Atomul cu mai mulți electroni

Atomul cu mai mulți electroni nu poate fi descris foarte precis folosind modelul Bohr, deoarece modelul Bohr pornește de la interacțiunea electrostatică, fără a lua în considerare interacțiunea electromeagnetică și nu ține cont de interacțiunea dintre electroni.

Pentru descrierea atomului cu mai mulți electroni se introduce un set de numere cuantice.

Numere cuantice

Principiul de excluziune Pauli

Într-un sistem atomic (atom sau moleculă) fiecare electron este caracterizat de un set unic de numere cuantice (n, l, m, m_s).

Straturi și substraturi electronice

Stratul electronic sau pătura este format din electronii cu același număr cuantic principal. Avem astfel straturile K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4), O (n=5), P (n=6), ...

Substraturile sunt formate din electronii cu același număr cuantic orbital deci cu același moment cinetic orbital. Avem astfel substraturile s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3), g (l=4),  ...

Numărul maxim de electroni de pe un substrat este 2l(l+1).

Numărul maxim de electroni de pe un strat este:

$2\sum _{l=1}^{n-1}\left(2l+1\right)=2n^2$

Ordinea în care se ocupă substraturile cu electroni este:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

Radiațiile X

Radiațiile X sunt radiații electromagnetice de mare energie. Ele se împart în:

$$\begin{gathered} -\mathrm{radiații} \mathrm{X} \mathrm{moi} \mathrm{cu} \mathrm{\epsilon }=124\mathrm{eV} ÷12,4\mathrm{keV} \mathrm{și} \mathrm{\lambda }={10}^{-8}÷{10}^{-10}\mathrm{m}; \\ -\mathrm{radiații} \mathrm{X} \mathrm{tari} \mathrm{cu} \mathrm{\epsilon }=12,4\mathrm{keV} ÷2,5\mathrm{MeV} \mathrm{și} \mathrm{\lambda }={10}^{-10}÷{10}^{-13}\mathrm{m}. \end{gathered}$$

Radiațiile X se obțin prin bombardarea unui anod metalic cu electroni accelearați sub o tensiune electrică mare.

Rezultă radiații X de frânare care au un spectru continuu ce apare prin frânarea electronului în câmpul electromagnetic al nucleului atomic. Lungimea de undă minimă a radiațiilor de frânare depinde de tensiunea de accelerare a electronilor incidenți.

$\lambda =\frac{hc}{eU}$

De asemenea rezultă un spectru caracteristic metalului din care este construit anodul, format din linii de emisie cu lungimi de undă discrete, ce apar prin reașezarea electronilor pe păturile interne ale atomului. Numerele de undă al spectrului caracteristic sunt date de legea Moseley:

$\tilde{\nu }=R{\left(Z-\sigma \right)}^2\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{k^2}\right)$

Legea de absorbție a radiațiilor X este:

$I=I_0{e}^{-kx}$

unde k este un coeficient de absorbție ce crește cu numărul atomic.

Efectul LASER

Efectul LASER se bazează pe două fenomene: emisia stimulată ce are loc în rezonatorul optic și inversia populațiilor ce are loc ăn sistemul de pompaj (optic, electric sau chimic)

Emisia stimulată este fenomenul prin care o populație de atomi excitați emit simultan sau aproape simultan fotoni sub influența fotonilor atomilor vecini.

Inversia populațiilor are loc în situația în care un ansamblu de atomi este caracterizat de cel puțin trei nivele energetice din care cel din mijloc este metastabil. Se excită atomii pe nivelul superior, ei tranzitează pe nivelul intermediar prin emisie de radiație termică și astfel se ajunge în situația ăn care numărul atomilor excitați pe nivelul intermediar să fie mai mare decât cel al atomilor de pe nivelul inferior. Dacă atomii de pe nivelul intermediar sunt stimulați să emită fotoni se obține radiație laser.

Radiația laser este monocromatică, coerentă, paralelă sau direcțională și de mare intensitate.