Oefentoets atoommodel
Waterstof
Fotonen zijn elementaire deeltjes. Licht en alle andere elektromagnetische straling bestaat uit fotonen. Aan de hand van de golflengte van een foton kan de energie van het foton berekend worden. Hoe kleiner de golflengte, hoe groter de energie.
Hiervoor wordt de formule van Planck gebruikt:
E = h ·c / λ Waarbij:
E Energie in elektronvolt (eV) h Constante van Planck (eV·s) c Lichtsnelheid (m/s)
λ Golflengte (m)
Voor de mens zichtbaar licht heeft een golflengte tussen de 400 nm (violet) en 750 nm (rood).
In de afbeelding hiernaast zijn de energieniveau’s van een
waterstof atoom weergegeven.
Er zijn drie series weergegeven.
Lyman series vanaf n = 1, de Balmer series vanaf n = 2 en de Paschen series vanaf n = 3.
1. Leg het model uit dat bij deze afbeelding hoort. Neem in je uitleg mee wat je kan verwacht op de rode punt, op de blauwe cirkels en tussen de blauwe cirkels.
Als waterstof bestraald wordt, worden sommige fotonen geabsorbeerd. Absorptie van alle drie de series wordt waargenomen, maar niet met dezelfde intensiteit.
2. Leg uit welke serie het sterkst wordt geabsorbeerd.
Een waterstof atoom wordt met extreem ultra violet bestraald. Het atoom absorbeert een specifieke golflengte, maar blijkt ook zichtbaar light met golflengte 656 nm uit te zenden.
3. Leg uit welke golflengte het waterstof atoom geabsorbeerd heeft.
4. Leg uit welke golflengte het atoom nog meer uitzend.
Chernobyl
De vergiftiging van de kernreactor heeft bijgedragen aan de kernramp van
Chernobyl. Met vergiftiging wordt bedoeld de aanwezigheid van Xenon-135, omdat dit atoom de kernreactie vertraagt. Xenon-135 ontstaat spontaan uit Jood-135.
5. Bereken het aantal protonen en neutronen van een Xenon-135 atoom.
6. Leg uit welke verandering in de atoomkern plaats vindt als een jood-135 atoom een Xenon-135 atoom wordt.
Xenon-135 kan ook direct ontstaan in een kernreactor. Indien de brandstof van de kernreactor, Uranium-235, getroffen wordt door een los neutron, kan Xenon-135 en nog een atoom ontstaan.
7. Geef de reactievergelijking voor de beschreven kernreactie.
Gasreus
Saturnus is een van de gasreuzen in ons zonnestelsel. Volgens wikipedia is de samenstelling van de atmosfeer van Saturnus hetvolgende:
De atmosfeer van Saturnus bestaat voor meer dan 96% uit waterstofgas en voor iets meer dan 3% uit helium. Het resterende deel wordt ingenomen door methaan,
waterdamp, ammoniak, ethaan, propaan, ethyn en fosfine, die sporadisch voorkomen.
Er zijn in totaal 4 verkenningsmissies geweest die in de buurt van Saturnus zijn gekomen. De laatste heeft Saturnus op 18000 km bestudeerd.
8. Leg uit hoe de samenstelling van de atmosfeer van Saturnus bepaald is zonder dat er ooit fysiek contact is geweest met de atmosfeer.
Antwoorden
1. De afbeelding verwijst naar het atoommodel van Bohr. Protonen en neutronen in de kern (rode stip), elektronen in schillen om de kern heen. De blauwe cirkels zijn een schematische weergave van de energie niveaus van de elektronen.
Elektronen kunnen niet tussen de energie niveaus zitten.
2. In de stabiele toestand bevinden de elektronen zich in de binnenste schillen.
Waterstof heeft een proten en ook een elektron. Dat zit dus in de schil n = 1.
Vanaf dat punt is alleen absorptie van de Lyman serie mogelijk.
De andere series worden waargenomen als eerst absorptie plaats vindt waarna het elektron in niveau n = 2 of n = 3 terecht komt. Dan vindt er ook absorptie uit de Lyman serie plaats. Dus de Lyman serie wordt het sterkst geabsorbeerd.
3. Golflengte 656 nm wordt uitgezonden door een terugval van n = 3 naar n = 2. Het elektron moet dus eerst in de schil met n = 3 terecht gekomen zijn. Vanaf de stabiele toestand (n = 1) is daar een foton met golflengte 103 nm voor nodig.
4. Na het uitzenden van 656 nm zit het elektron dus in schil met n = 2. Het elektron valt vervolgens terug naar de stabiele toestand, n = 1. Daar hoort 122 nm bij.
5. Xenon heeft atoomnummer 54, dus 54 protonen in de kern.
De totale massa van het atoom 135, dus de som van protonen en neutronen is 135. Het aantal neutronen is dus 135 – 54 = 81.
6. Bij een omzetting van Jood-135 naar Xenon-135 veranderd de massa van het atoom niet. De som van protonen en neutronen blijft 135. Element jood heeft atoomnummer 53 dus 53 protonen in de kern. Xenon heeft 54 protonen, dus er is een proton bij gekomen. De totale massa is niet veranderd, dus als er een proton bij komt, moet er een neutron verdwenen zijn.
Volgens de tekst gebeurt dit spontaan, dus er is niet een proton van buiten het atoom gekomen. Dan kan het niet anders dat een neutron is omgezet in een proton.
7. Uit de tekst blijkt dat er een neutron op een U-235 wordt geschoten, dus deze staan voor de pijl. Xe-135 komt na de pijl. Uit de protonen en neutronen balans is op te maken welke kern nog meer moet ontstaan.
235U + 1n 135Xe + 101Sr
8. Stoffen hebben een uniek absorptie en emmisie spectrum. Door het licht dat van Saturnus komt te analyseren, kan een schatting gemaakt worden van de
samenstelling. Aan de hand van de intensiteit kan hoeveelheid geschat worden.
