Kliknij tutaj --> ⛄ zadania z fizyki atomowej z rozwiązaniami

część 1: Przykłady i zadania z fizyki. część 2: Rozwiązania i odpowiedzi do zadań z fizyki. Zbigniew Raszewski, Jolanta Rutkowska, Jarosław Rutkowski, Warszawa 1994. MECHANIKA KWANTOWA I WPROWADZENIE DO TEORII ATOMU. Wprowadzenie. Prawo Plancka (1900, Max Planck) (kwantyzacja energii emiterów promieniowania) Zadania z FIZYKI – Ciepło– 5 zadań Wzory: c = \frac{Q}{m * przyrost temperatury } lub Q=c* m*Δ T 1. Oblicz ciepło właściwe substancji, której temperatura wzrosła o 5 stopni Celsjusza, jeśli wiadomo, że dostarczono jej 1000 J ciepła. Masa tej substancji wynosi 2 kg. 2. O ile stopni wzrosła temperatura 0,5 kg ołowiu, jeśli Zgodnie z trzecią zasadą dynamiki, siła nie może działać w izolacji. Trzecia zasada dynamiki głosi, że oddziaływanie dwóch ciał jest zawsze wzajemne. Jeżeli jedno ciało działa na drugie pewną siłą, to drugie działa na ciało pierwsze siłą taką samą co do wartości i kierunku, a o zwrocie przeciwnym. Trzecią zasadę Objaśnij to, odnosząc się do trzeciej zasady dynamiki. Odp. Śmigło odrzuca do tyłu powietrze, a śruba wodę. W każdym z tych pojazdów ruch spowodowany jest zjawiskiem odrzutu. Zarówno siła działania śruby na wodę, jak i śmigła na powietrze jest równa sile, z jaką oddziałują na nie odpychane substancje. Elektron został odkryty w roku 1897 przez J. J. Thomsona (1856–1940) w eksperymencie z promieniami katodowymi, zwanym czasem eksperymentem z promieniowaniem β (ang. β-ray) – promieniowanie to jest w istocie strumieniem elektronów. W 1904 roku Thomson zaproponował pierwszy model struktury atomu, znany jako model „ciasta z rodzynkami Site De Rencontre Amoureuse Gratuit Belgique. Oblicz energię fotonu o długości fali λ = 800 nm (bliska podczerwień). Wyraź ją w dżulach oraz elektronowoltach. Stała Plancka h = 6,626 ∙ 10-34 J ∙ s. rozwiązanie Aby obliczyć energię E fotonu musimy, zgodnie z poniższym wzorem, znać jego częstotliwość drgań ν (zobacz: Foton. Promieniowanie elektromagnetyczne – zadanie nr 1): $$E = h \hspace{.1cm} \nu$$ W treści zadania, zamiast częstotliwości ν, podano długość fali λ fotonu. Zależność pomiędzy częstotliwością a długością fali fotonu opisuje poniższe wyrażenie: $$\nu = \frac{c}{\lambda}$$ gdzie c to prędkość światła w próżni równa w przybliżeniu c = 3 ∙ 108 m/s. Wstawiając powyższe równanie do wzoru na energię E fotonu, dostaniemy: $$E = h \hspace{.05cm} \frac{c}{\lambda}$$ Po podstawieniu do powyższego równania wartości liczbowych oraz wykonaniu obliczeń (pamiętając o wyrażeniu długości fali λ w metrach: 800 nm = 800 ∙ 10-9 m) otrzymamy wartość energii E równą: $$E = 6,\hspace{ \cdot 10^{-34} \hspace{.1cm} \textrm{J} \cdot \textrm{s} \cdot \frac{3 \cdot 10^8 \hspace{.05cm} \frac{\textrm{m}}{\textrm{s}}}{800 \cdot 10^{-9} \hspace{.05cm} \textrm{m}} = 2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ Aby wyrazić energię fotonu w elektronowoltach (elektronowolt – ozn. eV – jednostka energii stosowana głównie w fizyce jądrowej oraz fizyce cząstek elementarnych) skorzystamy z proporcji. Ponieważ: $$1 \hspace{.05cm} \textrm{eV} = 1,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ zatem: $$x \hspace{.1cm} \textrm{eV} = 2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ gdzie x to szukana wartość energii w elektronowoltach. Korzystając z dwóch powyższych zależności dostaniemy: $$E = x = \frac{2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J} \cdot 1 \hspace{.05cm} \textrm{eV}}{1,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}} = 1,\hspace{ \hspace{.05cm} \textrm{eV}$$ W tabeli zestawiono właściwości fizyczne borowców. Nazwa pierwiastka Ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej, % Gęstość, g · cm–3 Temperatura topnienia, K bor ns2np1 1,0 ⋅ 10−4 2,34 2570,00 glin 8,23 2,70 933,47 gal 1,9 ⋅ 10−4 5,91 302,91 ind 4,5 ⋅ 10−5 7,31 429,75 tal 8,5 ⋅ 10−5 11,85 577,00 Większość pierwiastków 13. grupy układu okresowego stanowi mieszaninę 2 trwałych izotopów, np. tal występuje w przyrodzie w postaci 2 izotopów o masach równych 202,97 u i 204,97 u. Bor jest pierwiastkiem niemetalicznym, podczas gdy pozostałe pierwiastki tej grupy są metalami. Glin i tal mają typowe sieci metaliczne o najgęstszym ułożeniu atomów, gal i ind tworzą sieci rzadko spotykane u metali. Te różnice w strukturze powodują różnice w twardości i temperaturach topnienia. Glin jest kowalny i ciągliwy; gal jest twardy i kruchy, natomiast ind należy do najbardziej miękkich pierwiastków – daje się kroić nożem, podobnie jak tal. Elementarny bor wykazuje bardzo wysoką temperaturę topnienia, co jest spowodowane występowaniem w jego sieci przestrzennej silnych wiązań kowalencyjnych. Bor można otrzymać w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem użytym w nadmiarze. Otrzymany tą metodą preparat zawiera 98% boru, natomiast 2% stanowią zanieczyszczenia takie, jak tlenek magnezu i nadmiar użytego do reakcji magnezu. Czysty krystaliczny bor można otrzymać między innymi przez rozkład termiczny jodku boru. Krystaliczny bor ma barwę czarnoszarą, wykazuje dużą twardość i jest złym przewodnikiem elektryczności; charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy. Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 760–793; J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202. Z układu okresowego pierwiastków odczytaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku średnią masę atomową talu i oblicz, jaki procent atomów talu występujących w przyrodzie stanowią atomy o masach atomowych podanych w informacji. Przykład poprawnej odpowiedzi Dane: Szukane: Matomowa talu = 204,38 u x – procent atomów talu o masie atomowej 202,97 u Masy atomowe dwóch izotopów y – procent atomów talu o masie atomowej 204,97 u talu: 202,97 u i 204,97 u y = 100% – x Rozwiązanie: 204,38 u=202,97 u·x+204,97 u·(100%–x)100% x = 29,5% y = 100% – 29,5% = 70,5% Wskazówki do rozwiązania zadania Aby rozwiązać zadanie, musisz odczytać z układu okresowego pierwiastków chemicznych średnią masę atomową talu z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Trzeba także wiedzieć, że średnią masę atomową pierwiastka oblicza się jako średnią ważoną z mas atomowych wszystkich izotopów danego pierwiastka. Dane potrzebne do rozwiązania zadania (oprócz średniej masy atomowej odczytanej z układu okresowego) podane są w informacji do zadań. Musisz je podstawić do wzoru na średnią ważoną i dodatkowo wprowadzić oznaczenia dotyczące procentu atomów talu o masie atomowej 202,97 u, np. x i procentu atomów talu o masie atomowej 204,97 u, np. (100% – x). Po dokonaniu odpowiednich obliczeń należy podać procent atomów talu o masie atomowej 202,97 u (29,5%) oraz procent atomów talu o masie atomowej 204,97 u (70,5%). Podczas rozwiązywania zadania musisz poprawnie zaokrąglać wyniki pośrednie i wynik końcowy oraz pamiętać o podaniu wyników w procentach. Wymagania ogólne I. Wykorzystanie i tworzenie informacji. Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych […]; II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń rozumie podstawowe pojęcia […] chemiczne […]; Wymagania szczegółowe 1. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Uczeń: 3) […] ustala skład izotopowy pierwiastka […] na podstawie jego masy atomowej; Rozwiązanie - W którym zestawie wszystkie wyrażenia są poprawne? Rozwiązanie - Atom izotopu tlenu 178O zawiera: Rozwiązanie - Przeczytaj zdania i wpisz literę P przy prawdziwych lub F - przy fałszywych. W zdaniach fałszywych przekreśl błędne sformułowania i popraw je. Rozwiązanie - Na podstawie podanych informacji ustal, jakie to pierwiastki chemiczne i zapisz je w postaci ZE. Rozwiązanie - Uzupełnij zdania. Atomy zbudowane są z następujących cząstek... Rozwiązanie - Uzupełnij tabelę, podając liczby cząstek podstawowych: p+, e- i n0 w podanych atomach. Rozwiązanie - Ile węgiel ma elektronów, neutronów i protonów? Rozwiazanie - Liczba atomowa bromu wynosi 35, a liczba masowa jednego z jego izotopów wynosi 79. Oblicz, ile elektronów zawiera odpowiadający mu jon bromkowy. Rozwiązanie - Jaki pierwiastek ma 18 protonów? Rozwiązanie - Liczba atomowa pierwiastka jest 4x większa od liczby atomowej berylu, a liczba masowa jego izotopu jest równa liczbie atomowej selenu. Podaj liczbę masową izotopu, liczbę atomową i symbol tego pierwiastka. Rozwiązanie - Okres liczbę protonów, elektronów i neutronów w atomach o liczbach atomowych 37, 83 i 10. Określ położenie w układzie okresowym. Rozwiązanie - Oblicz po ile protonów , neutronów i elektronów znajduje się w następujących jonach Mg2+ S2- Br-. Rozwiązanie - Oblicz po ile protonów, neutronów i elektronów znajduje się w atomach następujących pierwiastków B N Ca. Rozwiązanie - Oblicz liczbe protonów elektronów i neutronów znajdujących się w atomach pierwiastka X o liczbie atomowej Z=9 i liczbie masowej A=19. Narysuj model atomu pierwiastka X i określ jego położenie w układzie okresowym. Rozwiązanie - Podaj liczbę prontonów, elektronów, neutronów dla atomu wapnia 44Ca. Narysuj uproszczony model tego atomu. Rozwiązanie - Zapisz rozmieszczenie elektronów w powłokach atomów: K, Na, S, P, Al. Rozwiązanie - Na podstawie podanych informacji wskaż symbol i nazwę pierwiastka. Rozwiązanie - Podaj liczbę protonów, elektronów i neutronów w podanych atomach i narysuj modele atomów. Kategoria: Masa atomowa, cząsteczkowa i molowa Typ: Oblicz W tabeli zestawiono właściwości fizyczne borowców. Nazwa pierwiastka Ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej,% Gęstość,g · cm–3 Temperatura topnienia,K bor ns2np1 1,0 ⋅ 10−4 2,34 2570,00 glin 8,23 2,70 933,47 gal 1,9 ⋅ 10−4 5,91 302,91 ind 4,5 ⋅ 10−5 7,31 429,75 tal 8,5 ⋅ 10−5 11,85 577,00 Większość pierwiastków 13. grupy układu okresowego stanowi mieszaninę 2 trwałych izotopów, np. tal występuje w przyrodzie w postaci 2 izotopów o masach równych 202,97 u i 204,97 u. Bor jest pierwiastkiem niemetalicznym, podczas gdy pozostałe pierwiastki tej grupy są metalami. Glin i tal mają typowe sieci metaliczne o najgęstszym ułożeniu atomów, gal i ind tworzą sieci rzadko spotykane u metali. Te różnice w strukturze powodują różnice w twardości i temperaturach topnienia. Glin jest kowalny i ciągliwy; gal jest twardy i kruchy, natomiast ind należy do najbardziej miękkich pierwiastków – daje się kroić nożem, podobnie jak tal. Elementarny bor wykazuje bardzo wysoką temperaturę topnienia, co jest spowodowane występowaniem w jego sieci przestrzennej silnych wiązań kowalencyjnych. Bor można otrzymać w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem użytym w nadmiarze. Otrzymany tą metodą preparat zawiera 98% boru, natomiast 2% stanowią zanieczyszczenia takie, jak tlenek magnezu i nadmiar użytego do reakcji magnezu. Czysty krystaliczny bor można otrzymać między innymi przez rozkład termiczny jodku boru. Krystaliczny bor ma barwę czarnoszarą, wykazuje dużą twardość i jest złym przewodnikiem elektryczności; charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy. Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 760–793; J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202. Z układu okresowego pierwiastków odczytaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku średnią masę atomową talu i oblicz, jaki procent atomów talu występujących w przyrodzie stanowią atomy o masach atomowych podanych w informacji. Rozwiązanie Przykład poprawnej odpowiedzi Dane:Matomowa talu = 204,38 uMasy atomowe dwóch izotopówtalu: 202,97 u i 204,97 u Szukane:x – procent atomów talu o masie atomowej 202,97 uy – procent atomów talu o masie atomowej 204,97 uy = 100% – x Rozwiązanie: 204,38 u = 202,97 u ⋅ x + 204,97 u ⋅ (100% − x)100% x = 29,5% y = 100% – 29,5% = 70,5% Wskazówki Aby rozwiązać zadanie, musisz odczytać z układu okresowego pierwiastków chemicznych średnią masę atomową talu z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Trzeba także wiedzieć, że średnią masę atomową pierwiastka oblicza się jako średnią ważoną z mas atomowych wszystkich izotopów danego pierwiastka. Dane potrzebne do rozwiązania zadania (oprócz średniej masy atomowej odczytanej z układu okresowego) podane są w informacji do zadań. Musisz je podstawić do wzoru na średnią ważoną i dodatkowo wprowadzić oznaczenia dotyczące procentu atomów talu o masie atomowej 202,97 u, np. x i procentu atomów talu o masie atomowej 204,97 u, np. (100% – x). Po dokonaniu odpowiednich obliczeń należy podać procent atomów talu o masie atomowej 202,97 u (29,5%) oraz procent atomów talu o masie atomowej 204,97 u (70,5%). Podczas rozwiązywania zadania musisz poprawnie zaokrąglać wyniki pośrednie i wynik końcowy oraz pamiętać o podaniu wyników w procentach.

zadania z fizyki atomowej z rozwiązaniami