Energia elettrone emesso
Ho un dubbio che forse potete risolvere: nel caso che un atomo sia
ionizzato da un elettrone che lo colpisca con sufficiente energia, l'energia
dell'elettrone emesso dall'atomo ionizzato da cosa dipende?
Grazie stefano
ionizzato da un elettrone che lo colpisca con sufficiente energia, l'energia
dell'elettrone emesso dall'atomo ionizzato da cosa dipende?
Grazie stefano
Risposte
L'energia dell'elettrone emesso dipende dall'energia dell'elettrone incidente e dai livelli energetici coinvolti dell'atomo...
"mz":
L'energia dell'elettrone emesso dipende dall'energia dell'elettrone incidente e dai livelli energetici coinvolti dell'atomo...
vorrei saperne di piu sui livelli energetici dell'atomo, per esempio l'atomo di elio, sai dirmi dove posso trovare informazioni in tal senso?
Dipende da cosa vuoi sapere. Ci sono intere biblioteche riempite di libri riguardo ai livelli energetici. In cosa sei interessato?
"Marco83":
Dipende da cosa vuoi sapere. Ci sono intere biblioteche riempite di libri riguardo ai livelli energetici. In cosa sei interessato?
Idem
"Marco83":
Dipende da cosa vuoi sapere. Ci sono intere biblioteche riempite di libri riguardo ai livelli energetici. In cosa sei interessato?
Sono interessato a conoscere la natura dei livelli energetici ed il ruolo che hanno nella meccanica quantistica, sono poi interessato a quanta energia hanno gli elettroni quando sono in un determinato livello energetico, a come determinarla, e a sapere se questa viene tenuta dall'elettrone una volta espulso dal livello in quanto ionizzato, e se questa si sommi a quella dell'elettrone incidente. Mi sapete consigliare dei testi in merito? la meccanica quantistica di berckley va bene?
stefano
La "natura" dei livelli energetici è puramente di origine quantistica. I livelli energetici sono i vari orbitali da s1 in poi. Un elettrone si dice eccitato quando occupa un livello energetico più alto di quello di equilibrio. L'energia degli elettroni dipende appunto dal livello energetico in cui sono. Nota bene che qui si parla di energia potenziale.
L'energia dei vari livelli energetici puo essere ottenuta integrando l'equazione di Schrodinger o per via sperimentale.
Quando c'è una collisione ionizzante, si hanno solo 2 vincoli: la somma delle energie dello ione e dei due elettroni deve essere uguale all'energia dell'atomo (eccitato o meno) e dell'elettrone di partenza; la quantità di moto deve essere conservata. Quanta energia viene trasferita all'elettrone emesso è un problema non banale, ed è forte funzione dell'angolo di "impatto". L'elettrone ionizzante sicuramente perde un'energia pari alla differenza tra l'energia di ionizzazione e l'energia che l'elettrone emesso aveva prima. Questo significa che se ionizziamo un elettrone non di valenza possiamo perdere un'energia sia superiore che inferiore a quella di ionizzazione, ma qui le cose si fanno complicate.
Un libro di meccanica quantistica è una buona introduzione, ma questi problemi vengono generalmente trattati in libri dedicati a gas ionizzati.
Una visione mediamente approfondita la puoi trovare su Partially Ionized gases (disponibile free on line all'indirizzo: http://www-htgl.stanford.edu/PIG/PIGdefault.html)
Se non ti basta, controlla la bibliografia di McDaniel o Phelps; sono due tra i maggiori esperti in questo campo.
L'energia dei vari livelli energetici puo essere ottenuta integrando l'equazione di Schrodinger o per via sperimentale.
Quando c'è una collisione ionizzante, si hanno solo 2 vincoli: la somma delle energie dello ione e dei due elettroni deve essere uguale all'energia dell'atomo (eccitato o meno) e dell'elettrone di partenza; la quantità di moto deve essere conservata. Quanta energia viene trasferita all'elettrone emesso è un problema non banale, ed è forte funzione dell'angolo di "impatto". L'elettrone ionizzante sicuramente perde un'energia pari alla differenza tra l'energia di ionizzazione e l'energia che l'elettrone emesso aveva prima. Questo significa che se ionizziamo un elettrone non di valenza possiamo perdere un'energia sia superiore che inferiore a quella di ionizzazione, ma qui le cose si fanno complicate.
Un libro di meccanica quantistica è una buona introduzione, ma questi problemi vengono generalmente trattati in libri dedicati a gas ionizzati.
Una visione mediamente approfondita la puoi trovare su Partially Ionized gases (disponibile free on line all'indirizzo: http://www-htgl.stanford.edu/PIG/PIGdefault.html)
Se non ti basta, controlla la bibliografia di McDaniel o Phelps; sono due tra i maggiori esperti in questo campo.
"Marco83":
Quando c'è una collisione ionizzante, si hanno solo 2 vincoli: la somma delle energie dello ione e dei due elettroni deve essere uguale all'energia dell'atomo (eccitato o meno) e dell'elettrone di partenza; la quantità di moto deve essere conservata. Quanta energia viene trasferita all'elettrone emesso è un problema non banale, ed è forte funzione dell'angolo di "impatto". L'elettrone ionizzante sicuramente perde un'energia pari alla differenza tra l'energia di ionizzazione e l'energia che l'elettrone emesso aveva prima. Questo significa che se ionizziamo un elettrone non di valenza possiamo perdere un'energia sia superiore che inferiore a quella di ionizzazione, ma qui le cose si fanno complicate.
se l'energia trasferita all'elettrone emesso è una funzione dell'angolo d'impatto come si fa ad avere la certezza che la quantità di moto dopo l'evento sia la stessa di prima? non c'è un metodo piu preciso?
e l'energia del livello energetico che fine fa? nel libro che hai linkato c'è una distinzione tra urti elastici ed urti anaelastici, cosa cambia nel comportamento dell'elettrone e delle energia?
ho scaricato tutto il libro che hai linkato! è fantastico
Punto primo: stiamo parlando in termini classici di fenomeni puramente quantistici. Cos'è un'impatto tra un'elettrone libero e un elettrone di valenza? Non è così semplice da definire.
Secondo: prima dell'impatto hai solo due corpi: elettrone libero e atomo. Dopo ne hai 3: elettrone libero, ione ed elettrone espulso; pertanto ci sono infiniti modi in cui la conservazione dell'energia e della quantità di moto possono essere soddisfatte simultaneamente. Il dato mancante è appunto l'"angolo di impatto".
Allora, se per definizione assumiamo nulla l'energia potenziale di un elettrone libero e ipotiziamo che l'elettrone ionizzato fosse un'elettrone di valenza nella sua posizione di equilibrio, l'energia iniziale dell'elettrone che verrà espulso è pari all'energia di ionizzazione cambiata di segno. Esempio: l'energia di ionizzazione di un'elettrone di valenza in Argon è pari a 15.76eV, pertanto nella sua posizione di equilibrio, l'elettrone avrà un'energia potenziale di -15.76eV. Supponiamo per un'istante che l'atomo sia fermo e che rimanga fermo anche dopo la collisione. Consideriamo un'elettrone libero con 20eV di energia cinetica. Dopo la collisione, avremo 2 elettroni. Il primo è quello che ha colpito l'atomo e il secondo è quello espulso. Se quello espulso ha un'energia di x eV, l'energia cinetica dell'elettrone libero dopo la collisione sarà pari a 20-15.76-x eV. In realtà c'è anche un contributo dovuto alla variazione di energia cinetica dell'atomo (che poi diventa uno ione), ma è in genere trascurabile visto che il rapporto tra le masse di elettrone e ione è enorme, quindi la frazione di energia trasmessa è piccolissima.
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma. Un esempio di urto anelastico è la ionizzazione descritta sopra. All'inizio abbiamo solo un'elettrone libero con energia 20eV (come ti dicevo, l'energia potenziale dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo); dopo la collisione abbiamo due elettroni con un'energia pari a 20-15.76-x e x eV, pertanto nella collisione si sono persi 15.76 eV, pari all'energia di ionizzazione. Come vedi parte dell'energia cinetica dell'elettrone libero è stata spesa per compiere il lavoro necessario a strappare l'elettrone di valenza dall'atomo. Un'altro tipo molto comune di collisione anelastica è l'eccitazione. Un elettrone colpisce un atomo ed eccita uno degli elettroni di valenza ad un livello superiore a quello di equilibrio; pertanto un elettrone che impattava con una energia X, dopo l'impatto avrà un'energia cinetica pari ad X-Eex.
Secondo: prima dell'impatto hai solo due corpi: elettrone libero e atomo. Dopo ne hai 3: elettrone libero, ione ed elettrone espulso; pertanto ci sono infiniti modi in cui la conservazione dell'energia e della quantità di moto possono essere soddisfatte simultaneamente. Il dato mancante è appunto l'"angolo di impatto".
Allora, se per definizione assumiamo nulla l'energia potenziale di un elettrone libero e ipotiziamo che l'elettrone ionizzato fosse un'elettrone di valenza nella sua posizione di equilibrio, l'energia iniziale dell'elettrone che verrà espulso è pari all'energia di ionizzazione cambiata di segno. Esempio: l'energia di ionizzazione di un'elettrone di valenza in Argon è pari a 15.76eV, pertanto nella sua posizione di equilibrio, l'elettrone avrà un'energia potenziale di -15.76eV. Supponiamo per un'istante che l'atomo sia fermo e che rimanga fermo anche dopo la collisione. Consideriamo un'elettrone libero con 20eV di energia cinetica. Dopo la collisione, avremo 2 elettroni. Il primo è quello che ha colpito l'atomo e il secondo è quello espulso. Se quello espulso ha un'energia di x eV, l'energia cinetica dell'elettrone libero dopo la collisione sarà pari a 20-15.76-x eV. In realtà c'è anche un contributo dovuto alla variazione di energia cinetica dell'atomo (che poi diventa uno ione), ma è in genere trascurabile visto che il rapporto tra le masse di elettrone e ione è enorme, quindi la frazione di energia trasmessa è piccolissima.
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma. Un esempio di urto anelastico è la ionizzazione descritta sopra. All'inizio abbiamo solo un'elettrone libero con energia 20eV (come ti dicevo, l'energia potenziale dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo); dopo la collisione abbiamo due elettroni con un'energia pari a 20-15.76-x e x eV, pertanto nella collisione si sono persi 15.76 eV, pari all'energia di ionizzazione. Come vedi parte dell'energia cinetica dell'elettrone libero è stata spesa per compiere il lavoro necessario a strappare l'elettrone di valenza dall'atomo. Un'altro tipo molto comune di collisione anelastica è l'eccitazione. Un elettrone colpisce un atomo ed eccita uno degli elettroni di valenza ad un livello superiore a quello di equilibrio; pertanto un elettrone che impattava con una energia X, dopo l'impatto avrà un'energia cinetica pari ad X-Eex.
"Marco83":
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma. Un esempio di urto anelastico è la ionizzazione descritta sopra. All'inizio abbiamo solo un'elettrone libero con energia 20eV (come ti dicevo, l'energia potenziale dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo); dopo la collisione abbiamo due elettroni con un'energia pari a 20-15.76-x e x eV, pertanto nella collisione si sono persi 15.76 eV, pari all'energia di ionizzazione. Come vedi parte dell'energia cinetica dell'elettrone libero è stata spesa per compiere il lavoro necessario a strappare l'elettrone di valenza dall'atomo. Un'altro tipo molto comune di collisione anelastica è l'eccitazione. Un elettrone colpisce un atomo ed eccita uno degli elettroni di valenza ad un livello superiore a quello di equilibrio; pertanto un elettrone che impattava con una energia X, dopo l'impatto avrà un'energia cinetica pari ad X-Eex.
No, ho fatto un'esempio in cui NON viene conservata...
Ionizzazione:
prima: elettrone con 20eV (come ti ho detto l'energia dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo)
dopo: 2 elettroni, uno con 20-15.76-x eV, l'altro con x eV, quindi un totale di 4.24eV.
Eccitazione:
prima: elettrone con X eV,
dopo: elettrone con X-Eex eV (l'energia del livello eccitato non si conta perchè interna all'atomo).
In entrambi i casi l'energia meccanica più potenziale (N.B. per potenziale non intendo l'energia dell'elettrone quando è ancora legato all'atomo. Quella è energia interna) non è conservata. In questo caso per precisione non c'è energia potenziale, quindi possiamo ragionare solo in termini di energia meccanica, che a sua volta non viene conservata.
Ionizzazione:
prima: elettrone con 20eV (come ti ho detto l'energia dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo)
dopo: 2 elettroni, uno con 20-15.76-x eV, l'altro con x eV, quindi un totale di 4.24eV.
Eccitazione:
prima: elettrone con X eV,
dopo: elettrone con X-Eex eV (l'energia del livello eccitato non si conta perchè interna all'atomo).
In entrambi i casi l'energia meccanica più potenziale (N.B. per potenziale non intendo l'energia dell'elettrone quando è ancora legato all'atomo. Quella è energia interna) non è conservata. In questo caso per precisione non c'è energia potenziale, quindi possiamo ragionare solo in termini di energia meccanica, che a sua volta non viene conservata.
"Marco83":
Punto primo: stiamo parlando in termini classici di fenomeni puramente quantistici. Cos'è un'impatto tra un'elettrone libero e un elettrone di valenza? Non è così semplice da definire.
Secondo: prima dell'impatto hai solo due corpi: elettrone libero e atomo. Dopo ne hai 3: elettrone libero, ione ed elettrone espulso; pertanto ci sono infiniti modi in cui la conservazione dell'energia e della quantità di moto possono essere soddisfatte simultaneamente. Il dato mancante è appunto l'"angolo di impatto".
Allora, se per definizione assumiamo nulla l'energia potenziale di un elettrone libero e ipotiziamo che l'elettrone ionizzato fosse un'elettrone di valenza nella sua posizione di equilibrio, l'energia iniziale dell'elettrone che verrà espulso è pari all'energia di ionizzazione cambiata di segno. Esempio: l'energia di ionizzazione di un'elettrone di valenza in Argon è pari a 15.76eV, pertanto nella sua posizione di equilibrio, l'elettrone avrà un'energia potenziale di -15.76eV. Supponiamo per un'istante che l'atomo sia fermo e che rimanga fermo anche dopo la collisione. Consideriamo un'elettrone libero con 20eV di energia cinetica. Dopo la collisione, avremo 2 elettroni. Il primo è quello che ha colpito l'atomo e il secondo è quello espulso. Se quello espulso ha un'energia di x eV, l'energia cinetica dell'elettrone libero dopo la collisione sarà pari a 20-15.76-x eV. In realtà c'è anche un contributo dovuto alla variazione di energia cinetica dell'atomo (che poi diventa uno ione), ma è in genere trascurabile visto che il rapporto tra le masse di elettrone e ione è enorme, quindi la frazione di energia trasmessa è piccolissima.
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma. Un esempio di urto anelastico è la ionizzazione descritta sopra. All'inizio abbiamo solo un'elettrone libero con energia 20eV (come ti dicevo, l'energia potenziale dell'elettrone di valenza non si conta perchè è interna all'atomo); dopo la collisione abbiamo due elettroni con un'energia pari a 20-15.76-x e x eV, pertanto nella collisione si sono persi 15.76 eV, pari all'energia di ionizzazione. Come vedi parte dell'energia cinetica dell'elettrone libero è stata spesa per compiere il lavoro necessario a strappare l'elettrone di valenza dall'atomo. Un'altro tipo molto comune di collisione anelastica è l'eccitazione. Un elettrone colpisce un atomo ed eccita uno degli elettroni di valenza ad un livello superiore a quello di equilibrio; pertanto un elettrone che impattava con una energia X, dopo l'impatto avrà un'energia cinetica pari ad X-Eex.
Hai scritto "Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma."
sono andato a vedere la definizione di urto anelastico: http://en.wikipedia.org/wiki/Inelastic_collision ed ho visto che presuppone la conversione tra energia interna(potenziale) ed energia cinetica, ora nel nostro caso si dovrebbe tenere in conto anche l'energia potenziale interna dell'elettrone nell'atomo, come mai non si dovrebbe tenere conto di questa energia se direttamente nella definizione di urto anelastico c'è scritto il contrario?
stefano
Allora, se mi riporti una definizione devi esserti ben accertato di aver capito cosa significa.
Copio da Wikipedia:
An inelastic collision is a collision in which some of the kinetic energy of the colliding bodies is converted into internal energy in at least one body such that kinetic energy is not conserved.
Come vedi si dice che parte dell'energia cinetica diventa ENERGIA INTERNA. Se teniamo conto anche dell'energia interna, abbiamo che la somma delle energie prima e dopo l'urto è uguale (e ci mancherebbe! Non stiamo parlando di reazioni nucleari...).
La "suddetta somma" si riferisce alla somma tra l'energia meccanica (cinetica) e l'energia potenziale (per la ventimilionesima volta, non interna!) che l'elettrone possiede.
Il punto che distingue una collisione elastica da una anelastica è che nella prima la conservazione dell'energia è soddisfatta senza tenere conto dell'energia interna (ossia non c'è conversione di energia meccanica in energia interna), mentre nella seconda devi tenerne conto.
Questo è del tutto analogo a cio che ho scritto prima:
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma.
Copio da Wikipedia:
An inelastic collision is a collision in which some of the kinetic energy of the colliding bodies is converted into internal energy in at least one body such that kinetic energy is not conserved.
Come vedi si dice che parte dell'energia cinetica diventa ENERGIA INTERNA. Se teniamo conto anche dell'energia interna, abbiamo che la somma delle energie prima e dopo l'urto è uguale (e ci mancherebbe! Non stiamo parlando di reazioni nucleari...).
La "suddetta somma" si riferisce alla somma tra l'energia meccanica (cinetica) e l'energia potenziale (per la ventimilionesima volta, non interna!) che l'elettrone possiede.
Il punto che distingue una collisione elastica da una anelastica è che nella prima la conservazione dell'energia è soddisfatta senza tenere conto dell'energia interna (ossia non c'è conversione di energia meccanica in energia interna), mentre nella seconda devi tenerne conto.
Questo è del tutto analogo a cio che ho scritto prima:
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma.
"Marco83":
Allora, se mi riporti una definizione devi esserti ben accertato di aver capito cosa significa.
Copio da Wikipedia:
An inelastic collision is a collision in which some of the kinetic energy of the colliding bodies is converted into internal energy in at least one body such that kinetic energy is not conserved.
Come vedi si dice che parte dell'energia cinetica diventa ENERGIA INTERNA. Se teniamo conto anche dell'energia interna, abbiamo che la somma delle energie prima e dopo l'urto è uguale (e ci mancherebbe! Non stiamo parlando di reazioni nucleari...).
La "suddetta somma" si riferisce alla somma tra l'energia meccanica (cinetica) e l'energia potenziale (per la ventimilionesima volta, non interna!) che l'elettrone possiede.
Il punto che distingue una collisione elastica da una anelastica è che nella prima la conservazione dell'energia è soddisfatta senza tenere conto dell'energia interna (ossia non c'è conversione di energia meccanica in energia interna), mentre nella seconda devi tenerne conto.
Questo è del tutto analogo a cio che ho scritto prima:
Un urto elastico è un'urto per cui la somma di energia meccanica e potenziale è conservata (N.B. per energia potenziale non si intende quella interna ad un'atomo. Quella ricade nell'energia interna). Un'urto anelastico non conserva la sudetta somma.
Grazie per la tua infinita pazienza
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