• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Fizycy z UMK mówią światu, co się dzieje na orbitach elektronowych

    11.08.2011. 00:47
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Odkrycia dotyczącego oddziaływania fotonu z elektronami atomu dokonali naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika. Fizycy na całym świecie będą teraz musieli skorygować swoje bazy danych o niektóre właściwości atomów. Badania prowadzone były przez naukowców z Zakładu Spektroskopii Atomowej Wydziału Chemii pod kierunkiem dr hab. Marka Polasika, we współpracy z innymi ośrodkami w kraju i zagranicą. Artykuł przedstawiający to odkrycie ukazać ma się w prestiżowym czasopiśmie fizycznym "Physical Review Letters" wydawanym przez American Physical Society.

    Jak UMK wyjaśnił w przesłanym PAP komunikacie, dotychczas wiadomo było, że absorpcja (pochłonięcie) fotonu przez atom może prowadzić do usunięcia dwóch elektronów z najbliższej atomowemu jądru powłoki elektronowej K. To zjawisko to tzw. podwójna fotojonizacja (DPI - double photoionization). Jest ono o tyle niezwykłe, że chociaż foton absorbowany jest tylko przez jeden elektron, to z powłoki usuwane są oba elektrony z tej powłoki.

    Proces DPI stał się obiektem intensywnych badań w związku z rozwojem synchrotronów nowej generacji takich jak działający w ESRF - Europejskim Ośrodku Synchrotronu Atomowego w Grenoble we Francji.

    Z wcześniejszych badań wiadomo było, że proces DPI może nastąpić na skutek jednego z dwóch mechanizmów: kwantowego strząsania (SO, od ang. "shakeoff") oraz mechanizmu półklasycznego zderzeniowego (KO, od ang. "knockout"). UMK wyjaśnił, że w procesie SO pierwszy z elektronów (tzw. fotoelektron) w wyniku zaabsorbowania fotonu wyrzucany jest bardzo szybko z powłoki K i ze względu na nagłą zmianę potencjału atomowego również drugi elektron z powłoki K opuszcza atom. Natomiast w drugim procesie - KO - pierwszy elektron z powłoki K, po zaabsorbowaniu fotonu, oddziałuje kulombowsko z drugim elektronem z tej powłoki (podobnie jak w zderzeniu kul bilardowych), po czym oba elektrony prawie jednocześnie opuszczają atom.

    Usunięcie dwóch elektronów z powłoki K prowadzi do wytworzenia wysokowzbudzonego stanu atomu, z którego atom natychmiast przechodzi do stanu o niższej energii, czemu towarzyszy emisja fotonu.

    Polscy naukowcy ustalili, że zarejestrowane w takim przypadku widmo rentgenowskie zawiera tzw. linie hipersatelitarne, które wyróżniają się nadspodziewanie dużą szerokością. Jak zapewnia UMK, to odkrycie nie doczekało się do tej pory w literaturze światowej poprawnego teoretycznego wytłumaczenia. Polakom udało się również wskazać powiązania pomiędzy szerokością emitowanej linii hipersatelitarnej, a działaniem mechanizmu SO lub KO.

    Odkrycie polskich naukowców pozwala nie tylko na wyjaśnienie fenomenu poszerzenia linii hipersatelitarnych, lecz także dostarcza nową metodę ustalania jaki mechanizm (SO lub KO) doprowadził do wytworzenia stanu z dwiema dziurami w powłoce K. Wyniki te mają ważne konsekwencje dla podstaw spektroskopii atomowej i oznaczają konieczność weryfikacji baz danych dotyczących wartości atomowych parametrów.

    Wyniki tych pionierskich badań teoretycznych będą pomocne w lepszym zrozumieniu rezultatów eksperymentów prowadzonych w największych światowych laboratoriach takich jak: ESRF. Prace zespołu prof. Polasika przyczynić się mogą również do rozwoju wysokorozdzielczej diagnostyki rentgenowskiej, która służy do określania kluczowych parametrów plazmy wysokotemperaturowej w niektórych reaktorach termojądrowych, np. takich jak największy obecnie budowany International Thermonuclear Experimental Reaktor (ITER).

    PAP - Nauka w Polsce

    lt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Promieniowanie charakterystyczne – linie spektralne atomów charakterystyczne dla danego pierwiastka, powstające po wybiciu elektronu z dolnych powłok elektronowych, gdy następuje przejście elektronu z wyższych powłok na wolne. Zjawisko związane jest z tym, że po wybiciu elektronu z niskiej powłoki (np. K lub L) następuje wzbudzenie atomu (atom bez elektronu z powłoki K ma większą energię niż z), które po pewnym czasie zanika w wyniku kaskadowego przejścia elektronów na niższe powłoki. Powłoka walencyjna – ostatnia, najdalej odsunięta od jądra powłoka elektronowa atomu. Elektrony na niej są najsłabiej związane z atomem i mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych. W przypadku elektronów znajdujących się niżej zazwyczaj nie jest to możliwe, choć są od tego liczne wyjątki. Elektron walencyjny - elektrony znajdujące się na ostatniej, najbardziej zewnętrznej powłoce atomów, która nazywana jest powłoką walencyjną. Liczba oraz poziomy energetyczne elektronów walencyjnych decydują w dużym stopniu o właściwościach atomów a tym samym i pierwiastków chemicznych.

    Efekt Augera (samojonizacja) – zjawisko emisji elektronów przez atom, zachodzące dzięki energii uwolnionej na skutek wypełniania luk w niskich powłokach elektronowych przez elektrony z wyższych powłok. Luki te mogą powstawać na skutek wychwytu elektronu z wewnętrznej powłoki przez jądro. Przyczyną pojawienia się luk na niższych powłokach może być również wybicie elektronu przez inną cząstkę, kwant promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania γ. Elektron Augera – elektron emitowany z zewnętrznej powłoki elektronowej zamiast kwantu promieniowania Roentgena w wyniku przejścia atomu ze stanu wzbudzonego o dostatecznie dużej energii do stanu o niższej energii.

    Reguła Hunda - reguła mówiąca, że w atomie, w celu uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia orbitali atomowych, powinno być jak najwięcej elektronów niesparowanych. Elektrony ulegają sparowaniu po pojedynczym zapełnieniu wszystkich form przestrzennych danych orbitali danej powłoki elektronowej. VSEPR (ang. Valence Shell Electron Pair Repulsion – pl. odpychanie par elektronowych powłoki walencyjnej). Metoda ta została zaprezentowana w 1940 roku przez Nevila Sidgwicka i Herberta Powella. Według niej o budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba elektronów walencyjnych wokół atomu centralnego oraz orientacja przestrzenna obszarów orbitalnych, w których mieszczą się te elektrony.

    Elektron niewalencyjny – elektron, znajdujący się w atomie na niższej energetycznie od najwyższej powłoce elektronowej. Elektrony niewalencyjne tworzą wraz z jądrem atomowym tzw. rdzeń atomowy i nie uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych. Powłoka platerowa- powłoka ochronna metalowa otrzymywana przez jednoczesne działanie podwyższonej temperatury oraz obróbki plastycznej. Podczas tworzenia powłoki platerowej następuje ścisłe połączenie metalu powłoki i metalu chronionego. Powłoki te otrzymuje się m.in. metodą walcowania na gorąco.

    Model powłokowy – jeden z modeli budowy jądra atomowego w fizyce jądrowej. Model utworzony na wzór modelu powłokowego układu elektronów w atomie. Model ten rozpatruje nukleony jądra jako niezależnie poruszające się cząstki w polu jądra utworzonym przez pozostałe nukleony: protony i neutrony. Pole wytworzone przez nukleony jądra nazywane jest potencjałem jądrowym i jest interpretowane jako uśrednienie oddziaływań międzynukleonowych.

    Lista konfiguracji elektronowych pierwiastków chemicznych: Konfiguracje elektronowe atomów obojętnych w stanie podstawowym. Rozpisane systemem podpowłokowym z wyszczególnieniem liczby elektronów w każdej powłoce. Nieregularności w zapełnianiu powłok niektórych pierwiastków grup pobocznych, lantanowców i aktynowców spowodowana jest promocją elektronową.

    Konfiguracja elektronowa (struktura elektronowa) pierwiastka – uproszczony opis atomu polegający na rozmieszczeniu elektronów należących do atomów danego pierwiastka na poszczególnych powłokach, podpowłokach i orbitalach. Każdy elektron znajdujący się w atomie opisywany jest przy pomocy zbioru liczb kwantowych. W optyce emisja wymuszona (stymulowana, indukowana) – proces emisji fotonów przez materię w wyniku oddziaływania z fotonem inicjującym. Warunkiem do tego, aby emisja wymuszona nastąpiła, jest równość energii fotonu z energią wzbudzenia atomu. Foton inicjujący emisję nie jest pochłaniany przez materię – pełni tylko rolę wyzwalającą proces. Foton emitowany przez atom ma częstotliwość (a więc również energię), fazę i polaryzację taką samą jak foton wywołujący emisję. Kierunek ruchu obu fotonów również jest ten sam. Światło złożone z takich identycznych fotonów nazywa się światłem spójnym. Zjawisko to jest podstawą działania laserów.

    Dodano: 11.08.2011. 00:47  


    Najnowsze