9. ЕКІ ВАЛЕНТТІ ЭЛЕКТРОНЫ БАР АТОМДАР СПЕКТРІНІҢ ҚҰРЫЛЫМЫН ЗЕРТТЕУ

9. ЕКІ ВАЛЕНТТІ ЭЛЕКТРОНЫ БАР АТОМДАР СПЕКТРІНІҢ Қ Ұ РЫЛЫМЫН ЗЕРТТЕУ

9. 1. Жұ мыстың мақ саты мен мазмұ ны

Цинк, кадмий, сынап атомдарының шығ ару спектрiн зерттеу, осы элемент спектрлерiнiң қ ұ рылымын зерттеу, тә жiрибеде триплеттiк жiктелудi анық тау [1-10, 19-23].

9. 2. Аппаратура

УМ-2 монохроматоры, сынап лампа (шам), сынап, кадмий, цинк элементтерiнiң ВСБ-2 шамдары, ППБЛ-3 қ оректендiру блогы.

9. 3. Теориялық кiрiспе

Атомдағ ы электрон кү йi берiлуi ү шін тө рт кванттық сан қ ажет.

1. Бас кванттық сан n, негiзiнен электрон энергиясын анық тайды жә не n=1, 2, 3,... мә ндерiн қ абылдайды.

2. Орбиталық кванттық сан l, электронның орбиталық импульс моментi мә нiн тең дiгiне сә йкес анық тайды;

l=0, 1, 2,... (n-1) -барлығ ыn мә н қ абылдайды.

3. Магниттiк кванттық сан m_l, электронның импульс моментiнiң z квантталу бағ ытына проекциясын (мысалы, сыртқ ы магнит ө рiсi бағ ыты) анық тайды; L_l_z=m_lh, m_l=0, ±1, ±2,..., ±l, -барлығ ы (2l+1) мә н қ абылдайды.

4. Спиндiк кванттық сан s, микробө лшектiң меншiктi (спиндiк) импульс моментiн тең дiгiне сә йкес анық тайды. Электрон ү шін s=1/2, сондық тан оның спиндiк моментiнiң кквантталу бағ ытына (z осi) проекциясы тек екi мә н қ абылдай алады: L_sz=m_sh, m_s=±1/2.

l cанының мә нiне сә йкес атомдағ ы электрон кү йi былай белгiленедi: егер l=0 болса, онда кү й s-кү й деп аталады (немесе s-электрон), егер l=1 болса, онда бұ л р-кү й, егер l=2 болса, онда d-кү й, жә не т. т. 2р символына n=2 жә не l=1, 3sсимволына n=3 жә не l=0 сә йкес келедi.

Паули принципiне сә йкес атомдағ ы электрондар жү йесiнде тө рт кванттық сан жиыны бiрдей болатын екi электроннның болуы мү мкін емес. Бұ л принцип ең аз энергия принципiмен бiрге электрондардың кванттық кү йлер (қ абық шалар) бойынша ү лестiрiлуiн тағ айындайды, жә не де осы ү лестiрiлудi атом қ асиеттерiнiң периодтық қ асиеттерiмен байланыстырады. Элементтердiң химиялық жә не оптикалық қ асиеттерi оның валенттiк электрон санымен анық талады, сондық тан валенттiк электрон саны бiрдей жү йелердiң спектрлерiнде ұ қ састық жеткiлiктi болады. Атомда валенттiк электрондар неғ ұ рлым кө п болса, жә не элементтiң реттiк нө мiрi неғ ұ рлым ү лкен болса, соншалық ты спектр қ ұ рылымы кү рделi болады.

Сутегi атомында ядроның кулондық ө рiсiнде қ озғ алатын бiр электрон болады. Осы электронның стационарлық энергия мә ндерi (дең гейлерi) тек n бас кванттық сан мә нiне тә уелдi болатындығ ы кванттық механикада кө рсетiледi.

Сiлтiлiк металл атомдары ядродан, iшкi қ абық шалардағ ы электрондардан жә не бiр сыртқ ы (валенттiк) электроннан тұ ратын жү йе болып табылады. Қ алғ ан (z-1) электрондар ядромен бiрге орнық ты атомдық «қ алдық » қ ұ рап тұ рады. Осындай электрондық жү йе атомдық «қ алдық » ө рiсiнде ә лсiз байланысқ ан электрон қ озғ алатын «сутегi тә рiздi» жү йе ретiнде қ арастырылады. Атомдық «қ алдық » тудыратын ұ йтқ ытуды ескерiп осындай сутегi тә рiздi жү йелердiң энергетикалық дең гейлерiн анық тау энергия мә ндерi тек n бас кванттық санғ а ғ ана тә уелдi емес, валенттiк электронның l орбиталық кванттық санына да тә уелдi болатындығ ын кө рсетедi, сонымен Е=E_n_l.

Сiлтiлiк металл атомының валенттiк электроны орбиталық импульс моментiнен басқ а меншiктi импульс моментi болады, ал

электронның толық импульс моментi осы моменттердiң қ осындысы болып табылады. Моменттердi қ осу кванттық заң дар бойынша iске асырылады, L_j шамасы тек дискреттi мә ндер қ абылдай алады: , мұ ндағ ы j-iшкi кванттық сан, l+s, l-s мә ндер қ абылдайды. l=0болғ андаj=1/2 тек бiр мә н қ абылдайды. lнө лденө згеше болғ анда, j-дiң екi мә нi болады: j=l±1/2.

Электрондардың механикалық импульс моменттерiмен магниттiк дипольдық моменттер байланысқ андығ ы белгiлi, бұ лар бiрiмен-бiрi тогы бар екi контур сияқ ты ә серлеседi. Осы ә серлесу энергиясы орбиталық жә не спиндiк магниттiк моменттердiң ө зара бағ дарлануына байланысты болады. Демек, jмә нiә ртү рлікү йлердiң энергияларыдаә ртү рліболуғ атиiс. Энергияның стационарлық мә ндерiнспин-орбиталық ә серлесудiескерiптабуесебiнкванттық механикалық шешуэнергиямә ндерiендin, l, jү шкванттық сандарынатә уелдiболатындығ ынкө рсетедi, демекE=E_n_l_j. . Осытеориялық нә тижетә жiрибедежақ сырасталады.

Кө пэлектрондыатомдарү шінтолық орбиталық жә неспиндiкимпульсмоменттерiжекеэлектрондардың импульсмоменттерiненқ осылады. Осыжағ дайдатұ йық талғ анқ абық шалар (электрондарментолтырылғ ан) ү шінимпульстың қ осындымоментiнө лгетең болады. Бү тiндейалғ андаатомтолмағ анэлектрондық қ абық шалардағ ыэлектрондардың (мысалы, валенттiк) қ осындыимпульсмоментiменсипатталады.

Валенттiкэлектрондардың орбиталық жә неспиндiкимпульсмоменттерiкең iстiктiкквантталудың (векторлардың ө зараорналасуы) кванттық -механикалық заң дарыбойынша, толық импульсмоментiнiң қ осындывекторынқ ұ рап, қ осылады. Осындайқ осунә тижесiқ осындылауретiнетә уелдiболады. Ә деттеекiмодельдiкжағ дайқ арастырылады.

1) Алдыменваленттiкэлектрондардың жекеорбиталық жә неспиндiкмоменттерiқ осылады: атомның толық орбиталық жә не толық спиндік моменттері анық талады, бұ данкейiнқ осындыимпульсмоментiанық талады (LS-байланыс, Рассель-Саундерсбайланысы);

2) Алдыменә рбiрэлектронның орбиталық жә неспиндiкимпульсмоменттерiқ осылады, бұ данкейiнбарлық электрондарбойыншақ осындытабылады (jj-байланыс).

Тә жiрибедеалынғ анспектрлердiталдауқ осындаудың қ андайретiiскеасатындығ ын, демекқ андайбайланысберiк (ә ртү рліэлектрондардың спиндерiнiң байланысыма, ә лдеә рбiрэлектронның спиндiкжә неорбиталық моменттерiнiң байланысыма) екендiгiнанық тауғ амү мкіндiкбередi. Кө пшiлiкжағ дайда (электронсаныкө пемесатомдарү шін) байланыстың бiрiншiтү рі (LS-байланыс) орыналады.

9. 1-суреттеекiваленттiкэлектроныбаратомның LS-байланысыжағ дайындаорбиталық жә неспиндiкимпульсмоменттерiқ осылуының векторлық схемасыкелтiрiлген. Осындайатомның қ орытқ ыимпульсмоменттерiнiң сандық мә ндерiмынаө рнектерменанық талады

; L=l₁+l₂, l₁+l₂-1,... ê l₁-l₂ç;

; S=s₁+s₂, s₁-s₂;

; J=L+S, L+S-1,..., ê L-S ê (9. 1)

мұ ндағ ыl₁жә не l₂, s₁жә неs₂-валенттiкэлектрондардың орбиталық жә неспиндiккванттық сандары. Екiваленттiкэлектроныбаратомү шінS=0немесе 1 болаалады, алL_Sекi мә нқ абылдайды: L_S=0 жә не .

Атомның Jкванттық санмә нi ә ртү рлікү йлерi орбиталық жә неспиндiкимпульсмоменттерiнiң ә ртү рліө зарабағ дарлануларынасә йкескеледi. Мұ ндайкү йлерсондық танә ртү рліэнергияменсипатталады.

Сурет9. 1 Екi валенттiк электроны бар атомның LS-байланысы жағ дайында орбиталық жә не спиндiк импульс моменттерi қ осылуының векторлық схемасы [40]

(9. 1) ө рнектен, Lжә неSберiлгенжағ дайдаJ-дiң ә ртү рлімә ндерiнiң саны (2s+1) – гетең болатындығ ыкө рiнедi. Бұ лL, Sмә ндерiберiлгенжә неL> Sболғ анжағ дайда, атомның энергиядең гейi (2S+1) дең гейшегежiктелетiндiгiнбiлдiредi.

Дең гейшелерсанымультиплеттiкдепаталады. Екiэлектроннантұ ратынжү йедеs=0 жә неs=1, демек, мультиплеттiк 1 жә не 3-кетең болаалады, дарадең гейлер (синглеттер) жә нетриплеттiкдең гейлертү зіледi. Энергиядең гейлерiнiң мультиплеттiгiненатомның шығ аруспектрiндегiсызық тардың ө зараорналасуындаө зiнетә нзаң дылық тарпайдаболады. Спектрлердiталдауең алғ ашатомдардың энергетикалық дең гейлерiнiң салыстырмалыорналасуы, жә неатомдардың электрондық қ ұ рылымыжө нiндедеректералуғ а, жә недеэнергетикалық дең гейлердiң мультиплеттiктү зілiсiнэлектронның ө зiнетә н, ө згешежә неелеулiқ асиетi-спиндiкимпульсмоментiменбайланыстыруғ амү мкіндiкбердi.

Жұ мыстаCd, Hg, Znатомдарыбуларының сә улешығ аруспектрi зерттеледi. Cd, Hg, Znатомдарының сыртқ ыэлектрондық қ абық шасындаекi электронболады, iшкi қ абық шалардың қ орытқ ы жә не импульсмоменттерi нө лгетең.

9. 2-суреттегелийатомының энергетикалық дең гейлерсхемасыжә небұ лардың арасындамү мкінболатынауысуларкелтiрiлген. Қ алыпты (негiзгi) кү йдесыртқ ыэлектронның екеуi де 6s-электрондарболыптабылады, ө йткенi бұ лардың баскванттық сандарыn=6, алорбиталық кванттық сандарыl=0. Электрондардың бiреуi ә рқ ашанқ озбағ ан 6s-кү йдеқ алыпқ ояды, алекiншiсiкванттық сандарыө згерiп, қ оздырылады. l₁=0кү йiнде қ алатындық тан, қ орытқ ы Lсаны l₂-мен дә л келедi. Қ орытқ ы спиндiк импульс моментi, жоғ арыда айтылғ андай, s=0 жә не s=1 болады.

Кө п электронды атомдардағ ы спектрлiк сызық тардың пайда болуына жауапты электрондардың энергетикалық дең гейлерiн (кү йлерiн) термдермен сипаттайды, мұ ндағ ы Lº S, P, D,... (L=0, 1, 2,... cандары ү шін). Терм белгiсiндегi жоғ арғ ы сол жақ тағ ы индекс дең гейдiң мультиплеттiгiн, тө менгi оң жақ тағ ы индекс-Jсанын анық тайды.

Сурет 9. 2 Гелий атомының энергия дең гейлерінің диаграммасы

жә не мү мкін болатын кө шулер [41]

9. 1-кесте

1-элек трон	2-элек трон	L	S=0		S=1
			J	терм	J	Терм
6s	6s			¹S₀	1	³S₁
6s	6p			¹P₁	0, 1, 2	³P₀; ³P₁; ³P₂
6s	7s			¹S₀	1	³S₁
6s	7p			¹P₁	0, 1, 2	³P₀; ³P₁; ³P₂
6s	6d			¹D₂	1, 2, 3	³D₁; ³D₂; ³D₃

Сынап атомының мү мкін кү йлерi 9. 1-кестеде келтiрiлген.

Сурет 9. 3 Сынап атомының энергия дең гейлерінің диаграммасы

жә не мү мкін болатын кө шулер [40]

9. 3-суретте тiк бағ ытта сынап атомының толық энергиясы салынғ ан. Атом энергиясының нө лдiк мә нiне атомнан бiр электронды бө лiп алуғ а сә йкес энергия алынғ ан, сондық тан атом энергиясы терiс болады. 6, 7, 8... сандары валенттiк электронның n=1, 2, 3, 4, 5қ абық шаларда сынап атомының 78 iшкi электроны орналасқ ан. Бұ л электрондар оптикалық спектрдiң шығ арылуына қ атыспайды. Сынап атомының қ алыпты (негiзгi) кү йiне сә йкес энергия дең гейi (6¹S₀) 10, 43 эВ терең де жатыр; бұ л сынап атомының иондану жұ мысы 10, 43 эВ болады деген мағ ына бiлдiредi. 9. 3-суретте дең гейлер арасындағ ы мү мкін кванттық ауысулар да кескiнделген (ауысулар кезiнде DL=±1, DJ=0, ±1 кванттық -механикалық сұ рыптау ережелерi орындалады).

Сынап атомының сипаттаушы спектрлiк сызық тары мына кванттық ауысуларғ а сә йкес келедi:

6 ³Р₁® 6¹S₀-l=253, 7нм; 7 ³S₁® 6 ³Р₁ -l₂=435, 8нм;

7 ³S₁® 6 ³Р₀ -l₁=546, 1нм; 7 ³S® 6 ³Р₂ -l₃=404, 7нм;

Мырыш, кадмий, сынапатомдарының спектрлерiбiрiне-бiрi ұ қ сас. L жә неS сандары берiлгенде энергияның Jкванттық санынатә уелдiлiгi триплеттiкжiктелудiң шамасынанық тайды: ү лкенатомдық нө мiрлерү шінжiктелушамасыү лкенболады. Егертиiстi спектрлiксызық тардың толқ ынұ зындық тарыанық талғ анболса, ондаатомдардың энергетикалық дең гейлерсхемасынтұ рғ ызуғ аболады. Жұ мыстамырыш, кадмий, сынаптриплетiнiң спектрлiксызық тарытолқ ынұ зындық тарынтауыпжә неө лшеукерек.

Сурет 9. 3 Сынап спектрі [40]

⇐ Предыдущая 17 18 19 20 212223 24 25 26 Следующая ⇒