ΄ Λυκείου 2008 / Β΄ ΦάσηHOME
Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής Γ΄ Λυκείου 2008 / Β΄ Φάση/ Θέματα και Λύσεις
όπως έχουν δημοσιευθεί στον ιστότοπο "micro-kosmos"
Λάμπρος Αδάμ
www.lam-lab.com
adamlscp@gmail.com
Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής Γ΄ Λυκείου 2008 / Β΄ ΦάσηHOME
Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής Γ΄ Λυκείου 2008 / Β΄ Φάση/ Θέματα και Λύσεις
όπως έχουν δημοσιευθεί στον ιστότοπο "micro-kosmos"
Λάμπρος Αδάμ
www.lam-lab.com
adamlscp@gmail.com
Φυλλάδιο για το 1ο κεφάλαιο της Φυσικής Γ´ Γυμνασίου, Ηλεκτρική Δύναμη & Φορτίο. Περιέχει σύνοψη θεωρίας με τη μορφή ερώτησης – απάντησης και 2 διαγωνίσματα με τις απαντήσεις τους.
Φυλλάδιο για το 1ο κεφάλαιο της Φυσικής Γ´ Γυμνασίου, Ηλεκτρική Δύναμη & Φορτίο. Περιέχει σύνοψη θεωρίας με τη μορφή ερώτησης – απάντησης και 2 διαγωνίσματα με τις απαντήσεις τους.
Weatherman 1-hour Speed Course for Web [2024]Andreas Batsis
Εκλαϊκευμένη Διδασκαλία Μετεωρολογίας. Η συγκεκριμένη παρουσίαση παρέχει συνοπτικά το 20% της πληροφορίας σχετικά με το πως λειτουργεί ο καιρός, η οποία πληροφορία θα παρέχει στον αναγνώστη τη δυνατότητα να ερμηνεύει το 80% των καιρικών περιπτώσεων με τη χρήση ιντερνετικών εργαλείων. Η λογική της παρουσίασης βασίζεται κατά κύριο λόγο στην εφαρμογή και δευτερευόντως στην επιστημονική ερμηνεία η οποία περιορίζεται στα απολύτως απαραίτητα.
2. Το φως ως κύμα
Ηλεκτρομαγνητικό κύμα Περίθλαση
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
3. Θεωρία των κβάντα
H ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, επομένως και το φως,
εκπέμπεται - διαδίδεται - και απορροφάται σε ορισμένες
ποσότητες που ονομάζονται κβάντα (quantum) ή
φωτόνια.
Κάθε κβάντο μεταφέρει ενέργεια: E = h·f ή Ε = h·v
Ε = ενέργεια σε Joule
h = σταθερά του Planck = 6,63·10-34 J·s
f ή v = συχνότητα της ακτινοβολίας σε Ηz
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
5. Φάσματα εκπομπής των στοιχείων
Κάθε χημικό στοιχείο σε κατάσταση διέγερσης
εκπέμπει ακτινοβολία η οποία όταν αναλυθεί
σε σχηματίζει μια σειρά από φωτεινές γραμμές
που λέγονται φασματικές γραμμές.
Το σύνολο των φασματικών γραμμών λέγεται
ατομικό φάσμα εκπομπής του στοιχείου.
Κάθε στοιχείο έχει χαρακτηριστικό ατομικό
φάσμα εκπομπής, με άλλα λόγια το ατομικό
φάσμα εκπομπής είναι ένα είδος δακτυλικού
αποτυπώματος.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
8. Ατομικό πρότυπο του Bohr
Μηχανική συνθήκη
Neils Bohr
Κάθε επιτρεπόμενη τροχιά έχει καθορισμέ-
νη ενέργεια “είναι κβαντισμένη”
Στο υδρογόνο η ενέργεια κάθε τροχιάς
δίνεται από τη σχέση:
Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον
πυρήνα σε αυστηρά καθορισμένες τροχιές
(επιτρεπόμενες)
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
9. Ατομικό πρότυπο του Bohr
Neils Bohr
Οπτική συνθήκη
“Το ηλεκτρόνιο μπορεί να μετακινείται από
μία τροχιά σε μία άλλη.
Όταν μετακινείται από τροχιά μεγαλύτερης
ενέργειας σε τροχιά μικρότερης ενέργειας
εκπέμπει ακτινοβολία και η ενέργεια της
ακτινοβολίας δίνεται από τη σχέση:
Εαρχ - Ετελ = h·v”
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
10. Πλεονεκτήματα του ατομικού προτύπου του Bohr
εξήγησε ικανοποιητικά το γραμμικό φάσμα εκπομπής του υδρογόνου
και των ιόντων που έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο (υδρογονοειδή ιόντα)
κάθε φασματική γραμμή συσχετίζεται με μία καθορισμένη μετάπτωση
του ηλεκτρονίου
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
Μειονεκτήματα του ατομικού προτύπου του Bohr
δεν ερμήνευσε τα φάσματα εκπομπής πολυπλοκότερων ατόμων
(λόγω της αλληλεπίδρασης των ηλεκτρονίων)
δεν ερμήνευσε το χημικό δεσμό
11. Neils Bohr
Φαντάστηκα τα ηλεκτρόνια να
περιφέρονται γύρω από τον
πυρήνα όπως οι πλανήτες γύρω
από τον ήλιο ...
… αλλά έκανα λάθος!
Μοιάζουν πιο πολύ με μέλισσες
γύρω από μια κυψέλη.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
13. Από την τροχιά στο τροχιακό
Κυματική θεωρία της ύλης (De Broglie 1924)
Louis de Broglie
“το φωτόνιο και κάθε κινούμενο μικρό σω-
ματίδιο (όπως το ηλεκτρόνιο), παρουσιάζει
διττή φύση, συμπεριφέρεται άλλοτε ως
σωματίδιο και άλλοτε ως κύμα”.
Για να εκδηλωθεί η κυματική φύση ενός
σωματιδίου πρέπει να έχει μικρή μάζα και
μεγάλη ταχύτητα.
Το σωματίδιο έχει μήκος κύματος:
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
14. 1 φωτόνιο λίγα φωτόνια πολλά φωτόνια
Εφαρμόζεται στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια
(περίθλαση ηλεκτρονίων)
15. Αρχή της αβεβαιότητας (Heisenberg 1927)
Από την τροχιά στο τροχιακό
“Δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε ταυτόχρονα τη
θέση και την ορμή ενός ηλεκτρονίου, και γενικότερα
ενός μικρού σωματιδίου.”
Όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια τόσο μεγαλύτερη
είναι η αβεβαιότητα
Η αποδοχή της θεωρίας του Heisenberg κατέρριψε
αυτόματα όλα τα πλανητικά μοντέλα, και το μοντέλο
του Bohr,
διότι:
η παραδοχή της κίνησης του ηλεκτρονίου σε
καθορισμένη κυκλική τροχιά προϋποθέτει ακριβή
γνώση της θέσης και της ταχύτητας του ηλεκτρονίου.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
16. Κυματοσυνάρτηση ψ(x,y,z) (Schrondinger 1927)
H λύση της εξίσωσης προσδιορίζει:
(α) την ενέργεια του ηλεκτρονίου, η οποία βρίσκεται
σε πλήρη ταύτιση με αυτή που προσδιόρισε ο
Bohr για το άτομο του υδρογόνου
(β) την πιθανότητα να βρίσκεται το ηλεκτρόνιο σε ένα
τρισδιάστατο χώρο γύρω απ’ τον πυρήνα με
ορισμένο σχήμα και προσανατολισμό, τον οποίο
ονομάζουμε ατομικό τροχιακό.
Όταν ψ ≠ 0 είναι ένδειξη της παρουσίας του ηλεκτρονίου
Η πιθανότητα εκφράζεται από το ψ2 και πιο σωστά με το -eψ2
Από την τροχιά στο τροχιακό
17. Το ηλεκτρόνιο περιφέρεται γύρω απ’ τον πυρήνα με μεγάλη
ταχύτητα. Αν μπορούσαμε να το φωτογραφίζαμε διαρκώς θα
παίρναμε μια εικόνα που θα έμοιαζε με σύννεφο από στίγματα
το οποίο θα έδειχνε την περιοχή στην οποία κινείται. Αυτή η
εικόνα χαρακτηρίζεται ως ηλεκτρονιακό νέφος.
Σχηματική παρουσίαση της πυκνότητας του ηλεκτρονιακού
νέφους του ατόμου του υδρογόνου σε θεμελιώδη κατάσταση
με στιγμές με πυκνότητα χρώματος με οριακές καμπύλες
18. Κβαντικοί αριθμοί
Κύριος κβαντικός αριθμός n = 1, 2, 3, ..... (για τα γνωστά
στοιχεία αρκούν οι τιμές 1 έως 7)
καθορίζει
την έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίου
την ενέργεια του ηλεκτρονίου
τη μέση απόσταση του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα άρα και το
μέγεθος του τροχιακού.
Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού, είναι
μικρότερη η έλξη, μεγαλύτερο το μέγεθος του τροχιακού,
μεγαλύτερη η ενέργεια του τροχιακού”
τα ατομικά τροχιακά με τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό
συγκροτούν μία στιβάδα ή φλοιό (δηλαδή ένα ενεργειακό χώρο
στον οποίο ανήκουν ηλεκτρόνια με ίδιο n)
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
19. ✓ για τα γνωστά στοιχεία η μέγιστη τιμή του αζιμουθιακού
κβαντικού αριθμού είναι 3.
✓ “καθορίζει την άπωση μεταξύ των ηλεκτρονίων και το
σχήμα του ατομικού τροχιακού”
✓ Στο υδρογόνο δεν υπάρχουν απώσεις (ένας λόγος της
επιτυχίας του ατομικού προτύπου του Bohr)
✓ Τα ατομικά τροχιακά ενός ατόμου που έχουν τον ίδιο κύριο
και τον ίδιο αζιμουθιακό κβαντικό αριθμό, λέμε ότι ανήκουν
στην ίδια υποστιβάδα ή υποφλοιό.
Δευτερεύων ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός ℓ = 0, 1, 2
έως n-1
Ονομασία υποστιβάδων
τιμή του ℓ 0 1 2 3
όνομα υποστιβάδας s p d f
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
20. Μαγνητικός κβαντικός αριθμός mℓ = -ℓ ...0...+ ℓ
✓ παίρνει όλες τις ακέραιες τιμές από –ℓ έως + ℓ.
✓ “καθορίζει τον προσανατολισμό του ατομικού τροχιακού
στο χώρο σε σχέση με τους άξονες x, y, z”
✓ Για δεδομένη τιμή του ℓ ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός
παίρνει 2ℓ+1 τιμές και κάθε τιμή αντιστοιχεί σε ένα τροχιακό
✓ Ηλεκτρόνια με την ίδια τριάδα κβαντικών αριθμών n, ℓ, mℓ
ανήκουν στο ίδιο τροχιακό.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
21. Κβαντικός αριθμός του spin ms = -½, +½
✓ παίρνει μόνο τις τιμές -½ και +½
✓ “καθορίζει την ιδιοπεριστροφή του ηλεκτρονίου”
✓ Ο κβαντικός αριθμός του spin δεν συμμετέχει στη
διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας του ηλεκτρονίου ούτε
και στον καθορισμό του τροχιακού
✓ Μια τετράδα κβαντικών αριθμών n, ℓ, mℓ, ms καθορίζει
πλήρως την κατάσταση ενός ηλεκτρονίου.
Για περιστροφή αντίθετη των δεικτών του ρολογιού
παίρνει τιμή (+1/2) και χρησιμοποιείται ο συμβολισμός ↑
Για περιστροφή ίδια με των δεικτών του ρολογιού
παίρνει τιμή (-1/2) και χρησιμοποιείται ο συμβολισμός ↓
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
25. Αρχές ηλεκτρονιακής δόμησης (aufbau)
Απαγορευτική αρχή του Pauli
Wolfgang
Pauli
“δεν είναι δυνατόν να υπάρχουν στο ίδιο άτομο
δύο ηλεκτρόνια με την ίδια τετράδα κβαντικών
αριθμών,
με άλλα λόγια σε κάθε τροχιακό χωρούν το πολύ
δύο ηλεκτρόνια”
Σε κάθε τροχιακό μπορούν να υπάρξουν το
πολύ δύο ηλεκτρόνια, τα οποία θα έχουν
αντίθετο spin.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
28. Αρχή της ελάχιστης ενέργειας.
Αρχές ηλεκτρονιακής δόμησης
Στα πολυηλεκτρονιακά άτομα η ενέργεια των υποστιβάδων καθορίζεται
από δύο παράγοντες: την έλξη μεταξύ πυρήνα και ηλεκτρονίου, και την
άπωση μεταξύ των ηλεκτρονίων.
Η έλξη καθορίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθμό n.
Όσο μικρότερος είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η έλξη και η ενέργεια είναι
χαμηλότερη.
Η άπωση καθορίζεται από τον αζιμουθιακό κβαντικό αριθμό ℓ.
Όσο μικρότερος είναι τόσο μεγαλύτερη είναι η άπωση, και η ενέργεια
είναι χαμηλότερη.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
29. Αρχή της ελάχιστης ενέργειας.
Αρχές ηλεκτρονιακής δόμησης
“Σύμφωνα με την αρχή της ελάχιστης ενέργειας, στα πολυηλεκτρονιακά
άτομα τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται στις υποστιβάδες με τέτοιο τρόπο
ώστε το άτομο να αποκτήσει τη μικρότερη συνολική ενέργεια και τη
μεγαλύτερη σταθερότητα”.
Μεταξύ δύο υποστιβάδων, χαμηλότερη ενέργεια έχει εκείνη που έχει
μικρότερο άθροισμα n+ ℓ.
Αν το άθροισμα είναι ίδιο, μικρότερη ενέργεια έχει εκείνη με τον μικρότερο
n.
Στο άτομο του υδρογόνου όλες οι υποστιβάδες της ίδιας στιβάδας έχουν
την ίδια ενέργεια, διότι δεν υπάρχουν απώσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και η
ενέργεια καθορίζεται μόνο από τον κύριο κβαντικό αριθμό.
Το ίδιο συμβαίνει και στα υδρογονοειδή ιόντα όπως το Ηe+.
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
31. Κανόνας του Hund.
«σε μια ελλιπή υποστιβάδα τα ηλεκτρόνια κατανέμονται κατά
προτίμηση στα τροχιακά έχοντας παράλληλο spin (με άλλα λόγια
πιο σταθερή δομή σε ελλιπή υποστιβάδα είναι εκείνη που δίνει το
μέγιστο αριθμό μονήρων ηλεκτρονίων)»
π.χ.
στο άτομο του οξυγόνου (Ζ = 8) έχουμε την εξής κατανομή:
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com
32. το άτομο του ασβεστίου 20Ca έχει ηλεκτρονιακή δομή:
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2
το άτομο του σιδήρου 26Fe έχει ηλεκτρονιακή δομή
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d6, 4s2
• Γράφουμε πρώτα την υποστιβάδα 3d παρόλο που
συμπληρώνεται μετά την 4s. Αυτό γίνεται διότι όταν αρχίζει να
συμπληρώνεται η 3d αποκτά μικρότερη ενέργεια από την 4s.
• Όταν σχηματίζεται ένα κατιόν αποβάλλονται ηλεκτρόνια της
υποστιβάδας που έχει τη μεγαλύτερη ενέργεια
το κατιόν του ασβεστίου 20Ca2+ έχει ηλεκτρονιακή δομή:
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d6
το κατιόν του σιδήρου 26Fe2+ έχει ηλεκτρονιακή δομή
Κων/νος Θέος,
kostasctheos@icloud.com