23.Ядро спині.Атомның энергия деңгейлерінің және спектрлік сызықтарының аса нәзік түзілісі.

Ажыратқыштық қабілеті аса жоғары құралдар арылы сілтілік металл атомдарының спектрлік сызықтарын зерттегенде бұлардың нәзік түзілісі - дублетінің әрбір құраушысы бірнеше сызыққа жіктеліп,күрделі мультиплет түрінде көрінеді.Сонда натрийдің сары дублетінің нм сызығы 6 құраушыға,ал нм сызығы 4 құрашыға жіктелетіндігі анықталды(1- сурет).Сызықтардың осыған ұқсас жіктелуі көптеген атомдарда байқалады.Спектрлік сызықтардың осылай жіктелуін бұлардың аса нәзік түзілісі деп атайды.

²

2

1

F

F

0

3

2

3²

1

0,2пм

0,2пм

2,3пм

2,1пм

1-сурет.

Аса нәзік түзіліс құраушыларының санын атомдық спектрдің нәзік түзілісіндегі сияқты табуға,яғни ядролық спин ескерілген атомның векторлық моделі көмегімен анықтауға болады.Осы жағдайды атом күйін атомның толық моментін

(1)

анықтайтын F толық кванттық санымен сипаттайды.

I және j берілген жағдайда векторының абсолют шамасы

= (2)

мұндағы

Ядроның спині болған жағдайда j кванттық санымен сипатталатын әрбір энергетикалық деңгей дәл осыншама жеке деңгейшелерге жіктеледі (1а-сурет).

Сутегі және сутегі тәрізді иондар үшін А тұрақтысының шамасы A= , (3)

Мұнда R- Ридберг тұрақтысы ; нәзік түзіліс тұрақтысы.

А тұрақтысы арқылы

формуланы ықшамдап жазуға болады

. (4)

Деңгейлер арасындағы көшулер мына сұрыптау ережелерін ΔF=0,±1 ( көшуден басқа) қанағаттандырады.

(4) өрнегіне сәйкес көрші деңгейлердің арақашықтығы мынаған

- (5)

тең болатындықтан,спектрлік сызықтардың аса нәзік түзіліске жіктелуі мына өрнекпен анықталады:

(6)

Аса нәзік түзіліс құраушыларының арақашықтықтары аралықтар ережесін қанағаттандырады:

…=(F+1):(F+2):(F+3):… (7)

Бұл ереже тәжірибеде өте дәл орындалады.Мұның өзі аса нәзік түзіліс табиғатының дұрыс түсіндірілгендігін көрсетеді және спектрдің аса нәзік түзілісі бойынша тікелей ядролық спиндерді анықтауға мүмкіндік береді.

Сутегінің жеңіл изотопы үшін ядро спині I=1/2.Атомның негізгі күйі 1 (n=1,l=0,j=1/2) үшін F=I±j: болады.Сонымен,сутегі атомының 1 деңгейі екі деңгейшеге жіктеледі(2-сурет).

Аса нәзік түзіліс,әрине,сутегі атомының 1 деңгейінде ғана емес қозған деңгейлерінде де бар.Бұл жағдайда n,l,j кванттық сандар өскен жағдайда жіктелу шамасы тез кемиді.Бір элемент изотоптары ядроларының спиндері әр түрлі болатындықтан,әрбір изотоп үшін өзінің,басқадан өзгеше аса нәзік түзілісі болады.

1²

H¹

F₂=1

F₁=0

ΔE=5,9·10^-6эВ

2-сурет

24.Сипаттауыш рентгендік спектрлері.Мозли заңы,графигі. Қоздырылу жағдайларына қарай рентгендік сәулелер тежеулік рентген сәулелері және сипаттамалық рентген сәулелері деп екіге бөлінеді.

Рентген сәулелерінің спектрі. Рентгендік түтікшенің антикато-дын электрондармен атқылағанда пайда болатын рентгендік спектрлер екі түрлі: тұтас және сызықтық болады. Тұтас спектрлер антикатод затында жылдам электрондар тежелген кезде пайда болады және бұлар электрондардың тежеулік сәуле шығаруынан алынады. Осы спектрлердің түрі антикатод затына тәуелді болмайды.

Рентгендік түтікшедегі кернеуді өсіргенде тұтас спектрмен қатар сызықтық спектр байқалады. Ол жеке сызықтардан тұрады және анти-катод затына тәуелді. Әрбір элементтің өзіне тән сызықтық спектрі болады. Сондықтан осындай спектрлер сипаттамалық деп аталады.

Сипаттауыш рентгендік спектрлердің пайда болу механизмі.

Сипаттамалық рентген сәулесі анодқа соғылатын электрондар энергиясы атомның ішкі қабаттарынан электронды жұлып шығару үшін жеткілікті болғанда байқалады. Бұл сәуленің сипаттамалық деп аталу себебі, ол анод затын сипаттайды, ол зат табиғатына тәуелді, ал үдеткіш потенциалға тәуелді емес. Әрбір элемент жеке, әлде химиялық қосынды түрінде тұрғанына қарамастан нақты, тек өзіне тән спектр береді. Мәселен, І₁ йод атомының және І₂ йод молекуласының сипаттамалық спектрі бірдей болады. Рентгендік сипаттауыш спектрлер осынысымен оптикалық спектрлерден қатты өзгеше болады, өйткені бір элементтің атомдық күйдегі және молекулалық күйдегі оптикалық спектрлері біріне-бірі тіпті ұқсамайды. Рентген спектрлері оптикалық спектрлер сияқты күрделі емес, қарапайым. Бұлар K, L, M, N және О әріптерімен белгіленетін бірнеше сериялардан тұрады. Әрбір серия бірнеше сызықтан ғана тұрады және бұлар жиіліктің өсу ретіне қарай , , ,... (К_, К_, К_,...L_, L_, L_,...т.т.) индекстерімен белгіленеді. Әр түрлі элементтердің сипаттамалық рентген спектрлері өзара ұқсас, бұлар элементтердің Z атомдық нөмірі артқан сайын рентгендік спектр бүтіндей қысқа толқындар алқабына қарай өз құрылымын өзгертпей тек жылжып отырады.

Мозли заңы. Атомның әрбір электроны ядро мен “ішкі” және “сыртқы” электрондар тудыратын электр өрісінде болады. Сыртқы электрондар өрісінің ішкі электрондар энергиясына ешқандай әсері жоқ десе де болады. Сондықтан рентгендік деңгейлердің энергиясы бірінші жуықтауда сутегі тәрізді атомдар формуласына ұқсас формуламен есептеледі:

. (1)

Энергияның сақталу заңына сәйкес рентген кванттарының энергиясы атомның алғашқы және соңғы күйлері энергияларының айырымына тең

. (2)

Экрандау тұрақтысын деңгейлер үшін емес, тікелей спектрлік сызықтар үшін енгізуге болады. Сонда (11.3) формула ықшамдырақ түрге келеді

. (3)

формуладан элемент неғұрлым ауыр болса, оның шыға-ратын сипаттамалық рентген сәуле-лерінің толқыны, соғұрлым қысқа (жиіліктері үлкен) болатыны көрі-неді. Сөйтіп рентген сәулесінің толқынының ұзындығы элементтің атомдық нөміріне тәуелді. Осы заңдылықты 1913 ж. ағылшын физигі Мозли тәжірибе жүзінде ашқан. Ол К-серияның берілген сызығы жиілігінің квадрат түбірінің элементтің Z атомдық нөміріне тәуелділігі сызықтық байланыспен өрнектелетінін тағайындаған (11.5-сурет):

(4)

мұндағы С,  – тұрақтылар. С мен -ның басқа мәндері бар осы формула L-серия үшін де, тағы басқа сериялар (М, N,...) үшін де дұрыс болады. Осы формула Мозли заңы деп аталады. Бір элементтен келесі элементке ауысқанда сипаттамалық рентгендік спектрлердің ығысуын осы формула анықтайды.