Elektronidele omastest kindlatest energiahulkadest õpiti 1914. aastal Franck-Hertz'i eksperimendis, mille eest saadi 11 aastat hiljem Nobeli preemia.
Selles loodi elektronide kiir kuuma katoodiga, mis suunati läbi anumat täitva elavhõbeda auru. Positiivselt laetud võre kiirendas elektrone enda suunas ning võre taga oli teine kergelt negatiivse laenguga plaat, mis tõukas eemale vähese energiaga elektronid kuid mis oli samas elektronide detektoriks.
Detektor tuvastas alguses pinge tõstmisel järjest rohkem elektrone (milliamprites), kuid elavhõbeda puhul vähenes 4,9 voldi juures püütud elektronide arv ~10 korda. Edasisel pinge tõstmisel suurenes jälle läbi võre detektorini ulatunud elektronide arv kuid järgmise 4,9 lisavoldi järel kordus uuesti kohalejõudnud elektronide hulga langus ja see kordus iga järgneva 4,9 voldi järel. Sellest järeldati, et toimub elektronidelt energiat eemaldav sündmus, mille käigus kokku põrkavad aatomi elektronid ja katoodist kiirendatud elektronid ei säilita kokkupõrkel oma kineetilist energiat vaid see energia kulub millelegi peale.
Iga 4,9 voldi tagant kordus elektronide stimuleerimine ning aatomitesse omastatud energia kaotati ruttu footoni kiirgamisega. Elavhõbeda puhul tekitas see 254 nm lainepikkusega ultraviolettvalgust, mille kvandi energia on 4,9 elektronvolti ja elektronvolt on elektronile kogunenud energia, mis tekib 1 voldise pinge erinevuse läbimisel. UV kvandid on 3-124 eV. Elavhõbeda auruga lampe kasutatakse igapäevaelus UV kiirguse tekitamiseks ning fosfori lisamisel valgusti ümber saab need jätta nähtavat valgust eritama kuna fosfor kaotab energiat nähtava valguse kvantide eritamisega.
Neoonil on umbes 10 ergastustaset 18,3-19,5 eV vahel aga nendelt on langus väiksem langedes ~16,5-16,7 eV juurde. Sellisel muutusel vabanevad nähtava valguse footonid, mis omavad energiat ~1,5-3 eV. Kui elektronide energia on mitmekordse ergastuseks vajaliku energiaga, siis saavad need kiiresti järjest mitut elektroni ergastada. Näiteks neooni puhul saab ~80 voldi puhul tekitada järjest 4 footoni vabanemist iga elektroni kohta.
Kui esimese 18 voldiga tekib helendus katoodi lähedal, siis iga järgneva 18 voldiga paistab uus valgustatud piirkond neoonis, mis jääb veidi kaugemale katoodist. Elektronid loovutavad oma energia iga kord, kui nad saavad minimaalse ergastuseks vajaliku energia kätte kuid energiat andes lükkavad katoodid elektrone samas järjest kaugemale ja aeg-ajalt koguneb energiat, et uues asukohas ettejäänud aatomeid stimuleerida.
Ionisatsioonienergia on energia, mis kulub aatomist elektroni eemaldamiseks. See kaldub olema suur väikestel aatomitel ja on väiksem suurematel aatomitel kuid mõlemal juhul läheb iga järgneva allesjäänud elektroni eemaldus energiakulukamaks. Teisendusena võrdub 96.485 kJ/energiat mooli kohta 1 elektronvoldiga osakese kohta.
Tabel ionisatsioonienergiatest eri elementidel. CRC rida tähistab energiahulka elektronvoltides. Kõik elemendid vajasid ioniseerimiseks vähemalt UV kiirguse (3-120 eV) energiat ning juba kolmandal elemendil, liitiumil, kuluks kolmanda ja viimase elektroni eemalduseks röngtenkiirguse kvant (122 eV). Vajalikud energiahulgad kasvavad perioodilisustabelis paremal pool asuvatel elementidel nende suurema elektronegatiivsuse tõttu ning langevad järsult järgmisele reale jõudes.
Vasel kuluks viimase 29. elektroni eemalduseks tabamus gamma kiirguse kvandiga (11500 eV ning üle ~10 000 eV on gamma kiirguse alguseks).
No comments:
Post a Comment