Атомдағы төрт квант

Атомдағы төрт квант

санының мақсаты:    

Атом құрылымын, әсіресе электрондардың орналасуын және қасиеттерін сипаттау үшін квант сандары7:Кванттық механикада бөлшектің орны мен импульсі:    Кванттық механикада бөлшектің орны классикалық физикадағыдай нақты координатамен емес, ықтималдықпен сипатталады. Бөлшектің белгілі бір нүктеде болу ықтималдығы оның толқындық функциясының модулінің квадратымен анықталады: Р(x)=|psi(x)|2. мұндағы \psi(x) — бөлшектің координата кеңістігіндегі толқындық функциясы. Бұл функцияның физикалық мағынасы — бөлшектің кеңістікте қай жерде болуы мүмкін екендігін сипаттайтын ықтималдық амплитудасы. Кванттық механикада физикалық шамалар операторлар арқылы өрнектеледі. Импульс операторының координаталық бейнесі мына формуламен беріледі:  px=-iħ d/dx мұндағы :P x бағытындағы импульс операторы, i — мним бірлік (яғни i^2 = -1), \hbar = \frac{h}{2\pi} — Планктың редуцирленген тұрақтысы, dx } — координата бойынша алынған туынды Импульс операторы толқындық функцияға әсер етіп, бөлшектің импульсі туралы ақпарат береді. Осы операторды толқындық функцияға қолдансақ: px u(x)=-iħ d/dx u(x) Бұл өрнек бөлшектің импульстік қасиеттерін есептеуге мүмкіндік береді. Бөлшектің орны мен импульсі арасында Гейзенбергтің белгісіздік принципі бар. Бұл принцип бойынша бөлшектің координатасы (x) мен импульсі (p) бір мезетте дәл өлшенбейді. Олардың арасындағы белгісіздік мына теңсіздікпен өрнектеледі:dX*dP>ħ/2 Бұл теңсіздік — кванттық жүйелердің іргелі қасиеті. Яғни, бөлшектің орнын неғұрлым дәл білсек, оның импульсі туралы біліміміз соғұрлым анық емес болады және керісінше.Қорыта айтқанда, кванттық механикада бөлшектің орны ықтималдықпен, ал импульсі оператор арқылы сипатталады. Бұл екі шама арасында белгісіздік шегі бар, ол табиғаттың фундаменталды қасиетін көрсетеді

 қолданылады. Электронның энергия қоры мен қозғалыс сипатын сипаттайтын төрт квант саны бар: n – бас квант саны, ℓ – орбитальдық (қосымша) квант саны, mℓ – магнит квант саны, ms – спин квант саны. 1. Бас квант саны (n).  Бас квант саны электронның негізгі энергетикалық деңгейін және орбитальдің мөлшерін көрсетеді. Ол тек бүтін оң сандарды қабылдайды: n = 1, 2, 3, … және әріптермен де белгіленеді: K, L, M, N. Мысалы, n=1 – бұл бірінші энергетикалық деңгей, ал n=2 – екінші деңгей дегенді білдіреді. Әр деңгейдегі электрон саны келесі формуламен анықталады: Σν(e) = 2n² Бұл квант саны атомның периодтық жүйедегі орналасқан периодымен байланысты. 2. Орбитальдық квант саны (ℓ). ℓ квант саны электронның орбиталь пішінін және оның энергетикалық деңгей ішіндегі орналасуын сипаттайды. ℓ мәндері 0-ден (n–1)-ге дейінгі бүтін сандар болады. ℓ мәндері орбиталь пішініне сәйкес әріптермен белгіленеді: ℓ = 0 → s (шар тәрізді) ℓ = 1 → p (гантель тәрізді) ℓ = 2 → d (күрделі пішіндер) ℓ = 3 → f (өте күрделі пішіндер) Магнит квант саны (mℓ) Бұл квант саны орбитальдың кеңістіктегі бағытын көрсетеді. Оның мәні ℓ-ден тәуелді болады және мынадай аралықта өзгереді: mℓ = –ℓ, …, 0, …, +ℓ:  4. Спин квант саны (ms). Спин – бұл электронның өз осінің бойымен айналуы. Электронның айналу бағыты екі түрлі болады: ms = +½ немесе –½ Бір орбитальда қарама-қарсы спинмен тек екі электрон ғана орналасады. Бұл квант саны алғаш рет Штерн мен Герлахтың тәжірибесі арқылы анықталған.

2. Т-кварк, в-кварк және тау-нейтрино туралы сипаттама:    Т-кварк — кварктардың ең ауыры және үшінші ұрпаққа жатады. Ол химияда тікелей кездеспейді, бірақ жоғары энергиялы физикалық процестер мен элемент түзілу теорияларында маңызы зор. Т-кварк өте тұрақсыз және әлсіз өзара әрекеттесу арқылы тез ыдырайды. Формуласы: t → W⁺ + b (Т-кварк W⁺ бозоны мен В-кваркқа ыдырайды.) В-кварк — массасы жоғары, бірақ салыстырмалы түрде Т-кваркқа қарағанда ұзақ өмір сүретін бөлшек. Ол B-мезондардың құрамына кіреді және оның ыдырауы арқылы химиялық элементтердің симметрия бұзылуы зерттеледі. Ядролық химияда бұл кварктың рөлі — материя мен антиматерия арасындағы айырмашылықты түсіндіру.Формуласы: b → c + W⁻ немесе b → u + W⁻. (В-кварк әлсіз өзара әрекеттесу арқылы жеңілірек кварктарға ыдырайды.) Тау-нейтрино — зарядсыз, өте аз массаға ие бөлшек. Ол тек әлсіз өзара әрекеттесуге қатысады және ядролық реакциялар мен жұлдыздардағы термоядролық процестерде рөл атқарады. Бұл бөлшек химияда тікелей қолданылмаса да, элемент түзілу процестерін түсіндіру үшін маңызды. Формуласы: τ⁻ → e⁻ + ν̅ₑ + ν_τ  (Тау-лептон электрон, электрон-антиниейтрино және тау-нейтриноға ыдырайды.) Сондықтан оларды массасының өсуіне қарай мынадай әріптермен белгілейді: u, d, s, c, b, t. Соңғы t-кваркін өте ауыр болғандықтан бақылау мүмкін болмай отыр. d, s, b – кварктардың зарядтары (протон заряды бірлігінде): –1/3-ге, ал қалғандарының зарядтары +2/3-ге тең. Кәдімгі қарапайым зат ядро нуклон/ң құрамына енетін u және d кварктардан құралады. Бұдан да гөрі ауыр кварктар зарядталған бөлшектер үдеткіштерінде жүргізілген тәжірибелер кезінде жасанды түрде алынуы не ғарыштық сәулелер құрамында байқалуы мүмкін. Көптеген жылдар бойы жүргізілген зерттеулерге қарамастан кварктар (жеңіл де, ауыр да) бос күйде тіркелген жоқ.