Ongelmallinen elektronihyppäys; ratkaisijalle palkinto.

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Sille, joka ratkaisee tätä asiaa käyttäen fysiikassa hyväksyttyjä kaavoja, voisin vaikka luvata miljoona euroa virtuaalirahaa, sekä kunniamaininnan. Myös osittainen ratkaisu on hyväksyttävissä, jos se oleellisesti selventää asiaa.

Olisi todella mielenkiintoista, jos joku Tiedepalstan valistuneista fyysikoista yrittäisi esittää omaa ratkaisua! Asia on jo ollut esillä muissa yhteyksissä Tiede-foorumissa.

Kalsium (Ca) on alkuaine no. 20, ja sen uloin elektroni on heikosti sidottu atomiin, joten kalsium ionisoituu helposti.

Kalsiumilla on jalokaasun Argon kuorirakenne plus kaksi elektronia "s" kuoressa.

Ground state electron configuration: [Ar].4s2; Shell structure: 2.8.8.2

Kyse on siitä että kertaalleen ionisoitunut kalsium (CaII) elektronikuoren osalta on analoginen vetyatomille.

Aurinkofotonin törmäyksen ansiosta uloin CaII elektroni siirtyy puuttuvan elektronin tilaan tai kuoreen.

Kysytään että:

a) mikä on tälle tilalle viritetyn elektronin elinaika? (mikrosekunti?)

b) montako kierrosta uloin elektroni kiertää kalsiumatomia elinaikanaan tässä viritetyssä tilassa? (miljoona kierrosta?)

Olen aikaisemmin ratkaissut annettua tehtävää likiarvokaavoilla. Nyt pitäisi saada aikaan tarkempaa ratkaisua. Tämä voisi olla varsin mielenkiintoinen tehtävä muillekin fyysikoille ja astronomeille! Kalsiumin ioni esiintyy auringon pinnassa ja aurinkotulessa. Maan pinnalla kalsium on tavallinen erilaisissa kalkki-kiven yhdisteissä. Solun ja ihmisrumiin toiminnassa kalsiumilla on myös tärkeitä tehtäviä.

Tietoja kalsiumin kvantti-tiloista löytyy esim. seuraavista linkeistä:

Energy Levels of Singly Ionized Calcium ( Ca II )

http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... table6.htm

Ca II Ground State 1s22s22p63s23p64s 2S1/2
Ionization energy 95751.87 cm^(-1) (11.87172 eV)
===

Energy Levels of Neutral Calcium ( Ca I ):

http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... table5.htm

Ca I Ground State 1s22s22p63s23p64s2 1S0
Ionization energy 49305.95 cm^(-1) (6.11316 eV)
===

http://www.colorado.edu/physics/2000/qu ... gebra.html

Löysin yllättäen toisen foorumin jossa tästä samasta asiata keskusteltiin, mutta kukaan siellä ei osannut ratkaista asiaa kaavojen avulla.

alkuperäinen väite:

UB Page-462
The agility of this acrobatic calcium electron is indicated by the fact
that, when tossed by the temperature-X-ray solar forces to the circle of the
higher orbit, it only remains in that orbit for about one one-millionth of a
second; but before the electric-gravity power of the atomic nucleus pulls it
back into its old orbit, it is able to complete one million revolutions about
the atomic center.

Käännös: "Tämän akrobaattisen kalsiumelektronin vikkelyys käy ilmi
siitä tosiasiasta, että kun lämpö-röntgensäteen aurinkovoimat
tönäisevät sen korkeamman radan kehälle, se pysyy tällä radalla vain
noin sekunnin miljoonasosan, mutta ennen kuin atomin
sähkö-gravitaatiovoima vetää sen takaisin entiselle radalleen, se
pystyy suorittamaan miljoona kierrosta atomin keskustan ympäri."
---

Sivut

Kommentit (22)

Vierailija

Käännös: "Tämän akrobaattisen kalsiumelektronin vikkelyys käy ilmi
siitä tosiasiasta, että kun lämpö-röntgensäteen aurinkovoimat
tönäisevät sen korkeamman radan kehälle, se pysyy tällä radalla vain
noin sekunnin miljoonasosan, mutta ennen kuin atomin
sähkö-gravitaatiovoima vetää sen takaisin entiselle radalleen, se
pystyy suorittamaan miljoona kierrosta atomin keskustan ympäri."

Ja oliko tälle suoria havaintoja?

Voidaanko yksittäistä elektronia edes havannoida koko ajan?

Ei elektronit pysyttele atomin ulkokehällä.

Kolmiulotteisesti laajenevan atomin ytimestä avautuu energia-aaltoja joilla on elektroni ja fotoniluonne.

Jos atomia kohti tulee fotoni, se palaa "loppuun" atomin ytimestä ulospäin työntyvään energia-aaltoon samalla tavalla kuin meteori palaa "loppuun" ilmakehässä.

Nyt ulospäin avautuva aalto on tiheämpi ja omaa elektroniverhon tiheyden normaalia kauempana laajenevasta atomin ytimestä suhteellisesti ottaen.

Onesimple

;):)

Vierailija

Ns. elektroni jatkaa matkaansa kohti viereisen atomin ydintä ja saa sen räjähtämään entistä enemmän energiaa poispäin atomin ytimestä energia-aaltona ja näin tämä aalto omaa elektroniverhon tiheyden kauempana atomin ytimestä kuin edellä mennyt, mutta ei suhteellisesti ottaen, koska atomin ydin on laajentunut samassa suhteeessa.

Ja näin tää nyt vaan on.

Onesimple

;):)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26853
Liittynyt16.3.2005
HSTa
Sille, joka ratkaisee tätä asiaa käyttäen fysiikassa hyväksyttyjä kaavoja, voisin vaikka luvata miljoona euroa virtuaalirahaa, sekä kunniamaininnan. Myös osittainen ratkaisu on hyväksyttävissä, jos se oleellisesti selventää asiaa.

a) mikä on tälle tilalle viritetyn elektronin elinaika? (mikrosekunti?)




Fermin kultaisella säännöllä tuon voisi laskea. Tuo on kuitenkin aika työläs lasku, kun kvanttimekaniikan opinnoista on kohta vuosikymmen.

Jos approksimoit CaII:ta vetyatomilla, alku- ja lopputilat sadaan vetyatomin vastaavista. Mutta sitä minä en tiedä, mitä ihmettä tuohon tilat kytkevään häiriö-Hamiltoniin tulee. Jos joku oikeasti kvanttimekaniikkaa tunteva viitsii selittää, minuakin kiinnostaa.


b) montako kierrosta uloin elektroni kiertää kalsiumatomia elinaikanaan tässä viritetyssä tilassa? (miljoona kierrosta?)

Tuo klassinen kuva atomia kiertävästä elektronista ei ole kvanttimekaniikassa kovin mielekäs. Mutta kyllä tuolle tietysti saa laskettua Bohrin hengessä jonkina lukuarvon olettamalla radan säteeksi elektronin ytimestä mitatun etäisyyden odotusarvon ja vauhdiksi vauhdin odotusarvon.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26853
Liittynyt16.3.2005
Savor
Käännös: "Tämän akrobaattisen kalsiumelektronin vikkelyys käy ilmi
siitä tosiasiasta..."

Ja oliko tälle suoria havaintoja?

On toki, etkö ole kuullut elektronimikroskoopista. Suuressa maailmassa ovat suurta muotia kaupunkeihin asennetut julkiset elektronimikroskoopit, joista kansa saa maksua vastaan ihailla elektronien akrobatianäytöksiä. Eiköhän tuollainen jo ensi kesänä Kuopion torillekin piipahda, kannattaa käydä katsomassa.

Vierailija

Elektronimikroskoopilla ilmeisesti saadaan hyviä kuvia, mutta saadaanko sillä elävää kuvaa joka seuraa koko ajan yksittäistä elektronia joka pysyttelee atomin ulkokehällä?

Onesimple

;):)

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
HSTa

(klip)

Kalsium (Ca) on alkuaine no. 20, ja sen uloin elektroni on heikosti sidottu atomiin, joten kalsium ionisoituu helposti.

(klip)

Kyse on siitä että kertaalleen ionisoitunut kalsium (CaII) elektronikuoren osalta on analoginen vetyatomille.

Aurinkofotonin törmäyksen ansiosta uloin CaII elektroni siirtyy puuttuvan elektronin tilaan tai kuoreen.

Kysytään että:

a) mikä on tälle tilalle viritetyn elektronin elinaika? (mikrosekunti?)

(klip)

Tietoja kalsiumin kvantti-tiloista löytyy esim. seuraavista linkeistä:

Energy Levels of Singly Ionized Calcium ( Ca II )

http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... table6.htm

Ca II Ground State 1s22s22p63s23p64s 2S1/2
Ionization energy 95751.87 cm^(-1) (11.87172 eV)
===

(klip)

alkuperäinen väite:

UB Page-462
The agility of this acrobatic calcium electron is indicated by the fact
that, when tossed by the temperature-X-ray solar forces to the circle of the
higher orbit, it only remains in that orbit for about one one-millionth of a
second; but before the electric-gravity power of the atomic nucleus pulls it
back into its old orbit, it is able to complete one million revolutions about
the atomic center.

(klip)

Siis Ca+:n alimpien energiatilojen termisymbolit ovat (yo. NIST-linkistä) :
2S1/2 (perustila)
2D3/2
2D5/2
2P1/2
2P3/2

Eli kun Ca+ (tähtitieteilijät käyttävät symbolia Ca II) virittyy, niin se siirtyy perustilasta johonkin korkeampienergiseen energiatilaan. Pienen kirjallisuushaun jälkeen löysin em. virittyneille tiloille seuraavat mitatut elinajat:

2D5/2: 0,77 s (metastabiili tila) [Z. Phys. D vol. 25 (1993) s. 295]
2P1/2: 7,10*10^(-9) s [Phys. Rev. A vol. 49 (1994) s. 3463]
2P3/2: 6,92*10^(-9) s [ibid]

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija
HSTa

Käännös: "Tämän akrobaattisen kalsiumelektronin vikkelyys käy ilmi
siitä tosiasiasta, että kun lämpö-röntgensäteen aurinkovoimat
tönäisevät sen korkeamman radan kehälle, se pysyy tällä radalla vain
noin sekunnin miljoonasosan, mutta ennen kuin atomin
sähkö-gravitaatiovoima vetää sen takaisin entiselle radalleen, se
pystyy suorittamaan miljoona kierrosta atomin keskustan ympäri."
---

Ei näköjään ollut ureakirjan sepittäjällä oikeaa tietoa asiasta, 7 miljardisosasekuntia vs. sekunnin miljoonasosa, miksiköhän puoliväliolennot olivat väärässä, heidän olisi kannattanut pyytää telepaattisesti apua jeesukselta.

Vierailija
hmk
HSTa

(klip)

Kalsium (Ca) on alkuaine no. 20, ja sen uloin elektroni on heikosti sidottu atomiin, joten kalsium ionisoituu helposti.

(klip)

Kyse on siitä että kertaalleen ionisoitunut kalsium (CaII) elektronikuoren osalta on analoginen vetyatomille.

Aurinkofotonin törmäyksen ansiosta uloin CaII elektroni siirtyy puuttuvan elektronin tilaan tai kuoreen.

Kysytään että:

a) mikä on tälle tilalle viritetyn elektronin elinaika? (mikrosekunti?)

(klip)

Tietoja kalsiumin kvantti-tiloista löytyy esim. seuraavista linkeistä:

Energy Levels of Singly Ionized Calcium ( Ca II )

http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... table6.htm

Ca II Ground State 1s22s22p63s23p64s 2S1/2
Ionization energy 95751.87 cm^(-1) (11.87172 eV)
===

(klip)

alkuperäinen väite:

UB Page-462
The agility of this acrobatic calcium electron is indicated by the fact
that, when tossed by the temperature-X-ray solar forces to the circle of the
higher orbit, it only remains in that orbit for about one one-millionth of a
second; but before the electric-gravity power of the atomic nucleus pulls it
back into its old orbit, it is able to complete one million revolutions about
the atomic center.

(klip)




Siis Ca+:n alimpien energiatilojen termisymbolit ovat (yo. NIST-linkistä) :
2S1/2 (perustila)
2D3/2
2D5/2
2P1/2
2P3/2

Eli kun Ca+ (tähtitieteilijät käyttävät symbolia Ca II) virittyy, niin se siirtyy perustilasta johonkin korkeampienergiseen energiatilaan. Pienen kirjallisuushaun jälkeen löysin em. virittyneille tiloille seuraavat mitatut elinajat:

2D5/2: 0,77 s (metastabiili tila) [Z. Phys. D vol. 25 (1993) s. 295]
2P1/2: 7,10*10^(-9) s [Phys. Rev. A vol. 49 (1994) s. 3463]
2P3/2: 6,92*10^(-9) s [ibid]

Kiitti tiedoista. Mutta juuri mielenkiintoinen tila perustilan jälkeen, "2D3/2" puutuu taulukostasi!

Oliko sinun viitteissä mainittu, että mikä energia tarvitaan mainittujen tilojen viritykseen?

U-kirja sijoitta "X-ray" energiat oktaaviin no 56:

Octave No._____ Frequency (Hz)_ Wavelength (m)_ Energy (eV)
================================================
...
5.5000000e+001 3.9631677e+017 7.5644657e-010 1.6390351e+003
5.6000000e+001 7.9263353e+017 3.7822328e-010 3.2780701e+003
...

U-kirja käyttää oktaaviluokitusta, jossa oktaavin numero "n" suurin taajuus on f = 11*2^n [Hz].

Siis virittävä fotoni pitäisi olla pienenergeettinen röntgenfotoni, energia luokaa 1.6 keV taulukkoni mukaa.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
HSTa
hmk

Siis Ca+:n alimpien energiatilojen termisymbolit ovat (yo. NIST-linkistä) :
2S1/2 (perustila)
2D3/2
2D5/2
2P1/2
2P3/2

Eli kun Ca+ (tähtitieteilijät käyttävät symbolia Ca II) virittyy, niin se siirtyy perustilasta johonkin korkeampienergiseen energiatilaan. Pienen kirjallisuushaun jälkeen löysin em. virittyneille tiloille seuraavat mitatut elinajat:

2D5/2: 0,77 s (metastabiili tila) [Z. Phys. D vol. 25 (1993) s. 295]
2P1/2: 7,10*10^(-9) s [Phys. Rev. A vol. 49 (1994) s. 3463]
2P3/2: 6,92*10^(-9) s [ibid]





Kiitti tiedoista. Mutta juuri mielenkiintoinen tila perustilan jälkeen, "2D3/2" puutuu taulukostasi!

Oliko sinun viitteissä mainittu, että mikä energia tarvitaan mainittujen tilojen viritykseen?

U-kirja sijoitta "X-ray" energiat oktaaviin no 56:

Octave No._____ Frequency (Hz)_ Wavelength (m)_ Energy (eV)
================================================
...
5.5000000e+001 3.9631677e+017 7.5644657e-010 1.6390351e+003
5.6000000e+001 7.9263353e+017 3.7822328e-010 3.2780701e+003
...

U-kirja käyttää oktaaviluokitusta, jossa oktaavin numero "n" suurin taajuus on f = 11*2^n [Hz].

Siis virittävä fotoni pitäisi olla pienenergeettinen röntgenfotoni, energia luokaa 1.6 keV taulukkoni mukaa.

Tilalle 2D3/2 en löytänyt kokeellista arvoa, mutta samassa paperissa oli annettu seuraavat lasketut elinajat:

2D3/2: 1,16 s
2D5/2: 1,14 s

Metastabiilien D-tilojen elinajat ovat näin pitkiä, koska siirtyminen perustilaan 2S1/2 ei toteuta sähköisen dipolitransition valintasääntöä delta(L) = -1, 0, tai +1.

Röntgenfotoni on liian energeettinen, se irrottaisi elektronin kokonaan sen sijaan, että ainoastaan virittäisi sen. Ca II:n ionisaatioenergia on 11.9 eV NISTin tietojen mukaan, eli tuo mainitsemasi röntgenfotoni tekisi rumaa jälkeä.

Auringon paineessa ja säteilykentässä elinajat voisivat ehkä muuttua hieman noista edellä mainituista arvoista, mutta on paha mennä veikkaamaan, miten.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija

OK, hmk

Täytyy lukea noita viitteitä, kun olen kaupungissa jossa on hyviä kirjastoja.

Metastabiili tila tarkoitta ymmärtääkseni, että elektroni voi joko jäädä tähän viritettyyn tilaan joksikin aikaa, tai sitten palaa nopeasti takaisin perustilaan?

Tavallinen vetyatomi (H) ja kalsiumioni CaII muistuttavat toisiaan monessa suhteessa. Kalsium on ehkä jopa lähempänä klassista vetyatomimallia siinä, että kalsiumin ydin on paljon raskaampi kuin vedyn.

- H ionisaatioenergia on n. 13.6 eV
- CaII ionisaatioenergia on n. 11.9 eV

Molemmissa tapauksessa on kyse elektronista, joka on "s" tilassa.

H atomin suhteen alhaisin "viritystila" on tunnetusti 21 cm viiva taajuudella 1420.4058 MHz. Tämä muutos on laskennallisesti erittäin epätodennäköinen, mutta tietojen mukaan erilaiset törmäykset (2) aiheuttavat sen, että vetyviiva on yksi yleisemmistä viivoista avaruudesta (1). Viivan aiheuttaa elektronin spinakselin kääntyminen ytimen spinakselin kanssa samansuuntaiseksi, jolloin magneettiset momentit ilmeisesti siirtävät elektronia hieman kauemmaksi ytimestä.

Tuntuisi todennäköiseltä, että CaII ionilla pitäisi olla täysin vastaava "viiva" jossa pelkästään uloimman elektronin spin kääntyy!

(1) The lowest orbital energy state of atomic hydrogen has hyperfine splitting arising from the spins of the proton and electron changing from a parallel to antiparallel configuration. This transition is highly forbidden with an extremely small probability of 2.9×10−15 s−1. This means that the time for a single isolated atom of neutral hydrogen to undergo this transition is around 10 million (107) years and so is unlikely to be seen in a laboratory on Earth. However, as the total number of atoms of neutral hydrogen in the interstellar medium is very large, this emission line is easily observed by radio telescopes. Also, the lifetime can be considerably shortened by collisions with other hydrogen atoms and interaction with the cosmic microwave background.

http://en.wikipedia.org/wiki/21_cm_line
---

(2) Colission:

In classical mechanics the total mechanical energy after an inelastic collision is ordinarily less than the initial total mechanical energy, and the mechanical energy which is lost is converted into heat. However, an inelastic collision in which the total energy after collision is greater than the initial total energy sometimes can occur in classical mechanics. For example, a collision can cause an explosion which converts chemical energy into mechanical energy. In molecular, atomic, and nuclear systems, which are governed by quantum mechanics, the energy levels of the particles can be changed during collisions. Thus these inelastic collisions can involve either a gain or a loss in mechanical energy.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26853
Liittynyt16.3.2005
HSTa

H atomin suhteen alhaisin "viritystila" on tunnetusti 21 cm viiva taajuudella 1420.4058 MHz. Tämä muutos on laskennallisesti erittäin epätodennäköinen, mutta tietojen mukaan erilaiset törmäykset (2) aiheuttavat sen, että vetyviiva on yksi yleisemmistä viivoista avaruudesta (1). Viivan aiheuttaa elektronin spinakselin kääntyminen ytimen spinakselin kanssa samansuuntaiseksi, jolloin magneettiset momentit ilmeisesti siirtävät elektronia hieman kauemmaksi ytimestä.



Eikö se ole juuri törmäysten puute, joka tekee tuon viivan havaittavaksi. Vetyatomin viritystilan elinaika on 11 miljoonaa vuotta. Normaalipaineessa atomien törmäykset purkavat tuon virityksen nanosekunneissa säteilemättömillä mekanismeilla, mutta avaruuden äärimmäisen harvassa kaasussa törmäysten väli on niin pitkä, että säteilevät magneettiset dipolitransitiot ehtivät tapahtua.

Tuntuisi todennäköiseltä, että CaII ionilla pitäisi olla täysin vastaava "viiva" jossa pelkästään uloimman elektronin spin kääntyy!

No pakkohan sillä on olla, jos kalsiumytimen spin poikkeaa nollasta. Mutta missään ei taida olla sopivan harvaa kalsiumkaasua sellaisia määriä, että viiva tulisi havaittavaksi. Harvaa vetyähän on avaruudessa kuutioparsekien pilviä, kyllä siinä alkaa näkyä jo vähän himmeämmätkin transitiot.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
HSTa
OK, hmk

Täytyy lukea noita viitteitä, kun olen kaupungissa jossa on hyviä kirjastoja.

Metastabiili tila tarkoitta ymmärtääkseni, että elektroni voi joko jäädä tähän viritettyyn tilaan joksikin aikaa, tai sitten palaa nopeasti takaisin perustilaan?

Tavallinen vetyatomi (H) ja kalsiumioni CaII muistuttavat toisiaan monessa suhteessa. Kalsium on ehkä jopa lähempänä klassista vetyatomimallia siinä, että kalsiumin ydin on paljon raskaampi kuin vedyn.

- H ionisaatioenergia on n. 13.6 eV
- CaII ionisaatioenergia on n. 11.9 eV

Molemmissa tapauksessa on kyse elektronista, joka on "s" tilassa.

H atomin suhteen alhaisin "viritystila" on tunnetusti 21 cm viiva taajuudella 1420.4058 MHz. Tämä muutos on laskennallisesti erittäin epätodennäköinen, mutta tietojen mukaan erilaiset törmäykset (2) aiheuttavat sen, että vetyviiva on yksi yleisemmistä viivoista avaruudesta (1). Viivan aiheuttaa elektronin spinakselin kääntyminen ytimen spinakselin kanssa samansuuntaiseksi, jolloin magneettiset momentit ilmeisesti siirtävät elektronia hieman kauemmaksi ytimestä.

Tuntuisi todennäköiseltä, että CaII ionilla pitäisi olla täysin vastaava "viiva" jossa pelkästään uloimman elektronin spin kääntyy!

(1) The lowest orbital energy state of atomic hydrogen has hyperfine splitting arising from the spins of the proton and electron changing from a parallel to antiparallel configuration. This transition is highly forbidden with an extremely small probability of 2.9×10−15 s−1. This means that the time for a single isolated atom of neutral hydrogen to undergo this transition is around 10 million (107) years and so is unlikely to be seen in a laboratory on Earth. However, as the total number of atoms of neutral hydrogen in the interstellar medium is very large, this emission line is easily observed by radio telescopes. Also, the lifetime can be considerably shortened by collisions with other hydrogen atoms and interaction with the cosmic microwave background.

http://en.wikipedia.org/wiki/21_cm_line
---

(2) Colission:

In classical mechanics the total mechanical energy after an inelastic collision is ordinarily less than the initial total mechanical energy, and the mechanical energy which is lost is converted into heat. However, an inelastic collision in which the total energy after collision is greater than the initial total energy sometimes can occur in classical mechanics. For example, a collision can cause an explosion which converts chemical energy into mechanical energy. In molecular, atomic, and nuclear systems, which are governed by quantum mechanics, the energy levels of the particles can be changed during collisions. Thus these inelastic collisions can involve either a gain or a loss in mechanical energy.

Tuo mainitsemasi vetyatomin 21 cm viiva johtuu tosiaan vety-ytimen ja elektronin spinien kytkeytymisestä, ja spektroskopiassa sitä kutsutaan spektrin hyperhienorakenteeksi. Hyperhienorakenteen olemassaolon edellytys on, että ytimen spin-kvanttiluku on nollasta eroava. Protonin spin on 1/2, joten vedyllä on hyperhienorakennetta. Kalsiumin kohdalla tilanne on eri, sillä sen yleisimmät isotoopit (maapallolla, mutta auringossa tilanne lienee verrannollinen) ovat seuraavat:

Ca-40, runsaus 96.9%, ydinspin = 0 (ei hyperhienorakennetta)
Ca-42, runsaus 0.6%, ydinspin = 0
Ca-43, runsaus 0.1%, ydinspin = 7/2
Ca-44, runsaus 2.1%, ydinspin = 0.

Eli tyypillisellä Ca-ytimellä spin = 0, ja hyperhienorakennetta ei esiinny.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija
hmk
HSTa
OK, hmk

Täytyy lukea noita viitteitä, kun olen kaupungissa jossa on hyviä kirjastoja.

Metastabiili tila tarkoitta ymmärtääkseni, että elektroni voi joko jäädä tähän viritettyyn tilaan joksikin aikaa, tai sitten palaa nopeasti takaisin perustilaan?

Tavallinen vetyatomi (H) ja kalsiumioni CaII muistuttavat toisiaan monessa suhteessa. Kalsium on ehkä jopa lähempänä klassista vetyatomimallia siinä, että kalsiumin ydin on paljon raskaampi kuin vedyn.

- H ionisaatioenergia on n. 13.6 eV
- CaII ionisaatioenergia on n. 11.9 eV

Molemmissa tapauksessa on kyse elektronista, joka on "s" tilassa.

H atomin suhteen alhaisin "viritystila" on tunnetusti 21 cm viiva taajuudella 1420.4058 MHz. Tämä muutos on laskennallisesti erittäin epätodennäköinen, mutta tietojen mukaan erilaiset törmäykset (2) aiheuttavat sen, että vetyviiva on yksi yleisemmistä viivoista avaruudesta (1). Viivan aiheuttaa elektronin spinakselin kääntyminen ytimen spinakselin kanssa samansuuntaiseksi, jolloin magneettiset momentit ilmeisesti siirtävät elektronia hieman kauemmaksi ytimestä.

Tuntuisi todennäköiseltä, että CaII ionilla pitäisi olla täysin vastaava "viiva" jossa pelkästään uloimman elektronin spin kääntyy!

(1) The lowest orbital energy state of atomic hydrogen has hyperfine splitting arising from the spins of the proton and electron changing from a parallel to antiparallel configuration. This transition is highly forbidden with an extremely small probability of 2.9×10−15 s−1. This means that the time for a single isolated atom of neutral hydrogen to undergo this transition is around 10 million (107) years and so is unlikely to be seen in a laboratory on Earth. However, as the total number of atoms of neutral hydrogen in the interstellar medium is very large, this emission line is easily observed by radio telescopes. Also, the lifetime can be considerably shortened by collisions with other hydrogen atoms and interaction with the cosmic microwave background.

http://en.wikipedia.org/wiki/21_cm_line
---

(2) Colission:

In classical mechanics the total mechanical energy after an inelastic collision is ordinarily less than the initial total mechanical energy, and the mechanical energy which is lost is converted into heat. However, an inelastic collision in which the total energy after collision is greater than the initial total energy sometimes can occur in classical mechanics. For example, a collision can cause an explosion which converts chemical energy into mechanical energy. In molecular, atomic, and nuclear systems, which are governed by quantum mechanics, the energy levels of the particles can be changed during collisions. Thus these inelastic collisions can involve either a gain or a loss in mechanical energy.




Tuo mainitsemasi vetyatomin 21 cm viiva johtuu tosiaan vety-ytimen ja elektronin spinien kytkeytymisestä, ja spektroskopiassa sitä kutsutaan spektrin hyperhienorakenteeksi. Hyperhienorakenteen olemassaolon edellytys on, että ytimen spin-kvanttiluku on nollasta eroava. Protonin spin on 1/2, joten vedyllä on hyperhienorakennetta. Kalsiumin kohdalla tilanne on eri, sillä sen yleisimmät isotoopit (maapallolla, mutta auringossa tilanne lienee verrannollinen) ovat seuraavat:

Ca-40, runsaus 96.9%, ydinspin = 0 (ei hyperhienorakennetta)
Ca-42, runsaus 0.6%, ydinspin = 0
Ca-43, runsaus 0.1%, ydinspin = 7/2
Ca-44, runsaus 2.1%, ydinspin = 0.

Eli tyypillisellä Ca-ytimellä spin = 0, ja hyperhienorakennetta ei esiinny.

Opimme siis, että törmäykset fotonien kanssa voivat mutta näitä tilojen elinaikoja melkoisesti!

CaII ioni ytimenä taas eroaa vetyatomista siinä, että elektronin ytimenä kalsiumissa on sekä atomin ydin, 20 protonia ja neutronia yleensä, SEKÄ 18 elektronia tai Ar (argon) kuorirakenne.

Joten, mikä spin meidän on annettava kalsiumin ytimelle + Ar kuroille?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26853
Liittynyt16.3.2005
HSTa
Joten, mikä spin meidän on annettava kalsiumin ytimelle + Ar kuroille?

Käsittääkseni täysien elektronikuorten spinit kumoavat toisensa. Niitähän on yhtä monta molempiin suuntiin.

Tuon kalsiumin ylihienorakenteen havaitseminen näyttää tosiaan heikolta, jos vain yksi isotooppi, jota on promille kalsiumista, tuottaa halutun transition.

Vierailija
Neutroni
HSTa
Joten, mikä spin meidän on annettava kalsiumin ytimelle + Ar kuroille?



Käsittääkseni täysien elektronikuorten spinit kumoavat toisensa. Niitähän on yhtä monta molempiin suuntiin.

Tuon kalsiumin ylihienorakenteen havaitseminen näyttää tosiaan heikolta, jos vain yksi isotooppi, jota on promille kalsiumista, tuottaa halutun transition.

Minä ymmärtäisin asiaa niin, että CaII ionin Ar kuori "varjostaa" (screening) ytimen varausta niin, että elektroni "näkee" tehollisesti suurin pirtein yhden protonin verran varausta. (ionisaatioenergiat melkein samoja):

"The Rydberg formula provides correct wavelengths for extremely distant electrons, where the effective nuclear charge can be estimated as the same as that for hydrogen, since all but one of the nuclear charges have been screened by other electrons, and the core of the atom has an effective positive charge of +1."

Tässä vielä U-kirjan teksti, jonka mukaan CaII uloin elektroni muuttaa tiloja puuttuvan elektronin ja oman perustilansa välillä:

UB Page-462:
Calcium is an active and versatile element at solar temperatures. The
stone atom has two agile and loosely attached electrons in the two outer
electronic circuits, which are very close together. Early in the atomic
struggle it loses its outer electron; whereupon it engages in a masterful act
of juggling the nineteenth electron back and forth between the nineteenth and
twentieth circuits of electronic revolution. By tossing this nineteenth
electron back and forth between its own orbit and that of its lost companion
more than twenty-five thousand times a second, a mutilated stone atom is able
partially to defy gravity and thus successfully to ride the emerging streams
of light and energy, the sunbeams, to liberty and adventure. This calcium atom
moves outward by alternate jerks of forward propulsion, grasping and letting
go the sunbeam about twenty-five thousand times each second. And this is why
stone is the chief component of the worlds of space. Calcium is the most
expert solar-prison escaper.

SIVU.462 - §2 Kalsium on auringolle ominaisissa lämpötiloissa
aktiivinen ja monipuolinen alkuaine. Kiviatomissa on kaksi vikkelää ja
löyhästi kiinnittynyttä elektronia kahdessa ulommassa
elektronikehässä, jotka ovat hyvin lähellä toisiaan. Jo atomien
taistelun alkuvaiheessa se menettää ulomman elektroninsa. Sen jälkeen
se ryhtyy taiturimaisin tempuin heittelemään yhdeksättätoista
elektronia edestakaisin elektronien kehän yhdeksännentoista ja
kahdennenkymmenennen radan välillä. Heittelemällä tätä
yhdeksättätoista elektronia edestakaisin sen oman ja menetetyn
kumppanin radan välillä yli kaksikymmentäviisituhatta kertaa
sekunnissa runneltu kiviatomi pystyy osittain uhmaamaan painovoimaa ja
onnistuu näin ratsastamaan ilmaantuvilla valo- ja energiavirroilla,
auringonsäteillä, kohti vapautta ja seikkailuja. Tämä kalsiumatomi
liikkuu ulospäin vuorottaisin, eteenpäin vievin nykäyksin
kaksikymmentäviisituhatta kertaa sekunnissa, vuoroin auringonsäteeseen
tarttuen ja vuoroin siitä otteensa hellittäen. Ja tästä johtuu, miksi
kivi on avaruuden maailmojen pääainesosa. Kalsium on kaikista etevin
karkaamaan aurinkovankilasta.

SIVU.462 - §3 Tämän akrobaattisen kalsiumelektronin vikkelyys käy ilmi
siitä tosiasiasta, että kun lämpö-röntgensäteen aurinkovoimat
tönäisevät sen korkeamman radan kehälle, se pysyy tällä radalla vain
noin sekunnin miljoonasosan, mutta ennen kuin atomin
sähkö-gravitaatiovoima vetää sen takaisin entiselle radalleen, se
pystyy suorittamaan miljoona kierrosta atomin keskustan ympäri.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat