![]()
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7. СІЛТІЛІК МЕТАЛДАР СПЕКТРЛЕРІНДЕГІ СЕРИЯЛЫҚ ЗАҢДЫЛЫҚТАРДЫ ЗЕРТТЕУ7. СІЛТІЛІК МЕТАЛДАР СПЕКТРЛЕРІНДЕГІ СЕРИЯЛЫҚ ЗАҢ ДЫЛЫҚ ТАРДЫ ЗЕРТТЕУ
7. 1. Жұ мыстың мақ саты мен мазмұ ны Кү рделi атомдар спектрлерiн жү йелеудiң жалпы принциптерiн игеру. Li, Na, K атомдарының шығ ару спектрлерiндегi сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын анық тау. Бұ ларды атомның энергетикалық диаграммасындағ ы белгiлi термдер арасындағ ы кванттық ауысулармен сә йкестендiру, сызық тарды сериялар бойынша топтастыру. Сiлтiлiк элементтер атомдарының энергия дең гейлерiн, иондану энергиясын, кванттық ақ ауды жә не атомдардың тиiмдi зарядын анық тау[1-10, 19-23]. 7. 2. Жұ мыс орындалатын тә жiрибелiк қ ондырғ ы Li, Na, K атомдар спектрлерiн алу ү шін жарық кө зi ретiнде ИВС-28 генераторынан жандырылатын доғ алық разряд қ олданылады. Спектрлердi талдау, спектрлiк сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын анық тау жә не бұ ларды тең дестiру ДСП-1 немесе ПС-18 спектропроекторында спектрлiк сызық тар атласы кө мегiмен жү ргiзiледi.
7. 3. Теориялық кiрiспе 7. 3. 1. Сiлтiлiк элемент атомының қ ұ рылымы. Барлық кү рделi атомдар iшiнен сiлтiлiк элементтер (Li, Na, K, Rb, Cs) атомдарының сыртқ ы электрондық қ абық шасы ең қ арапайым-ол тек жалғ ыз электроннан тұ рады (7. 1, 7. 1а – сур. ).
Сурет 7. 1 Сілтілік металлдың қ ұ рылысы[38] Сурет 7. 1 a. Сілтілік металлдың қ ұ рылысы(натрий)[39]
Атомның қ алғ ан Мұ ндағ ы маң ызды жағ дай-сыртқ ы электрон қ озғ алатын тиiмдi ө рiстiң орталық симметриялы болатындығ ы. Осы себептi электронның Uпотенциалдық энергиясы атомдық қ алдық центрiнен электронғ а дейiнгi rқ ашық тық қ а ғ ана тә уелдi болады: Осының салдарынан тиiмдi ө рiс
Осыжағ дайдағ ыэлектронның атомдық қ алдық пенә серлесуiнiң потенциалдық энергиясыбылайанық талады:
Алr-дiң бү кiл ө згеру аймағ ы ү шін
мұ ндағ ы Сурет 7. 2U(r) тә уелділік қ исығ ы Сiлтiлiк металдар атомдары мен сутегi атомының қ ұ рылысындағ ы ұ қ састық қ а байланысты бұ лардың энергия дең гейлерiнiң орналасуында да, спектрлерiнде де ұ қ састық болады екен. Демек, сiлтiлiк элементтер атомдарының қ асиеттерiн егжей-тегжейлi қ арастыруғ а кiрiспес бұ рын, сутегi атомын кванттық бейнелеуге тоқ талғ ан жө н.
7. 3. 2. Сутегi атомын кванттық бейнелеу. Сутегi атомы ү шін Шредингер тең деуiн
шешу мына нә тижелерге келтiредi. Бә рiнен бұ рын сутегi атомының байланысқ ан кү йлерi (E< 0) En белгiлi энергия мә ндерiмен дискреттi жиынтығ ын тү зедi:
мұ ндағ ы Орбиталық момент мына заң бойынша квантталады:
мұ ндағ ы ℓ -мә ндерi ә ртү рлікү йлерді латын ә рiптерiмен белгiлейдi:
жә неосығ ансә йкес ℓ ә ртү рлікү йлердегiэлектрондық бұ лттардың пiшiнi жайындажалпыкө рiнiстi 7. 3-суреттенкө ругеболады.
Сурет 7. 3 Электрондық бұ лт
Суретте Сутегi атомындағ ы энергияның ℓ бойынша азғ ындалуы кездейсоқ жағ дай болып табылады жә не ол потенциалдың 7. 3. 3. Сiлтiлiк элемент атомдарының энергия дең гейлерi. Сiлтiлiк металлатомының стационарлық кү йлерi энергияларын (7. 1) Шредингертең деуi кө мегiментабуғ аболады. Бiрақ мұ ндапотенциалдық энергиясутегi атомындағ ыдайемесбасқ ашаболады. Егерсiлтiлiкметаллатомындабарлығ ы
мұ ндағ ы R(r)радиалдық толқ ындық функцияү шінШредингертең деуi былайшаө згередi: сутегi ү шінтең деудегi Сутегiатомыү шінШредингертең деуi (толқ ындық функцияның R(r)радиалдық бө лiгi ү шін) мынатү рдежазылады [6]:
Осытең деудiсiлтiлiкметаллатомыү шінжазатынболсақ, онда (7. 4) тең деудегi жақ ша iшiндегi екi ө рнекорнынамынаө рнектi алукерекболады:
егер
белгiлеуiн енгiзсек, онда (7. 4) тең деуi орнына соғ ан ұ қ сас тең деу алынады:
Сутегi атомы ү шін (7. 4) тең деуiнiң шешiмi белгiлi. Ендi (7. 6) тең деуiнiң де шешiмi сутегi есебiнiкi сияқ ты болады, тек мұ нда l орнына l¢ -пен алмастырылғ ан. Сонымен, сiлтiлiк металл атомының Е энергиясы ү шін сутегi есебiндегiдей, бiрақ l кванттық саны l¢ санына алмастырылғ ан ө рнек алынады
Сiлтiлiк металдар атомдарының энергия дең гейлерi (7. 7) формуласының сутегi атомы ү шін
формуладан ө згешелiгi, (n=n¢ +l+1) бас кванттық сан орнына (n*=n¢ +l+1) саны (тиiмдi кванттық сан) тұ р. n* саны ендi бү тін сан емес, ө йткенi (7. 5б) тең дiгiмен анық талатын l¢ саны бү тін сан болмайды:
мұ ндағ ы Dl тү зету шамасы кванттық ақ ау деп аталады. (7. 8) бойынша l¢ мә нiн пайдаланғ анда n* тиiмдi кванттық саны былай ө рнектеледi:
Ендi (7. 7) формуласына n* мә нiн жә не R Ридберг тұ рақ тысын енгiземiз, сонда
Бұ лформуласутегiатомыү шін (7. 2) формулағ аұ қ сас. Атомдық қ алдық тың валенттiкэлектронғ аұ йытқ ытушыә серiнDlкванттық ақ ау кө мегiмен ескеру орнына, оны а экрандау тү зетуi арқ ылы да ескеруге болады. Сонда (7. 7а) ө рнектi мына тү рде жазуғ а болады
мұ ндағ ы
экрандау тұ рақ тысы, z*nl-«тиiмдi ядро» заряды. Сонымен Еnl энергия дең гейлерin бас кванттық санына ғ ана емес, l орбиталық кванттық санғ а да тә уелдi болып шық ты. Dl кванттық ақ ау шамасы l-ге тә уелдi болатындық тан, n санының мә нi бiрдей, бiрақ l сандары ә р тү рлі дең гейлер сутегi атомында беттесiп жататын (азғ ындалғ ан) болса, сiлтiлiк металдар атомдарында бұ лар бiрiнен-бiрi ажырамайды. Бұ л n санының бiр мә нi жағ дайында энергия дең гейлерi l санының ә р тү рлі мә ндерi ү шінә р тү рлі болатынын бiлдiредi. Осы жағ дайда орбиталық кванттық сан бойынша азғ ындалу жойылды дейдi. l орбиталық кванттық сан мә нi ө скенде Dlтү зетуiнiң ролi ә лсiрейдi (7. 1-кесте). Сондық тан сiлтiлiк элемент атомы энергиясының lсанының тә уелдiлiгi оның ү лкен мә ндерi жағ дайында iс жү зінде бiлiнбейдi. Сiлтiлiк металдар атомдары ү шін спектрлiк термдер
формуласымен анық талады. Осындай формуланы Ридберг 19ғ. тә жiрибе нә тижелерiн қ орыту нә тижесiнде тапқ ан болатын.
7. 1-кесте Li, Na, K, Rb, Csү шін Dl кванттық ақ ау мә ндерi
7. 4-суретте сiлтiлiк металдың бiрi-литийдiң термдерi мен сутегi термдерi арасындағ ы жоғ арыда айтылғ ан қ атынас бейнеленген. Энергия дең гейлерi орын аз алу ү шін дө ң гелек ноқ ат тү рінде кескiнделген. Сутегiде 2s жә не2p; 3s, 3pжә не3d; 4s, 4pжә не4dдең гейлерiө зарадә лкеледi, аллитийдеболса2sпен2pдең гейлерiбiр-бiрiненкү штiалшақ орналасқ ан; 3s, 3pжә не3dдең гейлерiнiң алшақ тауыаздаужә несутегiдең гейлерiнежақ ынорналасады (ә сiресе3pжә не3d); ең соң ында4pжә не4dдең гейлерiө зарабiрiмен-бiрiжә несутегiдең гейлерiмендә лкеледiдеугеболады. 7. 3. 4. Сiлтiлiк металдар спектрлерi. Сiлтiлiк металл атомдарының шығ ару спектрлерi, сутегi атомының спектрi сияқ ты, кө птеген спектрлiк сызық тардан тұ рады. Сурет 7. 4 Литийдiң термдерi мен сутегi термдерiн салыстыру
Осы спектрлiк сызық тарды мұ қ ият жү йелеу нә тижесiнде бұ ларды ә рқ айсысы қ оздырылғ ан атомның қ андай да бiр белгiлi дең гейге ауысуымен байланысты серияларғ а топтастыру мү мкін болады. Атомның мү мкін болатын стационарлық кү йлерiнiң жиынтығ ын энергетикалық дең гейлер диаграммасы (схемасы) тү рінде кескiндеу қ олданылады. 7. 5-7. 7-суреттерде Li, Na, K атомдарының энергетикалық дең гейлер диаграммалары келтiрiлген. Бұ ларда электрон бiр энергетикалық кү йден басқ асына ауысқ ан кезде атом шығ аратын немесе жұ татын кейбiр спектрлiк сызық тардың толқ ын ұ зындық тары кө рсетiлген. Сiлтiлiк металдар иондарының спектрлерiн зерттеу атомдық қ алдық тың (яғ ни ядро жә не (z-1) электронның ) импульс моментi нө лге тең Сұ рыптау ережесi. Сә уле шығ ару (жә не жұ ту) сыртқ ы электронның бiр дең гейден басқ а дең гейге ауысу нә тижесiнде iске асады. Бiрақ ауысулардың барлығ ы мү мкін болмайды екен. Мү мкін болатыны тек сыртқ ы электронның l орбиталық кванттық саны бiрге ө згеретiн
Dl=±1 (7. 11)
жағ дайлардағ ы ауысулар ғ ана екен. Бұ л рұ қ сат етiлген ауысулар тек s-жә не p-кү йлер арасында, p-жә не d-кү йлер арасында d-жә не f-кү йлер арасында болады деген мағ ына бередi. Бұ л жағ дайларда n бас кванттық сан кез-келген бү тін санғ а ө згере алады. Кванттық теория тұ рғ ысынан сұ рыптау ережелерi бiр кванттық кү йден басқ а бiр кванттық кү йге ауысу ық тималдығ ымен байланысты болады. Сонда сұ рыптау ережелерi тиым салатын ауысулардың ық тималдығ ы iс жү зінде нө л болады екен. Спектрлiк сериялар. (7. 4) сұ рыптау ережелерiне сү йенiп литий атомдары спектрiнде мына сериялардың байқ алатындығ ын оң ай тү сіндiруге болады: –бас серия: –айқ ын серия: –диффузиялық серия: –iргелi, немесе Бергман сериясы: мұ ндағ ы
Сурет7. 5 Литий атомының энергетикалық дең гейлерінің схемасы
Сурет 7. 6 Натрий атомының энергетикалық дең гейлерінің схемасы
Сурет 7. 7 Калий атомының энергетикалық дең гейлерінің схемасы
(7. 12) ө рнектерiнде сериялар символдық тү рде жазылғ ан. Айқ ын тү рде бұ ларды екi тиiстi термнiң айырымы тү рінде жазады. Мә селен, литийдiң бас сериясы былай жазылады:
Басқ а серияларды да осы сияқ ты жазуғ а болады. Ескеретiн нә рсе, Dl кванттық ақ ау (немесе ридбергтiк тү зетулер Dl =-se) ә рбiр серия аумағ ында iс жү зінде тұ рақ ты болады да, ал бiр сериядан басқ а серияғ а ауысқ анда ө згередi.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|