by Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι η εκπομπή ηλεκτρονίων από την επιφάνεια ενός μετάλλου όταν προσπίπτει πάνω του φως κατάλληλου μήκους κύματος. Το φαινόμενο παρατηρείται κυρίως σε μέταλλα με χαμηλό έργο εξαγωγής όπως τα αλκάλια (λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο, και καισίο). Στα πειράματα χρησιμοποιείται συνήθως υλικό καθόδου από αυτά τα αλκάλια για να επιτευχθεί εύκολα η εκπομπή ηλεκτρονίων. Μια απλή συνδυαστική προσέγγιση Φυσικής & Χημείας.
Γεια σας παιδιά, είμαι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν! Μόλις έλαβα το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1921 γιατί ανακάλυψα ότι το φως μπορεί να κάνει τα ηλεκτρόνια να ‘πηδούν’ έξω από τα μέταλλα. Ας δούμε μαζί πώς συμβαίνει αυτό στα αλκάλια καθώς και μερικές ερωτήσεις ακόμα!
- Πως μεταβάλλεται η τιμή της ενέργειας 1ου ιοντισμού ενός ατόμου κατά μήκος μιας ομάδας του Περιοδικού Πίνακα (Π.Π.) ;
- Πως αναμένεται να μεταβάλλεται η τιμή για το έργο εξαγωγής φ (eV) ενός ατόμου αλκαλίου κατά μήκος της 1ης ομάδας του Περιοδικού Πίνακα (Π.Π.) ;
- Συμπληρώστε τα κενά του ακόλουθου πίνακα με βάση τα δεδομένα κάτω από αυτόν.
| Όνομα στοιχείου | Σύμβολο στοιχείου | Ατομικός αριθμός (Ζ) | Περίοδος στον Π.Π. | Ενέργεια 1ου ιοντισμού (kJ/mol) | Έργο εξαγωγής φ (eV) | Ατομική ακτίνα (pm) |
| Καίσιο | Cs | 55 | ||||
| Κάλιο | K | 19 | ||||
| Λίθιο | Li | 3 | ||||
| Νάτριο | Na | 11 | ||||
| Ρουβίδιο | Rb | 37 |
Ατομικός αριθμός (Z): 37, 55, 3, 19, 11
Ενέργεια 1ου ιοντισμού (kJ/mol): 496, 403, 376, 520, 419
Έργο εξαγωγής φ (eV): 2.3, 2.0, 2.4, 2.9, 2.2
Ατομική ακτίνα (pm): 152, 265, 186, 248, 227
4. Τα αλκάλια ασκούν -Ι ή +Ι επαγωγικό φαινόμενο;
5. Κατατάξτε τα αλκάλια του προηγούμενου πίνακα με βάση την αυξανόμενη ισχύ του +Ι επαγωγικού φαινομένου.
6. Αν μια κάθοδος από Κάλιο ζυγίζει 195 mg ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορούν να αποσπαστούν θεωρητικά από αυτή αν αποσπάται 1 ηλεκτρόνιο ανά άτομο K;
7. Ισομοριακό μείγμα από K και Na ζυγίζει 15,5 g και διαλυόμενο σε νερό δημιουργεί διάλυμα 5 L. Υπολογίστε το pH του διαλύματος αυτού.
Ar(K)=39
Ar(Na)=23
NA=6,02∙1023
Kw=10-14
Καλή δύναμη !
Πιο πολλά για τα αλκάλια εδώ …
ή εδώ
Αφιερωμένη στον Διονύση Μάργαρη, που μου έδωσε ιδέες από την σχετική δημοσίευσή του εδώ
Καλημέρα Παναγιώτη και σε ευχαριστώ για την αφιέρωση.
Άμεση αντίδραση και χρησιμοποίηση μετάλλου της 1ης ομάδας για εύκολη εξαγωγή ηλεκτρονίων!!!
Λες να το προσθέσω σαν ερώτημα φυσικό-χημείας;
Γεια σου θετικότατε (και ηλεκτροθετικότατε σαν αλκάλιο) Διονύση – νομιζω πρεπει να το προσθεσεις σαν ερώτημα φυσικό-χημείας – μας ενώνει η κάθοδος και ο Π.Π.!
Καλησπέρα. Παναγιώτη εκπληκτική ιδέα/άσκηση-σύνδεση ενέργειας ιοντισμού και έργου εξαγωγής, αλλά και επαγωγικού φαινομένου! Πετάς και το pHλάκι σου στο τέλος και δένει το γλυκό! Μπράβο φίλε. Εγώ θα πω και μια διόρθωση! Ο Αλβέρτος δεν ανακάλυψε το φαινόμενο, έδωσε τη θεωρητική του ερμηνεία με βάση την κβάντωση της ενέργειας της ακτινοβλίας του Planck. Νόμπελ για την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.
Και κάτι άλλο που θέλω να συμπληρώσω είναι ότι, πέρα από το Li, στα υπόλοιπα αλκάλια δεν ξέρω αν έχει νόημα να μιλάμε για επαγωγικό φαινόμενο, με την έννοια ότι κάνουν ιοντικούς δεσμούς. Εχω δει, πέρα από τα Grignard, ενώσεις RLi, R2Cu και άλλες οργανομεταλλικές ενώσεις που οι δεσμοί πρέπει να έχουν ένα ποσοστό ομοιοπολικού χαρακτήρα, αλλά ενώσεις του Na, K δεν έχω δει, με την έννοια των οργανομεταλλικών ενώσεων. Πιθανόν να υπάρχουν αλλά δεν έχω υπόψη μου. Θέλω να πω ότι σε ιοντικούς δεσμούς, δεν ξέρω αν έχει νόημα να αναφερθούμε σε επαγωγικό φαινόμενο. Τι λες;
Καλησπέρα Θοδωρή και σ’ ευχαριστώ για τα σχόλια σου και τον χρόνο σου – ήταν πιο πολύ ποιητική άδεια τα σχετικα με την ανακλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου – αλλά εχεις δικιο στο σχολιο σου. Αναφορικα με το +I φαινομενο δεν ειχα στο μυαλο μου απαραιτητη συνδεση με οργανικη χημεια – παρα σαν ιδιοτητα τασης / αποδοσης ηλεκτρονιων σχετιζομενων με την κατανομη των ηλεκτρονιων τους – και στο σχολικο βιβλίο γινεται αναφορα για +Ι ιδιοτητα μεταλλων – κατανοώ όμως αυτό που λες. Βρήκα το CH3Na https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Sodium-methyl Το CH3Na και το CH3K θα αντιδρουν με το νερο με διαφορετικη ταχυτητα λόγω του +Ι του Κ φαντζζομαι (το CH3K πιο εντονα μαλλον)
1. Η ενέργεια 1ου ιοντισμού μειώνεται κατά μήκος μιας ομάδας (από πάνω προς τα κάτω), διότι η ατομική ακτίνα αυξάνεται και το εξωτερικό ηλεκτρόνιο απομακρύνεται από τον πυρήνα, με αποτέλεσμα να έλκεται λιγότερο.
2. Το έργο εξαγωγής (φ) επίσης μειώνεται κατά μήκος της 1ης ομάδας, καθώς τα ηλεκτρόνια συγκρατούνται πιο χαλαρά όσο αυξάνεται το μέγεθος του ατόμου, απαιτώντας έτσι μικρότερη ενέργεια για να απελευθερωθούν.
3. Συμπλήρωση πίνακα (με βάση την αύξηση του ατομικού αριθμού Z):
· Λίθιο (Li): Z=3, Περίοδος 2, Ιοντισμός=520, φ=2.9, Ακτίνα=152
· Νάτριο (Na): Z=11, Περίοδος 3, Ιοντισμός=496, φ=2.4, Ακτίνα=186
· Κάλιο (K): Z=19, Περίοδος 4, Ιοντισμός=419, φ=2.3, Ακτίνα=227
· Ρουβίδιο (Rb): Z=37, Περίοδος 5, Ιοντισμός=403, φ=2.2, Ακτίνα=248
· Καίσιο (Cs): Z=55, Περίοδος 6, Ιοντισμός=376, φ=2.0, Ακτίνα=265
4. Τα αλκάλια ασκούν +Ι (θετικό) επαγωγικό φαινόμενο, καθώς ως μέταλλα έχουν την τάση να αποβάλλουν ηλεκτρόνια.
5. Η σειρά αυξανόμενης ισχύος του +Ι φαινομένου είναι: Li < Na < K < Rb < Cs.
6. Υπολογισμός ηλεκτρονίων:
· Mole Καλίου = 0.195g / 39g/mol = 0.005 mol.
· Αριθμός ατόμων = 0.005 mol * 6.02 * 10^23 = 3.01 * 10^21 άτομα.
· Εφόσον αποσπάται 1 ηλεκτρόνιο ανά άτομο, ο μέγιστος αριθμός είναι 301 * 10^19 ηλεκτρόνια.
7. Υπολογισμός pH:
· Έστω x τα moles του K και x τα moles του Na (ισομοριακό μείγμα).
· 39x + 23x = 15.5g => 62x = 15.5 => x = 0.25 mol από το κάθε μέταλλο.
· Συνολικά moles OH(-) = 0.25 + 0.25 = 0.5 mol.
· Συγκέντρωση [OH(-)] = 0.5 mol / 5 L = 0.1 M.
· pOH = -log(0.1) = 1.
· pH = 14 – 1 = 13.