• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Atomy rydbergowskie

    Przeczytaj także...
    Orbita – tor ciała (ciała niebieskiego lub sztucznego satelity) krążącego wokół innego ciała niebieskiego. W Układzie Słonecznym Ziemia, inne planety, planetoidy, komety i mniejsze ciała poruszają się po swoich orbitach wokół Słońca. Z kolei księżyce krążą po orbitach wokół planet macierzystych.Diamagnetyzm – zjawisko polegające na indukcji w ciele znajdującym się w zewnętrznym polu magnetycznym pola przeciwnego, osłabiającego działanie zewnętrznego pola.
    Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.

    Atomy rydbergowskie są to atomy, w których przynajmniej jeden elektron został wzbudzony do bardzo wysokich poziomów energetycznych. Nazwę swą wzięły od Johannesa Rydberga, szwedzkiego fizyka, który zajmował się m.in. badaniem emisji fotonów przy przejściach elektronowych między poziomami energetycznymi.

    Długość fali – najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali – zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.Przestrzeń kosmiczna – przestrzeń poza obszarem ziemskiej atmosfery. Za granicę pomiędzy atmosferą a przestrzenią kosmiczną przyjmuje się umownie wysokość 100 km nad powierzchnią Ziemi, gdzie przebiega umowna linia Kármána. Ściśle wytyczonej granicy między przestrzenią powietrzną a przestrzenią kosmiczną nie ma. Fizycy przyjmują 80–100 km.

    Atomy rydbergowskie wykazują nadzwyczajne właściwości:

  • osiągają rozmiary rzędu m
  • przebywają w stanie wzbudzonym w makroskopowych czasach rzędu 1 sekundy
  • są silnie polaryzowane, a nawet jonizowane przez słabe pola elektryczne lub magnetyczne
  • ponieważ wzbudzony elektron znajduje się bardzo daleko od jądra i pozostałych elektronów atomu, pole elektryczne, w którym porusza się elektron, może być traktowane jakby było wytworzone przez punktowy ładunek równy ładunkowi jądra zmniejszonego o ładunek pozostałych elektronów (ekranowane). Z tego powodu, taki elektron zachowuje się jakby krążył wokół jądra atomu wodoru, ale o innym ładunku.
  • Zgodnie z modelem Bohra promień orbity elektronu jest proporcjonalny do kwadratu głównej liczby kwantowej (numeru poziomu elektronowego, oznaczanej zazwyczaj przez ). Tłumaczy to duże rozmiary tych atomów, jak i ich reakcję na obecność zewnętrznego pola (kiedy elektron jest daleko od jądra, łatwo o to żeby siła ich wzajemnego oddziaływania była mniejsza od siły związanej z oddziaływaniem z zewnętrznym polem). Łatwo o jonizację także w wyniku zderzeń, ponieważ energia wiązania elektronu z jądrem jest bardzo mała. Różnica energii elektronów znajdujących się na kolejnych poziomach staje się coraz mniejsza. Atomy rydbergowskie przebywają w stanie wzbudzonym tak długo, m.in. dlatego, że prawdopodobieństwo przejścia między poziomami jest proporcjonalne do trzeciej potęgi różnicy energii między tymi poziomami.

    Emisja promieniowania to wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (np. atom, jądro atomowe, ciało makroskopowe) energii w postaci promieniowania zarówno fal (np. światła, fal radiowych, dźwięku), jak i korpuskularnego (np. elektronów, cząstek α, fotonów).Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.

    W zewnętrznym polu elektrycznym na elektron działa dodatkowa stała siła. Pochodzi od niej moment siły (siła kulombowska jest prostopadła do wektora wodzącego, więc jej moment jest równy 0). Powoduje to oscylacje elektronu, objawiające się periodycznym zmienianiem momentu pędu. Okazuje się, że częstość takich oscylacji policzona z modelu klasycznego zgadza się z odpowiednimi obliczeniami kwantowymi. Jest to jeden z przykładów ciągłości praw mechaniki klasycznej i kwantowej. Także coraz "gęstsze" poziomy energetyczne podawane są jako przykład tej ciągłości, gdyż stają się niemal ciągłe (tak jak w mechanice klasycznej).

    Energia wiązania – energia potrzebna do rozdzielenia układu na jego elementy składowe i oddalenia ich od siebie tak, by przestały ze sobą oddziaływać.Pojęcie liczby kwantowej pojawiło się w fizyce wraz z odkryciem mechaniki kwantowej. Okazało się, że właściwie wszystkie wielkości fizyczne mierzone w mikroświecie atomów i cząsteczek podlegają zjawisku kwantowania, tzn. mogą przyjmować tylko pewne ściśle określone wartości. Na przykład elektrony w atomie znajdują się na ściśle określonych orbitach i mogą znajdować się tylko tam, z dokładnością określoną przez zasadę nieoznaczoności. Z drugiej strony każdej orbicie odpowiada pewna energia. Bliższe badania pokazały, że w podobny sposób zachowują się także inne wielkości np. pęd, moment pędu czy moment magnetyczny (kwantowaniu podlega tu nie tylko wartość, ale i położenie wektora w przestrzeni albo jego rzutu na wybraną oś). Wobec takiego stanu rzeczy naturalnym pomysłem było po prostu ponumerowanie wszystkich możliwych wartości np. energii czy momentu pędu. Te numery to właśnie liczby kwantowe.

    Wytwarzanie i wykrywanie[]

    Efektywny potencjał elektryczny wokół jądra atomu rydbegowskiego w zewnętrznym jednorodnym polu elektrycznym.

    Pierwotnie atomy rydbergowskie otrzymywano w zderzeniach. Jednak tak wzbudzone atomy mają różne energie i trudno jest otrzymać grupę atomów wzbudzonych do tego samego poziomu energetycznego. Przykładowe zderzenia mogące doprowadzić do powstania atomów rydbergowskich to:

    Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.Szwecja, Królestwo Szwecji (Sverige, Konungariket Sverige) – państwo w Europie Północnej, zaliczane do państw skandynawskich. Szwecja jest członkiem Unii Europejskiej od 1995 roku. Graniczy z Norwegią, Finlandią i Danią.
    – zderzenie atomu ze swobodnym elektronem, – zderzenie atomu ze zjonizowanym atomem.

    Kontrola nad stanem atomu jest bardzo ważna dla ich badań. Obecnie, aby to uzyskać, atomy rydbergowskie wytwarza się krzyżując wiązki atomów z jedną lub więcej wiązkami światła laserowego. Jeśli suma energii kwantów światła laserów, jest równa różnicy energii pomiędzy stanem podstawowym a jednym ze stanów wzbudzonych, elektron przechodzi do stanu wzbudzonego. Po tym używa się wąskopasmowych laserów przestrajanych (np. laserów barwnikowych). Zmieniając długość fali emitowanej przez lasery można wzbudzić elektron do wybranego, wyższego niż poprzednio, poziomu energii.

    Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.

    Atomy rydbergowskie wykrywa się pośrednio jako jony, po ich zjonizowaniu w polu elektrycznym.

    Zastosowania[]

    W przestrzeni kosmicznej wykryto promieniowanie atomów wzbudzonych nawet do poziomu . Obserwuje się je tam ponieważ w kosmosie atomy przebywają w stanie wzbudzonym znacznie dłużej. Dzieje się tak, gdyż próżnia w kosmosie jest o rzędy wielkości lepsza od próżni otrzymywanych w laboratoriach (w kosmosie panuje mniejsze ciśnienie). Do zderzeń między atomami w przestrzeni kosmicznej dochodzi więc bardzo rzadko, dzięki czemu prawdopodobieństwo zjonizowania atomu jest małe.

    Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.Próżnia – w rozumieniu tradycyjnym pojęcie równoważne pustej przestrzeni. We współczesnej fizyce, technice oraz rozumieniu potocznym pojęcie próżni ma zupełnie odmienne konotacje.

    W plazmie często powstają atomy rydbergowskie w wyniku przechwycenia elektronu przez jon. Jeśli elektron miał małą energię, tak powstały stan wzbudzony jest dość stabilny, natomiast w przypadku energetycznych elektronów często powstają atomy rydbergowskie, które natychmiast ulegają jonizacji. Dzięki swoim własnościom atomy takie wykorzystywane są do badania własności plazmy.

    Johannes Robert Rydberg (ur. 8 listopada 1854, zm. 28 grudnia 1919 w Lund) – szwedzki fizyk. Znany jest głównie z podania tzw. wzoru Rydberga opisującego energię fotonów (lub długość fali w falowym ujęciu światła) emitowanych przy przejściach elektronów, znajdujących się w atomie, między różnymi poziomami energetycznymi. Stała pojawiająca się w tym wzorze zwana jest stałą Rydberga. Istnieje także jednostka energii o nazwie rydberg. Atomy z elektronami wzbudzonymi do wysokich poziomów energetycznych nazywane są atomami rydbergowskimi. Istnieje także krater na Księżycu nazwany na jego cześć Rydberg.Poziom energetyczny - energia stanu dostępnego dla cząstki. Poziom może być zdegenerowany, jeśli dana wartość energii cechuje więcej niż jeden stan kwantowy.

    Atomy rydbergowskie wykazują silny diamagnetyzm, z powodu dużych promieni orbit i małych energii wiązania. Dlatego też, w obecności pól magnetycznych, efekty niemożliwe do zaobserwowania w normalnych atomach, stają się w tym przypadku znaczące.

    Bibliografia[]

  • Haken, Herman. Atomy i kwanty : wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej



  • w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Plazma – zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, w którym znaczna część cząstek jest naładowana elektrycznie. Mimo że plazma zawiera swobodne cząstki naładowane, to w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętna.
    Ciśnienie – wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:
    Wektor wodzący – dla danego punktu A to wektor zaczepiony w początku układu współrzędnych i o końcu w punkcie A, czyli np. w układzie kartezjańskim:
    Model budowy atomu Bohra – model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".
    Jądro atomowe – konglomerat cząstek elementarnych będący centralną częścią atomu zbudowany z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do wyzwolenia ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie.
    Moment siły (moment obrotowy) siły F względem punktu O – iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły, oraz siły F:
    Pole jednorodne - pole fizyczne, w którego wszystkich punktach natężenie pola jest takie samo, czyli ma stałą wartość, kierunek i zwrot. Linie sił w takim polu są prostymi równoległymi. Jeżeli polem tym jest pole sił, to siła działająca na ciała, wynikająca z obecności pola, jest stała w całym obszarze występowania pola.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.031 sek.