Phantom of the opera, part 1 of 2. Atomic models. Math 3c.

Phantom of the opera, part 1 of 2. Atomic models. Math 3c. English version.

Hello! I’m waiting on a course to start (physics), so meanwhile I wrote this for us; About Phantom. The arts/story and the special effects on stage. This story is about a musical genius that has a partially deformed face, and which haunts an opera house. He also becomes obsessed with a talented, young singer. The novel was published year 1910 by a french author, Leroux. We can start talking about different atomic models. I was actually criticized for using the Niels Bohr model on my blog, with the comment that that one is used in the eighth and ninth grade in elementary school, and I was asked to use any of the later atomic models instead (it was still an honor to write a lot with a doctor in chemistry, despite that comment). So what is the difference between for example the E. Rutherford model (1911) and the Niels Bohr model (1913)?

Ernest was a professor of physics who wrote books on radioactivity, decay chains, the composition of atoms, electron arrangement, the behavior of particles at the quantum level and "The Newer Alchemy (1937)". He was awarded a Nobel Prize in Chemistry in 1908 for his studies and discoveries on the decay of different materials. Radioactivity is when unstable isotopes (variants of atoms) decay and emit e.g. alpha particles (i.e. ionizing radiation, which is so energetic so it knocks out electrons and creates ions along the way). The unstable, heavy americium-241 becomes neptunium after its alpha decay that went like this: Am(241) ---> He(4) + Np(237). Here you can clearly see that an alpha particle is a helium nucleus! But if you only had one hundredth of alpha particle energy, it would be equivalent to gamma radiation, ionizing radiation of light particles (photon radiation!).

Geiger equipment. This is a gauge of ionizing radiation, by showing on the display the number of ion pairs created per minute, after radioactivity collides with the gas inside the equipment. You hear clicking sounds when electrons are torn away from the molecules of the gas, because then new ions have formed in the chamber in question. Decay chains, which Rutherford has also researched, are about when radioactive atoms are transformed into other radioactive atoms in many steps, until the substance finally becomes a stable atom, such as lead-206, or lead-208. Lead also has a connection to the ancient doctrine of Alchemy (which flourished in the Middle Ages) where the aim was to transform various metals, often the base and cheap lead, into shiny gold. The author A. Strindberg has experimented in alchemy, and this is how he came up with cat gold, which he first thought was gold: Fe + S ---> (iron sulphide) FeS

Sulphide, S2-, and sulphite, SO3^2-, are both commonly occurring ions. Base metals are metals that, among other things, oxidize (emit electrons to another substance) quite quickly. Sulfide is often combined with these metals. An example of when oxygen is an oxidizing agent for a base metal: (Oxidation of iron) 4Fe + 3O2 + 6H2O ---> (rust) 4Fe(OH)3 The oxygen took up electrons during corrosion. If the temperature is high, a base metal can even be burned. and give off their valence electrons to the oxygen very fast: 2Mg(s) + O2(g) ---> 2MgO(s). This is how a reaction works in the lab when magnesium is burned and this metal is oxidized by an oxidizing agent/electron acceptor, which itself is then reduced. It's very likely that it's some kind of magnesium oxide that lights up the scene in the first Phantom Music video that I'm posting in here (light explosion during performing arts).

Rutherford wrote a book on the subject of modern alchemy, and of course it was written about e.g. transformations of matter (now that he has made new chemical/physical discoveries), but he did not try to make gold. When it comes to different electron arrangements, it was Rutherford who, through a gold foil experiment, proved for the first time that atoms have a very hard nucleus (alpha particles were shot and flown right through an extremely thin gold foil, but very rarely did they bounce in a completely different direction). When we finally knew that a nucleus existed, we could draw new conclusions (alpha particles are positively charged and they stuttered from the nucleus ---> no attraction). It was known that electrons were somehow on the outskirts, a little separate. Thus they moved away from the "blueberry pudding" model (Thomson's model, 1904) where electrons lie like in a pie, and the dough is plus charged.

Shortly after Rutherford's model (1911), Niels Bohr's atomic model (1913) emerged, which is a perfect introduction to the world of chemistry, when you want to explain the structure of the atom. Bohr was a scientist under Rutherford, and he realized that there was a vague focus on the motion and energy of electrons, and he himself chose to focus on developing quantum mechanics. Einstein has also done research in this area. Quantum mechanics has gotten many researchers addicted, this is perhaps the most important ever in research? We won't understand it so easily, but you can start by explaining nearby phenomena! Such as 1) electromagnetic radiation, and 2) atomic spectroscopy. Microwaves are examples of electromagnetic radiation (which is not ionizing radiation, it instead rotates molecules and makes friction between them ---> heat). The wavelengths here often revolve around 1-80 cm, so they are not visible.

Atomic spectroscopy can be linked to modern opera theatres. Different atoms emit light of different wavelengths during atom de-excitation (when electrons return to their original energy state after first being supplied with energy and changing mode, and they were farther away from the nucleus), which our eyes perceive as different colors of the color spectrum. In other words, photons are emitted because potential energy became light energy in the atom, and the photon just radiates away. For example, if one excites helium, He, for example, by applying electric current, as in a neon lamp, that energy is absorbed, electrons lift, then lowered and helium emits characteristic purple color as its excess energy. Artistic fog on stage, on the other hand, is usually a homogeneous mixture, a spray of mist, between water and propylene glycol; (by heat source) H2O + C3H8O2 ---> aerosol/fog/fine dispersion.

Phanom of the opera, part 1 of 2. Atomic models. Math 3c. Swedish version.

Hej! Jag väntar på att en kurs ska börja (fysik), så under tiden skriver jag detta för oss; Om Fantomen. Konsten/berättelsen och specialeffekterna på scenen. Den här berättelsen handlar om ett musikaliskt geni som har ett delvis deformerat ansikte och som hemsöker ett operahus. Han blir också besatt av en begåvad, ung sångerska. Romanen publicerades år 1910 av en fransk författare, Leroux. Vi kan börja med att prata om olika atommodeller. Jag fick faktiskt kritik för att jag använde Niels Bohrs modell på min blogg, med kommentaren att den används i åttonde och nionde klass i grundskolan, och jag blev ombedd då att använda någon av de senare atommodellerna (det var ändå en ära att få skriva mycket med en doktor i kemi, trots detta). Så vad är skillnaden mellan alla olika atommodeller, t.ex. E. Rutherfords (1911) och Niels Bohrs (1913)?

Ernest var en professor i fysik som skrev böcker om bl.a. radioaktivitet, sönderfallskedjor, atomers sammansättning, elektron arrangemang, partiklars beteende på kvantnivå och ”The Newer Alchemy (1937)”. Han tilldelades ett nobelpris i kemi år 1908 för bl.a. sina studier och upptäckter om olika materias sönderfall. Radioaktivitet är när instabila isotoper (varianter av atomer) sönderfaller och avger t.ex. alfapartiklar (alltså joniserande strålning, som är så energirik så den slår ut elektroner och skapar joner på vägen). Den instabila, tunga americium-241 blir till neptunium efter sitt alfasönderfall som gick till såhär: Am(241) ---> He(4) + Np(237). Här ser man tydligt att en alfapartikel är en heliumkärna! Men om man bara hade en hundradel av alfapartikelenergi så skulle det motsvara gammastrålning, joniserande strålning av ljuspartiklar (fotonstrålning!).

Geiger utrustning. Denna är en mätare av joniserande strålning, genom att visa på displayern antal jonpar som skapas per minut, efter att radioaktivitet kolliderar med gasen inuti utrustningen. Man hör klickande ljud när elektroner slits loss från gasens molekyler, för att då har nya joner bildats i kammaren i fråga. Sönderfallskedjor som Rutherford även forskat i, handlar om när radioaktiva atomer omvandlas till andra radioaktiva atomer i många steg, ända tills ämnet slutligen blir en stabil atom, som t.ex. bly-206, eller bly-208. Bly har även en koppling till den gamla Alkemi-läran (som blomstrade under medeltiden) där man eftersträvade att omvandla olika metaller, ofta den oädla, billiga bly, till glänsande guld. Författaren A. Strindberg har experimenterat inom alkemi, och såhär fick han till kattguld, som han först trodde var guld: Fe + S ---> (järnsulfid) FeS

Sulfid, S2-, och sulfit, SO3^2-, är båda två vanligt förekommande joner. Oädla metaller är metaller som bl.a. oxiderar (avger elektroner till ett annat ämne) ganska fort. Sulfid förenas ofta med dessa metaller. Ett exempel på när syre är ett oxidationsmedel för en oädel metall: (Oxidering av järn) 4Fe + 3O2 + 6H2O ---> (rost) 4Fe(OH)3 Syret tog upp elektroner under korrosion, frätning. Om temperaturen är hög så kan en oädel metall till och med förbrännas, och avge sina valenselektroner till syret väldigt fort: 2Mg(s) + O2(g) ---> 2MgO (s). Så går en reaktion till på labbet när man förbränner magnesium och denna metall oxideras av ett oxidationsmedel/elektronacceptator, som själv då reduceras. Det är väldigt troligt att det är någon form av magnesiumoxid som lyser upp scenen i den första Fantomen musik-videon som jag lägger upp här inne (ljusexplosion under scenkonst).

Rutherford skrev en bok inom ämnet nyare alkemi, och visst skrevs det om t.ex. omvandlingar av materia (nu när han gjort nya kemiska/fysikaliska upptäckter), men han försökte inte tillverka guld. När det gäller olika elektron arrangemang så var det Rutherford som genom ett guldfolie-experiment bevisade för första gången att atomer har en väldigt hård kärna (alfa-partiklar sköts och flög rakt igenom en extremt tunn guldfolie, men väldigt sällan studsade de åt ett helt annat håll). När man äntligen visste om att en kärna fanns kunde man dra nya slutsatser (alfa-partiklar är ju positivt laddade och de stutsade från kärnan ---> ingen attraktion). Man visste att elektroner på något sätt befann sig i utkanten, lite separat. Man gick alltså bort från ”the blueberry pudding” modellen (Thomsons modell, 1904) att elektroner ligger som i en paj, och degen är plusladdad.

Strax efter Rutherfords modell (1911) uppkom Niels Bohrs atommodell (1913), som är en perfekt introduktion till kemins värld, då man vill förklara atomens uppbyggnad. Bohr var en forskare under Rutherford, och han insåg att det var ett vagt fokus på elektronernas rörelse och energi, och han själv valde att fokusera på att utveckla kvantmekaniken. Einstein har också forskat inom detta. Kvantmekanik har fått många forskare beroende, denna är kanske det viktigaste någonsin inom forskning? Den kommer vi inte förstå så lätt, men man kan börja med att förklara närliggande fenomen! Som 1) elektromagnetisk strålning, och 2) atomisk spektroskopi. Mikrovågor är exempel på elektromagnetisk strålning (som inte är joniserande strålning, den roterar istället molekyler och gör friktion mellan dem ---> värme). Våglängderna här kretsar ofta kring 1-80 cm, så de syns inte.

Atomisk spektroskopi kan kopplas till moderna opera-teatrar. Olika atomer emitterar ljus av olika våglängder vid atom de-excitation (när elektroner återgår till sitt ursprungliga energi-läge efter att först ha tillförts energi och bytt läge, och de var längre bort från kärnan), vilket våra ögon uppfattar som olika färger på färgspektrumet. Med andra ord avges fotoner, för att lägesenergi blev ljusenergi i atomen, och fotonen strålar bara bort. Om man t.ex. exciterar helium, He, genom att t.ex. tillföra elektrisk ström, som i en neonlampa, så absorberas den energin, elektroner lyfter, sedan sänks och helium emitterar karaktäristisk lila färg som sin överskottsenergi. Konstnärlig dimma på scen brukar däremot vara en homogen blandning, ett dimsprut, mellan vatten och propylenglykol; (genom värmekälla) H2O + C3H8O2 ---> aerosol/dimma/fin dispersion.

1 https://www.youtube.com/watch?v=WDiZPjP9Lrs
2 https://www.youtube.com/watch?v=9_gkO_ZWHCE
3 https://www.youtube.com/watch?v=vrxwbTQOB6g&t=209s
Optional emotional journey:
4 https://www.youtube.com/watch?v=I6vMmN8ApEE
5 https://www.youtube.com/watch?v=JP-eE98FAYw
6 https://www.youtube.com/watch?v=ZVTaBKtKKaQ