Deeltjestheorie en straling Newton - HAVO Deeltjestheorie en straling Samenvatting

Molecuultheorie Sinds de middeleeuwen ging men er van uit dat materie bestaat uit kleine ondeelbare deeltjes: moleculen Moleculen bewegen – hoe hoger de temperatuur, des te groter de gemiddelde snelheid Moleculen oefenen ook een aantrekkende kracht op elkaar uit: de vanderwaalskracht – hoe kleiner de afstand tussen de moleculen des te groter de vanderwaalskracht Gasdruk is te verklaren met moleculen die tegen de wand botsen en daarbij een kracht op de wand uitoefenen

Gaswetten Wet van Boyle: tussen de druk p en het volume V van een afgesloten gas bij constante temperatuur bestaat een omgekeerd evenredig verband Verklaring - bij een kleiner volume zijn er meer moleculen per cm3 en dus meer botsingen per seconde per m2 op de wand Als het volume kleiner wordt gemaakt, neemt de gasdruk toe

Gaswetten Wet van Gay-Lussac: het verband tussen de druk p en de temperatuur T (in °C) van een afgesloten gas bij constant volume is lineair Verklaring – bij een hogere temperatuur is de gemiddelde snelheid van de moleculen groter, dus botsen ze per seconde per cm2 vaker en harder tegen de wand Dus: als de temperatuur stijgt, neemt de gasdruk toe

Absolute nulpunt Als de temperatuur zover is gedaald dat de moleculen stilliggen, heeft de temperatuur het absolute nulpunt bereikt Bij 0 K is de gasdruk gelijk aan nul De druk p van een afgesloten gas bij constant volume is recht evenredig met de absolute temperatuur T (in K) Het verband tussen de absolute temperatuur T (in K) en de temperatuur T (in °C) is: T (in K) = 273,16 + T (in °C)

Fasen vaste stof moleculen zitten gerangschikt De vanderwaalskracht neemt af naarmate de afstand tussen de moleculen groter wordt Daarmee is het verschil tussen de drie fasen te verklaren: vaste stof moleculen zitten gerangschikt kleine gemiddelde snelheid moleculen voeren trillingen uit relatief sterke vanderwaalskracht vloeistof moleculen bewegen chaotisch relatief zwakke vanderwaalskracht moleculen kunnen ontsnappen: damp gas grote gemiddelde snelheid moleculen bewegen chaotisch vanderwaalskracht verwaarloosbaar

Atoomtheorie In 1810 maakt Dalton een onderscheid tussen elementen en verbindingen, een molecuul is opgebouwd uit kleinere deeltjes: atomen Uit de proef van Rutherford blijkt dat een atoom bestaat uit • een positief geladen kern met vrijwel alle massa • één of meer negatief geladen elektronen die op relatief grote afstand om de kern bewegen Ladingen: gelijknamige ladingen stoten elkaar af, ongelijknamige trekken elkaar aan De eenheid van lading (Q) is coulomb (C) Een elektron is een negatief geladen deeltje met de (eenheids)lading: -e = -1,6·10-19 C

Atoommodel Uit het atoommodel van Rutherford is het schillenmodel ontstaan, elektronen bewegen niet op willeurige afstanden rond de kern maar in schillen Elke schil (K, L, M, …) kan slechts een bepaald aantal elektronen bevatten, in de K-schil 2, in de L-schil 8, in de M-schil 18, enzovoort Als een schil vol is wordt de volgende schil opgevuld

Elektrische lading en geleiding In metalen zijn de buitenste elektronen zwak gebonden, ze raken gemakkelijk los van het atoom Ze worden vrije elektronen genoemd en bij een spanningsverschil gaan ze bewegen als gevolg van de elektrische kracht Het verband tussen stroomsterkte en lading is: I is de stroomsterkte (in A) Q is de lading (in C) t is de tijd (in s)

Atoommodel van Bohr Elektronen kunnen slechts in bepaalde banen rond de kern bewegen, er is een beperkt aantal waarden van de energie mogelijk. Als een elektron naar een open plaats in een lagere baan terugvalt wordt een foton uitgezonden Dit verklaart het lijnenspectrum bij atomen H – waterstofatoom Ne – neonatoom N2 - stikstofmolecuul In een gloeidraad zijn veel atomen met elkaar verbonden en er zijn veel energieovergangen mogelijk, er zijn geen afzonderlijke lijnen zichtbaar: er ontstaat een continu spectrum

Straling Gloeilamp: continu spectrum Gasontladingslamp:Uitzenden van licht heeft “iets” te maken met de wisselwerking tussen elektronen en atomen --> lijnenspectrum, verklaren met Bohrmodel: bijv. waterstofatoom: een elektron kan in cirkelbanen met verschillende straal bewegen; maar bepaalde banen zijn slechts toegestaan--> grotere straal--> grotere E botsing met een vrij elektron--> atoom absorbeert een deel van de Ekin van het vrije elektron, waardoor het elektron in een baan met een grotere straal terechtkomt.

a. Absorptie van (kin.-)energie omzetting in elektrische energie Elektron komt in hogere baan met meer elektrische energie

b. Uitzenden van stralingsenergie Bij terugval uitzenden van twéé fotonen of: In één keer één foton met meer energie

Vervolg Bohrmodel Bij terugval naar een baan met een kleinere straal zendt het atoom de geabsorbeerde energie weer uit in de vorm van een foton. Het uitgezonden licht bestaat dus uit fotonen met een beperkt aantal waarden van de fotonenergie, dus een beperkt aantal kleuren lijnenspectrum Bij ingewikkelder atomen neemt het aantal mogelijkheden (banen en dus energieovergangen) enorm toe, waardoor het lijnenspectrum” dichtslibt”  continuspectrum(gloeidraad)

Spectra Alle kleuren van de regenboog aaneengesloten noemen we een continu spectrum: voorbeeld: licht van gloeilamp en de zon Grootste deel van de uitgezonden elektromagnetische straling ligt niet in het zichtbare gebied (lamp 92%!!!)

lijnenspectrum Naast gloeilamp bestaan er andere lichtbronnen (TL Na-lamp) met als basis de gasontladingsbuis Hoge spanning tussen A en K geeft een stroom door gas. Door botsingen van elektronen met gas wordt er licht uitgezonden: een lijnenspectrum (lijnen afhankelijk van soort gas)

Elektromagnetische straling Lichtbronnen: • een gloeilamp heeft een continu spectrum • een gasontladingsbuis heeft een lijnenspectrum Een deel van het spectrum ligt vaak in het infrarode (ir) of ultraviolette (uv) gebied Bohr stelt dat licht bestaat uit een stroom van pakketjes energie: fotonen Bij infrarood is de energie van een foton kleiner dan bij licht, bij ultra- violet groter gloeilamp -continu natrium - lijnen waterstof - lijnen

Emissie- en absorptiespectra Gasontladingsbuis zendt uit: “emitteert”. Dit spectrum noemen we een emissiespectrum Andersom: als er wit licht (met een continue spectrum) door het gas valt heeft het doorgelaten licht enkele zwarte lijnen(precies op de zelfde plaatsen als het oorspronkelijke emissiespectrum --> lijn omkering Het zo ontstane spectrum heet een absorptiespectrum

röntgenstraling

Elektromagnetisch spectrum Licht is te beschrijven als een golfverschijnsel én als een stroom van fotonen – voor licht als golf geldt: c = λ · f Voor een foton geldt dat de energie recht evenredig is met de frequentie c is de lichtsnelheid (in m/s) λ is de golflengte (in m) Naast licht zijn er andere vormen van elektromagnetische straling: f is de frequentie (in Hz)

Atoomkern De bouwstenen van de atoomkern zijn het proton en het neutron Het proton heeft een lading +e, het neutron is ongeladen Een atoom wordt beschreven met een • atoomnummer Z (aantal protonen) • massagetal A (aantal kerndeeltjes) N is het aantal neutronen in de kern, dus is A = Z + N Een atoomkern van element X geeft men als: staat voor een ijzerkern met 56 kerndeeltjes (A), waarvan 26 protonen (Z) en 30 neutronen (N)

Isotopen en elementaire deeltjes Kernen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen noem je isotopen, bijvoorbeeld Bij waterstof is er deuterium en tritium: De symbolen voor de elementaire deeltjes zijn: proton: neutron: elektron: Voor een heliumkern of α-deeltje is het:

Radioactief verval Een stof is radioactief als de kernen kernstraling uitzenden Kernstraling kan bestaan uit α-, β- of γ-straling α-straling Een kern stoot een α-deeltje (heliumkern) uit Een voorbeeld is radium-226 dat daarbij overgaat in radon-222

Radioactief verval β-straling Een kern stoot een elektron uit Dat kan omdat een neutron overgaat in een proton en een elektron: Een voorbeeld is jodium-131: γ-straling Na het uitzenden van een α- of β-deeltje kan een kern energie uitzenden in de vorm van een γ-foton

Röntgen- en kernstraling Röntgenstraling: in röntgenbuis botsen elektronen met zeer grote snelheid op een metalen plaat, waarbij de metalen plaat fotonen uitzendt met een zeer grote fotonenergie (veel groter dan bij infrarood-ultraviolet Kernstraling: atoomkernen die instabiel zijn veranderen in een ander element onder het uitzenden van: = kern He-atoom -= elektron = foton(met meestal meer energie dan röntgenfoton

Atoomnummer, massagetal Waarin A= massagetal=som van aantal protonen en neutronen Z=atoomnummer = aantal protonen(=aantal elektronen als atoom neutraal is) X= symbool van het element behorende bij atoomnummer Z Isotoop=element met zelfde aantal protonen en verschillend aantal neutronen

Vb.reactievergelijking radioactief verval: