newton - vwo samenvatting deeltjestheorie en straling
TRANSCRIPT
Newton - VWO
Samenvatting
Deeltjestheorie en straling
Molecuultheorie
Gasdruk is te verklaren met moleculen die tegen de
des te groter de gemiddelde snelheid
Moleculen bewegen – hoe hoger de temperatuur,
Moleculen oefenen een aantrekkende kracht op
elkaar uit: de vanderwaalskracht – hoe kleiner de
afstand tussen de moleculen des te groter de
wand botsen en daarbij een kracht op de wand
Sinds de middeleeuwen ging men er van uit
vanderwaalskracht
uitoefenen
dat materie bestaat uit ondeelbare deeltjes: moleculen
Fp
A
Gasdruk en volume Een gas (of vloeistof of vaste stof) oefent een
kracht op een oppervlak uit, de kracht per m2 heet deHierin is: p de druk (in N/m2 of Pa), F de kracht (in N) en A de oppervlakte (in m2)
druk:
Als men een afgesloten hoeveelheid gas samenperst
bij een constante temperatuur, neemt de druk toe
Het verband tussen de druk p en het volume V is dan:
p ∙ V = c Dit noemen we de wet van Boyle
Hierin is: p de druk (in Pa), V het volume (in m3) en c een constante die afhangt van de temperatuur en de hoeveelheid gas
Absolute nulpunt
moleculen stilliggen, heeft de temperatuur het
absolute nulpunt (0 K of -273,16 °C) bereikt
Het verband tussen de absolute temperatuur T (in K)
en de temperatuur T (in °C) is:
T (in K) = 273,16 + T (in °C)
De kinetische energie van gasmoleculen is recht
evenredig met de absolute temperatuur T (in K)
Als de temperatuur zover is gedaald dat de
Bij 0 K is de gasdruk gelijk aan nul
Wetten van Gay-Lussac
druk p en de absolute temperatuur T van een
afgesloten gas bij constant volume is recht evenredig: p
cT
Drukwet van Gay-Lussac: het verband tussen de
Vc
T
Hierin is: p de druk (in Pa), T de absolute temperatuur (in K) en c een constante die afhangt van de hoeveelheid gas en het volume
Volumewet van Gay-Lussac: het verband tussen hetvolume V en de absolute temperatuur T van een
afgesloten gas bij constante druk is recht evenredig: Hierin is: V het volume (in m3), T de absolute temperatuur (in K) en c een constante die afhangt van de hoeveelheid gas en de druk
p Vc
T
p Vn R
T
Algemene gaswetDe drie gaswetten zijn te combineren tot één
1 1 2 2
1 2
p V p V
T T
gaswet:
Deze is ook te schrijven als:
De constante c is afhankelijk van de hoeveelheid gas,
als we voor c = n ∙ R invullen wordt het de algemene
gaswet: Hierin is: p de druk (in Pa), V het volume (in m3), T de absolute temperatuur (in K),
n het aantal mol en R de gasconstante (8,31 J/(mol∙K)
1 mol bevat 6,02∙1023 moleculen
Kinetische gastheorieMoleculen bewegen in alle richtingen, de
gemiddelde snelheid hangt af van de temperatuur• Boyle – in een kleiner volume zijn meer moleculen
per m3, het aantal botsingen per seconde per m2
neemt toe en de druk neemt daardoor toe• drukwet – bij temperatuurstijging neemt de
gemiddelde snelheid van de moleculen toe, ze botsen
vaker én heviger zodat de druk toeneemt• volumewet - bij temperatuurstijging neemt de gem.
snelheid van de moleculen toe, ze kunnen alleen
dezelfde druk uitoefenen als het volume toeneemt
b kp p g h
Barometer De barometer van Torricelli is een met kwik
gevulde buis van ± 1 m, die omgekeerd in
een bak met kwik wordt gezet
Het hoogteverschil is gemiddeld 76 cm
De druk van een kwikkolom (pk) van
76 cm is gelijk aan de barometerstand:
pb=13,5∙103∙9,81∙0,76=1,0∙105 Pa
Naast de kwikbarometer is er een metaalbarometer
Verband tussen de eenheden:
76 cmHg = 1,013∙105 Pa = 1,013 bar =1013 mbar(of hPa)
Manometer De druk van een gas in een ruimte wordtgemeten met een manometer
Een open vloeistofmanometer bestaat uit een U-buis
met vloeistof, het hoogteverschil is een maat voor het
verschil in druk met de buitenlucht (pb)
(overdruk) (onderdruk)
g bp p g h g bp p g h
Een metaalmanometer
bestaat uit een gebogen
holle buis, die
als er gas in
komt veert
Fasen
• vaste stof
• vloeistof
• gas
moleculen zitten gerangschiktkleine gemiddelde snelheidmoleculen voeren trillingen uitrelatief sterke vanderwaalskracht
moleculen bewegen chaotischrelatief zwakke vanderwaalskrachtmoleculen kunnen ontsnappen: damp
grote gemiddelde snelheidmoleculen bewegen chaotischvanderwaalskracht verwaarloosbaar
afstand tussen de moleculen groter wordtDaarmee is het verschil tussen de fasen te verklaren:
De vanderwaalskracht neemt af naarmate de
Atoomtheorie
elementen en verbindingen, een molecuul is
opgebouwd uit kleinere deeltjes: atomen
Uit de proef van Rutherford blijkt: een atoom heeft
• 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
Een elektron is een negatief geladen deeltje met de (eenheids)lading: -e = -1,6·10-19 C
De eenheid van lading (Q) is coulomb (C)
In 1810 maakt Dalton een onderscheid tussen
Atoommodel
Elke schil (K, L, M, …) kan slechts een bepaald aantal
Uit het atoommodel van Rutherford is het
willeurige afstanden rond de kern maar in schillen
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
schillenmodel ontstaan, elektronen bewegen niet op
Elektrische lading en geleiding
gebonden, ze raken gemakkelijk los van het atoom
Ze worden vrije elektronen genoemd en bij een
spanning gaan ze bewegen als gevolg van de
elektrische kracht
Het verband tussen stroomsterkte en lading is:
QI
t
I is de stroomsterkte (in A)
Q is de lading (in C)
t is de tijd (in s)
In metalen zijn de buitenste elektronen zwak
Elektromagnetische stralingLichtbronnen:
• 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
gloeilamp -continu
natrium - lijnen
waterstof - lijnen
Voor de fotonenergie geldt:
fE h f Hierin is: Ef de fotonenergie (in J), f de frequentie van de straling (in Hz) en h de constante van Planck (6,63∙10-34 Js)
Atoommodel van Bohr
van de energie mogelijk. Als een elektron naar een
open plaats in een lagere baan terugvalt wordt een
foton uitgezonden. Dit verklaart het lijnenspectrum
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
H – waterstofatoom
Ne – neonatoom
N2 - stikstofmolecuul
Elektronen kunnen slechts in bepaalde banen rond
de kern bewegen, er is een beperkt aantal waarden
Lijnenspectrum Bij een botsing met een vrij elektron absorbeert
het atoom een deel van de kinetische energie van
het vrije elektron. Het elektron komt in een baan met
een grotere straal terecht, bij terugval naar een baan
met een kleinere straal zendt het atoom de
geabsorbeerde energie weer uit in de vorm van een
foton. De fotonenergie bepaalt de kleur van het licht.
Lichtabsorptie Niet alleen bij een botsing met een elektron
kan een elektron in een hogere schil terecht komen,
het kan ook bij een botsing van een foton met een
atoom. Vervolgens zal het elektron weer terugvallen
naar de oude baan onder uitzending van een foton
Een atoom absorbeert uit een bundel doorvallend
licht die golflengten die het zelf in lichtgevende
toestand zou uitzenden – zie omkering van de Na-lijn
Na-emissie
Na-absorptie
RöntgenstralingIn een röntgenbuis botsen elektronen met
zeer grote snelheid op de anode, die zendt daarbij
röntgenstraling uit – dat zijn fotonen met veel energie
Door de grote energie van de elektronen kunnen er
elektronen uit de K- of L-schil worden weggeschoten
Bij het opvullen van de lege plaats door een elektron
uit een hogere schil komt een foton met grote energie
vrij. Het spectrum van de buis is zowel een lijnen-
als een continu spectrum (remstraling)
Elektromagnetisch spectrum
een stroom van fotonen – voor licht als golf geldt:
c = λ · fc is de lichtsnelheid (in m/s)λ is de golflengte (in m)
f is de frequentie (in Hz)
Naast licht zijn er andere vormen van elektromagnetische straling:
Licht is te beschrijven als een golfverschijnsel én als
XAZ
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:
5626Fe staat voor een ijzerkern met 56 kerndeeltjes (A),
waarvan 26 protonen (Z) en 30 neutronen (N)
235 23892 92U en U
1 2 2 3 31 1 1 1 1H, H( D)en H = T
1 11 1p of H
10n
0 0-1 -1e of β
4 42 2He of α
Isotopen en elementaire deeltjes
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:
Kernen van hetzelfde element met een verschillend
Er bestaat ook een positief elektron - het positron:0 +1e of β
Radioactief verval
Kernstraling kan bestaan uit α-, β- of γ-straling
α-straling
Een kern stoot een α-deeltje (heliumkern) uit
Bijvoorbeeld radium-226 dat daarbij overgaat in radon-222
226 222 488 86 2Ra Rn+ α
Een stof is radioactief als de kernen kernstraling
uitzenden
1 1 00 1 -1n p+ e
131 131 053 54 -1I Xe+ β
β-straling
γ-straling
Radioactief vervalEen kern stoot een elektron uit
Een neutron gaat over in een proton en
een elektron:
Bijvoorbeeld jodium-131:
Na het uitzenden van een α- of β-deeltje
kan een kern energie uitzenden in de vorm
van een γ-foton