- •Литература
- •Структура курса «химия»
- •Основные понятия и законы химии.
- •1.2 Основные законы
- •Корпускулярно-волновой дуализм
- •По Эйнштейну, энергия hν, отдаваемая электронам фотонами, попадающими на поверхность металла, идет на работу выхода электрона (а) и кинетическую энергию (Екин) выбитых электронов:
1.2 Основные законы
Законы сохранения для изолированной системы:
сумма энергий постоянна;
при отсутствии внешних сил сумма импульсов постоянна;
при отсутствии внешних вращательных моментов сумма вращательных моментов постоянна;
сумма положительных и отрицательных зарядов постоянна.
Эквивалентность массы и энергии следует из теории относительности Эйнштейна: E = mc2 (1.2.1)
E – энергия; m - масса; скорость света в вакууме c = 2,9979·108 м /c. Любое значение энергии ΔE связано с изменением массы Δm.
При химических реакциях максимальным ΔE = 104÷105 ккал/моль соответствует изменение массы 10-9 г/моль.
Общая масса веществ, принимающих участие в химической реакции, постоянна (закон сохранения массы Ломоносова, 1748 г. – Лавуазье, 1774 г. с принципиальной точки зрения носит приближённый характер).
Уравнение (1.2.1) подтверждается дефектом массы атомных ядер и изменениями массы и энергии в ядерных реакциях.
Квантование энергии
Макроскопические системы способны поглощать и выделять энергию E любыми порциями.
Системы атомарных размеров характеризуются квантованным поглощением и выделением E = Eпост + u, поскольку для внутренней энергии u (электронный и вращательно-колебательные вклады) возможны только дискретные уровни энергии u0 , u1 , u2. Eпост – энергия поступательного движения свободной частицы не квнтуется.
Квантованное поглощение или испускание электромагнитного излучения подчиняется закону Планка:
E2 – E1 = ΔE = hν (1.2.2)
ν -частота; h = 6,625 · 10-37 Дж·с (6,625·10-27 эрг·с) – постоянная Планка.
Электрические заряды, кратные элементарному е0 = 1,602·10-19 Кл = 4,802 · 10-10 эл.-ст.ед. - квантованы
Корпускулярно-волновой дуализм
Дифракция, интерференция объясняются при помощи представления о свете как об электромагнитной волне:
с = νλ, λ – длина волны. (1.2.3)
Фотоэлектрический эффект – испускание электронов металлами под действием электромагнитного излучения с достаточно короткой длиной волны объясняется при помощи представления о свете как о квантах (фотонах) с энергией Е =hν .
Из уравнений (1.2.1), (1.2.2) и (1.2.3) получим для импульса: p = mc = h / λ (1.2.4)
По Эйнштейну, энергия hν, отдаваемая электронам фотонами, попадающими на поверхность металла, идет на работу выхода электрона (а) и кинетическую энергию (Екин) выбитых электронов:
hν = А + Екин , Екин = mе υ2/2 , (1.2.5)
mе – масса электрона; υ – его скорость.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга
Величины, имеющие размерность действия (энергия время), принципиально не могут быть определены с любой степенью точности (Гейзенберг):
p x h/(2π) или Et h/(2π) (1.2.6)
p =(mυ), x – неопределенность импульса или координаты; E, t – неопределенность энергии или времени.