Атом құрылысы

№1 Дәріс: Паули   принципі.   Атомдағы   электрондардың қабаттар мен қабықтар бойынша үлестірілуі. Элементтердін   периодтық   жүйесі   және   онын физикалық түсіндірілуі.

Лекцияның оқыту нәтижелері: 

ПОН 1 - Атом физикасының даму тарихын, оның негізгі заңдары мен принциптерін меңгеріп, оларды кәсіби міндеттерді шешуде қолдануды біледі;

Лекция мазмұны:

Көп электронды атомдағы электронның кванттық сандары. Сутегі атомындағы электронның күйін дәл сипаттау үшін бұрыннан белгілі n, l, ml үш кванттық санға спиндік ms кванттық санды косу керек болады.

Кванттық сандардың осындай жиыны сутегі атомындағы электронның күйін мейлінше толық сипаттайды; бұлар кванттык сандардың толық жиыны деп аталады.

Көп электронды атомдарды қарастырғанда, нолінші жуыктауда, әрбір электрон ядро және қалған электрондар біріктіріп тудыратын орталық өрісте қозғалады деп санауға болады. Осындай өріс жағдайында электрон күйінің мейлінше толық сипатталуын қамтамасыз ететін кванттық сандардың толық жиыны дәл сутегі атомындағыдай жиын болады.

Сонымен, атомдағы электрон күйі төрт кванттық санмен сипатталады:

бас кванттық сан n=1,2,…

орбиталық кванттық сан l=0,1,2 .., n-1;

магниттік кванттық сан ml=0, ±1, ±2,.., ±l;

спиндік кванттық сан ms=+1\2, -1/2.

Көп электронды атомдарда электрон күйінің энергиясы n және l кванттық сандарына тәуелді (l бойьшша азғындалу жойылған), ал ml және ms - кванттық сандарына тәуелділігі әлсіз болады.

Энергияның n бас кванттық санға тәуелділігі, әдетте, l орбиталық санға тәуелділігіне қарағанда күштірек. Сондықтан n мәндері кіші энергетикалық деңгейлерге қарағанда n мәні үлкен деңгей, l мәніне тәуелсіз, энергиясы бойынша жоғары орналасады.

[pic 1]

формуласы бойынша n бас кванттық санның әр түрлі мәндері үшін атомньщ кванттық күйлерінің саны анықталады:

1-кесте

l орбиталық кванттық сан мәндері әр түрлі күйлерді белгілеу үшін кіші латын әріптері s, р, d, f,g… пайдаланылады. Анықтама бойынша s-күйлерде, l=0 р-күйлерде l=1, d-күйлерде l=2, және т.т.

n және l кванттық сандары тұрақты күйлер үшін мынадай белгілеулер қолданылады: 1s, 2s, 2р, және т.т. Бұлар қабық деп аталады.

Әр түрлі қабықтардағы күйлердің саны төмеңдегі 2-кестеде көрсетілген.

2-кесте

Енді n және l мәндері тұрақты күйлердің топтарын (қабықтарды) қабатпен байланыстырайық. Бұлардың анықтамасына сәйкес К-қабатта 1s-күйі, L-қабатта (2s+2р)-күйлері, М-қабатта (3s+3p+3d)-күйлері болады және т.т.

2. Атомдардағы электрондар n,l,ml,ms (немесе n,l,j,mj) төрт кванттық санның әртүрлі жиынтықтары сәйкес келетін әртүрлі күйлерде бола алады.

Атомның Z реттік номері артқанда атомның электроңдык деңгейлері   жүйелі   қатаң   белгілі   тәртіппен   толтырылады.

Деңгейлердің осындай тәртіппен толтырылуын Паули тапты. Кейіннен осы жаңалық Паули принципі деп аталды:

Кез келген кванттык күйде бір электроннан артык электрон болмайды.

Сондықтан қозбаған атомның әрбір келесі электроны әлі толтырылмаған деңгейлердің ең төменгісіне орналасуы тиіс. Егжей-тегжейлі тексеру Паули принципінің дұрыс екендігін сенімді растап берді.

Басқа сөзбен айтканда атомда (және кез келген кванттық жүйеде) барлық төрт кванттық сандарының жиыны бірдей болатын екі электрон болуы мүмкін емес.

3. Берілген  n  мәніне бір-бірінен  l,ml,ms   кванттык сандары өзгеше 2n2 күй сәйкес кследі. n кванттық сан мәндері бірдей болатын атомдағы электрондар жиынтығы электрондык кабат кұрайды. n мәндеріне сәйкес қабаттар былай белгіленеді: K,L,M,….

Қабаттар l кванттық сан мәндері бойынша электрондык қабыққа бөлінеді. Қабықтағы әртүрлі күйлер ml және ms кванттық сан мәндерімен өзгеше болады. Қабыктағы күйлер саны 2(2l+1)-ге тең. Кабыктар былай белгіленеді: 1s;2s,2p;3s,3p,3d;..., мұндағы 1, 2,... сандары n кванттықсан мәндері, яғни қабықтың тиісті қабатқа (К,L,...) жататындығын көрсетеді.