ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 96
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
- микробөлшектің потенциалдық энергиясы.
Бұл теңдеуді қандай да бір классикалық физиканың заңдарынан қорытылып шығарылмайды. Классикалық физикада Ньютонның екінші заңы қандай рөл атқарса, релятивистік емес кванттың механикада Шредингер теңдеуі дәл сондай рөл атқарады.
9. Штерн-Герлах экспериментінің мысалын пайдаланып, атомдардың магниттік қасиеттерінің көрінісін сипаттаңыз. Электронның спині дегеніміз не және осы ұғымның көмегімен Штерн мен Герлах тәжірибесінің нәтижелерін түсіндіру қалай табылды?
6. Атомдардың магниттік қасиеттері. Электронның спині.
Магниттік кванттық сан
сыртқы магнит өрісінің бағытындағы орбитальдық импульс моментінің проекциясын анықтайды.
Электронның меншікті
импульс моментін спиндеп атайды. Электронның спині (кез-келген бөлшектің) оның массасы, заряды сияқты оның негізгі сипаттамасы болып табылады. Кванттық механика заңдылықтарынан электронның спині келесі заң бойынша квантталатыны шығады:
,
мұндағы:
- спиндік кванттық сан.
Спиннің
сыртқы магнит өрісінің бағытымен сәйкес келетін 
-осіндегі проекциясы квантталады және 
векторының магнит өрісінде әр түрлі 
бағыты болады. Штерн және Герлах тәжірибесі көрсеткендей, электрон үшін мұндай бағыт екеу болады.
Спиндік кванттық санның басқа үш кванттық сандардан-
бас, 
орбитальдық және 
магниттік кванттық сандардан ерекшелігі, ол бүтін сан болмайды.
Электрондардың меншікті бұрыштық импульсі немесе спині болуы керек екенін көрсететін ең танымал тәжірибе - Штерн-Герлах эксперименті. Бұл эксперименттің қалай жұмыс істегенін түсіну үшін бұрыштық импульсі бар зарядталған затта байланысты магниттік момент болуы керек деп ойлаңыз. Себебі магнит өрістері қозғалмалы заряд арқылы жасалады. Егер сіз токты сым катушкасы арқылы жіберетін болсаңыз, магнит өрісі катушканың осінде орналасқан және оған теңестірілген магнит өрісі сияқты болады.
Атомның сыртында электрон орбиталық бұрыштық импульске ие болмайды. (Яғни, егер ол дөңгелек жолмен басқа тәсілмен қозғалмаса.) Егер мұндай электрон оң жолмен түзу сызық бойымен жүретін болса х- бағыт, ол қозғалыс осін шеңбер бойымен айналдыратын магнит өрісін тудырады. Егер мұндай электрон магнит өрісі арқылы өткізілген болса з-аксис, оның жолы ауытқуы керек ж- нәтижесінде бағыт аздап.
Алайда, осы магнит өрісі арқылы өткенде электронды сәуле екіге бөлінеді з- бағыт. Бұл электрондар меншікті бұрыштық импульске ие болған жағдайда ғана болуы мүмкін. Ішкі бұрыштық импульс электрондардың қолданылатын магнит өрісімен әрекеттесе алатын магниттік моментіне ие болады. Сәуленің екіге бөлінуі осы ішкі импульс импульсінің екі мүмкін бағдарын көрсетеді.
Осыған ұқсас тәжірибені алғаш рет неміс физиктері Отто Стерн және Вальтер Герлах 1922 жылы жасаған болатын. Олар өз тәжірибесінде күміс атомдарының сәулесін (орбиталық эффекттерге байланысты таза магниттік моменті жоқ) магнит өрісі арқылы өткізіп, сәулені көрді. екіге бөлінді.
Бұл тәжірибе спин бағытының дәл екі болуы мүмкін екенін анық көрсеткендіктен, бірі жоғарыға, бірі төмен қарай бағытталуы мүмкін, көптеген фермиондардың мүмкін болатын екі айналу бағыты көбінесе «айналдыру» және «айналдыру» деп аталады.
7. Спектрлік сызықтардың нәзік және аса нәзік түзілісі.
Сипаттамалық спектр сызыктарын егжей-тегжейлі зерттегенде бұлардың нәзік түзілісі анықталған. Сонда К-серияның барлық сызыктары дублет, ал басқа сериялар сызықтарының түзілісі күрделірек болады. Сызыктардың осы мультиплеттік түзілісі атомның рентгендік деңгейлерінің (термдерінің) мультиплеттік түзілісінің эсерінен болады.
Ажыратқыштық қабілеті аса жоғары құралдар арқылы сілтілік металл атомдарының спектрлік сызықтарын зерттегенде бұлардың нәзік түзілісі дублетінің әрбір құраушысы бірнеше сызыққа жіктеліп,күрделі мультиплет түрінде көрінеді.Сонда натрийдің сары дублетінің λ_1=589,0 нм сызығы 6құраушыға,ал λ_2=589,6 нм сызығы 4құраушыға жіктелетіндігі анықталды.Сызықтардың осыған ұқсас жіктелуі көптеген атомдарда байқалады.Спектрлік сызықтардың осылай жіктелуін бұлардың аса нәзік түзілісі деп атайды.
Қазіргі кезде атомдық сызықтардың аса нәзік түзілісі көпшілік жағдайда ядроның механикалық моменті және онымен байланысқан магниттік моменттің болуына байланысты екендігі тағайындалған.
8. Сілтілік металл атомдарының энергетикалық деңгейлері және спектрі.
Сілтілік металдар – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr атомдарының бір сыртқы электроны бар, ол қалыпты күйде s-электрон. Бұлардың спектрлері, әдеттегі бір электрондық спектрлер.
Сутегі атомы және сутегі тәрізді иондарда ядро жалғыз электронға тікелей әсер ететін болса, сілтілік металл атомдарында сыртқы электронға ядро ғана емес, оны тасалайтын ішкі электрондық қабықтар да әсер етеді.
Сілтілік металл атомдарының l-дері әртүрлі, бірақ, n-дері бірдей деңгейлері бір бірінен салыстырмалы алыс орналасады( H атомында деңгейлер l бойынша азғындалған). Қоздыру энергиясы өскен сайын сілтілік металл атомдарының деңгейлері бұларға сәйкес Н атомы деңгейлеріне жақындайтындығы байқалады. Сондықтан, белгілі энергиядан бастап сілтілік металл атомдары күйлерінің «сутегі тәрізділігі» жайында айтуға болады. Мысалы, Na атомында 3d, 4d,… күйлер немесе сілтілік металл атомдарында f-күйлер сутегі тәрізді болып табылады. (1-сурет)
Сілтілік металдар атомдарының спектрлерінде төрт серия бар:
Оң жақтағы бірінші мүшелер тұрақты термдер(сериялардың шектері), ал екінші мүшелер айнымалы термдер.
12. Микробөлшектердің сәйкестендіру принципін түсіндіріңіз. Паули принципін тұжырымдау. Көпэлектронды атомның импульс моменттерін қосу механизмін және байланыс түрлерінің әртүрлі болуын түсіндіріңіз (қандай?)
9. Паули принципі. Моменттерді қосу.
Атомдардағы электрондар n, l, ml, ms төрт кванттық санның әртүрлі жиынтықтары сәйкес келетін түрлі күйлерде бола алады.
Атомның Z реттік нөмірі артқанда атомның электрондық деңгейлері жүйелі қатаң белгілі тәртіппен толтырылады. Деңгейлердің осындай тәртіппен толтырылуын Паули тапты. Кейіннен осы жаңалық Паули принципі деп аталды: Кез келген кванттық күйде бір электроннан артық электрон болмайды.
Сондықтан, қозбаған атомның әрбір келесі электроны әлі толтырылмаған деңгейлердің ең төменгісіне орналасуы тиіс. Басқа сөзбен айтқанда, атомда (және кез келген кванттық жүйеде) барлық төрт кванттық сандарының жиыны бірдей болатын екі электрон болуы мүмкін емес.
Жеке электрондардың орбиталық және спиндік моменттерін қосудың әртүрлі екі амалы бар.
Бұл теңдеуді қандай да бір классикалық физиканың заңдарынан қорытылып шығарылмайды. Классикалық физикада Ньютонның екінші заңы қандай рөл атқарса, релятивистік емес кванттың механикада Шредингер теңдеуі дәл сондай рөл атқарады.
9. Штерн-Герлах экспериментінің мысалын пайдаланып, атомдардың магниттік қасиеттерінің көрінісін сипаттаңыз. Электронның спині дегеніміз не және осы ұғымның көмегімен Штерн мен Герлах тәжірибесінің нәтижелерін түсіндіру қалай табылды?
6. Атомдардың магниттік қасиеттері. Электронның спині.
| Электронның  орбиталық импульс моментінің сыртқы магнит өрісі бағытындағы  проекциясы тек белгілі мәндерді қабылдайды, яғни квантталады.  мұндағы:  - магниттік кванттық сан. Соныменен векторы кеңістікте  бағыт қабылдай алады. |
Магниттік кванттық сан
сыртқы магнит өрісінің бағытындағы орбитальдық импульс моментінің проекциясын анықтайды.Электронның меншікті
импульс моментін спиндеп атайды. Электронның спині (кез-келген бөлшектің) оның массасы, заряды сияқты оның негізгі сипаттамасы болып табылады. Кванттық механика заңдылықтарынан электронның спині келесі заң бойынша квантталатыны шығады: ,мұндағы:
- спиндік кванттық сан.
Спиннің
сыртқы магнит өрісінің бағытымен сәйкес келетін -осіндегі проекциясы квантталады және векторының магнит өрісінде әр түрлі бағыты болады. Штерн және Герлах тәжірибесі көрсеткендей, электрон үшін мұндай бағыт екеу болады.Спиндік кванттық санның басқа үш кванттық сандардан-
бас, орбитальдық және магниттік кванттық сандардан ерекшелігі, ол бүтін сан болмайды.Электрондардың меншікті бұрыштық импульсі немесе спині болуы керек екенін көрсететін ең танымал тәжірибе - Штерн-Герлах эксперименті. Бұл эксперименттің қалай жұмыс істегенін түсіну үшін бұрыштық импульсі бар зарядталған затта байланысты магниттік момент болуы керек деп ойлаңыз. Себебі магнит өрістері қозғалмалы заряд арқылы жасалады. Егер сіз токты сым катушкасы арқылы жіберетін болсаңыз, магнит өрісі катушканың осінде орналасқан және оған теңестірілген магнит өрісі сияқты болады.
Атомның сыртында электрон орбиталық бұрыштық импульске ие болмайды. (Яғни, егер ол дөңгелек жолмен басқа тәсілмен қозғалмаса.) Егер мұндай электрон оң жолмен түзу сызық бойымен жүретін болса х- бағыт, ол қозғалыс осін шеңбер бойымен айналдыратын магнит өрісін тудырады. Егер мұндай электрон магнит өрісі арқылы өткізілген болса з-аксис, оның жолы ауытқуы керек ж- нәтижесінде бағыт аздап.
Алайда, осы магнит өрісі арқылы өткенде электронды сәуле екіге бөлінеді з- бағыт. Бұл электрондар меншікті бұрыштық импульске ие болған жағдайда ғана болуы мүмкін. Ішкі бұрыштық импульс электрондардың қолданылатын магнит өрісімен әрекеттесе алатын магниттік моментіне ие болады. Сәуленің екіге бөлінуі осы ішкі импульс импульсінің екі мүмкін бағдарын көрсетеді.
Осыған ұқсас тәжірибені алғаш рет неміс физиктері Отто Стерн және Вальтер Герлах 1922 жылы жасаған болатын. Олар өз тәжірибесінде күміс атомдарының сәулесін (орбиталық эффекттерге байланысты таза магниттік моменті жоқ) магнит өрісі арқылы өткізіп, сәулені көрді. екіге бөлінді.
Бұл тәжірибе спин бағытының дәл екі болуы мүмкін екенін анық көрсеткендіктен, бірі жоғарыға, бірі төмен қарай бағытталуы мүмкін, көптеген фермиондардың мүмкін болатын екі айналу бағыты көбінесе «айналдыру» және «айналдыру» деп аталады.
7. Спектрлік сызықтардың нәзік және аса нәзік түзілісі.
Сипаттамалық спектр сызыктарын егжей-тегжейлі зерттегенде бұлардың нәзік түзілісі анықталған. Сонда К-серияның барлық сызыктары дублет, ал басқа сериялар сызықтарының түзілісі күрделірек болады. Сызыктардың осы мультиплеттік түзілісі атомның рентгендік деңгейлерінің (термдерінің) мультиплеттік түзілісінің эсерінен болады.
Ажыратқыштық қабілеті аса жоғары құралдар арқылы сілтілік металл атомдарының спектрлік сызықтарын зерттегенде бұлардың нәзік түзілісі дублетінің әрбір құраушысы бірнеше сызыққа жіктеліп,күрделі мультиплет түрінде көрінеді.Сонда натрийдің сары дублетінің λ_1=589,0 нм сызығы 6құраушыға,ал λ_2=589,6 нм сызығы 4құраушыға жіктелетіндігі анықталды.Сызықтардың осыған ұқсас жіктелуі көптеген атомдарда байқалады.Спектрлік сызықтардың осылай жіктелуін бұлардың аса нәзік түзілісі деп атайды.
Қазіргі кезде атомдық сызықтардың аса нәзік түзілісі көпшілік жағдайда ядроның механикалық моменті және онымен байланысқан магниттік моменттің болуына байланысты екендігі тағайындалған.
8. Сілтілік металл атомдарының энергетикалық деңгейлері және спектрі.
Сілтілік металдар – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr атомдарының бір сыртқы электроны бар, ол қалыпты күйде s-электрон. Бұлардың спектрлері, әдеттегі бір электрондық спектрлер.
Сутегі атомы және сутегі тәрізді иондарда ядро жалғыз электронға тікелей әсер ететін болса, сілтілік металл атомдарында сыртқы электронға ядро ғана емес, оны тасалайтын ішкі электрондық қабықтар да әсер етеді.
Сілтілік металл атомдарының l-дері әртүрлі, бірақ, n-дері бірдей деңгейлері бір бірінен салыстырмалы алыс орналасады( H атомында деңгейлер l бойынша азғындалған). Қоздыру энергиясы өскен сайын сілтілік металл атомдарының деңгейлері бұларға сәйкес Н атомы деңгейлеріне жақындайтындығы байқалады. Сондықтан, белгілі энергиядан бастап сілтілік металл атомдары күйлерінің «сутегі тәрізділігі» жайында айтуға болады. Мысалы, Na атомында 3d, 4d,… күйлер немесе сілтілік металл атомдарында f-күйлер сутегі тәрізді болып табылады. (1-сурет)
Сілтілік металдар атомдарының спектрлерінде төрт серия бар:
-
Бас серия:
-
Диффузиялық серия:
-
Айқын серия:
-
Іргелі серия:
Оң жақтағы бірінші мүшелер тұрақты термдер(сериялардың шектері), ал екінші мүшелер айнымалы термдер.
12. Микробөлшектердің сәйкестендіру принципін түсіндіріңіз. Паули принципін тұжырымдау. Көпэлектронды атомның импульс моменттерін қосу механизмін және байланыс түрлерінің әртүрлі болуын түсіндіріңіз (қандай?)
9. Паули принципі. Моменттерді қосу.
Атомдардағы электрондар n, l, ml, ms төрт кванттық санның әртүрлі жиынтықтары сәйкес келетін түрлі күйлерде бола алады.
Атомның Z реттік нөмірі артқанда атомның электрондық деңгейлері жүйелі қатаң белгілі тәртіппен толтырылады. Деңгейлердің осындай тәртіппен толтырылуын Паули тапты. Кейіннен осы жаңалық Паули принципі деп аталды: Кез келген кванттық күйде бір электроннан артық электрон болмайды.
Сондықтан, қозбаған атомның әрбір келесі электроны әлі толтырылмаған деңгейлердің ең төменгісіне орналасуы тиіс. Басқа сөзбен айтқанда, атомда (және кез келген кванттық жүйеде) барлық төрт кванттық сандарының жиыны бірдей болатын екі электрон болуы мүмкін емес.
Жеке электрондардың орбиталық және спиндік моменттерін қосудың әртүрлі екі амалы бар.
-
Электрондардың
орбиталық моменттері атомның 
толық орбиталық моментіне,
спиндік моменттері атомның толық 
моментіне, бұдан кейін және бүтіндей атомның 
толық моментіне қосылады: