Атомдар мен молекулалардың сыртқы магнит және электр өрістерімен әсерлесуі. Магниттік резонанс

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4
1.1 Атомдар мен молекулалардың сыртқы магнит және электр өрістерімен әсерлесуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
1.2 Зееман эффектісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 6
1.3 Штарк эффектісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..19
2.1 Магниттік резонанс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...23
2.2 Молекулалардың құрылысы мен қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... 34
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 60
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 61
Жұмыстың мақсаты: Атомның магниттік моменті және оның кеңістіктік квантталуының болатынына Зееман құбылысы ең бір тәжірибелік дәлел болып табылады. Зееманның күрделі немесе аномаль құбылысында спектрлік сызықтар үштен көп құраушыға жіктеледі. Жүргізілген зерттеулер қарапайым Зееман құбылысының тек синглеттік спектрлік сызықтарда байқалатындығын көрсетеді. Зееманның күрделі құбылысы жағдайында сілтілік элемент атомдары бас сериясының дублет сызықтарын өріске перпендикуляр бағытта бақыласа, онда дублеттің бір сызығы төрт сызыққа, ал екіншісі алты сызыққа жіктеледі.
Алға қойылған мақсаттарға жету үшін шешілетін зерттеу міндеттері: Атомдық физика курсында Зееман құбылысын атомның векторлық моделін пайдаланып түсіндіреміз. Ал бұл құбылыстың қатаң теориясын релятивтік кванттық механика жәрдемімен ғана түсіндіруге болатындығын айтуға болады. Атомның толық импульс моменті, мұнымен байланысқан магниттік моменті болатындығы ғылымда бұрын қарастырылған. Қарапайым Зееман құбылысымен нәзік түзілісі жоқ спектрлік сызықтардың Зеемандық жіктелуін қарастыруға болады.
Зерттеу нысаны: Зееман және Штарк эффектісін пайдаланып атом шығаратын жарықтың жиілігімен поляризациясына магнит өрісінің ғана емес, сонымен қатар электр өрісінің болатындығын да айтуға болады. Бұл құбылысты сутегі спектрін зерттеу кезінде Штарк бақылаған. Атомға электр өрісі әсер етіп, оны поляризациялайды, яғни оң зарядталған ауыр ядроға қатысты электрондарды ығыстырады. Нәтижеде атомда дипольдық момент пайда болады, ол өріспен әсерлесіп, жүйе энергиясының өзгеруін туғызады.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы: Штарк және Зееман эффектісіне сәйкес атомдар соқтығысқан кезде деңгейлердің орны атомды қоршап тұрған бөлшектердің өрістері әсерінен өзгеруге мүмкін екендігі байқалады. Электр өрісінің атомға әсерінің тағы бір көрінісі спектрде тиым салынғандарға жататын жаңа бір сызықтың пайда болуы. Электр өрісі ықпалынан пайда болатын электрлік дипольдық момент кванттық сандары әр түрлі күйлер үшін әр түрлі болады.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы: Орта мектепте атом және ядро физикасына байланысты тақырыптарды талдауда Зееман және Штарк эффектілерін пайдаланып түсіндіру қазіргі заман физикасына сәйкес келеді. Осы мәселе диссертациялық жұмыстың тәжірибелік құндылығы болып табылады.
1. Ахиезер А.И. Атомная физика. Справочное пособие. – Киев, «Наукова думка» - 1988.
2. Белый М.У., Охрименко Б.А. Атомная физика. – Киев, «Вища школа». – 1984.
3. Борн М. Атомная физика. – М.: Мир, 1970.
4. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. – М.: Физматгиз, 1962.
5. Матвеев А.Н. Атомная физика. – М.: Высшая школа, 1989.
6. Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной физики. – М.: Высшая школа, 1988.
7. Савельев И.В. Курс общей физики т. З. – М.: Наука, 1987.
8. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. ч.I. Атомная физика. – М.: Наука, 1986.
9. Соколов А.А., Тернов И.М., Жуковский В.Ч. Квантовая механика. – М.: Наука, 1979.
10. Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. – М.: Л: Физматгиз, -1963.
11. Шпольский Э.В. Атомная физика: В 2-х т. – М.: Наука, 1984.
12. Савельев И.В. Сб. вопросов и задач по общей физике. – М.: Наука, 1988.
13. Иродов И.Е. Сб. задач по атомной и ядерной физике. – М.: Энергоатомиздат, 1984.
14. Трофимова Т.И. Сб. задач по курсу физики. – М.: ВШ, 1991.
15. Храмов Ю.А. Физики. Библиографический справочник. М.:Наука, 1983.
        
        Мазмұны
Кіріспе...................................................................
................................... ... ... мен ... ... ... және электр өрістерімен
әсерлесуі……………………………………………………………………. 5
1.2 Зееман эффектісі……………………………………………………….. 6
1.3 Штарк эффектісі…………………………………………………………19
2.1 Магниттік резонанс………………………………………………………23
2.2 Молекулалардың ... мен ... ... ... ... тізімі………………………………………….. 61
Кіріспе
Жұмыстың мақсаты: Атомның магниттік моменті және оның ... ... ... ... ең бір тәжірибелік дәлел болып
табылады. Зееманның күрделі немесе аномаль құбылысында ... ... көп ... ... Жүргізілген зерттеулер қарапайым Зееман
құбылысының тек синглеттік спектрлік сызықтарда байқалатындығын көрсетеді.
Зееманның күрделі ... ... ... ... ... ... ... сызықтарын өріске перпендикуляр бағытта бақыласа, онда
дублеттің бір ... төрт ... ал ... алты ... ... қойылған мақсаттарға жету үшін ... ... ... ... ... ... ... атомның векторлық моделін
пайдаланып түсіндіреміз. Ал бұл ... ... ... ... ... ... ғана түсіндіруге болатындығын айтуға ... ... ... ... ... байланысқан магниттік моменті
болатындығы ғылымда бұрын қарастырылған. Қарапайым ... ... ... жоқ ... ... Зеемандық жіктелуін қарастыруға болады.
Зерттеу нысаны: Зееман және Штарк эффектісін пайдаланып атом шығаратын
жарықтың жиілігімен ... ... ... ғана ... ... ... өрісінің болатындығын да айтуға болады. Бұл құбылысты сутегі
спектрін зерттеу кезінде Штарк ... ... ... ... әсер етіп,
оны поляризациялайды, яғни оң зарядталған ауыр ядроға ... ... ... ... ... ... ... болады, ол өріспен
әсерлесіп, жүйе энергиясының өзгеруін туғызады.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы: Штарк және Зееман эффектісіне сәйкес ... ... ... орны ... ... ... бөлшектердің
өрістері әсерінен өзгеруге мүмкін екендігі байқалады. Электр өрісінің
атомға әсерінің тағы бір ... ... тиым ... ... ... ... пайда болуы. Электр өрісі ықпалынан пайда ... ... ... ... ... әр ... ... үшін әр түрлі болады.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы: Орта мектепте атом және ядро физикасына
байланысты ... ... ... және ... ... ... қазіргі заман физикасына сәйкес келеді. Осы мәселе диссертациялық
жұмыстың тәжірибелік құндылығы болып ... мен ... ... ... және электр өрістерімен әсерлесуі.
Егер атом не молекула сыртқы электр не магнит өрісіне орналастырылған
болса, онда бұлардың ... ... ... Энергетикалық
деңгейлердің жіктелуі мен ығысуы магнит өрісі әсерінен болса, онда ол
Зееман ... деп, ал ... ... ... ... онда ... эффекті деп
аталады. Алғаш бұл құбылыстар ... ... ... ... ... ... 1896) ... түрінде және электр өрісі әсерінен (И. Штарк,
1913) ... ... ... ... ... ... және ... магнит не электр өрісіндегі спектрлік сызықтардың жіктелуі
ғана емес, бұларға қоса ... ... ... деңгейшелерге
жіктелуі мен ығысуы да жатқызылады.
Квантмеханикалық тұрғыдан бұл құбылыстардың мәнісі мынада. Егер атом
біртекті электр не ... ... ... онда ... ... ... ... енді сфералық симметриялы емес, ... ... ... ... атомның толық импульс моменті
енді сақталмайды. Сыртқы өріс ... ... ... ... ... ... ... әр түрлі күйлердің энергиясы әр
түрлі болады, яғни сыртқы магнит не электр ... ... ... жойылады-деңгей жіктеледі.
Кулондық өрісте (релятивтік емес ... ... ... ... азғындалған-энергия тек бас кванттық санға
тәуелді де, ... ... ... тәуелсіз. Осы себепті сутегі
атомының энергетикалық деңгейлері бойынша ... ... ... ... енді электроны кулондық емес, орталық симметриялы
өрісте қозғалатын, бір электронды атом ретінде қарастыру керек. Мұнда ... ... ... ... тек -ге емес -ге ... ... ... спектрлік серияларының ерекшелігі осыған
байланысты. Ал ... ... ... ... ... ... ... сыртқы өрістер жоқ кезде кеңістіктегі барлық
бағыт біріне-бірі пара-пар болатындықтан, ... ... ... ... ... ... Бұл кванттық саны
берілгенде мән қабылдай алатындығына қарамастан ... ... ... сонымен –ге тең. Магнит өрісі осы азғындалуды жояды: ... ... ... ... ... құбылысы осылай
түсіндіріледі. Зееман құбылысы қарапайым және күрделі болып бөлінеді. Бірақ
электрон спині ашылғанға дейін Зееманның қарапайым құбылысын ғана ... ... ... ... ... және оның кеңістіктік квантталуының
болатындығына Зееман құбылысы ең бір ... ... ... ... ... ... ... аралығына жарық көзін
орналастырып оның ... ... ... ... ... ... спектрлік сызықтардың жіктелетіндігі тағайындалған. Сонда
қалыпты немесе қарапайым ... ... ... ... көзі шығаратын
жарықты магнит өрісіне перпендикуляр бағытта бақылағанда, әрбір сызықтың
үш сызыққа жіктелетіндігі ... ... ... жоқ ... ... ... ... лоренцтік ығысуы. Ал жарық
көзінің сәулесін магнит өрісіне параллель бағытта ... ... ... , екі ... сызыққа жіктеледі.(1.1-сурет). Бұлардың
әрқайсысы дөңгелек поляризацияланған: ден қызыл жаққа ығысқаны - оң
дөңгелектік, ал ... ... ... - сол ... ... ... бағытта сәулені бақылағанда үш сызықтық
поляризацияланған сызық ... ... ... ... ... ға ... және екі ... (әрқайсысы ға), бұлардың
поляризация векторлары ға перпендикуляр. Ығысқан дөңгелек (мен
бағыттас ... не ... (ға ... ... ... және ... деп аталады. Сызықты ... ... ... ... ... құраушы,
поляризацияланған фотондар өріске ... ... ... ... ... ... құбылысында спектрлік сызықтар үштен
көп құраушыға жіктеледі және . Жүргізілген зерттеулер қарапайым Зееман
құбылысының тек ... ... ... ... ... ... емес ... сызықтар үшін күрделі Зееман құбылысы
байқалады.
Өріс жоқта ... ... ... ... және ... сызықтар үшін күрделі Зееман құбылысы байқалады. ... ... ... ... ... ... сызықтың күрделірек түзілісі
алынады.
Мәселен, Зееманның ... ... ... сілтілік элемент
атомдары бас сериясының дублет сызықтарын ... ... ... онда ... бір ... 4 сызыққа, ал екіншісі - 6 ... ... бұл ... 10 ... ... ... жеке ... жиілігінің күрделі Зееман құбылысындағы
ығысуы ... ... ... ... ... сәйкес, мұндағы және -Рунге коэффициенттері, бүтін
кіші сандар. ... ... ... ... бас ... ... үшін, (дублеттің ұзын толқынды ... және ... ... ... үшін).
Тағы бір тәжірибелік дерек Престон ережесі деп аталады. Осыған сәйкес,
жіктелу еселігі және ... ... ... сызық
жиілігіндегі фотондарды шығарып көшкендегі ... ... және ... ... және ... сандарына тәуелді, бірақ осы
күйлердің бас кванттық санына тәуелді емес. Сонымен, ... ... ... күрделі Зееман эффектісінде бірдей ... ... ... ... 1896 ж. ... Г. классикалық физика
заңдары негізінде ұсынды. Лоренц ... ... ... жағдайында
сызықтардың магнит өрісіндегі жіктелу сипатын түсіндіріп берді. Бұл ... ... ... ... берумен қатар, зеемандық
құраушылардың поляризациялық сипатын да болжап берді. Бұл да ... ... ... ... ... Зееман құбылысын түсіндіре алмады.
Зееман құбылысының түсіндірілуі. Атомдық физика курсында ... ... ... ... ... ... Ал ... қатаң теориясын релятивтік кванттық ... ... ... ... ... кетейік.
Магнит өрісі жоқ кезде атом энергиясы қайсыбір күйде тұрған
болсын. Осы ... ... ... өрісіне орналастырамыз. Магнит
өрісін әлсіз, яғни байланысы ... ... ... есептейміз. Демек, әсерлесуі бұзылмаған. Бұл шектеу магнит
өрісінің әлсіз болуының ... ... ... ... атом ... өрісімен атомның магниттік моментінің әсерлесуі ... ... ... атом ... мынаған тең болады:
(1)
Атомның толық импульс моменті (бұрыштық моменті), мұнымен
байланысқан магниттік ... ... ... ... ... ... моментке ие магниттік диполь тұрақты ... ... онда ... ... оның ... қатысты бағдарлануына
тәуелді болады. Индукциясы өрістегі ... осы ... ... ... ... векторының да кванттық ... тек ... ... ... ... ... атомның
бағдарлану энергиясы дискретті мәндер қабылдайды.
шамасын анықтайық. жуықтауында ... ... ... ... ... ... жалпы атомның орбиталық магниттік моменті:
(3)
және жалпы атомның спиндік магниттік моменті:
(4)
сәйкес келеді. Мұндағы Бор ... бұл ... ... ... толық магниттік моменті және ... ... ... ... ... ... болғандықтан, мұнда минус таңбасы ... ... ... ... моментке қарағанда спиндік моментке екі есе ... ... ... ... және (5) ... 2 ... ... қатынасының аномалиясынын салдары]. Осы ... ... ... ... магниттік моменті оның толық
механикалық моментіне 1.2-суретте көрсетілгендей антипараллель болмайды.
және векторлары ... ... ... емес,өйткені
бұларқосылып квантталған толық момент беруге ... ... ... ... да ... ... ... тиіс. Сонда
бұлар қосылып атомның толық магниттік моментін беретін болады. ... ... ... ... ... мына ... ... коэффицент , Ланде факторы немесе көбейткіші деп
аталады. Ол векторы түзілгенде және векторларының қалайша
комбинациялануына қарай, ... ... ... әр ... ... ... ... . 1.2б-суретте көрсетілген атомның векторлық
моделінің көмегімен факторын есептеуге болады. (6) ... ... ... ... ге коллинеар болуға тиіс. Бірақ
қосындысы осы талапты қанағаттандырмайды. Атомның векторлық моделіне ... ... ... және ... да ... тез айнала қозғалады. Сонда магнитік моменттердің ге
перпендикуляр ... ... ... ... ... ... тең .
Сондықтан атомның толық магниттік моменті тек ге ... ... ... ... a және b қабырғалары арасындағы бұрыштың косинусын
пайдаланып, ді ... ... ... таза орбиталық момент тудырады) ... ... ... таза ... ... тең) ... жағдайда
нөлден екіге дейінгі әр түрлі мәндерді қабылдай алады.
Энергетикалық ... ... ... ... ... өріс ... ... етілген проекциялары кванттық санымен
анықталады. Осылай ... (2) ... ... ... ... табамыз:
(9)
Сыртқы өріс бағытымен дәл келетін осіне векторының
ұлықсат етілген проекциялары (6) ... ... ... ... ... ... ...
құраушыға жіктелуін тудырып, деңгейдің азғындалуын ... ... ... ). Осындай жіктелуді зеемандық жіктелу, ал бұған ... ... ... деп ... өрнегімен және 1.2а-суреттен зеемандық жіктелудің сыртқы магнит
өрісіне пропорционал екендігін көруге ... Осы ... ... ... ... ғана сақталады. Сонда әлсіз деп саналатын магнит
өрісіндегі жіктелу шамасы ... ... ... ... кіші ... Ал ... ... өрістерінде көбейтіндісі
(магниттік жіктелу шамасы) ... ... ... ... ... ... ... болады да деңгейлердің жіктелуі (9) формуласынан
өзгеше болады.
Атомның магниттік моментінің ... ... ... ... энергиясы (9) өрнегімен анықталады:
мұндағы толық магниттік кванттық сан, ол берілгенде мән
қабылдайды, яғни ... (1), (9) ... ... әлсіз магнит өрісінде ... ... ... ... ... ... Атомның энергетикалық деңгейлерінің
магнит өрісі әсерінен жіктелуін зеемандық жіктелу деп атайды.
Сыртқы ... ... ... ... ... спектрде жаңа сызықтар пайда болады. Енді осыған ... ... ... атом ... ... ... жиілігі
сызық шығаратын болсын. Магнит өрісінде және күйлерінде (10)
өрнегіне сәйкес атом энергиясы ... ... ... ... және ... ... Демек, магнит
өрісінде атом күйден күйге көшкен кезде мына ... ... ... ... ... өрісі әсерінен атомның энергетикалық
деңгейлерінің жіктелуі спектрде жаңа сызықтарды ... ... ... ... ... ... нәзік түзілісі жоқ (синглет)
спектрлік сызықтардың зеемандық ... ... ... ... ... ... ... толық спин ) арасындағы көшулер
нәтижесінде пайда болады. Осындай ... үшін . ... ... мына ... ... болғандықтан, болады, ал
1.3-суретте және күйлері арасындағы көшу ( ... ... және ... ... ... ... Магнит
өрісі жоқта ... ... ... байқалады.
1.4-сурет
Өрісті қосқанда, сызықтан басқа, бұған салыстырғанда ... ... , екі ... ... болады. Мысал ретінде
гелий атомының және синглет энергетикалық деңгейлерін
қарастырайық. Бұл ... ... ... көшу ... ... ... жоқ кезде атом күйден күйге көшкенде квант
шығарылады; сонда толқын ұзындығы ... ... ... ... ... ... атомның энергиясы өзгермейді. Өйткені,
күй үшін . ... (12) ... ... шығады, яғни
энергетикалық деңгейі магнит өрісінің әсеріне қарамастан, бұрынғыдай
өзгеріссіз қалады. ... ... ... ... ... ... ... болатындықтан ... саны үш мән ... ... үшін . Осыдан (12) өрнегіне сәйкес, энергиясы
деңгейі магнит өрісінде энергиялары үш ... ... ... ... ... ... ... сызықтың орнына үш сызық шығарылады. Кванттық механикаға сәйкес
(құраушы) үшін ... ... ... ... поляризацияланған,
өйткені электрлік вектор ... ... ... ... үшін ... ... ... электрлік векторы магнит
өріске перпендикуляр орналасқан; және бұл құраушылар дөңгелектік
поляризацияланған (оң және сол ... ... ... шығаратын диполь
өріс бағытында бағдарланатындықтан өріске ... ... ... тек екі ... ... ... үшін (диполь өз ... ... ... ... ... ... үш ... суретте күрделірек жағдай, көшуі келтірілген. Бұл жағдайда
бастапқы сызық магнит өрісінде тоғыз ... ... ... ... Бірақ, шынында, жоғарыдағыдай тек үш сызық-жиілігі ... ... ... орналасқан жиіліктері , екі сызық-барлығы
тек үш сызық алынады. Қарастырылған ... ... ... қалыпты немесе лоренцтік ығысуы деп аталады.
Зееманның күрделі құбылысы. Нәзік түзілісі бар ... ... ... көп ... жіктеледі; ал жіктелу шамасы
қалыпты ығысудың ... ... ... ... және ... ... сандар. Спектрлік
сызықтардың осындай жіктелуі Зееманның күрделі немесе аномаль құбылысы деп
аталады.
Зееманның күрделі құбылысы деңгейлердің ... ... ... ... болуымен түсіндіріледі, яғни түптеп келгенде, электрон
спиннің болуы және спиннің екі еселі магнетизмімен түсіндіріледі. ... ... ... ... жіктелуін қарастырайық. 1.5-
суретте деңгейлердің жіктелуі және , ... үшін ... ... ... ... ... ... деңгейі
үшін энергияның магнит өрісі әсерінен өсімшесі болады, мұнда
деңгейі үшін ... . ... ... ... ... жоқ кездегі бастапқы сызыққа салыстырғанда магнит
өрісінде сызықтардың ... мына ... ... үшін 1.5-суреттегі деңгейлер арасындағы көшулерді
кескіндейтін түзулер бойынша ... ... ... үшін ... ... ... Суреттен өріс қосылғанда бастапқы сызықтың
тіпті болмайтындығын ... ... Оның ... төрт сызық пайда болады,
бұлардың ... ... ... бірлігіндегі ығысуы болады.
Мұны мына түрде жазуға болады:
Ал сызығы үшін өріс ... ... ... алты ... ... ... эффекті
1912 ж. Пашен және Бак өте күшті магнит өрістерінде құраушылары жақын
орналасқан мультиплеттердің ... ... ... ... ... ... ... Сонда Зееманның күрделі құбылысы
қарапайым құбылысқа айналатындай, мультиплет сызық күшті өрістерде өзін
қарапайым синглет ... ... ... Осы ... ... құбылысы
деп аталады. Осы құбылысты ... ... ... ... негізінде түсіндіреміз. Егер деңгейлердің магнит өрісіндегі
жіктелуі шамасы бойынша табиғи мультиплеттік ... ... ... ... онда ... ... ... күшті деп есептеледі.
Күшті магнит өрісінде және арасындағы байланыс ... ... ... ... ... ... жуықтауда бірінен-бірі
өздерін тәуелсіз сияқты көрсетеді; бұлар магнит өрісі бағытын айнала
тәуелсіз прецессияланады. Енді және ... өріс ... ... бағдарланады. (1.6-сурет). Осыдан атомның
өріспен әсерлесу энергиясы ... ... ... пен ... ... моменттің жеке-жеке өріспен әсерлесу энергияларының
қосындысы арқылы анықталатын болады.
Атомның магнит өрісіндегі энергиясы ... ... ... ... әсерлесу ескерілмегендегі энергиясы;
спин-орбиталық әсерлесу энергиясы; атомның сыртқы магнит өрісімен
әсерлесу энергиясы.
Спин-орбиталық әсерлесу энергиясы былай анықталады:
(16)
Күшті магнит ... ... ... және ... ... прецессияланатындықтан, бұлардың арасындағы ... ... ... (16) ... үшін оның ... ... мәнін алу керек; ол былай анықталады:
(17)
(17),(16),(14) өрнектерін (15) өрнегіне ... ... ... ... өрістерінде атомның екі деңгейі энергияларының
айырмасы мынаған тең:
немесе
(19)
Сұрыптау ережелеріне сәйкес (құраушы)
(құраушы)
болатын көшулері ғана болуы мүмкін. ... ... ... ... ғана ... ... мүмкін, яғни көшулер кезінде
шарты орындалуға тиіс.
Сұрыптау ережелерін ескеріп, ... ... ... атом ... ... ... қорытындыға келеміз:
1.7-сурет
(20)
Сонымен, күшті магнит өрісінде мультиплет орталығынан ... ... ... ... болады.
қарапайым зеемандық жіктелу шамасына тең болғандықтан, (21)
өрнектегі бірінші қосылғыш сызықтың
қарапайым зеемандық үш ... ... ... Ал осы ... (21) ... ... ... әсерінен құраушыға
жіктелетін болады. Бұлардың ара қашықтығы сызықтың табиғи ... ... ... және ол ... ... өрісінің индукциясына
тәуелсіз.
Пашен-Бак құбылысындағы құраушылардың нәзік түзілісінің ... ал ... ... ... ... ... ... қабылдануы
осыдан.
Штарк эффекті
Атом шығаратын жарықтың жиілігі мен поляризациясына магнит өрісінің
ғана емес, ... ... де ... ... Электр өрісінде спектрлік
сызықтардың жіктелуі Штарк эффектісі деп аталады. Бұл ... ... ... кезінде ең алғаш 1913ж. неміс физигі ... ... Мұны ... ... эффектісіне қарағанда көп күрделі, өйткені
сәуле шығаратын газ ... ... бу алып ... ... ... электр
өрісін жасау қиын. Осы қиындықты жеңу үшін әдетте былай жасайды. Разрядтық
түтіктің катодында жасалған жіңішке каналдар ... газ ... К ... оның ... тұрған В пластина аралығындағы күшті электр ... ... оң ... және де ... атомдар шоғы түсіріледі («каналдық
сәулелер») (1.8-сурет). В-К аралығынан, осында газ ... ... ... ... үлкен болуы үшін газды қосымша ... ... ... ... әдетте болады.
Атомға электр өрісі әсер етіп, оны поляризациялайды, яғни ... ауыр ... ... ... ығыстырады. Атомда
өрісі туғызған (индукцияланған) дипольдық момент пайда ... ... ... жүйе ... мына ... туғызады.
Дипольдық моменттің өзі өріске ... ... ... ... өріс ... квадратының функциясы болуға тиіс.
Классикалық электрондық теория ... ... ... ... қа пропорционал ығысуын ғана түсіндіруге жарайды. Ал Штарктың
квадраттық эффектісі көп электронды атомдардың көпшілігі үшін ... ... ... ... ... ... ... ( және ) ... ... ... ... ... келтірілген. 1.10-суретте сутегі атомы Бальмер
сериясының ... ... ... ... ... ... ... жағдайында жіктелу сипаты көрсетілген. Суреттің төменгі
бөлігінде кескінделген сызықтардың биіктігі спектрдің жеке ... ... ... ... осі бойымен бағытталған сыртқы бір текті электр
өрісінде (1.10-сурет) электронның ... ... ... ... мүшесі бар сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуін
шығарып Штарк эффектісін теориялық қарастыруға ... ... өріс ... ... ... ... оған кіші қосымша (ұйтқу) болып табылады; бұл теңдеуді
декарттық координатпен қатынастарымен байланысқан ... ... ... ... ... ... ... жуықтауда термнің қосымша энергиясы
үшін ... ... ... және параболалық кванттық ... ... оң ... ... орбиталық магниттік кванттық санның
абсолют мәнімен мағынасы бойынша дәл ... ... (24) ... ... ... ... квадраттық эффектісін бейнелейді. Штарктың
квадраттық эффектісі болған жағдайда ғана ... ... ... ... ... ... кезінде
жіктелуі үшін өрнекті былай жазамыз
(25)
Сұрыптау ережелері: жұп санға тең болғанда ... ... тақ ... тең ... ... ... болады. құраушы
деп, Зееман эффектісіндегідей, сыртқы өріс бағыты сызықты поляризацияланған
сәуле ... ... ал ... ... ... поляризацияланған сәуле. Квадраттық эффект жағдайында сәулені өріс
бойымен бақылағанда поляризация болмайды, ... ... ... ... болатындықтан, оң және сол ... ... ... болады. Штарк эффектіні тәжірибеде зерттеу нәтижелері
кванттық теориямен жақсы үйлеседі.
Атомдар соқтығысқан кезде ... орны ... ... ... ... әсерінен өзгеруі мүмкін екендігін ескеру керек. Бұл
спектрлік сызықтардың штарктық ... деп ... ... ... ... әсерінің тағы бір көрінісі ... тиым ... жаңа ... ... ... ... өрісі ықпалынан пайда болған
электрлік дипольдық момент кванттық сандары әр түрлі күйлер үшін ... ... ... осындай күйлер арасындағы көшулер кезінде
дипольдық момент өзгереді, демек тек жағдайда емес, ... ... ... да ... ... ... ... күйдегі заттардың көпшілігінде ... ... ... ... ... ... ... болады. Осы
жұтылу резонанстық сипатта, яғни электромагниттік толқынның толқын ... ... ... ... магнит өрісінің кернеулігі арасында белгілі
қатынас орындалғанда ғана болады.
Магниттік резонанс құбылыстары ... ... ... ... ... елеулі роль атқарады. Өйткені бұлар заттың құрылысын, қасиеттерін
зерттеудің өте тиімді амалы болып ... ... ... ... ... ... ... және бұлардың сыртқы магнит
өрістерімен де, бірімен-бірінің де ... ... ... ... ... ... әсер ... атом әр түрлі күйлерде бола алады; бұлардың
әрқайсысына нақты ... ... ... атом ... ... ... онда оның ... Магнит өрісі аса нәзік түзіліс үшін күшті ... ... ... ал ... ... қалады. Осы жағдайдағы
атом энергиясы мына өрнекпен ... ядро ... ... ... атом ... өріс жағдайындағы дің мен әсерлесу энергиясы; дің
мен әсерлесу энергиясы; сыртқы ... дің ... (27) ... былай жазамыз
(28)
Осыдан әрбір зеемандық деңгейше аса нәзік түзіліс үшін күшті
магнит өрісінде дің мүмкін мәндерінің саны ... ... аса ... түзіліске енгізілетін түзетудің мүмкін сандары
бойынша құраушыға жіктеледі.
Мысалы, болсын, сонда Демек, (28) ... ... ... түзіліс үшін күшті магнит өрісінде деңгейі ... ... ... осы ... ... өз тарапынан екі аса нәзік ... ... ... және де бір ... ... ... ... энергияның шығарылуын немесе
жұтылуын тудыратын көшулер болуы ... ... ... ... ... ... әрқилы
магниттік резонансты мүмкін етеді. Бір деңгейдің ... ... ... ... ықтималдығы өте аз болатынын, осындай
көшулер себепші болатын спонтандық сәуле байқалмайтынын ... ... ... ... ... ... іске асады: жұтылу және еріксіз
сәуле шығару Зеемандық ... ... ... көшулер магниттік
резонанс болып табылады.
Сонымен, магниттік резонанс құбылысы деп магнит өрісіндегі заттың
электромагниттік энергияны ... ... ... ... ... ... ... зеемандық деңгейшелері арасындағы
энергетикалық интервалдары мынаған тең:
яғни
(29)
Деңгейшелер арасындағы көшулер мына сұрыптау ережелеріне бағынады:
(30)
Осы ережелердің ... ... ... ... көшу
кезінде ядролық момент өзінің бағдарлануын өзгертпейтіндігін көрсетеді.
Сұрыптау ережелерін ескеріп берілген деңгейдің деңгейшелері арасында
көшулер кезінде жиілігі
(31)
(өйткені ) ... ... ... деген қорытындыға келеміз.
(31)-дегі бірінші мүше аса нәзік түзіліс жоқ сызықты береді. Екінші
мүше құраушылығы (дің ... ... саны ... яғни ... аса ... түзілісі болатынын көрсетеді.
Сонымен, магнит өрісіне орналастырылған атом ... ... ... сол деңгейдің басқа деңгейшесіне көшіп, жиілігі ... ... ... ... ... ... яғни
электромагниттік өріс энергиясын талғап (резонансты) жұту орын алады; ... ... ... бір түрі (электрондық парамагниттік резонанс-
ЭПР). Осы көшулер кезінде (30) сұрыптау ... ... ... қайта бағдарланады.
Осындай толқынның жиілігі қандай болатынын бағалайық. (31) ... ... ... болатынын табамыз, бұл см толқын ұзындығына
сәйкес келеді (радиотолқындардың сантиметрлік бөлігі).
Егер ... ... ... тек ядро ... анықталатын
болса, яғни болса, онда (27)-ге сәйкес магнит өрісіндегі ... ... ... жағдайда атомның деңгейі деңгейшеге ... ... ... саны ... ... ... ара қашықтығы мына теңдікпен анықталатындығы
көрінеді
(34)
деңгейлер арасындағы көшулер
(35)
сұрыптау ережесіне бағынады. Көшулер болғанда жиілігі
(36)
сәуле жұтылады (шығарылады). Сонымен, ... ... да ... орналастырылған атом жиіліктегі ... ... ... ... болады, яғни магниттік резонанстың бір ... ... ... іске асады. Және де осы жағдайда
деңгейшелер арасындағы көшулер ... ядро ... ... ... деп ... Тл ... см ... ұзындығына
сәйкес келеді (қысқа толқынды радиодиапазон).
(29) өрнегімен анықталатын ... ... ... ... ... ЭПР ... ... резонанс) және ЯМР (ядролық
магниттік резонанс) әдістерімен ... ЭПР және ЯМР ... ... ... саны және ... саны жұп болатын ядролар жұп-жұп
ядролар деп аталады. ... ... ... тең. ... ... ... спиндері бүтін санның жартысына тең, ал тақ-тақ
ядролардың спиндері бүтін ... тең ... ... меншікті импульс (спиндік) моменті
және осы моментпен байланысқан магниттік дипольдық моменті
(37)
болады; мұндағы протон массасы; ядролық ... ... ... спині); ядролық фактор; ядролық магнетон. Ядролық
фактор мағынасы бойынша Ланденің атомдық факторына ... ... ... ол ... ... есептелінбейді, тәжірибе арқылы ғана
анықталады. ядролық ... ... ... болып табылады.
Кванттық теорияға сәйкес ядроның спиндік импульс моментінің және ... ... ... ... ... проекциялары тек
дискретті мәндер қабылдайды:
(38)
мұндағы спиндік магниттік кванттық сан, мән қабылдайды .
1-кесте
|ядро | | | |
| | | | ... ... ... ... ... оның толық импульс
моментіне ... ... ... ... ... гиромагниттік қатынас деп аталады. 1-кестеде кейбір ядролар ... ... осі ... ... ... ... ... моменті бар атом ядросы мынадай энергия қабылдайды
(39)
Ядроның магниттік моментінің проекциясы ... ядро ... ... мән қабылдайды
(40)
көрші деңгейлер энергияларының айырымы кез-келген үшін
(41)
болады. Егер тұрақты магнит өрісіне орналастырылған әсерлеспейтін магниттік
ядролар жүйесіне ... , ал ... ... ... ... яғни
(42)
болатын электромагниттік сәуле түсірілсе, онда осы сәуле көршілес зеемандық
деңгейшелер арасында сұрыптау ... ... ... ... ... ... Демек, (42) шарты орындалған жағдайда
ядролар жүйесі электромагниттік өріс энергиясын жұтатын ... ... ... ... ... сан ге тең ... (мысалы, протон), онда
ядролық спиннің бағытындағы ... ( ... ... ... ге тең ... Егер ... ... сан болса (мысалы, дейтерий жағдайында), онда ... ... тің ... ... ... ге ... 1.11- суретте протонның энергия ... ... ... ... ... ... ... моменті өріске
параллель-спиннің құраушысы ге тең болған жағдайда протон төменгі
деңгейшеде болады. Жоғарғы спиндік ... ... ... ... ал болады. Магниттік дипольдық момент үшін сұрыптау
ережесі: . 1.11- суреттен протонның энергия деңгейлерінің ... ... ... деңгейшеден басқа деңгейшеге көшу жиілігі ... ... тура ... ... көрінеді: .
2-кестеде әр түрлі ядролар үшін өрістің Тл ... ... көшу ... ... (ЯМР ... ... МГц |
| |(1,4094 Тл ... |
| | ... ... ... (ЭПР) үшін ... ... ядролық
магниттік резонансты қарастырғандағыдай пайымдап алуға болады.
Магнит өрісіндегі электрон энергиясы
(43)
мұндағы Ланде факторы (еркін электрон үшін ),Бор магнетоны,
электрон ... ... ... кванттық сан. Электронның
магнит өрісіндегі энергия деңгейшелері 1.12-суретте келтірілген. Электрон
заряды теріс болғандықтан, оның ... ... ... ... бағытталған болады да, төменгі деңгейше ... ... ... саны ге тең ... ... көшу ... анықталады.
Зееман эффектісін талдағанда әр түрлі электрондық күйлерге жататын
зеемандық жіктелу құраушылары арасында ... ... ... ... және ... ... күйлердің жіктелуі оптикалық
спектрде спектрлік сызықтардың және құраушыларға жіктелуі ... ... ... ... ... әсерінен жіктелген бір электрондық күйдің
зеемандық құраушылары арасындағы көшулерді тіркеу мәселесін қарастырайық.
Магнит ... ... ... ... ... ... ... ал деңгейдің жіктелмейтіндігі ... ... ... жіктелу құраушылары арасында болатын көшулерді зерттеу
үшін атомдардың негізгі күйіне сәйкес келетін, яғни ... ... алу ... ... ... ... ... көшулерді алғаш 1944 ж.
Е.К.Завойский бақылаған. Осы аталған көшулерді Завойскийдің ашқан бақылау
амалы электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР) деп ... Осы атау ... ... яғни ... ... ... құраушылары
арасында көшулер болатынын көрсетеді. Құбылыстың резонанстық деп аталуы оны
бақылаудың кейбір ... ... ... Әдетте
оптикалық диапазондағы спектроскопияда резонанстық көшулерді бақылау үшін
деңгейлер аралығын тұрақты етіп алып ... ... ... ... ... үшін керісінше істейді. Зеемандық құраушылардың
ара қашықтығы әдетте қолданылатын магнит өрістері үшін Гц ... ... Осы ... ... электромагниттік сәуле жиілігін
өзгерту техникалық қиындық туғызады. ... ... ... ... ... ... ара қашықтығы өзгереді. Зеемандық
құраушылардың ара ... ... өріс ... ... ... яғни ... ... электромагниттік сәуленің қарқынды жұтылуы
байқалады, бұл радиотехникалық құралдармен тіркеледі.
ЭПР ... ... ... ... ... ... келтірілген. Зерттелетін зат магнит полюстері
аралығындағы көлемдік резонаторына орналастырылады; резонатор ... ... ... ... келтірілген болады. Осындай электромагниттік
толқындарды генератор шығарады, резонаторға арқылы жеткізіледі.
Резонатордағы электромагниттік өріс ... ... ... ... ... кейін детекторға және күшейткішке ... ... ... ... белгілі шамаға жеткенде басталатын резонанс
мезеті осы өріс ... ... ... ... ол және ға
қосылған гальванометр арқылы өлшенеді.
Зеемандық құраушылар арасында болатын ... ... ... ... ... ... ... әр түрлі болады, өйткені бұлар ... әр ... ... ... яғни ... ... ... мәндері бойынша өзгеше болады. кванттық сан үшін ... ... яғни ... ... арасындағы көшулер ұлықсат етілген. Және
барлық көшулер ... ... ... ... ... де, керісінше
көшулер де, еріксіз көшулер болып табылады. Спонтандық көшулер байқалмайды.
ЭПР газ түріндегі, ... және ... ... ... ... ЭПР
әдісінің сезгіштігі өте жоғары. ЭПР сигналы ... үшін ... ... ... ... ... агрегаттық күйіне байланысты. Мәселен, кристалдық
матрицадағы атомдар мен иондар үшін ... ... ... ... ... Осындай әсердің бір көрінісі – кристалдық өріс ... ... Егер ... ... ... ... ... онда
кванттық саны өз мағынасын жояды. Электрондық қабықтың ... өріс ... ... және ... ... ... ... қасындай болады. Осы жағдайда электрондық қабықтың
орбиталдық моментін елемей атомның ... ... ... ... ... Ядролық магниттік резонанс құбылысын 1945 ж. ... ... ... ... ... бір-бірінен тәуелсіз бақылаған. Ядролық спинмен
байланысқан магниттік ядролық момент, электрондық момент ... ... ... квантталған проекцияларды жасап бағдарланады. Магнит
өрісіндегі әрбір проекцияға энергияның өз мәні сәйкес
келеді, яғни ... ... ... әр түрлі деңгейлер ... ... өріс ... бір ... ... ... көшу ... ол ядролық магниттік моменттің бағдарлануы өзгеруімен
қабат жүреді. Мұндай жағдайды ЭПР ... да ... ... ... ... ... ... қолданылатын әдістерге ұқсас.
Ядролық магниттік момент шамасы Гц ... ... ... үшін ... эксперименттік қондырғының схемасы 1.14-суретте
келтірілген.
Зерттелетін зат жоғарғы жиілік генераторы ... ... ... ... ... орналастырылады. Күшті тұрақты
магнит өрісін ... ... ... бағытта
модульдеуші магнит өрісін жасау үшін ... Гц ... ... қосымша катушка пайдаланылады. Резонанс басталғанда
жоғарғы ... ... ... ... артады. Бұл
генератордың тербелмелі контурының сапалылығы төмендеуінен білінеді.
Зеемандық құраушылар арасындағы ... ... ... ... ... ... ... магниттік моментпен
әсерлесуі арқасында іске асады. ЯМР ... да ... ... ... ... ... ... білінеді. Зерттелетін зат
орналастырылған сыртқы магнит ... зат ... атом ... ... ... әсер етеді. Сонда сыртқы өріс
электрондық қабықтарда токтарды индукциялайды, бұлар өз кезегінде
өріске қарама-қарсы ... ... ... магнит өрісін туғызады.
Осы екінші реттік өріс те атом ... әсер ... ... ... ... төмендетеді. шамасы ге ... ... ... ... ... өрісті былай өрнектеуге болады
,
мұндағы өлшемділіксіз тұрақты, экрандау тұрақтысы деп аталады.
Атомның электрондық қабығында ... ... көп ... ...
мәні үлкен болады. Оның мәні тен (жеңіл атомдар ... ге ... ... ... ... Сонымен, экрандау тұрақтысы есебінен ядроға
әсер ететін өріс әлсірейді.
Электрондық қабықтың ... ... ... толтыру үшін ді
өсіру керек болады. Электрондық қабықтың экрандаушы әсері химиялық ... атом ... ... ... ... ... Осы ... нақты ядро үшін резонанс байқалатын мәні химиялық
қосылыс ... ... ... ... ... ... ... қатысты ығысқан, жаңа ... ... ... қабықтың экрандаушы әсері туғызатын резонанстың шкаласы
бойынша ығысуын химиялық ығысу деп атайды.
Мысал ретінде этил ... үшін ЯМР ... ... ... ... моментімен байланысқан этил спиртінде үш ... бар, ... ... ... әр ... Бұлар және
протондары бар және топтары. ... ... ... ... ... әр ... мәндерінде
резонанста болады. ... ... ... ... ... ... аудандарының қатынасы яғни әрбір топтағы ... ... ... ... мен қасиеттері
Молекула-микробөлшек, белгілі бір заттың негізгі химиялық және
физикалық қасиеттері сақталатын және жеке өмір сүре ... оның ең ... ... ... ... бір ... ... біріктірілген
бірдей немесе әртүрлі атомдардан ... ... ... ... ... ... кеңістікте белгілі тәртіппен орналасқан болады. Басқаша
айтқанда молекуланың кеңістікте және уақыт бойынша орнықты құрылымы болады.
Молекуладағы атомдар саны екіден бастап (екі ... ... ... ... мыңға дейін (көп атомды молекула) жетеді.
атомдық молекула-электрлік ... ... ол ... және ... ... ... және бұларға
сәйкес саны ге тең электрондардан тұрады. Молекуланың ... ... ... ... ... ... ... тең, ал
таңбасы бойынша оған қарама-қарсы. Молекуладағы электрондар ядроны белгілі
тәртіппен қоршап ... ... ... орналасады. Молекуладағы
атомдардың берік байланысқан ішкі электрондық қабықтары іс ... ... ... және көптеген физикалық қасиеттерін сыртқы
әлсіз байланысқан электрондары ... ... ... ... ... ... ... Молекуланың физикалық микрожүйе ретіндегі
орнықтылығы молекуладағы атомдар арасындағы байланыстың ... ... осы ... берік болса, яғни оны үзуге қажетті ... ... ... молекула соғұрлым орнықты болады. ... оның ... ... ... ... ... ... сыртқы факторларға тәуелді. Мысалы, өте жоғары температурада
молекулалардың ... ... ... яғни ... құрылым
бұзылады.
Молекулалық қозғалыс түрлері
Молекула энергиясын бөліктерге бөлу
Атом сияқты, молекула да микроскопиялық жүйе болғандықтан ол кванттық
заңдарға бағынады және оның ... ... бар ... ... энергия деңгейлерінің жиынтығы болады. Бірақ молекуланың ... ... ... ... әлдеқайда күрделі. Бұл мынаған
байланысты. Атомдарға қарағанда молекулалардағы қозғалыс көп ... ... ... молекулада ядролардың орналасуындағы
салыстырмалы периодтық өзгерістері-бұл молекуланың ... ... ... ... ... бағдарлануының периодтық өзгерісі –
бұл молекуланың айналмалы қозғалысы ... роль ... ... ... үш түрі ...... тербелмелі және
айналмалы. Осы ... ... ... энергиясын
электрондық, тербеліс және айналыс энергияларының
қосындысы ... ... ... ... ... жуықтап қарастырғанда молекула энергиясын осылай
бөлуге болады. Дәлірек қарастырғанда қозғалыстың өзара әсерлесуін ... ... ... (1) ... әр ... ... әсерлесу
энергияларына сәйкес мүшелер қосылады:
, ... ... және ... қозғалыстарының әсерлесу энергиясы,
электрондық айналыспен, ... ... ... ... ... ні ке, ал және ... тербеліс энергиясын, ең соңында берілген электрондық және тербеліс
энергияларын тұрақты етіп, айналыс энергиясын ... ... ... (1) ... ... мүше белгілі мәндер
қабылдайды.
1-сурет
, , мәндері берілген болса, онда ... ... ... ... ... ... мәні
белгілі болады. Сонда алшақ орналасқан электрондық деңгейлерінің (нің
әр түрлі мәндері), жақынырақ орналасқан ... ... (нің ... ... ... да жақын орналасқан айналыс деңгейлерінің (нің әр
түрлі мәндері) ... ... ... сәйкес деңгейлер схемасы екі
атомдық молекула үшін ... ... бет және ... ... ... ... ... толығырақ қарастырайық. Егер
молекуланың бүтіндей ілгерілемелі қозғалысын ... ... онда ... үш түрі тән ... ... ... өрісінде
электрондардың қозғалысы), тербелмелі (тепе-теңдік маңайында ... және ... ... ... ... ... өтетін
осьті айналуы). Қозғалыстың осы үш түрі өзара байланысты, яғни біріне-бірі
әсер етеді. Бірақ жеткілікті ... ... ... ... ... ... ... болады. Сонда молекула энергиясын
электрондық, ... және ... ... ... ретінде
келтіруге болатындығы жоғарыда айтылған. Қозғалыстың осы үш ... ... ... ... яғни тек ... ... ... энергиясының ең маңызды құраушысы-электрондық энергияға
тоқталайық. Электрондар массасы ядролар массасынан мыңдаған есе ... ... ... ... электрондар жылдамдығына
қарағанда өте кіші болады. Сондықтан молекуладағы электрондар ... ... ... ... ... деп ... қарастыруға болады.
Ядролардың осы тоқтап тұрған жағдайына электрондық энергияның ... ... ... ... электрондардың кинетикалық энергиясы, электрондардың
бір-бірімен әсерлесу ... және ... ... ... ... ... және ядролардың өзара тербеліс энергиясын да
қосамыз. ... ... ... атау ... ... тек ... ескерілетінін көрсетеді. Егер ядролардың орны өзгеретін болса,
электрон қозғалатын өріс ... ... ... ... ...
Осы мағынада электрондық энергия ядроаралық қашықтыққа тәуелді, ... ... оны ... ... ... Егер және
атомдары бір-бірінен шексіз қашықтыққа апарылған болса, онда ... ... ... ... ... ... күйдегі
атомдардың электрондық энергияларының қосындысына тең болады:
Ядроларды жақындатқанда осы ... ... ... ... және
болғанда минимум арқылы өтеді. , мұндағы молекуланың
негізгі электрондық деңгейінің дәл ... ... ... минимумына сәйкес келетін ядроаралық қашықтық тепе-теңдік
аралық деп аталады. Ядролар ... әрі ... ... ... энергиясы артады және болғанда шексіздікке ұмтылады.
Атомдар арасындағы әсер ететін күш энергиямен былай байланысқан
тәуелділігінің бөлігінде ... оң ... ... ... ... ... ... келеді; бөлігінде , ... ... ... күштері басым. болғанда молекуладағы әсер ететін
барлық күштердің теңгеруші күші нөлге тең, жүйе орнықты тепе-теңдік күйде
болады.
қисығы ... ... деп ... ... ... аталуы
ядролардың ара қашықтығына тәуелді және ... ... ... ... ... ... ... қозғалысының кинетикалық энергиясы қарастырылмайды. Әсерлеспейтін
атомдардың электрондық ... мен ... ... ... ... ... ... табылады:
.
Молекуланың қоздырылған электрондық күйлерін ... ... ... ... ... ... ... болады. Осындай күйдің
потенциалдық қисығы 2-сурет көрсетілген. Қозған ... ... ... ... ... ... нүктесі сәйкес келеді.
Қоздыру энергиясы қоздырылған және негізгі күйлердің потенциалдық қисықтары
минимумы ординаттарының айырмасымен анықталады.
Потенциалдық ... ... Көп ... ... ... ... бірнеше немесе көп салыстырмалы координаттарға тәуелді
болады. Осы жағдайда ядролардың барлық ... ... ... ... ... ... энергияның
минимумы болатын, яғни ядролардың
(3)
қайсыбір тепе-теңдік конфигурациясы болған жағдайда ғана орнықты молекула
түзілуі мүмкін. Екі атомды молекула ... мәні ... ... ... ... ... ... функциясы
ядролардың қозғалысы үшін ... ... ... ... ... ... энергиясы осы «потенциалдық» ... ... ... ... кинетикалық энергиясының қосындысы болып
табылады. Ядролардың (3) ... ... ... тербелуі екі атомды
молекулаға қарағанда көп күрделі, кіші ... ... ... күйіне оның энергиясының минимал мәні және
молекуланың ... ... деп ... ... белгілі салыстырмалы орналасуы сәйкес келеді. Ядролар осылай
белгілі тәртіппен ... ... ... ... жүйе ... тиіс.
Шынында ядролар тепе-теңдік орынның маңайында тербеліс ... ... ... ығысулар ядролардың ара қашықтығына салыстырғанда кіші ... ... ... молекуланы қатаң жүйе деп есептеп, молекула
конфигурациясын қарастыруға ... Екі ... ... үшін тепе-теңдік
конфигурация жалғыз параметрмен-ядроаралық тепе-теңдіктік қашықтықпен
анықталады.
Ал көп атомды молекула үш ... одан да көп ... ... ... ... ... ... жүйе. Сызықтық үш атомды
молекуланың өзінде үш ядроның орналасуын ... ... егер ... ... және деп ... және екі ... координат қажет. Сонда молекуланың потенциалдық энергиясы
аталған екі координат ... ... ал осы ... үш ... ... кескінделеді. Потенциалдық бет минимумының орны
және ... бар ... үш ... ... ... және электрондық энергия деңгейін анықтайды.
Бұдан күрделі молекула үшін тепе-теңдіктегі конфигурация ... ... ... көп ... ... ... ... орнымен анықталады. Сонымен көп атомды молекула – ядролар мен
электрондардан тұратын ... ... ... ... ... беті ... ... анықтайды.
Орнықты молекула түзілген жағдайда геометриялық тұрғыдан
функциясы ... ... (3) ... бар өлшемді бетті
береді.
Молекулалардың пішіні мен мөлшері
Молекуланың әрбір орнықты электрондық күйі ядролардың белгілі тепе-
теңдіктегі ... ... ... ... Осы ... конфигурация молекуланың электрондық энергиясының
минимумына және ... ... ... ... сәйкес
келеді. Қарастырылып ... ... ... салыстырмалы
координаттарының функциясы.
Тепе-теңдіктегі конфигурация параметрлерінің мәндері-салыстырмалы
координаттардың тепе-теңдіктегі мәндері-электрондық ... де ... ... ... ... ... ... орналасуы
берілген жағдайда молекуладағы электрондар белгілі тәртіппен қозғалады да
осыдан электрондық тығыздықтың тиісті таралуын ... ... ... орын ... ... ... ... тепе-теңдіктегі
конфигурацияға тербеліс деңгейлері мен тербеліс спектрлері елеулі түрде
тәуелді. Бұларға қоса ... тепе ... ... ... ... де тікелей тәуелді; демек айналыс деңгейлері
мен айналыс спектрлері де тәуелді.
Берілген молекула үшін ... ... ... ... ... ... ... мүмкін болатын тепе-теңдіктегі
конфигурацияларының ішінен негізгі электрондық күйдегі ... ... роль ... ... ... үшін ... энергиясының мүмкін болатын ең кіші энергиясы болып табылады ... ... ... ... ... ... Мұнда ескеретін нәрсе,
қозған ... ... ... конфигурацияларының
параметрлері негізгі күй параметрлерінен қатты айырмашылығы болуы мүмкін
екендігі.
Молекуланың пішіні мен мөлшері оның ... ... ... ... ... сәйкес молекуладағы атомдардың
құрылымдық формулалармен өрнектелетін белгілі орналасуы болады. Осы ... ... ... ... ... Молекула белгілі
тәртіппен орналасқан ядролардан және бұларды айнала қозғалатын ... ... ... ... ... ... Химиялық
қосылыстардың кеңістіктік құрылымы жөніндегі ілім-стереохимия-молекуланың
осы моделіне сүйенеді. Тепе-теңдіктегі конфигурация химиялық қосылыстардың
кеңістіктік ... ... ... ... ... ... ... арасындағы химиялық байланыстардың белгілі бағыттары
болады, бұл тиісті атомдардың ядроларын қосатын кесінділердің бағыттары, ... ... ... ... аралығының тепе-теңдік
қашықтық мәндері. ... ... ... үшін ... ... ... түсініктерге сәйкес, атомдар аралығының ... ... ... ... ... ... ... мәндерін
де беру керек. Мәселен, тетраэдр пішіні бар ... ... ... төрт ... ... ... және ... бірдей алты бұрыштар мәнін беруге болады.
Молекула мөлшері жөнінде айтқанда, ... деп нені ... ... ... алу ... ... толық мөлшерін сыртқы электрондық
қабық мөлшерімен анықтауға болады. Бірақ бұл ... ... ... ... Сондықтан әр түрлі құбылыстарды зерттегенде
молекулалар мөлшері үшін әр ... ... ... мүмкін. Ал ядролар
арасындағы тепе-тең қашықтық мәндері болса бұлар ара ... ... ... молекулалар мөлшерінің нақты сипаттамасын береді; бұған
қоса әр ... ... ... ... ... де ... ... Сондықтан молекула мөлшері деп тепе-теңдіктегі ... ... Бұл ... ... ... ...
тепе-тең қашықтықтар және бұрыштармен анықталады.
Химиялық қосылыстардың әртүрлі құрамы мен құрылысына ... ... мен ... ... ... ... ... сызықтық, жазық, жазық емес болуы ... ... ... ... ... ... ... т.т.
тұруы мүмкін. Сонда молекула қаңқасының – тепе-теңдіктегі конфигурациясының
иілгіштігі ... ... ... ... және басқа бөліктеріне
салыстырғанда молекуланың бір бөлігі оңай айналыс жасайтын молекулалар да
болуы ... ... ... мөлшері оны құрайтын атом саны неғұрлым ... ... ... ... ... ... ... көрші
атомдардың арасы әдетте нм, яғни м шамасында ... ... ... ... ... ... әдетте соншалықты осы
байланыстың тепе-теңдіктегі ұзындығы кіші ... ... ... екі ... ... ... үш
атомды молекула бар, мәселен, , , , кейбір көп атомды
молекулалар, мәселен, , ... Бұл ... ... ... бойында орналасқан.
Және тепе-теңдіктегі конфигурация көрші атомдар аралығының, тепе-тең
байланыстар ... ... ... Екі ... ... ... ... қашықтығы, осы қашықтық болады. 3-суретте
(а,б,в) кейбір сызықты молекулалар келтірілген.
Сызықтық емес жазық ... ... ... ... бір
жазықтықта орналасқан болады. Мұндай молекулаларға сызықтық емес барлық ... ... ... , , және төрт, бес, одан да ... ... ... ... жатады, мәселен, , .
Молекуланың тепе-теңдіктегі ... ... ... ... арасындағы тепе-теңдіктегі бұрыштарды беру арқылы
сипаттауға болады, немесе атомдар аралығындағы қашықтықтарды ғана ... ... ... су ... екі ... ұзындық мәнін және байланыстары арасындағы бұрыш
мәні арқылы немесе, байланыстар ұзындықтарының мәні және ... ... ... мәні ... ... болады. 3–г, д, е
– суретте жазық молекулалар келтірілген.
Ядролары ... ... ... ... жазық емес
молекулалар көп ... ... ... атомдары бар көптеген
молекулалардың жазық емес ... ... ... ... осындай молекулалардың кейбір мысалы келтірілген.
Химиялық байланыс
Молекула – орнықты жүйе. Демек, оның диссоциациялануы, яғни ... ... үшін оған ... ... ... керек. Бұл молекулаға
біріккен атомдардың энергиясы әсерлеспейтін жеке ... ... кіші ... көрсетеді. Демек, маңызды қорытынды мынадай:
атомдар жиынтығынан молекула түзілуі үшін ... ... ... байланыс) бұлардың жалпы энергиясының кемуін тудыруы қажет.
Молекулалардың диссоциациялану ... ... ... эВ
шамасында, ал атомның ішкі электрондарының байланыс энергиясы жүз тіпті мың
эВ–қа жететіндігі тәжірибеден ... ... ... ... ... біріккенде атомдармен күшті ... ... күйі ... ... тек ... әлсіз байланысқан
сыртқы электрондардың күйлері елеулі түрде өзгереді деп санауға болады. Дәл
осы өзгерістер молекулаға біріккен атомдардың ... ... ... Осы ... ... екі атом тығыз жақындасқанда не болатындығын
қарастырайық. Сонда шекті екі жағдай ... ... ... екі атом ... жақындасқанда атомның біреуінен бір немесе
бірнеше сыртқы электрон ... ... ... оның толмаған
электрондық қабығын толтыра бастайды. ... ... ... ... ұқсас оң және теріс зарядталған ... ... ... ... ... себепті біріне-
бірі тартылып, молекулаға бірігеді. Байланыстың осы түрін иондық
немесе гетерполярлық байланыс деп атайды. Осы ... ... , және ... ... ... екі атом ... спиндері қарама-қарсы бағдарланған сыртқы
электрондарының жұпталмаған бір немесе бірнешеуі қосарланып
(жұпталып) екі ... да ... ... ... (сонда әр
жұпқа (парға) әр ... ... ... ... екі ... ... Сонда бұлардың атомдық
қалдықтары арасындағы аймақта болу ... ... ... ... едәуір басым келеді. Демек жұпталған
электрондар атомдар аралығындағы ... ... ... ... ... күшін тудырып байланысты жасап
тұрады, яғни бұлардың жалпы энергиясын төмендетеді. Байланыстың
осы түрі коваленттік ... ... ... деп ... ... ... емес молекулаларда іске асады.
Осы айтылғандардан атомдар тығыз жақындасқанда бұлардың арасында не
коваленттік, не ... ... ... ... екі ... жағдай
байқалатындығын көреміз. Бұл жағдайларда атомдар жүйесіндегі (молекуладағы)
электрондық ... ... әр ... ... Коваленттік байланыс
жағдайында молекуладағы атомдар аралығындағы заряд біркелкі таралады.
Иондық ... ... оң және ... ... иондардағы заряд
немесе ге еселі артық болып, таралуы біркелкі болмайды.
Коваленттік байланыс
молекулалық ионы
Бір мәрте иондалған сутегі молекуласы, яғни ... ... ... ... ... ... ең қарапайымы болып
табылады. Молекулалық күйлердің орнықтылығы жөніндегі мәселені қарастыруды
осы бір электроны бар жүйеден бастаған жөн. ... бұл ... дәл ... ... ионы ... және екі протоннан тұрады.
Протондар массасы электрон массасынан көп үлкен, сондықтан олар электроннан
әлдеқайда баяу қозғалады. ... ... ... ... ... ... ... бір-бірінен қашықтықта тыныштықта тұрған
протондарды айнала қозғалады деп санауымызға ... ... ... ... жөніндегі есеп электронның потенциалдық
энергиясы
(5)
болғандағы Шредингер теңдеуін шешуге тіреледі. Мұндағы және ... және ... ... ... ... функциясын тауып оның энергиясын есептеп
шығара аламыз; бұдан кейін -нің ... ... ... ... мен ... ... энергиясының
қосындысы түрінде табамыз, яғни
(6)
Енді -ді айнымалы параметр ретінде ... жүйе ... ... ара ... ... ... есептеуге
мүмкіндік аламыз.
ионы үшін Шредингер теңдеуі мына түрге келеді
(7)
(7) теңдеуін дәл шешу ... әрі қиын ... ... ... ... табу үшін жуық әдісті қолданамыз. Сонда (7) теңдеуінің
дәл шешімінің барлық қасиеттерін табуға болады.
ионындағы электронның толқындық ... ... ... ... ... Бор ... радиусы) протон
маңында мүшесі елеусіз аз болады да (7) ... ... ... ... теңдеуіне ұқсас болады. Сондықтан осы жағдайда протон
маңында толқындық функциясының түрі сутегі ... ... ... функциясына шамамен ұқсас болады. Дәл осылай протон
маңында мүшесі кіші болады да толқындық ... түрі ... ... ... және ... ... тұрақтысы
сутегі атомының функциясы үшін ... ... ... өйткені
протондардың әрқайсысының маңында электронның болу ықтималдығы 0,5-ке тең.
Сонымен, дің үлкен мәні атомы мен ионы ... ... ... ... ... ... ионы үшін
есепке ұқсас болады. Осы жағдайдағы толқындық функция гелий ионының
негізгі күйдегі ... ... ... ... ... ... түрін шектік жағдайлар үшін білу арқылы ... ... ... ... тағайындауға болады. Ол үшін сутегі ... ... қосу ... Өйткені электронды әр протонның
маңында бірдей ықтималдықпен кездестіруге болады. болғанда электронды
протондар аралығындағы ... ... ... оны ... ... ... әлдеқайда артық екендігін 5-суреттен
көруге болады. Демек, ... ... ... ... ... біріне-бірін тартып тұратын теріс зарядтың артық мөлшері
пайда болады. Сонымен, пен ... ... ... тарту күші (байланыс) пайда болады. Егер осы күш протондардың
кулондық тебіліс күшінен ... ... онда ол пен ... ... ... біріктіре алады. Осы мүмкін бе деген сұраққа
жауап беру үшін және ... ... ... ... ... ... анықтау керек.
болғанда электрон энергиясы эВ ... ... ал ... эВ, яғни сутегі ... ... есе ... ионы ... тең ...
өзгергендегі нің бір шамадан екіншісіне ауысуы негізінен және
толқындық ... ... ... ... ...
аймағында өтеді. энергиясының параметр функциясы ... ... ... ... Осы ... протондардың
кулондық тебіліс энергиясы
(8)
дің функциясы ретінде кескінделген. Жүйенің ... ... ... мен ... кулондық
тебіліс энергиясының қосындысына тең. ... ол ... ... ... энергиясы қисығының минимумы бар, ол ... ... ... ... келеді. Және де тепе-теңдік қашықтық
шамалас, ал байланыс энергиясы-бірнеше эВ ... ... Осы ... үшін тәжірибе деректерімен ( нм, электронды ... ... ... ... 16,25 эВ) ... ... сутегі атомына және ... ... үшін ... эВ энергия қажет. Осы энергияны
әдетте байланыс энергиясы деп атайды.
7-суретте келтірілген және ... ... ... протонды протонмен алмастырғанда
ионының толқындық ... ... ... нормалаушы
тұрақты.
Бірақ және толқындық функцияларының антисимметриялық
(10)
комбинациясы да болуы мүмкін, ... ... ... ... ... және протондар аралығындағы
аймақта ... ... ... ... болады. Бұл
электронның осы аймақта болу ықтималдығының төмендеуін көрсетеді. ... ... ... ... заряд кемиді, осыдан протондар
арасында тартылыс күші пайда болмайды, демек, молекулалық ион ... ... ... да ... күші ... ... Енді және ... антисимметриялық комбинациясы ионының қозған
күйдегі толқындық ... жуық ... ... ... ... ... ... энергиясы және
жеке-жеке болғандағыға қарағанда үлкен ... Осы ... ... ара ... ге ... жүйесінің толық
энергиясы қалай өзгеретіндігін алдыңғыға ұқсас бағалауға мүмкіндік береді.
болғанда электрон ... ... ... эВ ... ... ... ... күйдегі гелий ионының толқындық функциясымен дәл
келеді. ... ... ... ... ... ... ... яғни ол ( үшін)
эВ
негізгі күйдегі сутегі атомының энергиясына тең болады.
Осыдан антисимметриялық күй үшін тен ... ... ... ... ... деп ... болады.
Шындығында, протондар аралығындағы кеңістікте ... ... ... ... ... ... ... байқалады. Бірақ ның осы төмендеуі антисимметриялық күй ... ... ... ... ... болу үшін ... ... пайда болмайды (8-сурет).
Сонымен, және жақындасқанда атомдық энергетикалық деңгей
және екі ... ... ... осы күйлер
энергияларының айырмасы ядролардың ара қашықтығы кемігенде артады.
симметриялы толқындық функцияға ... ... ... күйі,
яғни төменірек энергетикалық күйі сәйкес ... Ал ... ... ... орнықсыз, жоғарырақ (байланыспаған)
күйі сәйкес келеді. Осы жоғарырақ энергетикалық күйді
ионының ... ... ... күйі ... ... болады, бұл
байланыспаған күйі.
Қорытынды
Сыртқы магнит өрісінде атомның (немесе молекуланың) азғындалған энергия
деңгейлері азғындалмаған деңгейшелерге (зеемандық) жіктеледі. Бұл әр ... ... ... ... ... келетін сызықтардың
бірнеше құраушыларға ... және ... ... ... арасындағы еріксіз көшулердің пайда болуын тудырады.
Әлсіз магнит өрісі деп онымен атомның орбиталық магниттік ... ... ... ... әсерлесу энергиясы спин-орбиталық әсерлесу
энергиясына қарағанда кіші болатын өрісті айтады. ... ... ... ... толық магниттік моменті әсерлеседі, ал спин-орбиталық
байланыс үзілмейді. Осы ... ... ... ... ... Егер
атомның толық спині нөлге тең болса, онда әлсіз өрісте қарапайым ... ... ... ... деп онымен атомның магниттік моментінің әсерлесу
энергиясы ... ... ... ... ... айтады. Осының
нәтижесінде спин-орбиталық байланыс үзіледі. Күшті магнит өрісінде спин-
орбиталық байланыстың үзілу құбылысы ... ... деп ... ... нәтижесінде Зееманның күрделі құбылысы қарапайым құбылысқа айналады.
Штарк эффекті деп сыртқы электр ... ... ... ... ... Бұл ... ... өріс бойынша энергия деңгейлерінің
сыртқы өріс жоқтағы азғындалу дәрежесінің сипатына қарай сызықты ... ... ... да ... ... ... ... деңгейшелері арасында спонтандық
көшулер байқалмайды, ал бұлардың арасындағы еріксіз көшулер жиілігі мүмкін
болатын көшулер ... тең ... ... яғни ... ... ... іске ... Осы құбылыс магниттік резонанс деп аталады.
Зеемандық деңгейшелер арасындағы ... ... ... ... ... және ... әдістерімен
зерттеледі. Магниттік резонанс электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР)
және ядролық магниттік резонанс (ЯМР) ... ... ... тізімі
1. Ахиезер А.И. Атомная физика. Справочное пособие. – Киев, «Наукова
думка» - 1988.
2. Белый М.У., Охрименко Б.А. Атомная физика. – ... ... ... ... Борн М. ... ... – М.: Мир, ... Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. – ... ... ... А.Н. Атомная физика. – М.: Высшая школа, 1989.
6. Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной ...... ... ... Савельев И.В. Курс общей физики т. З. – М.: Наука, 1987.
8. Сивухин Д.В. ... курс ... ... и ... ... ... физика. – М.: Наука, 1986.
9. Соколов А.А., Тернов И.М., Жуковский В.Ч. Квантовая механика. – М.:
Наука, 1979.
10. Фриш С.Э. ... ... ... – М.: Л: ... ... ... Э.В. ... физика: В 2-х т. – М.: Наука, 1984.
12. Савельев И.В. Сб. вопросов и задач по общей ... – М.: ... ... И.Е. Сб. ... по ... и ... ... – М.:
Энергоатомиздат, 1984.
14. Трофимова Т.И. Сб. задач по ... ... – М.: ВШ, ... ... Ю.А. ... ... ... М.:Наука, 1983.
-----------------------
-----------------------
3

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Көлемі: 59 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 1 300 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Өндірістік улар және олармен улану6 бет
Дәрілік заттардың әсерінің ағза қасиеттеріне тәуелділігі8 бет
Дәрілік заттардың әсерінің биоырғақа тәуелділігі6 бет
Иондаушы сәулелердің бағыттарын анықтау тәсілі27 бет
Айнымалы магнит өрiсi12 бет
Айнымалы ток және электр тізбегіндегі резонанс10 бет
Жекелеген атомдардың энергия спектрларының ерекшеліктері23 бет
Жер сілкінудің магнитудасы11 бет
Жердің магнит өрісі10 бет
Жердің магнит өрісін зерттеу20 бет


+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь