05В011000 «Физика» мамандығы бойынша оқитын 3 курс студенттеріне арналған

7. Барлық элементтердің, радиоактивтілерінен басқаларының, атомдары өте орнықты. Бірақ та Резерфорд теориясы бойынша құрылған атом тіпті де өрнықсыз система болған болар еді. Шынында да, электрон ядроны айнала үдеумен (центрге тартқыш) қозғалады. Демек, бұл — айнымалы электр тогы де-ген және атом кеңістікке таралатын электромагниттік толқындардың көзі болып табылады деген сез. Олай болса, энергияны үздіксіз шығарып тұру салдарынан электрон кинети-калық энергиясынан біртіндеп айрылып, ақыр соңында ядроға құлаған болар еді. Басқаша айтқанда, атомдардың электрон қабықшалары жойылып, атом өзінің физикалық және химиялық қасиеттерін жоғалтар еді. Алайда, бұл планетарлық теориянын, өзіне және тәжірибе фактілеріне қайшы келеді.

Қызған дене (мысалы, газ) сәуле шығарады. Бұл сәуле — атом шығарып тұрған электромагниттік толқындар.

Экранға үш жақты шыны призма арқылы ақ жарық шоғын бағыттасақ, экранда түрлі түсті жолақ (спектр) пайда болады. Әр түске белгілі бір электромагниттік толқынның ұзындығы сәйкес келеді. Егер атомдағы электрон энергиясын жоғалтып ядроға жақындайтын болса, онда оның айналуы баяулайды. Мұндайда атом жиілігі үздіксіз кемитін электромагниттік толқындар шығарады. Бұл құбылыс кезінде экранда бір түстің екінші бір түске жайлап ауысуы, яғни тұтас спектр шығуы байқалуға тиіс. Ал тәжірибе қыздырылған газдың спектрі бір-бірінен қара жолақтармен ажыраған түсті сызықтар — сызықтық спектрлер — болатындығын керсетеді.

Резерфорд теориясына сүйеніп, фотоэффект қүбылысын, атомдардың энергияларды белгілі бір порциялармен (кванттармен) жұту және шығару құбылысын, атомдардың қозуы мен ионизациялануын, сон-дай-ақ басқа да бірнеше құбылыстарды түсіндіруге болмайды.

4. Бордың кванттық постулаты

8. XX ғасырдың басында ғалымдарға классикалық физика Резерфорд теориясының кемістіктерін түзете алмайтыны, ол үшін жада физикалық түсініктер мен ұғымдар керек екендігі айқын болды.

Осыдан келіп, атомдар мен молекулалар әлемінде (микро — әлем деп аталған әлемде) кванттық механика заңдары орын алатыны айқындалды.

Қванттық теорияның ерекшелігі үздіксіз физикалық процестер мен шамалардан үздікті, дискретті про¬цестер мен шамаларға көшуде болып табылады. Мысалы, кванттық механика атом энергияны үздіксіз шығарып және жұтып тұрмайды, ол белгілі бір порциялармен — кванттармен — шығарады не жұтады деп түсіндіреді. Ал электромаг-ниттік энергияның кванттары — фотондар бөлшектердің (корпускулдардың) толқындық қасиеттеріне ие болады. Фотон энергиясы:

Бұл формуладағы:

һ — Макс Планк енгізген және оның қүрметіне Планк тұрақтысы деп аталған, әлемдік константа.

(һ = 6,62 • 10-27 эрг • сек = 6,62 • 1О^34 дж -сек),

V — ЖИІЛІК.

Атом физикасында энергия электронвольтпен өлшенеді.

Бір электронвольт дегеніміз заряды электрон зарядына тең бөлшектің электр өрісінің потенциалдарайырымы 1 вольтке тең болатын екі нүктесінің ара-сында орын ауыстырғанда алатын энергиясы:

1 эв = 1,6- 10"12 эрг = 1,6- 10-19 дж.

Бұдан ірі бірлік бар, ол миллион электронвольт (мегаэлектронвольт)

1 Мэв = 106эв.

9. Дания физигі Нильс Бор кванттық механика идеясын пайдаланып, 1913 жылы Резерфорд теориясын жетілдіруге мүмкіндік берген постулатын ұсынды.

Бірінші постулаты: электрон атом ядросы айнала-сында электрондардың қозғалыс мөлшерінің моменті

тек -к- шамасының бүтін еселігіне тең болатын ор-бита бойымен ғана айнала алады, яғни

mvr = n. (3)

Бұл өрнектегі:

т — электрон массасы (0,00055 м. а. б. немесе 9,11 -Ю-31 кг),

v — электрон жылдамдығы,

г — орбита радиусы

һ — Планк түрақтысы, п= 1, 2, 3, ...

Сөйтіп, атомда электрон кез келген орбита бойымен қозғалмай, белгілі бір, «рұқсат етілетін» орбита бойымен қозғалады. Қалған орбиталардың бәрі де «тыйым салынған» орбиталар болып табылады, оларда электрондар орналасуға тиісті емес.

Осы заманғы физика атомдағы электрон тек қана «рүқсат етілген» энергетикалық күйде ғана түра алады дейді.

Екінші постулаты: электрон мүмкін болатын квант орбиталарының бірімен қозғалғанда атом энергия шығармайды. Атом электромагниттік энергия кванттарын электрон ядродан алысырақ орбитадан оған жақынырақ орбитаға ауысқан кезде шығарады. Басқаша айтқанда, егер электрондар стационарлық (рұқсат етілген) энергетикалық күйде болса, онда атом энергия шығармайды, энергия тек электрон жоғарырақ энергетикалық күйден төменірек күйге көшкенде ғана шығады.

10. Бордың екінші постулаты бойынша, электронный, энергиясы ядроға жақын орбитадан гері қашық жатқан орбитада көп болады. Бұл түсінікті де: электрон ядродан неғұрлым қашық болса, оны атом ше-гінде ұстап тұратын энергия да сонша көп болады.

Бұл постулат атомның энергияны жұту және шығару механизмін тұсіндіреді. Атомдағы электрон сырт-тан алған энергия есебінен (жарықтандыру, қыздыру, электр ерісі әсері) жаңа, энергетикалық жоғары жағдайға көшуі мүмкін. Мұнда атом қ о з ғ а н күйге ке-леді. Бірақ оның бұл күйі өте орнықсыз, ол секунд-тың миллиардтаған үлесіндей ғана созылады. Сөйтіп, электрон өзінің бұрынғы энергетикалық жағдайына көшеді де, бүл кезде электромагниттік энергия кванттары шығарылады. Оның формуласы:

мұндағы Wn, Wп+\ —бірінші және екінші жағдай-ға сәйкес атом энергиясы.

(4) формуланы пайдаланып шығарылған электро-магниттік толқындар жиілігін мына формуламен есептеуге болады:

V =Wn+i – Wn/h

5. Атомның энергетикалық деңгейлері

11. Біз атомдардың энергияны белгілі бір порциялармен — кванттармен — жүтатынын және шығаратынын тағайындадық. Атомның ішкі энергиясы тек дискретті түрде өзгере алады және әрбір химиялық элементтің атомдарына тән тек «рұқсат етілген» мәнге ие болады.

12. Электронның атомдағы мүмкін бола-тын энергетикалық күйін энергетикалық дең-гей деп атайды. Бұл деңгейлердің жиынтығы энергетикалық диаграмма түзеді.

Сутегі атомының энергетикалық диаграммасы 3- кескінделген. Онда рүқсат етілген энергетикалық деңгейлер шартты түрде түзу сызықтармен кескінделген. Олар бір-бірінен энергияның электрон үшін рұқсат етілмеген мәндері жасайтын аралықтармен ажыраған.