Vật lý Nguyên Tử

HÀM RIÊNG, TRỊ RIÊNG CỦA TOÁN TỬ MOMEN XUNG LƯỢNG    NGUYÊN TỬ  HYDROGEN            Chuyển động của electron trong nguyên tử.        Các kết luận.               Hiệu chỉnh khi xét chuyển động của hạt nhân.           Xác suất tìm thấy electron.                 NGUYÊN TỬ THUỘC NHÓM KIM LOẠI KIỀM.      HIỆU ỨNG ZEEMAN-MOMEN SPIN           BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HOÀN           LASER                     BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

I. HÀM RIÊNG VÀ TRỊ RIÊNG CỦA TOÁN TỬ MOMEN XUNG LƯỢNG TOP Trong cơ học lượng tử toán tử Mômen xung lượng được định nghiã là: II. NGUYÊN TỬ HYDROGEN             1. Chuyển động của electron trong nguyên tử TOP             2. Các kết luận: TOP @- Giải thích quang phổ vạch của nguyên tử Hydrogen: Thực hiện sự phóng điện qua ống đựng khí hydrogen ở áp suất thấp, ta thấy quang phổ của nguyên tử Hydrogen là những vạch nhỏ nét, màu sắc khác nhau và có bước sóng xác định. Sự kiện đó được giải thích như sau:                3. Hiệu chỉnh khi xét chuyển động của hạt nhân: TOP             4.Xác suất tìm thấy electron: Xác suất tìm thấy electron ớ một thể tích dv nào đó được tính bằng công thức: Theo đồ thị trên thì bất kỳ ở khỏang cách nào cũng có khả năng gặûp electron nhưng ở mỗi trạng thái đều có một gía trị r ứng với xác suất lớn nhất. Kết luận: Electron trong trong nguyên tử không chuyển động theo một quỹ đạo xác định như quan điểm cổ điển. Ta hình dung electron bao quanh hạt nhân như một đám mây. Ðám mây nầy (hình 4.5) dày đặc ở những khoảng cách ứng với xác suất cực đại. Ðiều nầy cũng chứng tỏ sự tồn tại lưỡng tính sóng hạt. III.         NGUYÊN TỬ  THUỘC NHÓM KIM LOẠI KIỀM             1. Năng lượng của electron             Các nguyên tử trong nhóm kim loại (Li, Na, K, Rb, Cs, . . .) có điểm chung là chỉ có một electron ở lớp võ ngoài cùng, ta gọi đó là electron hóa trị. Electron hóa trị liên kết yếu với hạt  nhân và các electron, gọi chung là phần lõi của nguyên tử.             Chuyển động của electron hóa trị có thể xem như chuyển động trong trường thế COUBLOM do phần lõi nguyên tử tạo ra, giống như chuyển động của electron trong nguyên tử Hydrogen. Vì thế tính chất hóa học và quang học của các nguyên tử thuộc kim loại kiềm là giống nhau và giống với nguyên tử Hydrogen.             Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm có sai khác đôi chút với năng lượng của electron trong nguyên tử Hydrogen. Bởi vì ngoài năng lượng tương tác với hạt nhân còn có năng lượng tương tác giữa electron đang xét và các electron khác trong nguyên tử. Khi tính thêm năng lượng tương tác phụ nầy, ta giải phương trình Schrodinger với hạt electron hóa trị.  Các gía trị năng lượng  gián đoạn của electron hóa trị là:             2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm IV. HIỆU ỨNG ZEEMAN- MÔMEN SPIN             1. Dòng điện phân tử, mômen lưỡng cực từ TOP Như ta biết mọi nguyên tử đều cấu tạo bởi hạt nhân mang điện dương và các electron mang điện âm. Nguyên tử  hầu như tập trung toàn bộ khối lượng tại hạt nhân. Ở điều kiên bình thường nguyên tử trung hòa về điện, nghiã là số electron bằng số prôton trong hạt nhân. Ðiện tích hạt nhân và số electron trong nguyên tử có liên hệ mật thiết với vị trí của nguyên tố trong Bảng tuần hoàn. Một nguyên tố có số thứ tự là Z thì điện tích ở hạt nhân là +Ze ( e: điện tích của electron).             2. Hiệu ứng Zeeman TOP Hiện tượng Zeeman là hiện tượng tách một vạch quang phổ trong nguyên tử thành nhiều vạch sít nhau khi nguyên tử phát sáng đặt trong từ trường.             Thí nghiệm: Ðặt một nguồn khí Hydrogen phát sáng vào giữa hai cực của một nam châm điện, nam châm điện tạo ra một từ trường mạnh. Khi quan sát các bức xạ phát ra theo phương vuông góc với từ trường thì thấy mỗi vạch quang phổ của nguyên tử  Hydrogen tách thành 3 vạch sít nhau.             3. Mômem Spin của electron TOP Việc mô tả trạng thái  lượng tử của electron bằng 3 số lượng tử n,Ġ, m giúp ta giải thích một số sự kiện thực nghiệm. Tuy nhiên có nhiều thực nghiệm khác chứng tỏ việc mô tả trạng thái bằng ba số lượng tử là chưa đủ. Những máy quang phổ tinh vi người ta phát hiện thấy mỗi vạch quang phổ lại gồm nhiều vạch nhỏ nét hợp thành,  như trường hợp nguyên tử Na; Người ta quan sát có 2 vạch quang phổ rất sát nhau có bước sóng là 589 nm và 589,6 nm. Các vạch như thế gọi là vạch kép. Ðối với một số nguyên tử khác cấu trúc vạch quang phổ còn phức tạp hơn và đuợc gọi là cấu trúc bội của phổ. Thí nghiệm Einstein V. BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HOÀN TOP Theo sự sáng lập Bảng phân loại tuần hoàn của Mendeleef, các nguyên tố hóa học tuân theo các nguyên tắc sau:             @. Sự xếp đặt các nguyên tốí hóa học tuân theo chiều tăng của số khối.             @. Các nguyên tố trong cùng một hàng có số điện tử ở lớp ngoài cùng tăng dần từ 1 đến 8.             @. Các nguyên tố trong cùng một cột có số điện tử tăng dần nhưng số điện tử ở lớp ngoài cùng là bằng nhau.             @. Trình tự phân bố các electron của một nguyên tử theo nguyên tắc sắp xếp từ các mức năng lượng thấp đến mức năng lượng cao.            Nguyên lý loại trừ Pauli  VI. LASER (Light Application By Stimulated Emission Of Radiation)             1.      Lý thuyết về sự hấp thụ và bức xạ của Einstein  TOP             2. Sự phát xạ tự nhiên TOP             3. Bức xạ cảm ứng TOP             4. Hoạt động của Laser TOP Laser là gì Ðó là sự khuếch đại lượng phôton ánh sáng của một môi trường nào đó bằng cách dùng ánh sáng kích thích có cùng tần số với tần số của phôton được bức xạ từ trong môi trường đó. Trong thực tế, Laser là sự tạo ra một chùm hạt phôton được phát xạ từ một số vật thể thỏa mản các điều kiện sau đây:             1-Tất cả các phôton phát ra đều có cùng bước sóng giống nhau. (ta gọi đây là sự đơn sắc)             2- Tất cả các phôton đều có cùng pha dao động. Nói cách khác là các phôton phải được tạo ra vào cùng một thời điểm như nhau.             3- Tất cả các phôton đều cùng phân cực theo một phương .             Việc chọn môi trường thích hợp là rất cần thiết cho hoạt động của từng loại Laser và đồng thời nó cũng qui định màu sắc và công suất cụ thể của từng loại Laser.             Sự khuếch đại phôton được giải thích theo quan điểm của Einstein như sau: Ðối với phôton tồn tại một bức xạ cảm ứng. Phôton trong điều kiện nào đó khi vừa được tạo ra do kích thích nó sẽ kích thích trở lại các nguyên tử vật chất của môi trường hoạt tính làm cho các nguyên tử nầy từ trạng thái kích thích trở về trạng thái có mức năng lượng cơ bản và lại cho ra thêm một phôton thứ cấp có cùng pha với phôton ban đầu. Sau đó, cả hai phôton ban đầu và phôton thứ cấp tiếp tục kích thích các nguyên tử khác làm cho nó chuyển từ mức kích thích về mức cơ bản để sinh ra nhiều phôton nửa. Đây chính là quá trình nhận phôtôn còn gọi là khuếch đại phôtôn. Quá trình này phải được đi kèm quá trình kích thích môi trường hoạt tính liên tục để electron vừa chuyển về mức cơ bản lập tức bị kích thích trở lên mức năng lượng kích thích. Vì thế mật độ của nguyên tử ở mức kích thích là không đổi và luôn cao hơn mật độ ở mức cơ bản. Người ta gọi đó là quá trình làm đảo ngược mật độ trong Laser.             Ðể tăng xác suất của phôton gặp và kích thích electron của nguyên tử, người ta dùng hai gương phẳng hoặc hai gương cầu đặt chắn trên đường đi của các phôton với mục đích làm các phôton phản xạ qua gương nhiều lần. Vậy phôton sẽ đi qua lại nhiều lần trong môi trường hoạt tính trước khi cho nó phát ra bên ngoài bằng một của sổ nhỏ gắn lên  một trong hai gương. Ngoài ra hai gương còn có tác dụng hướng các chùm phôton nằm theo cùng một hướng chuyển động giúp các tia sáng khi ra ngoài sẽ phân cực theo cùng một hướng.             Các phôton trước khi thoát ra cửa sổ đều có cùng pha dao động là vì các phôton chuyển động với vận tốc rất lớn gần với vận tốc ánh sáng. Ta có thể xem như chúng cùng phát ra khỏi máy Laser vào cùng một thời điểm. Các ứng dụng Trong y học dùng trị bệnh về răng như khoan răng sâu, hàn vết nứt, diệt vi khuẩn trên răng. Giải phẩu bằng tia Laser có thể cắt bỏ các khối u của ung thư ; mài thuỷ tinh thể trong mắt để trị bệnh cận thị. Trong kỷ thuật: Chế tạo máy phát Laser dùng trong kỷ thuật thu âm và phát âm              Kỹ thuật lưu trữ thông tin số (hình ảnh, âm thanh, tài liệu) trên dĩa compact disk Trong quân sự: Chế tạo vũ khí Laser đảm bảo sự định hướng cao, các hệ thống thông tin quân sự Trong y phục: Phục vụ việc cắt may công nghiệp Trong chế biến: dùng để bảo quản thực phẩm, đóng hộp, tuyệt trùng   BÀI TẬP TOP Giải thích tại sao hàm riêng của toán tử hình chiếu của momen xung lượng lên phương OZ lại nhận những giá trị gián đoạn? Những giá trị gián đoạn đó thỏa mản điều kiện gì? Giải thích. Tìm trị riêng và hàm riêng của toán tử bình phương momen xung lượng và từ đó suy ra trị riêng của toán tử momen xung lượng.   Tìm mối quan hệ của trị riêng toán tử momen xung lượng và trị riêng toán tử hình chiếu của momen xung lượng lên phương OZ.     TRẮC NGHIỆM TOP Kết luận về chuyển động của electron trong nguyên tử Hydrogen: a)      Chuyển động theo một quỹ đạo xác định. b)      electron bao quanh hạt nhân như một đám mây. c)      electron tồn tại tính chất hạt không thể hiện tính chất sóng. d)      electron luôn cách tâm của nguyên tử Hydrogen một đoạn đúng bằng bán kính nguyên tử. Các nguyên tử trong nhóm kim loại kiềm thì: a)      electron hóa trị liên kết yếu với hạt  nhân b)      Tính chất hóa học và quang học của các nguyên tử thuộc nhóm kim loại kiềm là giống nhau c)      Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm có sai khác đôi chút với năng lượng của electron trong nguyên tử Hydrogen. d)      Thoả tất cả các câu trên. Có một câu phát biểu sai: a)      Chuyển động quay tròn của điện tử  có thể xem như một dòng điện kín. b)      Mômen lưỡng cực từ khi e quay tròn tỉ lệ với bán kính đường tròn. c)      Mômen xung lượng khi e quay tròn tỉ lệ với khối lượng của nó. d)      Mômen xung lượng khi e quay, có phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Mômem Spin của electron tồn tại do: a)      electron chỉ tham gia một chuyển động quay quanh hạt nhân. b)      electron có tham gia một chuyển động quanh chính nó. c)      electron khi đặt trong từ trường ngoài bị tác dụng lực Lorentz. d)      electron là hạt mang điện âm. Theo nguyên lý loại trừ Pauli: a)      Ở lớp K chỉ chứa tối đa là 1 electron. b)      Ở lớp L chỉ chứa tối đa là 8 electron. c)      Không thể có ít hơn hai electron ở cùng một trạng thái lượng tử d)      Không thể có hai electron ở cùng một trạng thái lượng tử Khi nói đến Laser ta hiểu rằng: a)      có sự khuếch đại lượng phôton ánh sáng. b)      Tất cả các phôton phát ra đều có cùng pha dao động. c)      Ta dùng ánh sáng kích thích có cùng tần số với tần số của phôton được bức xạ ra. d)      Laser là ánh sáng gần như đơn sắc. e)      Tất cả các câu trên đều đúng. Tia Laser có những tính chất đặc biệt là: a)      Tại một điểm có ánh sáng Laser chiếu tới có thể đạt nhiệt độ 6000 hoặc 8000 0K. b)      Máy phát Laser dùng trong kỷ thuật thu âm và phát âm. c)      Tia Laser có thể cắt bỏ các khối u của tế bào bị ung thư. d)      Có thể đạt đến trạng thái nhiệt độ tuyệt đối âm. e)      Có sự đảo lộn mật độ hai mức năng lượng hoạt động của Laser.