Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

11 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [20430]

Fråga:
Hej!

Vad är en spektroskopisk notation ("term-symbolen")? Hur kan man tillämpa detta för grundtillståndet hos en Ar^{2+} jon?
/Molly N, Tumbagymnasiet, Tumba

Svar:
En fullständig beskrivning av spektroskopisk notation kräver en mindre lärobok, se länk 1 och Term_symbol . En miniversion finns under länk 2. Se även fråga 12738 och 19483 .

Ar2+ (Z=18) har samma struktur som neutralt S (Z=16) med elektronkonfiguration (se WebElements )

[Ne].3s2.3p4

och termsymbolen 3P2.
/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11];

1 http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST341/qn.html
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/hydcol.html#c3

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19483]

Fråga:
For Arsenic: Provide a list of allowed terms in the LS-koupling schemes.Specify the allowed states by specifying the J. Order the states in order of energy(lowest to highest)making use of Hund's ruls.
/Sara s, Lund universitet, Malmö

Svar:
Detta ser ut som en övningsuppgift som du skall lära dig något av. Jag antyder därför bara hur du skall gå till väga.

Vi börjar med att ta reda på elektronkonfigurationen för arsenik, se Webelements för arsenik (länk 1). As har alltså 33 elektroner i följande konfiguration:

[Ar].3d10.4s2.4p3

De aktiva elektronerna är de tre i 4p-skalet, dvs 3 stycken l=1 (banimpulsmoment) elektroner. Dessa kopplas sedan separat till ett S (totala spinnet) och ett L (totala banimpulsmomentet). Slutligen kopplas det totala banimpulsmomentet L och det totala spinnet S till ett slutligt J (totala rörelsemängdsmomentet).

Hunds tre regler beskrivs mycket bra i Hund's_rules och länk 2.

1 Termen med högst multiplicitet ligger lägst.

2 För en given multiplicitet är termen med det största L-värdet det lägsta.

3 För atomer med halvfyllda skal eller mindre är nivån med det lägsta värdet på J den lägsta.

Man måste även se till att pauliprincipen uppfylls.

1 Tre elektroner har maximalt S=3/2 och alltså multipliciteten 4.

2 Med alla tre elektroner i samma spinntillstånd (ms=+1/2) måste de ha olika ml dvs -1, 0 och 1 (se nedanstående figur). Detta mosvarar L=0, dvs ett S-tillstånd (att totala spinnet och L=0 båda betecknas med S är lite konfunderande).

3 Med S=3/2 och L=0 är J=3/2 det enda möjliga. Den lägsta nivån (grundtillståndet) är alltså 4S3/2, vilket stämmer bra med Term symbol på sidan länk 1.



/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11]; pauliprincipen [10];

1 http://www.webelements.com/arsenic/
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atomic/hund.html#c1

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19441]

Fråga:
Hur bestämmer man värden på kvanttalen; n, l, ml, ms?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur bestämmer man värden på kvanttalen; n, l, m, ms? Låt oss säga att den yttersta elektronen hos ett ämne(kalium, natrium, barium, järn m.m.) befinner sig i 4f tillstånd? eller i nåt annat tillstånd. Vore bra om ni kunde också förklara när de befinner sig på annat tillstånd än 4f .

Och sist men inte minst: Vilka urvalsregler gäller generellt för optiska övergångar och varför?

Tack på förhand!
/mayu m

Svar:
Kvantmekaniska modeller för elektroner i en atom är mycket exakta, så man kan bestämma kvanttalen för olika tillstånd helt enkelt genom att jämföra experiment med teoretiska beräkningar. Experiment kan vara att observera elektromagnetiska övergångar mellan olika tillstånd eller att se hur atomer bildar kemiska bindningar.

För kärnfysik är din fråga mer relevant eftersom kärntillstånd är mer komplexa och det teoretiska modellerna mindre exakta. För kärntillstånd måste man alltså bestämma kvanttalen genom mätningar av sönderfall och reaktioner, se fråga 15482 och 19317 .

De enda tillåtna atomära övergångarna är elektrisk dipol, dvs ändring av J (L+spinn) med högst en enhet och ändring av paritet. Det finns dessutom massor av andra urvalsregler som behandlas i läroböcker.

Se vidare Quantum_number och fråga 13733 .
/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11]; kvantmekanik [26];

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

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19440]

Fråga:
Hur beror energitillstånden hos en flerelektron atom på kvanttalet l?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur beror energitillstånden hos en flerelektron atom på kvanttalet l, och hur kan man förstå den variationen?
/mayu m

Svar:
För givet huvudkvantal n har man ban-kvanttal l = n-1,,,0. Det lägre värdet på l har lägst energi. Det beror på att för låga l-värden penetrerar vågfunktionen mer innanför de negativa laddningarna från lägre liggande elektroner, se nedanstående bild från Hyperphysics. Elektronen kommer då att utsättas för en högre effektiv positiv laddning från kärnan, vilket gör att den blir mer bunden.

Kvanttalet l är ju ett mått på elektronens rörelsemängdsmoment, dvs rXp. Klassiskt sett måste då för l>0 p gå mot oändligheten när r går mot noll. Se fråga 17699 för ett lite mer sofistikerat resonemang.

Se länk 1 fråga 19483 och Azimuthal_quantum_number .



/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11]; rörelsemängdsmoment [12];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/orbdep.html#c2

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19392]

Fråga:
Hur väl kan man avbilda en atom?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
På samma sätt som en färgad pixel på datorn byter plats och det då ser ut som det rör sig på datorn, hur lite kan en atom röra sig? Alltså, vad är minsta avståndet som en atom rör sig för att faktiskt ha rört sig?
/Sixten F, Alléskolan, Floda

Svar:
Hej Sixten! Jag är inte helt säker på vad du menar. Jag antar du vill veta hur väl kan man avbilda en atom. Det finns numera flera olika metoder att avbilda atomer.

Bilden nedan till vänster visar en bild på en väteatom framställd med en teknik som kallas kvantmikroskopi (eller fotojonisationsmikroskopi), se länk 1. Man kan se hur elektronen rör sig i ett antal moln på olika avstånd från protonen och inte i en planetbana som i Bohrs enkla atommodell.

I bilden nedan till höger (länk 2) har man använt atomkraftsmikroskopi (se Atomkraftsmikroskopi ) för att avbilda en molekyl bestående av kolatomer och väteatomer. Man kan tydligt se att kolatomerna förekommer i sexkantiga bensenringar.

En atom har en radie på ungefär 1/10 nanometer, så upplösningen är alltså betydligt bättre än detta.

Nobelpriset i kemi för 2014 var för högupplöst avbildning med fotoner: Super-resolution_microscopy .



/Peter E

Nyckelord: atomradie [8]; elektronskal [11]; Bohrs atommodell [9];

1 http://io9.com/the-first-image-ever-of-a-hydrogen-atoms-orbital-struc-509684901
2 http://phys.org/news/2013-05-first-ever-high-resolution-images-molecule-reforms.html

*

[17673]

Fråga:
I mitt priodiska system så har Zirkonium (40) 2 elektroner i sitt yttersa skal och 10 i det näst yttersta. Niob (41) som ligger alldeles jämte har 1 elektron i sitt yttersa skal och 12 i sitt näst yttersta skal. Varför blir det så, jag kan inte förstå hur hoppen sker, det logiska vore väl i så fall att Niobs näst yttersa skall fylldes på med en elfte elektron och fortsatt hade 2 i sitt yttersa. Samma sak händer mellan rodium (45) och Palladium (46). Det var ett tag sedan jag läste kemi på universitetet och jag har glömt vad det berode på, pinsamt om jag får frågan
/Henrik E, Göteborg

Svar:
För lätta ämnen kan man bygga på elektronskalen systematiskt - först när ett skal är fullt börjar man på nästa. Anledningen är att det för lätta atomer är relativt stora energigap. För tyngre atomer är skalen närmare varandra, och ordningen bestäms av mer subtila skillnader. Ta lantaniderna som exempel. Där är 6s orbitalen full medan man fyller på 4f orbitalen (som ju för lätta atomer ligger under 6s).

För att bestämma konfigurationen hos valenelektronerna måste man göra en omfattande och realistisk lösning av schrödingerekvationen. Här är konfigurationen för valenselektronerna från WebElements för zirkonium och niob:

Zr Z=40: [Kr] 4d2 5s2
Nb Z=41: [Kr] 4d4 5s1

Med den högre laddningen hos Nb är det tyligen så att det är energetiskt fördelaktigt för en av de två 5s elektronerna att flytta till 4d. Tyvärr tror jag inte man kan förklara fenomenet med ett enkelt resonemang.
/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16629]

Fråga:
Valenselektroner och elektronskal
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag undrar hur man kan på bästa sätt förklara vad ett valenselektroner är och vad är ett elektronskal.
/Malin J, Ljungbacken, lidingö

Svar:
Malin! Är du inte lite ung för att fundera på elektronskal och valenselektroner?

Atomkärnor har 1 till c:a 100 positivt laddade protoner (och ett antal neutroner som vi inte behöver bekymra oss för). För att atomen skall vara oladdad måste den ha samma antal negativa elektroner som den har protoner. Detta antal kallas för atomnummer, och bestämmer vilket grundämne vi har att göra med.

Enligt kvantmekanik ens lagar kan man inte bara stoppa in dessa elektroner i atomen hur som helst, utan man fyller vad som kallas elektronskal som rymmer ett bestämt antal elektroner. Fyllda skal är normalt orörda, så det är elektroner som hamnar i det översta icke fulla skalet som bestämmer grundämnets egenskaper. Det är dessa s.k. valenselektroner som deltar i kemiska reaktioner. Grundämnen som har alla skal fyllda saknar valenselektroner, och deltar nästan inte i kemiska reaktioner. De är gaser, och kallas för ädelgaser.

Sammanfattning:

Elektronskal är från varandra avgränsade energiintervall inom vilka elektronerna i en atom kan befinna sig.

En valenselektron är en elektron i atomens yttersta skal (valensskalet). Antalet valenselektroner har stor betydelse för vilka kemiska föreningar atomen kan ingå i, det vill säga antalet bestämmer atomslagets kemiska egenskaper. Alla ädelgaser har strukturen ns2np6 i sitt yttre skal. Undantaget He som ju bara ha två elektroner 1s2. Gemensamt för alla ädelgaserna är alltså att det yttersta skalet är fullt (2 elektroner i s-tillstånd och 6 elektroner i p-tillstånd).
/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11]; Bohrs atommodell [9];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12738]

Fråga:
Hej, Hur många elektroner finns egentligen i det tredje elektronskalet. Det står olika i olika böcker.

Tacksamma hälsningar
/Henrik B, Friberga skolan, Danderyd

Svar:
Det som kan vara litet förvirrande när det gäller elektronskal är att notationen kan skilja sig mellan böcker - bl.a. har kemister och fysiker historiskt haft olika uppfattning om huruvida man ska börja räkna huvudkvanttalet (n) från 0 eller 1. Dessutom, som du säkert vet, fylls ju de olika "subskalen" (orbitalerna) ibland inte på i "förväntad" ordningsföljd, vilket också kan leda till svårigheter att tolka vad "tredje elektronskalet" egentligen betyder.

Om vi tittar på elektronkonfigurationerna hos lätta och medeltunga grundämnen kan vi sammanställa tabellen nedan, där huvudkvanttalet n alltså börjar räknas från 1. I fall att "tredje elektronskalet" betyder "alla orbitaler med huvudkvanttalet n=3, där jag börjar räkna n från 1", alltså 3s, 3p och 3d, så kan vi maximalt fylla det med 2+6+10=18 elektroner. Detta är nog den vanligaste definitionen.

Tabellen visar också att elektronorbitalerna fylls på i ordningen 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s,... - 4s kommer alltså före 3d. Det beror på att kvantmekaniska effekter ger orbitalen 4s något lägre energi än 3d, så det blir gynnsammare ur energisynpunkt för atomerna att först helt fylla 4s-orbitalen innan 3d tas i bruk. Precis samma resonemang leder till att 5s kommer efter 4p och före 4d, osv.

huvudkvanttal orbital max. antal elektroner rad i per. systemet motsvarande grundämnen
---------- ---------- ---------- ---------- ----------
1 (=K) 1s 2 1 H,He
2 (=L) 2s 2 2 Li,Be
2 (=L) 2p 6 2 B,C,N,O,F,Ne
3 (=M) 3s 2 3 Na,Mg
3 (=M) 3p 6 3 Al,Si,P,S,Cl,Ar
4 (=N) 4s 2 4 K,Ca
3 (=M) 3d 10 4 Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn
4 (=N) 4p 6 4 Ga,Ge,As,Se,Br,Kr
5 (=O) 5s 2 5 Rb,Sr
4 (=N) 4d 10 5 Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd
5 (=O) 5p 6 5 In,Sn,Sb,Te,I,Xe
och så vidare...

I WebElements kan man hitta elektronkonfigurationer för alla ämnen.
/Margareta H/lpe

Nyckelord: elektronskal [11];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12220]

Fråga:
Varför har Osmium och Iridium högst densitet av alla grundämnen?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Osmium och Iridium är ju de tyngsta grundämnena vi känner till. Finns det någon fysikalisk förklaring till varför det förehåller sig så? Finns det materia på vår jord med ännu högre densitet eller går det att skapa på konstgjord väg. Går det s a s att "packa" i hop atomerna på samma sätt som man kramar en snöboll.
/Fredrick A

Svar:
Intressant fråga, men ganska svår att reda ut ordentligt.

Densiteten hos ett ämne beror dels på kärnans massa och dels på elektronskalens uppbyggnad. Så här ser densiteten av grundämnena ut: WebElements - density of elements . Du kan läsa av ämnet längst ner på sidan om du för musen över ämnet i det periodiska systemet.

Ämnena med störst densitet är

Ämne   Z   Densitet (g/cm3)
Os    76    22.61
Ir    77    22.65
Pt    78    21.09

Ökande laddning (Z) gör att atomskalen krymper och densiteten ökar. Massan ökar också med Z. Det kan då tyckas konstigt att platina har lägre densitet är iridium. Det måste bero på att "packningseffektiviteten" i kristallen är sämre för Pt än Ir.

Om vi tittar på elektronstrukturen finner vi Ir [Xe].4f14.5d7.6s2 och Pt [Xe].4f14.5d9.6s1. Troligtvis gör det större antalet 5d (9 mot 7) elektroner att den effektiva radien blir större för Pt än för Ir.

Densiteten ökar med trycket, men mycket lite. Som vi sett är det elektronerna som bestämmer densiteten. Enda sättet att öka densiteten väsentligt är att göra av med elektronerna. Detta sker i neutronstjärnor där den enorma gravitationen får elektronerna att slå sig ihop med protoner för att bilda neutroner.
/Peter E

Nyckelord: elektronskal [11]; atomradie [8];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [128]

Fråga:
Varför heter det innersta elektronskalet K-skalet och inte t ex A-skalet?
/

Svar:
I sin artikel The Spectra of the Fluorescent Röntgen Radiations i Phil. Mag 22 396 (1911) inför Charles G. Barkla beteckningarna K och L för de två observerade klart åtskilda serierna i den karakteristiska röntgenstrålningen. I en not nämner han att dessa tidigare betecknades med B och A (Proc. Camb. Phil. Soc. May 1909). Bokstäverna K och L är emellertid lämpligare eftersom det är mycket troligt att serier av strålning existerar som absorberas lättare eller är mer genomträngande. Det är att märka att Barkla i sin nobelföreläsning 1918 för 1917 års nobelpris i fysik nämner att han har troliga bevis för en energirik J-strålning. En sådan strålning har icke verifierats.

Varför Barkla just valde bokstäverna K och L kan vi gissa oss till. I läroböcker från tidigt 20-tal finner vi att K och L relateras till kort- och långvågig strålning. Det ligger nära till hands att tro att K och L är förkortningar för kurz och lang, men 1911 hade man ännu inte mätt strålningens våglängd. Dessutom var Barkla engelsman. Förmodligen är förklaringen att Barkla valt bokstäver mitt i alfabetet för att få plats med oupptäckt strålning av både mjukare och hårdare karaktär.

Nyckelord: elektronskal [11];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1315]

Fråga:
Jag har några frågor angående Pauliprincipen, vad innebär den? Vad betecknar elektronernas olika kvanttal för något? Vad är ett röntgenspektrum och hur uppkommer det?
/Cecilia K, Katedral, Växjö

Svar:
Enligt kvantmekaniken kan en elektron i atomens elektronkal endast befinna sig i vissa tillstånd. Enligt Pauliprincipen kan två elektroner aldrig befinna sig i samma tillstånd.

Analogi Man placerar elektronerna i atomens elektronskal ungefär som böcker i en bokhylla. På varje plats får det bara rum en bok.

Varje elektron har fyra olika kvanttal: n, l, m, ms.

Det är svårt att ge en exakt definition av dem på "gymnasiefysiknivå". Istället får vi ge en enkel bild enligt Bohrs atommodell.

n betecknar antalet nollställen i den radiella vågfunktionen + 1.

l anger hur utdragen banan är.

m anger hur banans plan lutar.

ms anger om spinnet är upp eller ner.

Ett röntgenspektrum uppkommer om man lyckas ta bort en elektron från ett inre skal i atomen. När någon av de yttre elektronerna "hoppar in" till den tomma platsen så sänds en röntgenfoton ut.
/GO

Nyckelord: Bohrs atommodell [9]; pauliprincipen [10]; elektronskal [11];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.