5. Микробөлшектердің толқындық қасиеттерінің тәжірибелік расталуы(Дэвиссон мен Джермер, Томсон, Тартаковский тәжірибелері)

Дэвиссон және Джермер тәжірибелері

Бөлшектердің толқындық қасиеттері анық байқалған тәжіри-белерге америка физиктері К.Дэвиссон және Л.Джермер тәжірибелері жатады 1.Тәжірибе схемасы 4.1-суретте көрсетілген. =50⁰ және үдет-кіш кернеу U=54 В болғанда шағылған электрондардың әсіресе айқын максимумы байқалған.

О сы максимумды мына формулаға сәйкес

dsin=. (4.6)

формула бойынша есептелінген U=54 В үшін дебройльдық толқын ұзындығы 0,167 нм-ге тең. Осыған сәйкес формуладан табылған толқын ұзындығы болса, ол 0,165 нм-ге тең. Осы дәл келу-ден алынған нәтижені де Бройль жорамалының расталуы ретінде қабылдау керек.

.

Томсон және Тартаковский тәжірибелері

Р ентген сәулелері үшін Дебай және Шеррер ұсынған әдісті қолданып, Дж.Томсон және С.Тартаковский (1928 ж.) жұқа поли-кристалдық пленкалар арқылы электрондар өткенде пайда болатын дифракциялық көрініс дәл Дебай-Шеррер рентгенограммалары сияқты болатындығын көрсетті. Тәжірибе схемасы 4.4-суретте кескінділген.

Шапшаң электрондардың (1) жіңішке шоғы жұқа (2) поликрис-талдық пленканы атқылайды. Дифракцияланған (3) электрондар шоғы (4) фотопластинкаға түседі. Сонда бұл пластинканың бетінде орталығында тұтасқан дағы бар бірнеше концентрлік шеңберлер (сақиналар) түріндегі көрініс пайда болады. Осы электронограмма 4.5-суретте көрсетілген.

Сөйтіп Дж.Томсон тәжірибелерінің нәтижелері электронның толқындық табиғаты жөніндегі де Бройль гипотезасының дұрыс екендігін көрсетеді.

Дж.Томсон тәжірибесінде шапшаң электрондар шоғы пайдалан-ғандығы айтылған болатын. Ал орыс физигі П.С.Тартаковский баяу қозғалатын электрондар шоғын жұқа слюда, алюминий пленкадан өткізіп, жоғарыда айтылғандай дифракция құбылысын байқады. Сонымен тәжірибе жүзінде электронның толқындық табиғаты толық дәлелденді.

6. Резерфорд тәжірибелері. Атомның ядролық моделі.

Томсон моделі. Осы модельге сәйкес атомның оң заряды сфера тәрізді атомды біркелкі толтырып тұруға тиіс, ал оның ішінде нүктелік теріс зарядтар – электрондар атом бүтіндей бейтарап бола-тындай мөлшерде сфераның әр жеріне орналасқан болады.

Р езерфорд тәжірибелері. Томсон моделіндегі қайшылықтарды атом қойнауын әйтеуір бір амалмен тікелей барлап қарау арқылы шешуге болатын еді. Міне осындай тәжірибені ағылшын физигі Э.Резерфорд және оның шәкірттері Г.Гейгер, Э.Марсден жүргізді Тәжірибелер Томсон моделінің келісім-сіздігін көрсетті. Осы тәжірибелер нәтижелеріне сүйеніп Э.Резерфорд атомның жаңа ядролық моделін ұсынды (1911). Атомның бұл моделінің шығуы -бөлшектері көмегімен жүргізілген мынадай тәжірибелерге негізделген болатын.

 -бөлшектердің басым көпшілігі фольгадан негізінен бос кеңістіктен өткендей түзу сызықты жолынан ауытқымай өтетіндігі байқалған. Резерфордтың пікірі бойынша бұл оң зарядталған -бөлшектер кеңістіктің өте кішкентай аймағында шоғырланған ауыр оң зарядтың тебуіне душар болған жағдайда ғана мүмкін болады

Резерфорд былай ұйғарды: атом өте кішкентай, бірақ ауыр, оң зарядталған ядродан және оны қайсыбір қашықтықта қоршаған электрондардан тұрады. Электрондар ядроны айналып қозғалуы тиіс болды, өйткені, егер олар тыныштықта болса, онда электрлік кулондық тарту әсерінен ядроға құлаған болар еді. Резерфордтың бағалауы бойынша ядро мөлшерінің реттік шамасы 10^-15-10^-14 м болуға тиіс. Атом құрылысының осындай моделі планетарлық немесе ядролық модель деп аталды.

.

Осы формула Резерфорд формуласы деп аталады.

А томның планетарлық моделінің классикалық физика көріністерімен үйлеспеуі. Ядро айналасында қоз-ғалатын электрондардың центрге тартқыш үдеуі бола-тындықтан олар үздіксіз электромагниттік толқындар шығаруы тиіс. Сәуле шығару-дан энергияның шығынға ұшырап, азаюы нәтижесінде электрондар орбитасының радиусы үздіксіз кішірейе беруге тиіс, ең соңында электрон ядроға құлауға тиіс, яғни классикалық физика тұрғысынан планетарлық модель түріндегі атом жалпы өмір сүре алмайды

Классикалық физика тұрғысынан атом шығаратын сәуле жиілігі электрондардың айналу жиілігімен дәл келуге тиіс және осы негізгі жиілікке еселі жиіліктерде құрамында болуға тиіс. Сәуле спектрінің осындай сипаты атомдық спектрлерде байқалатын заңдылықтарға толық қарама-қайшы келеді.

7. Атомдық спектрлер. Сериялық заңдылықтар. Спектрлік терм. Комбинациялық принцип. Атомдық спектрлер. Сериялық заңдылықтар.

19-ғ. екiншi жартысында жүргізiлген зерттеулер нәтижесiнде әрбiр химиялық элементтiң атомдарының буы белгiлi бiр қолайлы жағдай жасалып қоздырылғанда сызықтық спектр деп аталатын жеке сызықтар жиынтығынан тұратын сызықтық спектр шығаратындығы; және де әрбiр химиялық элемент атомдарына тек осы элементке тән нақты сызықтық спектр сәйкес келетiндiгi тағайындалды. Сонымен, заттың сапалық және сандық құрамын оның сызықтық спектрiн зерттеу арқылы анықтаудың физикалық тәсiлi-спектрлiк талдау негiздерi қаланды. Химиялық элементтердiң сызықтық спектрлерiн зерттеу нәтижелерiн талдаудан спектрлерде сызықтар ретсiз, қалай болса солай емес, заңдылықпен орналасады деген қорытынды жасалды. Ендi осы заңдылықтарды тағайындау және бұларды түсіндiру мiндетi алға қойылды.

Сутегiнiң сызықтық спектрiн егжей-тегжейлi зерттеп, швейцариялық мектеп мұғалiмi И.Бальмер (1885) спектрде сол кезде белгiлi тоғыз сызықтың толқын ұзындықтарын мына формула бойынша

(1)

табуға болатындығын тапты; мұндағы В=364,6 нм, ал n=3,4,5,... бүтін мәндерiн қабылдайды. (1) формуланы Швед ғалымы И.Ридберг (1890) басқа түрде жазуды ұсынды:

, (2)

м

32

ұндағы -спектрлiк сызықтың толқындық саны, см^-1, -толқын ұзындығы, R-тұрақты шама, Ридберг тұрақтысы деп аталады; n=3,4,5,... (2) формула өте жоғары дәлдiкпен тәжiрибеге сәйкес келетiн нәтижелер бередi.

(2) формула қамтитын сутегi атомының спектрлiк сызықтар тобы Бальмер сериясы деп аталады..

Сутегi атомы спектрiнде Бальмер сериясына жататын сызықтардан басқа сызықтар да бар. Олар бiрнеше серия құрайды.

Спектрдiң ультракүлгін бөлiгiндегi бiр топ сызықтар Лайман (1906) сериясы деп аталады:

n=2,3,4,...

Сутегi спектрiнiң жақын инфрақызыл бөлiгiнде Пашен (1908) сериясы деп аталатын бiр топ сызық бар. Бұлар мына формуламен өрнектеледi:

n=4,5,6,...

Бұдан басқа спектрдiң алыс инфрақызыл бөлiгiнде үш серия бар.

Олар: Брэкет сериясы (1922): n=5,6,7,...

Пфунд сериясы (1924): n=6,7,8,...

Хэмфри сериясы (1953): n=7,8,9,...

Спектрлiк терм. Комбинациялық принцип. Атомдардың сызықтық спектрлерiн зерттеу нәтижелерiне сүйенiп, Ридберг (1889) берiлген серияның барлық сызықтарының толқындық сандары мына қатынасты

(3)

қанағаттандырады деген қорытынды жасады; мұндағы m-тұрақты, серияны анықтайтын тұрақты мәнге ие сан, ал n cанының өзгерiсi (n=m+1, m 2,...) берiлген серияның барлық сызықтарын бередi; Т(m), Т(n)-спектрлiк термдер. Сутегi атомының (2) сериялық формуласымен салыстырудан спектрлiк термдердiң тиiсiнше мына қатынастарға

Т(m)=R/m² және Т(n)=R/n² (4)

тең болатындығы келiп шығады.

1908 ж. Ритц тәжiрибелiк деректердi қорыту нәтижесiнде комбинациялық принцип деп аталатын ереже ұсынды. Осы ережеге сәйкес, кез-келген атомның шығару спектрiндегi барлық сызықтарды спектрлiк термдердiң (3) комбинациясы түрінде өрнектеуге болады.