Атомның кванты механикалық моделі квант сандары

АТОМ ҚҰРЫЛЫСЫНЫҢ ЯДРОЛЫҚ МОДЕЛЬДЕРI.

 

 

Атом құрылысы туралы теорияның дамуын төртке білуге болады:  электронды–иондық (статикалық) теория ( 1903ж, Д.Томсон ядролы–динамикалық немесе планетарлық теория (I911 ж, Э.Резерфорд)кванттық Бор теориясы (I913ж,Н.Бор,M.Планк,А.Зоммерфельд) квантты–механикалық теория (I924–27 ж, Луй де Бройль,Гейзенберг, Э.Шредингер)

Ағылшын ғалымы Д.Томсонның электронды–иондық теориясы бойынша атомның iшiндегi оң зарядталған білшек бiр жерде емес, барлық кеңiстiкте бiрдей орналасқан, ал оларды нейтралдайтын терiс зарядталған электрондар осы оң зарядталған бөлшектердiң арасында концентрленген шеңберлер түрiнде жинақталып келедi.Ғылыми тәжiрибелерге негiзделген атом құрылысының моделiн ең алғаш рет ағылшын ғалымы Э.Резерфорд ұсынды. Оның ядролық немесе планетарлық моделi бойынша атомдағы оң зарядталған білшектер массасы мен кілемi кiшкентай ядроға жинағталатындығы, ал электрондар деңгейлерде ядроны айналып жїретiндiгi белгiлi болды. Бiрақ Резерфордтың теориясы атомның жойылмайтын, мјңгiлiк қасиетiн тїсiндiре алмады.Э.Резерфордтың планетарлық моделi мен М.Планктың сәуле шығарудың кванттық теориясын негiзге ала отырып, Дания ғалымы Н.Бор ізiнiң кванттық теориясын ұсынды. Бұл теориядан үш постулат немесе қорытынды шығады:1. Электрон ядроның айналасында белгiлi бiр тұрақты орбита бойынша айналады. Бұл орбиталар стационарлық деп аталады.  2. Электрон ізiне тиiстi квантталған орбитада айналғанда энергия жұмсалмайды.

3. Электрон бiр орбитадан екiншi орбитаға ауысқанда энергия квант түрiнде білiнедi немесе сiңiрiледi.

 

Бiрақ Н.Бор теориясы күрделi атомдардың құрылысын түсiндiре алмады. Бор теориясын немiс ғалымы Зоммерфельд дамытып, энергетикалық деңгейдiң деңгейшелерге бөілiнетiндiгi, олардағы электрондардың энергия қоры әр түрлi болатындығы және олардың кеңiстiкте әр түрлi орналасатындығы туралы айтты.

АТОМ ҚҰРЫЛЫСЫНЫҢ ҚАЗIРГI КЕЗДЕГI МОДЕЛI.

 

Атом құрылысының қазiргi кездегi теориясы микробәл­шектердiң қозғалысын сипаттайтын заңдарға негiзделген. ХХ–ғасырдың жиырмасыншы жылдарында микробөлшектердiң қозғалысы мен әрекеттесуiн сипаттайтын кванттық толқындық механика деп аталатын физиканың бiр саласы пайда болды. Ол энегияның квантталуы, микробілшектер қозғалысының толғқындық қасиетi және микрообъектлердi сипаттаудың статистикалық болжамдық әдiсi туралы түсiнiктерге негiзделген. Энергияның квантталатындығы туралы болжамды бiрiншi рет М.Планк (I900 ж.) айтқан болатын және оны А.Эйнштейн (I905ж.) дәлелдеген.

 

 

Е = hv

h - Планк тұрақтылығы, 6.63 I0-34 Дж с    тербелiс жиiлiгi

xv

= c

 

c - жарықтың жылдамдығы, З I0-8 м/с

 

x - толқынның ұзындығы

 

I924 ж. Луи де Бройль кез келген микробәлшектiң қозғалысын толғын ретiнде қарастыру керек деп Ңсыныс жасады. Математикалығ тұрғыдан бұл жағдай де Бройль ғатынасымен сипатталады:

 

x = h / mv

 

Де Бройль болжамы тёжiрибе жүзiнде электрон ағымдарының дифракциясы жёне интерференциясымен дёлелденген. Электрон ғозғалысының толғындығ қасиетi болғандығтан кванттық механика оны толқындық функция арқылы сипаттайды. Кванттық механикада атомдағы электрон күйiнiң моделi ретiнде электрон бұлты туралы түсiнiк қолданылады, оның сәйкес білiктерiнiң тығыздығы электронның сол білiкте болу мүмкiндiгiне пропорционал болып келедi. Электрон бұлтының мүмкiн деген бiр жобасын былай кірсетуге болады:  Электронның ядромен байланысы неғұрлым мықты болса, соғұрлым электрон бұлтының мілшерi кiшi және зарядтың білiнуi тығыз болады. Ядроның айналасындағы электронның болу мүмкiндiгi жоғары кеңiстiк орбиталь деп аталады. Орбиталь негiзiнде толқындық теңдеумен түсiндiрiлетiн математикалық түсiнiк. Атомның белгiлi бiр нүктесiнде электронның болу мүмкiндiгi және оның энергиясы Шредингердiң толқындық теңдеуi бойынша есептеледi.

 

 

АТОМ ЯДРОЛАРЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ.

 

ИЗОТОПТАР. ИЗОБАРЛАР.

 

Атомдардың ядролары кіптеген ұсақ білшектерден тұрады, олардың iшiндегi ең негiзгiлерi протон (р) және нейтрон (п) . Екi білшек те нуклонның элементар білшек екi күйдегi кезi деп есептеледi. Протонның массасы I.0073м.а.б.,заряды 1. Нейтронның массасы I.0087 м.а.б., заряды 0. Ғалымдар Д.Д.Иваненко жёне Е.Н.Гапон ядроның протонды–нейтрондық теориясын (I932 ж.) ұсынды, ол бойынша сутегiден басқа барлық атомдар Z протондардан және А– Z нейтрондардан тұрады.

 

 

А=Z+N , осыдан N = А–Z

 

 

Z - элементтiң реттiк номерi

 

A - массалығ сан

 

Ядро зарядтары бiрдей, ал массалық сандары әр түрлi атомдар изотоптар деп аталады. Мысалы:

 3919K 4019K 4119K

 

 

Ядро зарядтары әр түрлi, ал массалық сандары бiрдей атомдар изобарлар деп аталады. Мысалы:

 

 

4019K 4020Ca

 

 

КВАНТ САНДАРЫ.

 

Орбитальды сипаттау үшiн квант сандарын пайдалануға болады. Квант сандары тірт түрлi болып келедi: n – басты квант саны, l – орбиталь немесе қосымша квант саны, ml – магнит квант саны, mS – спин квант саны.

Басты квант саны (n) белгiлi бiр энергетикалық деңгейде орналасқан электронның энергиясын сипаттайды немесе электрон орналасқан деңгей мен ядроның арасындағы қашықтықты кірсетедi.

 

 

n = I, 2, 3, 4, 5, 6, 7, .... т.б.

 

К L М N О Р Q

 

 

Орбиталь қосымша квант саны (l) белгiлi бiр энергетикалық деңгейшеде орналасқан электронның энергиясын сипаттайды немесе электронның пiшiнiн кірсетедi.

 

l = 0 .... п – 1

 

n = 1, l = 0 (s)

 

п = 2, I = 0, 1 (s, p)

 

п = З, I = 0, 1, 2 (s, p, d)

 

п = 4, I = 0, 1, 2, З (s, p, d, f)

 

l = 0 болса, электронның пiшiнi шар, l =1 болса, гантель,

 

l = 2 болса, айғқасқан гантель, l =3 болса, гүл тәрiздес болып келедi.

 

 

Магнит квант саны (ml ) орбитальдардың электрон бұлттарының кеңiстiкте орналасу бағытын кәрсетедi.

 

 

ml = - l .... 0 .... + l

 

l = 0 (s) ml = 0

 

l = 1 (p) ml = -1, 0, +1

 

l = 2 (d) ml = -2, -1, 0, +1, +2

 

l = 3 (f ) ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

 

 

Спин квант саны (mS) электронның із ісiнiң бойында айналу бағытын кірсетедi.

 

mS = + 1/2