Volledige samenvatting van het vak Algemene chemie I, enkel de laaste les (les 14) ontbreekt.
Het geeft de essentie van het handboek weer, met details/afbeeldingen. De samenvatting bevat 67 pagina's
Bestaan van e- aantonen
Kathodestraalbuis: glazen buis waarin gas met lage druk zit opgesloten + 2 elektroden
Hoogspanning tussen beide elektroden >>> gas geeft licht af (kleur licht = karakteristiek voor
gas)
Druk verlagen >>> bepaalde druk leidt niet meer tot oplichten v/h gas
Elektrische stroom doorheen buis wordt nog wel gemeten
M.b.v. luminescent materiaal tussen anode en kathode ziet men materiaal oplichten
Kathodestralen = onzichtbare straling die uitging van de kathode
Proef van Thomson: klein gaatje in anode >>> wanneer spanning wordt aangelegd tussen
anode en kathode: kathodestralen kunnen hierdoor ontsnappen + gedetecteerd worden
d.m.v. luminescent materiaal achteraan de kathodestraalbuis
Tussen anode en achterkant: 2 bijkomende elektroden met daartussen een elektrisch veld
>>> stralen buigen af in richting van positieve elektrode >>> kathodestralen = negatief
geladen
Eigenschappen kathodestralen onafhankelijk van gas in ontladingsbuis als van het materiaal
van de elektroden
Thomson bepaalde verhouding tussen de massa van een e- en zijn lading (m/e)
Experiment Becquerel (1896): uranium geeft radioactieve straling af in 3 bundels,
opsplitsbaar d.m.v. elektrisch veld (α-straling (He2+), β-straling (e- ) en γ-straling (EM))
Experiment van Rutherford (1909): verstrooiing van α-straling aan goudfilm
Meeste gaan doorheen film
Sommige verstrooid onder kleine hoek
Sommige verstrooid onder grote hoek
Verklaring: massa moet 1) grotendeels geconcentreerd zijn in klein volume, 2) positief
geladen zijn
Rutherford atoom:
Atoom is grotendeels lege ruimte met kleine positief geladen nucleus (r= 10 -15 m), omgeven door
elektronenwolk (r= 10-10 m)
Voorspelling klassieke fysica: atoom = instabiel!
>>> e- draait rond: e- wordt continu versneld + zendt continu straling uit + continu verlies van
energie
,Proef van Millikan (1909)
bepalen van absolute lading van e- (met elektrisch geladen oliedruppeltjes)
e = -1,602 . 10-19 C
opstelling: kamer gevuld met lucht + twee horizontale elektroden >>> tussen deze platen kan
een elektrisch veld worden aangelegd. Bovenaan: opening waardoor met een vernevelaar
kleine hoeveelheid olie kan verneveld worden tot fijne mist.
grootte (en dus ook massa) deeltje bepalen m.b.v.:
1. Wet van Stokes: wrijvingskracht Fdrag = 6πηrvf
2. Zwaartekracht: gravitatiekracht wordt gegeven door valversnelling F g = m.g
3. elektrische kracht: Fel = q.E (q = lading deeltje)
ALGEMENE STRUCTUUR VAN HET ATOOM
Atoom = kern(p+ en neutronen) + elektronen
A = massagetal = massa kern, relatieve atoommassa
Z = aantal p+ (bepaalt atoomsoort) atoomnummer
Neutraal atoom: evenveel e- als p+
Isotopen: zelfde element, andere massa (zelfde p+, verschillend aantal neutronen)
ELEKTROMAGNETISCHE STRALING
Transversale golf Longitudinale golf
Watergolven, EM straling Geluidsgolven
E = E0 sin(kx −ωt +φ)
k = 2π / λ (golfvector) en ω = 2πν (angulaire frequentie)
gekarakteriseerd door frequentie (v) en golflengte (λ)
EM golf = transversale golf van onderling loodrechte, sinusoidaal oscillerende elektrische en
magnetische velden.
Frequentie ν = aantal golflengten die passeren in een punt per eenheid van tijd. (Hz (s -1))
snelheid in vacuum: c= v. λ = ω/k
,AANLEIDING VOOR KWANTUMTHEORIE (einde 19de eeuw: problemen klassieke fysica)
1. Zwarte lichaamstraling spectrum
Zwart lichaam = geïdealiseerd object dat alle straling van alle golflengten, ontvangen onder
iedere hoek, perfect absorbeert.
Wet van thermische straling: ieder object in thermisch evenwicht met zijn omgeving zendt
precies evenveel straling uit als het absorbeert. >>> een zwart lichaam is een perfecte
absorber en een perfecte straler (bij iedere temperatuur zendt z.l. evenveel of meer
thermische stralingsenergie uit dan eender welk ander lichaam + straling diffuus
uitgestraald).
Lichaam in thermisch evenwicht: gemiddelde totale energie-inhoud is constant
Energie zwart lichaamsstraling enkel afhankelijk van temperatuur
Waarnemingen:
maximum verschuift naar kleinere golflengte bij hogere T
curve slechts afhankelijk van T
voorspelling volgens Klassieke fysica:
Geen goede beschrijving van het spectrum
Wel goede beschrijving bij heel lage/hoge frequenties
Leidt tot zgn. “ultraviolet catastrofe”
Zwarte lichaam straler = Caviteit die warmtestraling bevat
(“staande golven”)
Energiedichtheid = totale energie per volume
= E per golf x aantal golven per volume
“stralingswet van Raleigh-Jeans”
>>> UV catastrofe (naarmate ν toeneemt, passen er meer golven met die golflengte in de doos >
totale energiedichtheid = onbegrensd)
Oplossing: kwantisatie van energie (=formule van Planck)
E = hv (h = constante van Planck = 6,626.10-34J.s)
Energie wordt slechts uitgestraald in pakketjes evenredig met de frequentie
Probleem Raleigh-Jeans: alle toegelaten trillingstoestanden komen ook daadwerkelijk voor,
en iedere golf heeft een energie = kT
Oplossing Planck: alle toegelaten trillingstoestanden hebben een zekere waarschijnlijkheid
(bepaald door ν), en iedere golf heeft een energie = hν
Resultaat: “stralingswet van Planck”
,>>> geen UV catastrofe (gemiddelde energie per trillingstoestand bij hogere frequenties daalt sneller
dan toestandsdichtheid stijgt)
2. Foto-elektrisch effect (Lenard)
Voorspelling klassieke fysica:
Hoe intenser het licht, hoe hoger de energie van de elektronen.
Waarnemingen van Lenard:
Ek, max(elektronen) = f(νlicht)
Maximale kinetische energie van de foto-elektronen wordt niet bepaald door de
intensiteit van de invallende straling.
aantal elektronen = f(lichtintensiteit)
Het aantal foto-elektronen dat wordt waargenomen, wordt wel bepaald door de
intensiteit van de invallende straling.
minimale νlicht nodig
De maximale kinetische energie van de foto-elektronen wordt bepaald door de
frequentie van de invallende straling.
Verklaring Einstein:
Licht bestaat uit discrete kwanta (=fotonen)
Fotonenergie is gekwantiseerd: E = hv
minimale νlicht nodig: foton heeft minimale E nodig om elektron los te maken uit het
metaal
aantal elektronen ∝ aantal invallende fotonen
3. lijnenspectra
verhitten vaste stof: continu spectrum (alle golflengtes komen voor, met een intensiteit die
karakteristiek is voor de stof)
verhitten gas: lijnenspectrum (slechts welbepaalde golflengtes komen voor, die karakteristiek
zijn voor het gas)
formule van Balmer: formule die waargenomen frequenties reproduceert (c 0 = lichtsnelheid)
BOHR MODEL (1913) (begin les 3)
Uitgangspunt = model van Rutherford + 2 postulaten
Postulaat 1: kwantisatie draai-impuls
L = n . ℏ (L = draai-impuls, n = geheel getal (kwantumgetal), ℏ = h/2π)
enkel bepaalde banen, met bepaalde straal, zijn toegelaten (“stationaire toestanden”)
e- zendt geen EM straling uit in stationaire toestand
,Postulaat 2: (overgang van een e- van de ene stationaire toestand naar de andere)
excitatie (e- van lager naar hoger energieniveau) van elektron door opname foton
de-excitatie (e- van hoger naar lager energieniveau) van elektron door uitzenden foton
(energie van het uitgestraalde foton = energieverlies van het e- tijdens transitie)
Kwantisatie van de straal van de elektronbaan
(enkel laatste deel bovenste vgl en waarde a0 kennen, r = straal van de baan, a0 = grootte van een atoom,
Z = aantal protonen, n = getal van de baan)
Kwantisatie van de energie
Totale energie van het e- in het Bohr-atoom kan berekend worden als de som van de
kinetische (K = mv2/2) en de potentiële (V = -(Z2e2)/(4πε0 a0 n2)) energie.
-1313kJ/mol
>>> elektronische structuur rond kern = opgebouwd uit “schillen”
Lijnenspectra:
Energie van een foton = hv, zodat de frequentie van het uitgestraalde e- gelijk is aan de
bovenstaande formule.
R/hc0 = RH (waarde wijkt slechts 0,05% af van de experimentele waarde)
,Magnetisme:
Magnetische dipool = “staafmagneet met magnetische N en Z pool”
Baan e- induceert magnetische dipool M, evenwijdig aan draai-impulsvector van het e- en
loodrecht op de baan.
Realiteit: H-atoom heeft een magnetisch dipoolmoment, maar van andere grootte
Successen:
Energieniveaus H-atoom (lijnenspectra) en ionen met 1 elektron
Ionisatie-energie H-atoom
Waarde van de Rydberg constante (RH = 1,097 . 105 cm-1)
Tekortkomingen:
Kan energieniveaus voor atomen met meer dan 1 elektron niet bepalen
Grootte van opgewekte magnetische dipool is fout
Draai-impuls van het H-atoom in grondtoestand is fout
Atomen zijn niet “plat” (volgens model van Bohr: e- draaien in platte cirkelvormige baan)
Elektronen draaien niet in banen rond de kern
>>> ontwikkeling kwantummechanica
HYPOTHESE VAN DE BROGLIE
EM-golven hebben deeltjes-karakter (=golf-deeltje dualiteit) >>> hebben deeltjes dan ook golf-
karkater?
Volgens Broglie: kwantiseringsvoorschrift van Bohr = veruitwendiging van het golfgedrag van
materie.
Veronderstel: de golf waarmee de beweging van deeltjes beschreven moet worden, is
dezelfde als die voor fotonen
Golflengte van de materiegolf moet gegeven worden door:
(niet relevant bij macroscopische voorwerpen)
ONZEKERHEIDSPRINCIPE VAN HEISENBERG
Ten gevolge van de golfeigenschappen van deeltjes is het onmogelijk om tegelijk positie en
impuls van deeltje kennen:
, Δx = de onzekerheid op de plaatscoördinaat x van het deeltje
Δvx = de onzekerheid op zijn snelheid
Fundamentele eigenschap van kwantumsystemen (geen gevolg van onnauwkeurige meting)
GOLFFUNCTIES (begin les 4)
Microscopische systemen kunnen slechts voorkomen in welbepaalde toestanden met
welbepaalde discontinue energieën.
Kwantumgetallen = discrete, karakteriserende getallen voor specifieke toestanden
Onzekerheidsprincipe: golf heeft statistische betekenis >>> de grootheid die men verkrijgt
door de golffunctie ψ te vermenigvuldigen met zijn complex toegevoegde ψ*
= Waarschijnlijkheidsdichteid van het systeem: ψi* ψi
voorbeeld:
INTERPRETATIE WAARSCHIJNLIJKHEIDSVERDELING
Sferische poolcoördinaten (r, θ, φ) i.p.v. cartesische coördinaten (x, y, z)
Waarschijnlijkheid dat e- zich bevindt in bolschil met volume 4πr2dr = ψ1s* ψ1s 4πr2dr
Voor gekozen straal r: hoogte van curve is evenredig met de waarschijnlijkheid om het e- in
deze bolschil aan te treffen.
Volledige curve = waarschijnlijkheidsverdeling
Fundamenteel verschillend van Bohr model:
Bohr Kwantummechanisch
“baan van een e-“ = e- doorloopt een “orbitaal bezet door het e-“
baan met een constante straal >>> Orbitaal = fysisch gebied waar het e- een
metingen van de elektron-kernafstand zekere waarschijnlijkheid heeft om voor
moet steeds een identieke waarde te komen.
opleveren.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller bentemeulemans. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.49. You're not tied to anything after your purchase.
