Д. И. Менделеев жасаған элементтерд1н периодтык системасы


§  5.  АТОМНЫҢ  ЭЛЕКТРОНДЫК,  ҚҰРЫЛЫМЫНЫҢ  КҮРДЕЛІЛІГІ



Pdf көрінісі
бет5/24
Дата28.03.2020
өлшемі30,34 Mb.
#60961
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24
Байланысты:
birimzhanov b a nurakhmetov n n zhalpy khimiya
birimzhanov b a nurakhmetov n n zhalpy khimiya
§  5.  АТОМНЫҢ  ЭЛЕКТРОНДЫК,  ҚҰРЫЛЫМЫНЫҢ  КҮРДЕЛІЛІГІ
Резерфордтың ядролык  моделі,  әрине,  ғалымның үлкен  табысы 
болды.  Бірақ  бұл  шынына  келгенде  принциптік  кана  схема. 
Шынында  да,  элементтердің  атомдарының  арасындағы  периодтык 
заң  ашып  көрсеткен  ұлы  байланысты  —  периодтылыкты  шешу- 
ге  бұл  модель  жауап  бере  алмайды.
Ендігі  максат  осы  ядролы  модельді  жаксарту,  жетілдіру  еді. 
Бұл  үшін  күрделі  екі  мәселені  шешу  керек  болды:
1.  Элементтердің  атомдарындагы  электрондардың  саны  канша 
(яғни  ядросының  неше  он  заряды  бар)?
2.  Элементтердің  атом  ядросынын  сыртындағы  электрондар 
кауыздарда  калай  орналаскан?

Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
N i
Cu
Zn
I


i— i 

i— i 



i— i 





0,12  0,1
4  
0,16 0,18 0 ,2 0 0 ,2 2  0,2b  0,26 0 ,2 8  HM
8-сурет.  Қатар  орналасқан 
элементтердін.  рентген  сәулелері 
толқындарынын,  өзгеру  реті
Атомдык,  нөм ірлер
9-сурет.  Мозли  заңы
Э л е к т р о н д а р д ы ң  
с а н ы н   т а б у .   1912— 13  жыл- 
дарда  ағылшынның  жас  ғалымы  М о з л и   рентген  сәулесі  толқы- 
нының  ұзындығын  зерттейді,  бірақ  рентген  түтігіндегі  антикатод- 
ты,  периодтық  кестеде  катар  орналаскан  әр  түрлі  металдардан 
(мысалы  Ті  бастап  Zn  дейін)  жасап  ауыстырып  отырған.  Период- 
тык  кестеде  катар  орналаскан  металдардан  жасалған  антикатод- 
тардың  беретін  рентген  сәулелерінің  толкындары  үзындығының 
өзгеруінде,  элементтердің  рет  нөміріне  тәуелді  заңдылық  бар 
екен  (8-сурет).  Мозли  эксперимент  корытындыларына  сүйене 
отырып  мынадай  заң  тапқан  ( М о з л и   з  а  ң ы ):
Толщын  үзындығының  кері мәндерінің  квадрат  түбірі,  элемент- 
тердің периодтық  системадағы рет нөміріне сьізықтық  тзуелділікте 
болады.
Егер  графикте  (9-сурет)  абсциссаға  атомдык  (рет)  нөмірлерін 
көрсетіп,  ординатаға  рентген  сәулесінің  толқын  үзындығының 
кері  мәндерінің  квадрат  түбірін  жазсак  Мозли  заңы  графикте 
түзу  сызык  болып  шығады.
Элементтен  элементке  көшкенде  рентген  сәулелерінің  әр 
түрлі  болуы  элементтердің  құрылымы  өзгеруден  болады,  ал  ол 
өзгеру  олардың  рет  нөміріне  тәуелді  болатындықтан,  рет  нөмірі 
дейтініміз  элементтің  период  системасындағы  орнын  көрсетіп 
кана  коймайды,  оның  бір  физикалык  мәні  бар  болғаны,  яғни 
рет  нөмірі  атомның  бір  қасиетін  көрсететін  болғаны.
В а н   — д е р   —  Б р е к   (1912  ж.)  математикалык  есептерге 
сүйеніп  элементтің  рет  нөмірі  атомның  ядросының  зарядын 
көрсетеді  деген  пікір  айтты.
Резерфорд  а-бөлшектермен  тәжірибе  жасаған  кезінде  ядро- 
ның  заряды  элементтің  атомдык  массасының  жартысына  жуык 
екенін  тапкан.  Ал,  периодтык  кестеге  қарасак,  элементтің  бәрі 
болмағанмен  жеңіл  элементтердің  рет  нөмірлері  атомдык  масса- 
сынын  жартысына  жуык.
Осының  бәрін  сайып  келгенде,  элементтің  рет  нөмірі  оның  яд- 
росының  заряд  санын  көрсетеді  деген  корытындыға  келеміз.
6 0

Атом  —  бейтарап  бөлшек,  яғни  ядроның  он.  зарядтарымен 
электрондардың теріс  зарядтары  тең  болады,  олай  болса  элемент- 
тің  р  е т  н  ө  м  і  р  і  атомдардағы  э л е к т р о н   с а н ы н   д а   К о р ­
ее т е д і .
1920  жылы  ағылшын  физигі  Ч  э д  в  и  к  мыс,  күміс,  плати- 
наның  ядроларының  зарядын  эксперимент  арқылы  өлшеп,  жаңа- 
ғы  айтылғанның  дұрыс  екенін  дәлелдеді.
Мозлидің  жұмысының  нәтижелері  периодтық  система  кағи- 
даларына  сәйкес  келеді.  Менделеев  Со  пен  Ni,  Те  мен  I  атомдық 
массаларының  өсу  ретімен  емес,  қасиеттеріне  қарап  орналастыр- 
ғаны  өткенде  айтылды.  Мозли  арнаулы 
тәжірибелер  жасап, 
бұл  элементтердің  ядроларының  зарядын  тауып,  Менделеевтің 
орналастыруының  дұрыс  екендігін  дәлелдеген.  Мұнан 
басқа 
Менделеев  көп  элементке  орын  тастап,  рет  нөмірін  койып  кеткен 
еді,  Мозлидің  жұмысынан  кейін  мұның  да  даналық  іс  екендігі 
ашылып,  Менделеев  системасының  беделі  асты.
Мозлидің  заңы,  электрондар  санының  табылуы  периодтық 
системаны  нығайта  түсті.
1914  жылға  қарсы  сутектен  уранға  дейінгі  86  элемент  бел- 
гілі  болды.  Табылмаған,  бірак  орын  қалдырылған  6  элемент  — 
43,61,  72,  75,  85,  87-элементтер  еді.  Енді  әр  периодтағы  элемент- 
тердің  саны  да  анықталды  I  периодта  —  2,  II  және  III  период- 
тарда  —  8-ден,  IV  және  V  периодтарда  —  18-ден,  VI  периодта  — 
32  болып  шыкты.
Менделеев  системасының  периодтарының  мұндай  құрылымы 
(2,  8,  18,  32)  ядроның  айналасындағы  электрондардың  орна- 
ласу  ретін  (құрылымын)  ашушы  кілт  болды.
§  6.  НИЛЬС  БОР  ТЕОРИЯСЫ
Өткенде  айтылған  сызыкты  спектрлер  неден,  қалай  туатынды- 
ғын зерттеу  нәтижесі,  ол  спектрлер  атомның ішіндегі электрондар- 
дың тербелісіне  байланысты  екенін  көрсетті.  Резерфорд  моделінде, 
Длектрондар  ядроны  айналып  жүреді,  электронный  центрден  теп- 
кіш  күшін  ядроның  тартуы  теңестіреді.  Электронный  айналуы 
оның  өте  жиі  тербелгеніне  пара-пар,  олай  болса,  электрон  айна- 
лауынан  электромагниттік  толқындар  тууы  керек.  Сондықтан 
айналып  жатқан  электрон  толқынының  кесімді  ұзындығы  бар 
сәуле  шығаруы  мүмкін,  ол  толқынның  ұзындығы  электронный 
орбитада  айналуының  жиілігіне  тәуелді  деп  келісті,.-
Бірақ  мұнан  туатын  қайшылыктар  бар;  электрон  сәуле  шы- 
ғаратын  болса,  оның  бойындағы  энергия  қоры  кемиді,  демек, 
электрон  мен  ядроның  арасындағы  әуелдегі  тепе-теңдік бұзылмак; 
тепе-теңдікті  қалпына  келтіру  үшін  электрон  біртіндеп  ядроға 
таман  жақындаңқырап,  жаңа  орбитаның  бойымен  айналуы 
керек;  ендігі  орбитасы  кішірек  болғандыктан  электронный  айналу 
жиілігі  өзгермек,  олай  болса,  шығаратын  сәуле  толқынының 
ұзындығы  да  біртіндеп  өзгере  беруге  тиісті.  Ең  актығында 
электрон  энергиясының  бәрін  шығарып  болып,  сәуле  шығару 
тоқталып,  өзі  ядроға  «құлауы»  керек.
61

Электронный,  қозғалысы  осылайша  біртіндеп  өзгеретін  бол- 
ca,  оның  спектрі  біртіндеп  үздіксіз  өзгеретін  болар  еді,  ал  біз- 
дің  экспериментте  көріп  отырған  спектріміз  үздікті,  сызыкты 
спектр  (§  4,  ә ).  Сонымен  қатар,  электрон  ядроға  құлайтын  бол- 
са,  ол  —  атомның  күйреуі,  демек,  заттың  күйреуі.  Жаратылыста 
ондай  уакиға  байқалған  емес.
Сонымен,  Резерфордтың  теориясы  электрон  козғалысынан 
туатын  сызықты  спектрдегі  заңдылықты  (Бальмер  және  баска- 
лардың  формулаларын)  түсіндіріп  бермек  түгіл,  сызықты  спектр- 
дің  өзінің  неден,  калай  туатындығын  шеше  алмады.
Дания  ғалымы  Н и л ь с   Б о р   (1885  ж.  туған)  1913  жылы 
ядролык  модельге  квант  теориясын  қолданып,  атом  кұрылысы- 
нық  жаңа  теориясын  үсынды.  Бұл  теория  спектр  құбылыстарын 
түсіндірумен  қабат,  жалпы  электрон  қауыздары  жайындағы 
білімді  біраз  ілгері  дамытты.
Бор  теориясының  негізгі,  оның  өте  батыл  айтқан  3  жорамалы 
немесе  п о с т у л а т ы :
1.  Электрон  ядроны  айналғанда,  кез  келген  емес,  квант,  тео- 
риясынан  іиығатын  кесімді  шарттарға  сай  орбиталар  бойымен 
ғана  жүреді.  Ол  орбиталар  орнықты  яки  квантталған  орбита  den 
аталады.
2.  Электрон  өзіне  мүмкін  квантталған  орбитамен  айналғанда 
энергия  шығармайды.
3.  Электрон  бір  орбитадан  басқа  орбитаға  көшкенде  ғана 
энергия  бөлініп  шығады  (не  сіқіріледі).  Бұл  энергия  бүтін  квант 
түрінде  болады:
Е =  Е,  -   Е2
(мұндағы  Еі  мен  Е2  әр  түрлі  орбитадағы  энергия.)
Нильс  Бордың осы  теорияға  сүйеніп  карапайым  сутек  атомына 
шығарған  есептері,  Резерфорд  теориясының  шеше  алмаған  қай- 
шылықтарына  жауап  берді.
Айталық  е  дөңгелек  орбитамен  жүрсін,  онда  оның  центрден
2
тепкіш  күші  К =  
—  (мұнда  m  —  электрон  массасы,  v  —  жыл-
дамдығы,  г  —  орбита  радиусы).
Электрон  ядродан  қашықтап  кетпейді,  демек,  оның  центрден 
қашықтау  күшін  ядроға  тартатын  күш  теңестіреді.  Ядроға  тар- 
татын  күш  дейтініміз  ядро  заряды  ((е>)
арасындағы  Кулон  заңының  ыкпалы:  K i =   g'-- 2- ,
Г
m v y
Бордық  бірінші  постулатына  сәйкес  квант  теориясының  ор- 
битаға  коятын  кесімді  шарты  дейтініміз:  электронный  қозғалыс 
мөлшерінің  моменгі  tnvr,  Планктың  тұрақтысының  2л  бөлініп, 
бүтін  сан  п  көбейтіндісіне  тең  болуы:
6 2

одан
mvr -А- - и  яғни  2 л  •  т
г   =   h n
2л  •  г
Һ
т ■
 и
 • П
(5)
осы  шартқа  сай  орбитаны  квантталған  орбита  дейді.
Осы  формулаларға  сүйеніп  керекті  есептер  шығаруға  бола- 
ды,  мысалы,  сутек  атомынын,  радиусы  (г)  электронный  квант- 
талған  (п)  орбитасында  айналуының  жылдамдығын  (у)  есептен 
шығаруға  болады.
Радиусты  есептеу  үшін  (5)  формулада  v  мәнін  тауып,
и =
 
" - ' А   _
2пт г
оны  (4)  формулаға  қоямыз:
mv2
в\‘ e
Р2.
2
■ г -
Г
г2
e2г ■ m г2 (
nh
)  2'
ег -г —  ■n2.hr
2л тг
4л2т
Һ1
■п2
4я 
те2
Осындағы  белгілердің  барлығының  сандық  мәні  белгілі:
һ =  6,6262-10“ 34  Д ж • с,  л =  3,1415,  т =9,1095■  1СГ:іІ  кг 
е =  1,6022-  10  _|9  Кл.,  соларды  орнына  қойсақ:
г = --------------------- (6,626 •  ю - А 2--------------------• 
и2 =  5,29 
• 
10~ 
"  
м
- п 2 =
4(3,1415)2-  (9,1095-  1 0 - ;!1)  •  (1,6022-10  ^ 19) 2
=  0,053  нм-п'2
Бұл  арадағы  п  квантталған  орбитаның,  яғни  электрондар 
орналаскан  квант  кабатының  нөмірі.
1—   орбитада  n =  1,  r і =  0,053 -22
2—   орбитада  п =  2,  га =  0,053-32
3—   орбитада  п =  3,  гз =  0,053-12
Мұнан  г\\Г
2
-.гз...  r„= 12:22:32:...  п2
Демек,  орбиталардың  радиустарының  қатынасы,  жай  бүтін 
сандардың  квадраттарынын,  катынасындай.
Сутек  атомының  ең  кіші  радиусы  0,053  нм  тең.
Әр  санды  п  квантталған  орбитадағы  электронный  айналуы- 
ның  жылдамдығын  (у)  есептеу  үшін  4  және  5  формулалардағы 
г  мәнін  тауып  формуладан  шығарамыз,  онда:
di
6 3

2п ■
 e i ■ е-i 
h
(
7
)
Vn =
X
n
Осыған  сандык  мәнін  қойсак,  о
,1
 =  2,187-  106  м/сек 
онда  п =  1,  ui =  2,187-106  ■
  - j   м/сек 
n = 2 ,  
u
2=2,187-IO 6  •  -i-  » 
n =  3,  a3 =  2,187 • 10®  •  -1  » 
мұнан  v\  :  v2  :  v3  :  . 
.  . 
v „ =
 -|- : 
- j - :
 -g-:  .  .
X
n
n
Демек,  электрондар  қозғалысының  жылдамдығы  натурал  ка- 
тардағы  сандарға  кері  пропорционал.
Енді  Бордың  үшінші  постулатына  келейік.  Атом  тек  ядромен 
бір  электронная  (сутек)  тұратын  болса,  ондай  атомның  ішкі 
энергиясының  корын  механиканың  заңдарымен  есептеп  шыға- 
руға  болады  екен,  сонда  электрон  ядродан  неғұрлым  алые  болеа, 
оның  энергия  коры  көп'болады  екен.  Қалыпты  жағдайда,  әрбір 
атомның  электроны  ядроға.  ең  жакын  орбитада  орналасады, 
атомның  энергия  коры  еқ  аз  мөлшерде  болады.  Енді  атомға 
сырттан  энергия  коссақ  (мысалы  затты  кыздырса),  электрон 
алған  энергиясының  мөлшеріне  карай  алысырақтағы  орбитаның 
біреуіне  көшеді.  Мұндайда  екінші  сөзбен  айтканда  электрон 
жоғарырақ  э н е р г е т и к а л ы қ   с а т ы ғ а   көшті  дейді.  Сырттан 
косылған  энергия  көп  мөлшерде  болса,  электрон  атомнан  үзіліп 
шығып,  атом  ионға  айналады.
Электрон  алыстағы  орбитаға  барғанымен  онда  көп  болмайды, 
барлығы  10 “ 8  сек.  уакыт  кана  болып,  ядроға  жакын  өзіне 
мүмкін  орнықты  орбитасына  кейін  кайтады,  бұл  қайтуда  бойын- 
дағы  жаңағы  косқан  артык  энергияны  бөліп  шығарады.  Ол 
энергия  сәуле  энергиясының  бүтін  кванты  түрінде  шығады,  оның 
тербелісінің  жиілігі  бірінен  біріне  электрон  көшіп  жатқан  орби- 
талардын,  радиусының  мөлшерімен  анықталады.  Атомның  ядроға 
алыс  орбитадағы  энергиясын  Еа  деп  белгілеп,  ядроға  жақын 
орбитадағьісын  Е ж  деп  белгілесек:
Еа—Е ж  =  Е — һ\
одан  V =
(
8
)
неғұрлым  орбиталардың  арасы  кашык  болса,  шығатын  сәуленің 
тербеліс  жиілігі  үлкен  болады.
Мұны  есептеп  шығаруда  қиын  емес,  ол  үшін  Е„  мен  Е ж  есеп­
теп  шығарамыз.  Ел —  электронный  алые  орбитадағы  кинетикалық
энергиясы  (  -2ү 
косындысы,
)  мен  потенциялык  энергиясының  (  е' ‘е— )
Еа =
(9)
6 4

Енді  бұл  формуладағы  потенциал  энергиядағы > г  орнына  оның 
(6)  формуладағы  мәнін  койсак—  — ти2
  болады,  сонда 
(9)  формула  өзгеріп  мынадай  болады:
Е„ =   \-n i v 2 — т о 2=   —  -і-ти 2 
(Ю)
енді  осы  (10)  формуладағы  v  орнына,  оның  (7)  формуладағы 
мәнін  қойсак:
Еа =
2л 2теА
1

Бұл  шығарғанымыз  алыс  орбитаның  энергиясы,  осылайша 
етіп  жақын  орбитаның  да  энергиясын  есептееек,  оның  мәні
Е   ж
=
 

2я 2т е 4
болады.
Енді  Еа  пен  Е ж  мәнін  (8)  формулаға  қойсақ:
_   2л~те4
һ3
Сандық  мәндерін  койсақ:
(  -т-------- “   )  гЧ
12
)
(13)
v =  1,0974’ 107  (  — ----- —  )  гц
п2ж 
п2а
Бұл  формула  атомный,  электроны  бір  алыс  орбитадан  жақын 
орбитаға  көшкенде  шығаратын  сәулесі  толкынының  тербеліс 
жиілігін  есептеуге  мүмкіншілік  береді.
Бұл  формула  (13)  бізге  бұрыннан  таныс  Бальмердің  форму- 
ласы  (2),  демек,  Бор  теориясы  сызыкты  спектрлердің  мәнін  тү- 
сіндіреді.
Сонымен  кабат  Ридберг  константасының  да  физикалык  маз- 
мұны  ашылды:
қ _  2л2 • т ■ е4
_  
һ3
Сутек  және  рентген  спектрлерінің  түзілу  механизмдері. 
Бор
теңдеуі  сутек  атомыньщ  сызықты  спектрлерінің  түзілу  механизмін 
түсіндіріп,  оның  тербеліс  жиіліктерін  күні  бұрын  есептеп  шыға- 
руға  мүмкіндік  береді.
Сутек  спектрін  алыс  ультракүлгін  және  инфракызыл  облыс- 
тарда  толығырақ  зерттегенде  Бальмер  сериясымен  коса  тағы 
да  жаңа  төрт  сериялар  байқалатындығы  айқындалып,  олар 
тапкан  авторлардың  атымен  (Лайман,  Пашен,  Брэкет,  Пфунд, 
Хампфри)  аталды  (10-сурет).  Олардың  бәрі  де  сутек  атомындағы 
бір  электронный  орбиталардан  орбиталарға  көшіп,  орын  ауысты- 
руымен  түсіндіріледі.  Ол  кез  келген  алыс  орбитадан  (па  әр  түрлі) 
бір  ғана  жакын  (п ж
  тұракты)  орбитаға  келіп  отырса  спектрдің 
бір  сериясы  шығады.  Демек,  алыстағы  электрон  1-  орбитаға
3 - 2 0 6 5
6 5

-n=oo 
- I 3 ,s  
э В
I О
г п ~ в  
- 1 3 Л
-^n=7
=^rn=6
■13,i  
-1 3 ,2
cn=s  '13,1
Zf)~4  -12,8
Сутек
с п е к т р і
Толқын
узын.нм
К ө р ін е т ін  б ө л і м і
1
«е
Нt
Нг

к-о'  ■»
со
-J-
lO-сурет.  Сутек  спектрінің  сызықтары  мен  серияларының 
түзілу  механизмі
көшкенде  спектрдің  ультракүлгін  шетіндегі  Лайман  сериясы  2- 
орбитаға  ауысса  әйгілі  Бальмер  сериясы  (п =  2  екендігі  оның 
теңдеуінен  де  көрініп  тұр),  ал  3-орбитаға  келсе  инфракызыл 
жағындағы  Пашен  сериясының  сызықтары  шығады.  Осы  тәрізді 
басқа  да  серйялардың  түзілу  механизмін  білуге  болады.
Б а л ь м е р   с е р и я с ы н д а ғ ы   с п е к т р   с ы з ы қ т а р ы н ы ң   v   ж э н е  
X
  м э н д е р і  
7-кесте
Т е р б е л і е  
ж и і л і к т е р і ,   г ц
0,457-  1015
0,617-  Ю15
0,691  -  ІО15
0,730-  1015
Есептеу 
бойынша  тол- 
қын  ұзындык- 
тары,  нм
656,47
486,28
434,17
410,293
Тәжірибе 
жүзінде 
табылған 
толқын  ұзын- 
д ы қ т а р ы ,   нм
656,466
486,271
434,171
410,293
6 6

Бор  формуласы  көмегімен  есептелген  жэне  эксперимент 
жүзінде  табылған  сутек  спектрінің  толқын  ұзындықтарының  өте 
дәл  келуі  (7-кесте)  Бор  постулаттарынын  негізінің дұрыс екендігін 
көрсетті,  оған  жұрттың  ыкыласын  аударды.
Рентген  сәулелерінің  түзілу  механизмінің  жоғарыда  каралып 
өткен  оптикалық  спектрдің  түзілу  механизмінен  әжептәуір  айыр- 
машылығы  бар  (11-сурет).  Рентген  сәулелері  әдетте  11-элемент 
натрийдан  басталады.  Оның  ішкері  жаткан  кванттык,  орбитала- 
рының  бірінен  сырттан  түскен  катод  сәулелерінің  немесе  термо- 
электрондардың  әсерінен  электрон  ұшып  шығады,  осыдан  барып 
натрий  атомы  ионға  айналады.  Сыртқа  ұшып  шыққан  электрон­
ный  орнына  жоғарырақта  жаткан  орбиталардың  бірінен  электрон 
ауысады.  Осы  екі  электронный  ядромен  байланысының  айырма- 
сына  сай,  белгілі  бір  толкын  ұзындығымен  сипатталатын  рентген 
сәулелерінің  кванттары  шығады.
Егер  атомнан  ұшып  шығатын  электрон  1-орбитадан  кеткен 
болса,  оның  орнына  электрондар  2-,  3-,  4-т.  с.  с.  орбиталардаң 
орын  ауыстырып  келетін  болса,  рентген  спектрінің  К  сериясының 
сызықтары  шығады.  Ал  электрон  2-орбитадан  ұшып  шығып,  оның 
орнына  электрондар  3-,  4-,  5-т.  с.  с.  орбиталардан  келетін  болса, 
рентген  спектрінің  L  сернясының  сызықтары  түзіледі.  Әрі  карай 
да  осылай  болып  кете  береді.
Рентген  спектрінің  оптикалык  спектрден  тек  түзілу  механизмі 
ғана  өзгеше  болып  коймайды.  Рентген  спектрі  өзінің  құрылымы 
жағынан  алғанда  қарапайымдау  болады  және  әрі  сол  элемент 
химиялык  косылыстың  кұрамына  кірсе  де  онша  көп  өзгере  кой­
майды.  Сондыктан  рентген  спектрін  а т о м   ж ә н е   к ү р д е л і  
заттың  ішкі  кұрылымын  анықтау  үшін  кең  түрде  қолданады.
h f h V L - M  
hvK>
hVKw
3
11-сурет.  Рентген  спектрінлегі  сызыктардың  түзілу  схемасы
0 7

Рентгенография  қазіргі  уақытта  заттың  құрылысын  дәл  аныктай- 
тын  аса  қуатты  әдістің  біріне  айналып  отыр.
Бас  квант  саны  мен  энергетикалық  деңгейлер. 
Атомды  негі- 
зінен  сипаттайтын  шамалардың  бірі  Бор  теңдеуіндегі  п  шамасы. 
Ол  бүтін  сандармен  не  соған  сай  әріптермен  белгіленеді:
1,  2,  3,  4,  5,  6,  7...
К,  L,  М,  N,  О,  Р,  Q...
Б а с   к в а н т   с а н ы   деп  аталған  бұл  шамалардың  негізінде 
атомның  орбиталарының  жалпы  санын,  олардың  радиустарын 
және  электрондардың  жылдамдығын  есептеп  шығаруға  болаты- 
нын  жоғарыда  айттык.  Бас  квант  санын  білу  арқылы,  сол  орби- 
тадағы  электронный,  бойындағы  жалпы  энергиясын,  яғни  кине- 
тикалық  және  потенциялық  энергиялардың  косындысын  анықтай 
аламыз.  Осыған  орай  орбиталарды  квант  кабаттары  немесе 
э н е р г е т и к а л ы к   д е ң г е й л е р   деп  те  атайды.
Бірінші  орбитада  электрон  ең  аз  энергияға  ие  болатындықтан 
ең  тұрақты  күйде  болады.  Бас  квант  санының  мәні  артқан 
сайын  электронный,  толық  энергиясының  мөлшері  арта  береді. 
Анығырақ  айтсак,  ядродан  алыстаған  сайын  электронный,  жыл- 
дамдығы  кемитіндіктен,  кинетикалык  энергиясы  төмендейді  де 
потенциялық  энергиясы  керісінше  артады,  бірақ  потенциялық 
энергияның  абсолют  мәні  алғашқысынан  екі  есе  үлкен,  сондык- 
тан  жалпы  энергия  қоры  көбейеді.
Сутек  атомының  нормаль  күйі  (тұрақты  күйі)  электронный, 
ядромен  ең  берік  байланысқан  1-орбитадағы  күйін  сипаттайды. 
Бұл  күй  электронный,  козбаған  күйі,  яғңи  козу  энергиясы
0-ге  тең  (10-суретті  қара).  Ал  электронды  атомнан  жұлып  алу 
үшін,  яғни  оны  бірінші  орбитадан  мүмкін  болатын  ең  соңғы  орби- 
таға 
( п = о о )
 
көшіру  үшін  максималь  энергия  жұмсау  қажет.  Бұл 
кезде  электронный,  ядромен  байланыс  энергиясы  0-ге  теңеледі. 
Атом  электронын  жоғалтып  ионға  айналады:
Н - 1 е  =  Н + .
Қалыпты  жағдайдағы  ( п = \)   сутек  атомының  иондану  энергиясы 
13,6  эВ.  Екінші,  үшінші  т.  с.  с.  энергетикалык деңгейдегі электрон­
ды  жұлып  алу  үшін  бірінші  деңгейдегіден  гөрі  әлдекайда  аз 
энергия  жұмсалады,  өйткені  бұл  энергияның  шамасы  бас  квант 
санының  квадратына  кері  пропорционал:
Е байл= - - ^ - э В  
(14)
п2
Формуладағы  «минус»  таңбасы  электронды  ядроға  жақын 
орбитадан 
алые  орбитаға  ауыстыру  үшін  энергия  жұмсала- 
тынын  көрсетеді.
Бор  теориясының  әрі  қарай  дамуы,  оның  жетімсіздігі. 
Бор
теориясы  1916—1925  жылдарда  әрі  карай  дамыды.  З о м м е р -  
ф е л ь д   (Германия)  және  баска  ғалымдар  көп  электронды
6 8

атомдарға  колданылатын  қосымша  теңдеулер  ұсынды.  Олар  көп 
электронды  атомдарда  тек  дөңгелек  орбита  ғана  болып  коймай, 
э л л и п с   т е к т е с   орбиталар  да  болады  және  олар  кеңістікте 
әр  түрлі  орналасуы  мүмкін  деді.  Осы  орбиталардың  мөлшері, 
кеңістіктегі  орналасуы  кванттау  ережесіне  сай  қарастырылды. 
Бұл  теорияның  арқасында  спектрлерге  тән  көптеген  заңдылықтар 
ашылды.  Алайда,  бұл  Бор-Зоммерфельд  ұсынған  теорияның 
ғылымның  әрі  карай  дамуына  ілесе  алмауы  айқын  болды,  себебі 
бұл  теорияға  тән  қайшылықтар  ескі  көзқарас  негізінде  шешілмей- 
тіндей  еді.
Бор  теориясының  басты  жетімсіздіктері  мыналар:
1.  Теорияның  негізіне  механика  мен  электродинамика  заң- 
дарынан  тумайтын  кванттау  ережесі  пайдаланылады.
2.  Бор теориясы бойынша спектрлердің кейбір сипаттамаларын 
дәлірек  айтсақ,  олардың  сызықтарының  интенсивтілігін  және 
мультиплеттігін  есептегенде  тәжірибе  жүзінде  шығатын  нәтиже- 
лермен  сай  келмейді.
3.  Осы  теория  негізінде  есептелген  көп  электронды  атомдар- 
дың  электрондарының  энергиясы  да  тәжірибе  нәтижелерімен  сай 
келмейді.
4.  Бор  теориясын  пайдаланып  химиялық  байланыстардың 
сандык  мәнін  есептеп  шығаруға  болмайтындығы  анықталды.  Мы- 
салы,  өте  қарапайым  жүйе-ионданған  сутек  молекуласының 
Нг  +  ыдырау  энергиясын  есептегенде  теріс  шама  шығады,  яғни 
теория  мұндай  ион  болмайды  деп  санайды.  Іс  жүзінде  ондай 
ион  бар,  ондағы  байланысты  үзу  үшін  267,7  кДж/моль  энергия 
жұмсау  қажет.


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет