lOMoAR cPSD| 10137069
Algemene chemie: lessen
Hoofdstuk 1: Aanleiding voor de ontwikkeling van de kwantummechanica
Model van Dalton (1808): “kleine onvernietigbare deeltjes zonder interne structuur”
Proef van Thomson (1904): structuur van atoom onderzoeken
- Kathodestraalbuis
- Elektrodes met hoogspanning
- Gas ertussen begint ontladen in elektronen
- Elektrisch veld aanleggen
- Straal wordt afgebogen naar positieve kant
- Elektronen bestaan in elk soort ding dat er bestaat (met positieve en negatieve delen)
“Positieve bol met negatieve elektronen deeltjes erin”
- Plum pudding model, geheel is elektrisch neutraal
- Universeel: Eigenschappen vd kathodestralen onafhankelijk van het gas id ontladingsbuis
alsook het materiaal van de elektroden.
- Bevat een vaste massa/ lading verhouding
- Stralen zijn fotonen
Rutherford:
- Goudplaatje
- Gebruikt alfa- straling (He2+)
- Goud kun je heel dun maken en heeft een zeer
grote dichtheid. Toch gaat er straling door.
- Atoommodel: Een centrum met een zeer kleine
positief geladen kern met daarrond cirkelend een
aantal zeer lichte, negatief geladen elektronen
- Alle massa zit geconcentreerd in een klein volume
en mt positief zijn.
Proef van Millikan (1909): lading van elektron bepalen
- experiment met elektrisch geladen oliedruppels
- kamer gevuld met lucht met twee horizontale elektroden (elektrisch veld
aangelegd)
- Olie vernevelen in kamer -> door wrijving fijne druppels -> kleine
elektrische lading
- Druppels vallen door gravitatie en door wrijving lucht -> constante snelheid
=> Wet van Stokes, zwaartekracht en elektrische kracht
1.2 De kwantumeigenschappen van licht
=> Snelheid van licht in vacuum
1.2.1 het golfkarakter van licht
Newton: licht bestaat uit een stroom deeltjes
, lOMoAR cPSD| 10137069
Huygens: licht is een golf verschijnsel
1801: Thomas Young -> door interferentie aangetoond dat licht golf eigenschappen heef 1873:
Maxwell: het golfverschijnsel licht is van elektromagnetische aard
Elektromagnetische golf is het periodisch wisselen tussen magnetisch en elektrisch veld (elektrisch
en magnetisch veld staan altijd loodrecht op elkaar ‘in fase’)
1.2.2 Zwarte lichaamsstraling
Voorwerpen absorberen en reflecteren een bepaalde hoeveelheid licht van de zon -> kleur
wordt bepaald door de golflengte van de straling die gereflecteerd wordt Zwart lichaam =
een caviteit = absorbeer al het licht dat er is en laat niets ontsnappen.
Caviteit: Holle ruimte met een klein gaatje. Elke golf die de caviteit binnendringt, wordt
opgenomen door het materiaal van de wanden of eindeloos gereflecteerd.
Eigenschappen:
- Elk object dat in thermisch evenwicht is met zijn omgeving, zendt evenveel straling uit dan
het absorbeert en heeft dezelfde temp als zijn omgeving (= Kirchhof’s wet) (thermische
straling= uitgezonden straling)
- Zwart lichaam is een perfecte straler: bij iedere temperatuur zend het zwart lichaam
evenveel of meer straling uit dan eender welk ander lichaam
- Straling wordt diffuus (= van alle kanten) uitgestraald = isotroop in alle richtingen
(eigenschappen zijn hetzelfde in alles richtingen)
- Energie (radiantie: stralingsintensiteit) van zwart lichaamsstraling is afhankelijk van de
temperatuur
Rayleigh en Jeans: gingen er vanuit dat totale energie verdeeld werd over alle frequenties
(equipartitie van energie) -> wet van Rayleigh en Jeans ging niet bij hoge frequenties (= ultraviolet
catastrofe) Ze wouden adhv de klassieke natuurkunde de frequenties berekenen.
->Formule van RJ
- Ultraviolet- catastrofe: Geen probleem bij lage frequenties, maar bij hoge frequenties is de
energiedichtheid onbegrensd terwijl deze naar 0 zou moeten gaan.
Zolang de frequentie toeneemt passen er meer golven met die golflengte id doos.
Planck: slaagde er wel in, kwantisering van energie en verklaring tot foto-elektrisch effect
-> formule van Planck E=hv
Energie wordt uitgestraald in pakketjes evenredig met de frequentie.
Conclusie:
- RJ: Alle toegelaten trillingstoestanden komen ook daadwerkelijk voor en iedere golf heeft
een energie= kT (equipartitie) => Fout
, lOMoAR cPSD| 10137069
- Planck: Alle toegelaten trillingstoestanden hebben een
zekere waarschijnlijkheid (bepaalt door v) en iedere
golf heeft een energie=,hv
Hij houdt rekening met de frequentie. Niet elke golf komt even waarschijnlijk voor.
bv: Een golf heeft een hoge energie, moet deze energie wel ergens gegenereerd worden.
Hoe hoger de energie hoe kleiner de kans dat de golf gegenereerd wordt.
Gevolg: v mag toenemen waardoor de energiedensiteit stijgt, de wssheid gaat dalen. Je krijgt een
maximum, verschuift naar kleiner golflengte bij hogere temp.
Gem. E per trillingstoestand bij hogere frequenties daalt sneller dan de toestandsfunctie stijgt en er
is dus geen UV catastrofe
1.2.3 Het foto-elektrisch effect
Elektrische ontlading gebeurt het gemakkelijkst als die met uv- licht bestraalt (foto- elektrisch effect)
wordt, het schiet e- uit de kathode weg= foto-e-
- 1 vd 2 metalen platen belichten
- Elektrische stroom (uit de plaat gerukte e-)
- Belichte plaat anodisch maken tov de collector plaat en de e- worden hierdoor afgeremd
- Onderzoeken vanaf welk spanningsverschil de stroom tss de platen 0 is
o Dan is de Epot die de e- mt bereiken om de collectorplaat te halen gelijk aan de E kin
vd snelste foto-e-
- We gaan de maximale Ekin vd foto-e- meten
- Opstelling: 2 elektroden met licht van een zekere frequentie instralen (blauw)
- Voorspelling klassieke fysica: Hoe hoger de intenser het licht, hoe hoger de energie vd
elektronen. De maximale kinetische energie (e- uit kathode schieten) wordt bepaalt door de
intensiteit van het invallende licht.
- Waarnemingen: Ek,max (e-) = f(licht) Energie hangt af vd frequentie, niet van de intensiteit
- Aantal e- = f(lichtintensiteit) intensiteit ingestraalde licht bepaalt enkel het aantal foto-e-
- Licht met een bepaalde frequentie lager dan een bepaalde drempelfrequentie was niet in
staat om foto-e- op te wekken
Verklaring Einstein:
- Golf deeltjes dualiteit : zowel straling als deeltje
- Licht bestaat niet uit continu golven, maar uit discrete golfpakketjes
(fotonen)
✓ Licht bestaat uit discrete kwanta = fotonen
✓ Fotonenergie is gekwantiseerd E= hv
✓ Minimale frequentie van licht nodig= Foton heeft minimale energie nodig om e- los
te maken uit het metaal.
✓ Meer fotonen= meer e- zonder dat de Ekin verandert
Aantal e- = aantal fotonen
- Energie die niet gebruikt wordt om de e- uit de plaat los te krijgen, wordt omgezet in E kin vh
e-
, lOMoAR cPSD| 10137069
- Straling is een golf VS straling zijn deeltjes
1.2.4 Lijnspectra van elementen
- Verhitten van een vaste stof
• Continu spectrum: Alles golflengtes komen voor met een intensiteit die
karakteristiek is voor een stof.
- Verhitten van een gas
• Geen continu spectrum
• Slechts welbepaalde golflengtes komen voor die karakteristiek zijn voor het gas=
Lijnenspectrum
- Formule van Balmer
Energie is niet meer continu maar discreet. Gekwantiseerd zoals bij Plack en Einstein.
1.3 Het atoommodel van Bohr
- Uitgangspunt is model van Rutherford
- 2 postulaten
1.2.3 Het eerste postulaat van Bohr
- Kwantisatie vd draaiimpuls
• e- beschrijft een cirkelvormige baan rond de kern
• Draai-impuls neemt discrete waarden aan gelijk aan nh/2pie
• Kwantisatie vd draai-impuls= het e- mag zich in slechts enkele banen bevinden,
slechts enkele afstanden vd kern tot het e- zijn toegelaten (slechts enkele banen met
bepaalde straal). Het e- mag nt tss banen liggen.
• Elektron mag in een stationaire toestand geen EM-straling uitzenden (stationaire
toestand= kwantumtoestand waarbij alle waarnemingen onafhankelijk zijn vd tijd=
vaste baan)
- Formules
1.3.3 Het tweede postulaat van Bohr
- Overgang van een e- vd ene stationaire toestand nr de andere= transities
• Door absorptie van een foton door een atoom kan een e- van een lager energie
niveau nr een hoger geëxciteerd worden. Hiervoor is het belangrijk dat de energie
van het foton gelijk is aan het energieverschil tss de twee energieniveaus. Bij het
terugvallen straalt het e- de energie terug uit in de vorm van een foton.
• Uitleg lijnenspectra van atomen: e- ih atoom knn slechts welbepaalde
energieniveaus bezetten en telkens als het terugvalt zendt het licht uit met een
bepaalde golflengte. Er zijn dus maar een beperkt aantal golflengte zichtbaar en dit is
het lijnenspectrum.
• E= -1313kJ/mol= Bindingsenergie van e- met de kern. Ionisatie- energie, ionisatie-
potentiaal van een atoom= energie nodig om van een atoom een positief ion te
maken, E nodig om een e- van zijn laag-energetische toestand naar een oneindige
afstand van de kern te brengen.
- Formules
Algemene chemie: lessen
Hoofdstuk 1: Aanleiding voor de ontwikkeling van de kwantummechanica
Model van Dalton (1808): “kleine onvernietigbare deeltjes zonder interne structuur”
Proef van Thomson (1904): structuur van atoom onderzoeken
- Kathodestraalbuis
- Elektrodes met hoogspanning
- Gas ertussen begint ontladen in elektronen
- Elektrisch veld aanleggen
- Straal wordt afgebogen naar positieve kant
- Elektronen bestaan in elk soort ding dat er bestaat (met positieve en negatieve delen)
“Positieve bol met negatieve elektronen deeltjes erin”
- Plum pudding model, geheel is elektrisch neutraal
- Universeel: Eigenschappen vd kathodestralen onafhankelijk van het gas id ontladingsbuis
alsook het materiaal van de elektroden.
- Bevat een vaste massa/ lading verhouding
- Stralen zijn fotonen
Rutherford:
- Goudplaatje
- Gebruikt alfa- straling (He2+)
- Goud kun je heel dun maken en heeft een zeer
grote dichtheid. Toch gaat er straling door.
- Atoommodel: Een centrum met een zeer kleine
positief geladen kern met daarrond cirkelend een
aantal zeer lichte, negatief geladen elektronen
- Alle massa zit geconcentreerd in een klein volume
en mt positief zijn.
Proef van Millikan (1909): lading van elektron bepalen
- experiment met elektrisch geladen oliedruppels
- kamer gevuld met lucht met twee horizontale elektroden (elektrisch veld
aangelegd)
- Olie vernevelen in kamer -> door wrijving fijne druppels -> kleine
elektrische lading
- Druppels vallen door gravitatie en door wrijving lucht -> constante snelheid
=> Wet van Stokes, zwaartekracht en elektrische kracht
1.2 De kwantumeigenschappen van licht
=> Snelheid van licht in vacuum
1.2.1 het golfkarakter van licht
Newton: licht bestaat uit een stroom deeltjes
, lOMoAR cPSD| 10137069
Huygens: licht is een golf verschijnsel
1801: Thomas Young -> door interferentie aangetoond dat licht golf eigenschappen heef 1873:
Maxwell: het golfverschijnsel licht is van elektromagnetische aard
Elektromagnetische golf is het periodisch wisselen tussen magnetisch en elektrisch veld (elektrisch
en magnetisch veld staan altijd loodrecht op elkaar ‘in fase’)
1.2.2 Zwarte lichaamsstraling
Voorwerpen absorberen en reflecteren een bepaalde hoeveelheid licht van de zon -> kleur
wordt bepaald door de golflengte van de straling die gereflecteerd wordt Zwart lichaam =
een caviteit = absorbeer al het licht dat er is en laat niets ontsnappen.
Caviteit: Holle ruimte met een klein gaatje. Elke golf die de caviteit binnendringt, wordt
opgenomen door het materiaal van de wanden of eindeloos gereflecteerd.
Eigenschappen:
- Elk object dat in thermisch evenwicht is met zijn omgeving, zendt evenveel straling uit dan
het absorbeert en heeft dezelfde temp als zijn omgeving (= Kirchhof’s wet) (thermische
straling= uitgezonden straling)
- Zwart lichaam is een perfecte straler: bij iedere temperatuur zend het zwart lichaam
evenveel of meer straling uit dan eender welk ander lichaam
- Straling wordt diffuus (= van alle kanten) uitgestraald = isotroop in alle richtingen
(eigenschappen zijn hetzelfde in alles richtingen)
- Energie (radiantie: stralingsintensiteit) van zwart lichaamsstraling is afhankelijk van de
temperatuur
Rayleigh en Jeans: gingen er vanuit dat totale energie verdeeld werd over alle frequenties
(equipartitie van energie) -> wet van Rayleigh en Jeans ging niet bij hoge frequenties (= ultraviolet
catastrofe) Ze wouden adhv de klassieke natuurkunde de frequenties berekenen.
->Formule van RJ
- Ultraviolet- catastrofe: Geen probleem bij lage frequenties, maar bij hoge frequenties is de
energiedichtheid onbegrensd terwijl deze naar 0 zou moeten gaan.
Zolang de frequentie toeneemt passen er meer golven met die golflengte id doos.
Planck: slaagde er wel in, kwantisering van energie en verklaring tot foto-elektrisch effect
-> formule van Planck E=hv
Energie wordt uitgestraald in pakketjes evenredig met de frequentie.
Conclusie:
- RJ: Alle toegelaten trillingstoestanden komen ook daadwerkelijk voor en iedere golf heeft
een energie= kT (equipartitie) => Fout
, lOMoAR cPSD| 10137069
- Planck: Alle toegelaten trillingstoestanden hebben een
zekere waarschijnlijkheid (bepaalt door v) en iedere
golf heeft een energie=,hv
Hij houdt rekening met de frequentie. Niet elke golf komt even waarschijnlijk voor.
bv: Een golf heeft een hoge energie, moet deze energie wel ergens gegenereerd worden.
Hoe hoger de energie hoe kleiner de kans dat de golf gegenereerd wordt.
Gevolg: v mag toenemen waardoor de energiedensiteit stijgt, de wssheid gaat dalen. Je krijgt een
maximum, verschuift naar kleiner golflengte bij hogere temp.
Gem. E per trillingstoestand bij hogere frequenties daalt sneller dan de toestandsfunctie stijgt en er
is dus geen UV catastrofe
1.2.3 Het foto-elektrisch effect
Elektrische ontlading gebeurt het gemakkelijkst als die met uv- licht bestraalt (foto- elektrisch effect)
wordt, het schiet e- uit de kathode weg= foto-e-
- 1 vd 2 metalen platen belichten
- Elektrische stroom (uit de plaat gerukte e-)
- Belichte plaat anodisch maken tov de collector plaat en de e- worden hierdoor afgeremd
- Onderzoeken vanaf welk spanningsverschil de stroom tss de platen 0 is
o Dan is de Epot die de e- mt bereiken om de collectorplaat te halen gelijk aan de E kin
vd snelste foto-e-
- We gaan de maximale Ekin vd foto-e- meten
- Opstelling: 2 elektroden met licht van een zekere frequentie instralen (blauw)
- Voorspelling klassieke fysica: Hoe hoger de intenser het licht, hoe hoger de energie vd
elektronen. De maximale kinetische energie (e- uit kathode schieten) wordt bepaalt door de
intensiteit van het invallende licht.
- Waarnemingen: Ek,max (e-) = f(licht) Energie hangt af vd frequentie, niet van de intensiteit
- Aantal e- = f(lichtintensiteit) intensiteit ingestraalde licht bepaalt enkel het aantal foto-e-
- Licht met een bepaalde frequentie lager dan een bepaalde drempelfrequentie was niet in
staat om foto-e- op te wekken
Verklaring Einstein:
- Golf deeltjes dualiteit : zowel straling als deeltje
- Licht bestaat niet uit continu golven, maar uit discrete golfpakketjes
(fotonen)
✓ Licht bestaat uit discrete kwanta = fotonen
✓ Fotonenergie is gekwantiseerd E= hv
✓ Minimale frequentie van licht nodig= Foton heeft minimale energie nodig om e- los
te maken uit het metaal.
✓ Meer fotonen= meer e- zonder dat de Ekin verandert
Aantal e- = aantal fotonen
- Energie die niet gebruikt wordt om de e- uit de plaat los te krijgen, wordt omgezet in E kin vh
e-
, lOMoAR cPSD| 10137069
- Straling is een golf VS straling zijn deeltjes
1.2.4 Lijnspectra van elementen
- Verhitten van een vaste stof
• Continu spectrum: Alles golflengtes komen voor met een intensiteit die
karakteristiek is voor een stof.
- Verhitten van een gas
• Geen continu spectrum
• Slechts welbepaalde golflengtes komen voor die karakteristiek zijn voor het gas=
Lijnenspectrum
- Formule van Balmer
Energie is niet meer continu maar discreet. Gekwantiseerd zoals bij Plack en Einstein.
1.3 Het atoommodel van Bohr
- Uitgangspunt is model van Rutherford
- 2 postulaten
1.2.3 Het eerste postulaat van Bohr
- Kwantisatie vd draaiimpuls
• e- beschrijft een cirkelvormige baan rond de kern
• Draai-impuls neemt discrete waarden aan gelijk aan nh/2pie
• Kwantisatie vd draai-impuls= het e- mag zich in slechts enkele banen bevinden,
slechts enkele afstanden vd kern tot het e- zijn toegelaten (slechts enkele banen met
bepaalde straal). Het e- mag nt tss banen liggen.
• Elektron mag in een stationaire toestand geen EM-straling uitzenden (stationaire
toestand= kwantumtoestand waarbij alle waarnemingen onafhankelijk zijn vd tijd=
vaste baan)
- Formules
1.3.3 Het tweede postulaat van Bohr
- Overgang van een e- vd ene stationaire toestand nr de andere= transities
• Door absorptie van een foton door een atoom kan een e- van een lager energie
niveau nr een hoger geëxciteerd worden. Hiervoor is het belangrijk dat de energie
van het foton gelijk is aan het energieverschil tss de twee energieniveaus. Bij het
terugvallen straalt het e- de energie terug uit in de vorm van een foton.
• Uitleg lijnenspectra van atomen: e- ih atoom knn slechts welbepaalde
energieniveaus bezetten en telkens als het terugvalt zendt het licht uit met een
bepaalde golflengte. Er zijn dus maar een beperkt aantal golflengte zichtbaar en dit is
het lijnenspectrum.
• E= -1313kJ/mol= Bindingsenergie van e- met de kern. Ionisatie- energie, ionisatie-
potentiaal van een atoom= energie nodig om van een atoom een positief ion te
maken, E nodig om een e- van zijn laag-energetische toestand naar een oneindige
afstand van de kern te brengen.
- Formules
