FÍSICA DEL MEDI AMBIENT 1. Estructura de la matèria

Transcripción

1 FÍSICA DEL MEDI AMBIENT 1 Estructura de la matèria 1

2 Sumari Estructura corpuscular de la matèria Dispersió de Rutherford Experiment de Thomson Experiment de Millikan Unitats i constants fonamentals Els àtoms Els nuclis Exercicis 2

3 Estructura corpuscular A petita escala la matèria és discreta. Està gairebé buida i conté petits corpuscles. La dispersió de Rutherford 1909 model de gelatina model corpuscular Va observar poques trajectòries amb grans desviacions i alguna retrodispersió 3

4 Suposem puntuals Força de Coulomb desviació Es cumpleix per a El nucli es molt petit! (femtometre) 4

5 L experiment de Thomson 1895 Desviació d un feix d electrons (tubs de rajos catòdics) Raó càrrega-massa de l electró 5

6 L experiment de Millikan Caiguda de gotes d oli carregades 1913 Caiguda estacionària sense camp amb camp Sempre valors múltiples de la càrrega elemental Electrons 6

7 Unitats i constants fonamentals Algunes constants físiques Energies en electrovolts (ev) a l escala microscòpica Múltiples i submúltiples són freqüents 7

8 Altres unitats especials La unitat de massa atòmica uma [ Massa de l àtom de 12 C ] Nombre d Avogadro Distàncies petites en angstroms 8

9 Estructura atòmica Estats dels electrons a l àtom Mecànica Quàntica De Broglie Dualitat ona-corpuscle Partícula lliure de moment lineal p Ona de longitud d ona λ Principi d incertesa de Heisenberg Densitat de probabilitat 9

10 Mecànica quàntica: distribucions de probabilitat a àtoms densitat de probabilitat Quines lleis obeeix la densitat de probabilitat? Energies discretes Funció d ona Equació d Schrödinger per a Mecànica Quàntica 10

11 Atoms d un electró hidrogenoides Notació Els nombres quàntics Espín discret bivaluat Degeneració: per a cada el nombre d estats és 11

12 Espectres (imatge de Bohr): transicions entre estats discrets radiació EM emesa o absorbida Energia Energia 12

13 Radiació electromagnètica EM ona fotó De Broglie Energia de la radiació EM 13

14 14

15 15

16 Àtoms multielectrònics Nivells Trencament de la degeneració en Ordenació Principi d exclusió de Pauli: un electró a cada estat Configuracions d estat fonamental 16

17 17

18 Espectres òptics Electrons de valència Energies ev Infraroig, visible, UV Exemples d espectres al visible 18

19 Espectres de rajos X Transicions a capes profundes Energies creixents amb Z kev 19

20 Tubs de rajos X Röntgen,

21 Estructura nuclear constituents Protons i neutrons es denominen nucleons Núclid o espècie nuclear Exemples: A vegades Z i N no es donen 21

22 L equivalència massa-energia Massa dinàmica (relativitat) massa en repòs Energia Moment lineal Energia en repòs (Einstein) Fotons Energia cinètica A baixes velocitats Sempre considerarem masses en repòs Amb la fórmula d Einstein massa i energia són equivalents 22

23 Abús de llenguatge: masses en unitats d energia Nomenclatura Isòtops: núclids de mateixa Z (mateix element) Ex: Isòtops d hidrogen isòtops d estany Ex.: carboni 23

24 Isòbars: núclids de mateixa A (masses atòmiques semblants) Ex: Isòtons: núclids de mateixa N Ex: 24

25 La mida del nucli Densitat quasi uniforme dedins Espesor de superfície petit Densitat central parescuda Efectes de superfície grans a nuclis petits Saturació 25

26 L energia nuclear La massa d un núclid és inferior a la suma de les masses dels nucleons individuals que el formen (al voltant d un 1%). Energia d enllaç (o de lligam) positiva massa del núclid energia de lligam Relació massa atòmica massa nuclear Menyspream energies de lligam electròniques 26

27 Alguns valors típics màxima estabilitat Evolució amb A energia de fissió energia de fusió 27

28 Contribucions a l energia La fórmula semiempírica L excés de massa (o defecte de massa ) Llistat complet 28

29 Els processos de desintegració i desexcitació nuclear Els nuclis inestables o excitats decauen espontàniament de moltes maneres Desintegració α n p Positró (com un electró de càrrega contrària) Desintegració Desintegració β+ n p Neutrí (neutre i massa diminuta) Desintegració β- Antineutrí (neutre i massa diminuta) n p Les desintegracions β conserven A 29

30 Captura electrònica CE n p Mateix nucli final que a β- Emissió de partícules Emissió de protons Emissió de neutrons Fissió espontània 30

31 Desexcitació Emissió d una γ En un estat excitat Emissio d un electró atòmic Conversió interna 31

32 La taula de Segré Representació dels núclids Molts de núclids de la taula són inestables isòtops isòbars isòtons La vall d estabilitat 32

33 Només 227 núclids estables Preferència parell-parell El model de capes nuclear nodes moment angular generalitzat energia Nombres màgics 33

34 Exemple: estat fonamental del estat excitat energia energia protons neutrons protons neutrons 34

35 Exercicis 35