20. Сілтілік элемент атомының энергия деңгейлері және спектрі. Кванттық ақау.

Сiлтiлiк элемент атомының құрылымы. Барлық Күрделi атомдар iшiнен сiлтiлiк элементтер (Li, Na, K, Rb, Cs) атомдарының сыртқы электрондық қабықшасы ең қарапайым-ол тек жалғыз электроннан тұрады. Атомның қалған (z-1) электроны ядромен бiрiгiп жеткiлiктi орнықты атомдық қалдық құрайды Осы атомдық қалдық құрылымы элементтердiң периодтық жүйесiндегi бұлардың (Li, Na, K ...) әрқайсысының алдында тұрған инерттi газ (He, Ne, Ar,...) атомынiкi қандай болса, дәл сондай болады. Осы жағдай сiлтiлiк металл атомын сутегi атомына ұқсас етедi және атомдық қалдық зарядының шамасы +1e-ге жуық (z_Т1) болатын тиiмдi ядро ролiн атқарады. Ал сiлтiлiк элемент атомының сутегi атомынан айырмашылығы-сыртқы (валенттiк) электронның атомдық қалдық iшiне бiраз ене алатындығымен байланысты. Жалпы кванттық заңдарға сәйкес атомдағы электрон қатаң бiр орынға шоғырланған емес, оның орнын дәл көрсетуге болмайды, негiзiнде оның координатын дәл көрсетуге болмайды, атом iшiндегi кеңiстiктiң белгiлi бiр бөлiгiнде болу ықтималдығын есептеуге немесе басқаша айтқанда, электрондық ықтималдық бұлт тығыздығын есептеуге болады. Кейбiр күйлерде сыртқы электронның ықтималдық бұлты атом қалдығы iшiне енiп кетедi, бұл жағдайда электронның әсерлесетiн z_T тиiмдi ядро заряды өсетiн болады.

Сiлтiлiк элемент атомдарының энергия деңгейлерi. Сiлтiлiк металл атомының стационарлық күйлерi энергияларын Шредингер теңдеуi көмегiмен табуға болады. Бiрақ мұнда потенциалдық энергия сутегi атомындағыдай емес басқаша болады. Егер сiлтiлiк металл атомында барлығы z электрон болса оның (z-1) электроны ядромен бiрiгiп едәуiр орнықты тұлға құрап тұрады; ал оның электр өрiсiнде атомдық қалдықпен жеткiлiктi әлсiз байланысқан сыртқы электрон қозғалады. Кейбiр мағынада сiлтiлiк металл атомдары сутегi тәрiздi болғанымен бiрақ толық дәл сондай емес.. Сонда валенттiк электрон қозғалатын поляризацияланған атомдық қалдықтың өрiсiн нүктелiк заряд өрiсiне диполь өрiсi қабаттасқан өрiс деп есептеп, потенциалдық энергияны жуық түрде былай өрнектеуге болады

, (1)

мұндағы (- )-сiлтiлiк металл атомдары өрiсiнiң сутегi атомы өрiсiнен айырмашылығы ескерiлетiн түзету. Атомдық қалдықтың электр өрiсi сфералық-симметриялы, яғни бұрыштарға (,) тәуелсiз деп санауға болады. Сонда сiлтiлiк металл атомы үшін Шредингер теңдеуiнiң бұрыштық бөлiгi сутегi атомындағыдай болады. R(r) радиалдық толқындық функция үшін Шредингер теңдеуi былайша өзгередi: сутегi үшін теңдеудегi орнына (1) өрнегiн қою керек болады.

Сутегi атомы үшін Шредингер теңдеуi (толқындық функцияның R(r) радиалдық бөлiгi үшін) мына түрде жазылады

47

(2)

(3)

Сiлтiлiк металдар атомдарының энергия деңгейлерi (3) формуласының сутегi атомы үшін формуладан өзгешелiгi, (n=n++1) бас кванттық сан орнына (n^=n++1) саны тұр. n^ саны ендi бүтін сан емес,  саны бүтін сан болмайды:

(4.8)

мұндағы _ түзету шамасы кванттық ақау деп аталады.

Сiлтiлiк металдар спектрлерi. Сiлтiлiк металл атомдарының шығару спектрлерi, сутегi атомының спектрi сияқты, көптеген спектрлiк сызықтардан тұрады.

Осы спектрлiк сызықтарды мұқият жүйелеу нәтижесiнде бұларды әрқайсысы қоздырылған атомның қандай да бiр белгiлi деңгейге ауысуымен байланысты серияларға топтастыру мүмкін болады.

Атомның мүмкін болатын стационарлық күйлерiнiң жиынтығын энергетикалық деңгейлер диаграммасы (схемасы) түрінде кескiндеу қолданылады. 4.5-4.7-суреттерде Li, Na, K атомдарының энергетикалық деңгейлер диаграммалары келтiрiлген. Бұларда электрон бiр энергетикалық күйден басқасына ауысқан кезде атом шығаратын немесе жұтатын кейбiр спектрлiк сызықтардың толқын ұзындықтары көрсетiлген.

Сiлтiлiк металдар иондарының спектрлерiн зерттеу атомдық қалдықтың импульс моментi нөлге тең болатынын көрсеттi. Демек, сiлтiлiк металл атомының орбиталық моментi оның сыртқы электронының моментiне тең болады және  кванттық санымен анықталады: .