4.Метод Лауэ рентгеноструктурного анализа.

Методы исследования структуры кристалла с помощью дифракции на их кристаллической решетке называются методы рентгеноструктурного анализа. Существуют 2 типа взависимости от условий.

К методу 1 типа относятся методы в которых угол падения на кристалле постоянен, но можно измерять длину волны излучения. Т.е. кристалл облучается с излучением сплошным спектром. Впервые такой метод изобрел Лауэ и называется он методом Лауэ, на кристалл, ориентированный под определенным углом по отношению к пучку падает пучок со сплошным спектром. Среди многообразия длины волн найдется волна, волны длины которой будет удовлетворять трэк для данной системы кристаллических плоскостей. Этот метод применяется для определения ориентирования и симметрии кристалла.

В методе второго типа используется источник монохроматического света, а меняется положение кристалла по отношению к лучу. Методы кристалла можно осуществить 2 способами:

Метод Брэгга рентгеноструктурного анализа.

1)Метод вращения заключается в том, что монокристалл вращают вокруг определенной оси перпендикулярной падающему монохроматическому лучу, что различные плоскости кристалла последовательно ставят в положении соответствующих условию Вульфа-Брэгга.

Метод Дебая-Шерера рентгеноструктурного анализа.

2)Метод Дебая-Шерера поликристалл или мелкий порошок из монохроматического излучением во множестве произвольно ориентированных найдутся такие ориентировка которых отвечает условие Вульфу-Брэггу. Лауэграмма:

5Во́лны де Бро́йля В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не является особенностью только оптических явлений, а имеет универсальный характер. Частицы вещества также обладают волновыми свойствами

— волны вероятности (или волны амплитуды вероятности^[1]), определяющие плотность вероятности обнаружения объекта в заданной точкеконфигурационного пространства. В соответствии с принятой терминологией говорят, что волны де Бройля связаны с любыми частицами и отражают их волновую природу.

6 В 1923 г. Комптон, американский физик, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянном веществом лучах наряду с первоначальным излучением присутствуют лучи с большей длиной волны. Такое поведение рентгеновских лучей можно только с квантово-механических позиций. Если рентгеновские лучи состоят из квантов – частиц, то эти частицы при столкновениях с покоящимися электронами должны терять энергию, точно так же, как теряет энергию быстро летящий шарик при столкновении с покоящимся. Летящий шарик, потеряв энергию, замедляется. Фотон замедлиться не может, его скорость всегда равна скорости света, собственно он сам и есть свет. Но поскольку энергия фотона равна  , то фотон реагирует на столкновение уменьшением частоты.

В 1924 г. де Бройль высказал гипотезу, что фотоны не являются исключением. Другие частицы также по мысли де Бройля должны обладать волновыми свойствами. Причем связь между энергией и импульсом, с одной стороны, и длиной волны и частотой, с другой стороны, должна быть точно такая же, как для электромагнитных фотонов.

Для фотонов  ,  . По предположению де Бройля с частицей должна быть связана волна вещества с частотой   и длиной волны  .

Что это за волна и в чем ее физический смысл, де Бройль сказать не мог. На сегодняшний день принято считать, что волна де Бройля имеет вероятностный смысл и характеризует вероятность нахождения частицы в различных точках пространства.

Самое интересное  в этом то, что волновые свойства частиц были обнаружены экспериментально.

В 1927 г. Дэвиссон и Джеммер обнаружили дифракцию пучков электронов при отражении от кристалла никеля.

В 1927 г. сын Дж.Дж. Томсона и независимо от него Тартаковский получили дифракционную картину при прохождении электронного пучка через металлическую фольгу.

В дальнейшем были получены дифракционные картины и для молекулярных пучков.

7 . Опыты Франка Герца.

Состояние атомн систем дискретн, а эн свободн электронов мы можем менять непрерывно, то и эн эл-ов будет меняться дискретно.(1913г).

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ, спектры оп­тические, получающиеся при испуска­нии или поглощении электромагнитного излуче­ния свободными или слабо связанными атомами (например, в газах или парах). Атомные спектры являются линейчатыми, т. е. состоят из отдельных спектральных линий, характе­ризуемых частотой v излучения, которая соответствует определенному квантовому пе­реходу между уровнями энергии Атомные спектры поглощения (аб­сорбционные атомные спектры) получаются при прохождении излучения непрерыв­ного спектра через атомные газы или пары. Различные атомные спектры получают и наблю­дают с помощью спектральных прибо­ров. В зависимости от способа возбуж­дения атома могут возникать отдельные линии спектра, некоторые его участки или весь спектр. Атомные спектры испускания нейтральных атомов часто называют дуговыми, т. к. нейтральные атомы легко возбуждаются в электрической дуге; соответственно атомные спектры ионов называют искровыми. Спектры ионов смещены относительно спектров нейтральных атомов в область больших частот.

8 Резерфорд предложил принципиально новую модель атома, напоминающую по строению Солнечную систему и получившую название планетарной. Она имеет следующий вид. В центре атома находится положительно заряженное ядро, размеры которого (~10^-12см) очень малы по сравнению с размерами атома (~10^-8 см), а, масса почти равна массе атома. Вокруг ядра движутся электроны, подобно планетам вокруг Солнца; число электронов в незаряженном (нейтральном) атоме таково, что их суммарный отрицательный заряд компенсирует (нейтрализует) положительный заряд ядра. Электроны должны двигаться вокруг ядра, в противном случае они упали бы на него под действием сил притяжения. Различие между атомом и планетной системой состоит в томчто в последней действуют силы тяготения, а в атоме - электрические (кулоновские) силы. Вблизи ядра, которое можно рассматривать как точечный положительный заряд, существует очень сильное электрическое поле.

9 Постулаты Бора 1. Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает и не поглощает, несмотря на движение электронов. 

2.В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:  m•V•r = n•h/2•p  где m•V•r =L - момент импульса, n=1,2,3...,h-постоянная Планка. 

3. Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант) , равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:  ε= h• ν= Em-En 

В чем заключается условие квантования Бора?

Третий постулат Н. Бора определяет правила квантования стационарных орбит. Бор предположил, что момент импульса электрона, вращающегося на стационарной орбите в атоме водорода, может принимать только дискретные значения, кратные постоянной Планка. Для круговых орбит правило квантования Бора записывается в виде: где mе – масса электрона, υ – его орбитальная скорость, r_n – радиус n-ой стационарной орбиты. Целое число n называется квантовым числом.

Что называется спектральной серией?

Спектральная серия - набор спектральных линий, которые получаются при переходе электронов с любого из вышележащих термов на один нижележащий, являющийся основным для данной серии. Точно также в поглощении при переходе электронов с данного уровня на любой другой образуется спектральная серия.

Какие спектральные серии наблюдаются в спектре атома водорода? В каких областях спектра они лежат?

Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее изучены

Серия Лаймана – ультрафиолетовый диапазон

Серия Бальмера - Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне

Серия Пашена - ИК диапазон

Серия Брэккета – далекий ИК диапазон

Серия Пфунда – далекий ИК диапазон

Серия Хэмпфри – далекий ИК диапазон

10 Изотопический сдвиг - сдвиг друг относительно друга уровней энергии и соответственно спектральных линий в атомах различных изотопов одного и того же химического элемента, а также во вращательных и колебательных спектрах молекул, содержащих разные изотопы одного элемента.

Относительное значение изотопического сдвига имеет порядок 10 - 3 частоты излучения. Переходы между термами определяют спектры испускания и поглощения электромагнитного излучения.

Если известны все стационарные состояния и, следовательно, все спектральные термы атома, то, попарно комбинируя согласно правилу Бора эти термы, мы получаем все линии спектра, которые может излучать этот атом. Если же сравнить полученные таким образом таблицы линий с таблицами реально наблюдаемых спектров, то оказывается, что не все вычисленные теоретически линии испускаются в действительности. Иными словами, комбинированием спектральных термов можно предсказать все частоты реального спектра.

Комбинационный принцип Ритца — основной закон спектроскопии, установленный эмпирически Вальтером Ритцем в 1908 году. Согласно этому принципу всё многообразие спектральных линий какого-либо элемента может быть представлено через комбинации термов. Волновое число каждой спектральной линии можно выразить через разность двух термов.

11 Стационарные состояния атома водорода определяются параметрами протона и электрона и взаимодействием между ними. Взаимодействие складывается из нескольких последовательно убывающих частей. [1] Собственные значения энергий  называются энергетическими уровнями могут - образовывать либо дискретную последовательность уровней энергии, либо непрерывную последовательность ( сплошной спектр), либо и то и другое вместе. Это - первая особенность квантовой статистики по сравнению с классической механикой, в которой величина U, являясь непрерывной, всегда образует сплошной спектр. Вторая особенность состоит в том, что каждому уровню энергии может соответствовать не одна, а несколько собственных функций. В этом случае число собственных состояний частиц, связанных с данным значением энергии, характеризует вырождение уровня.

12 Атомы щелочных металлов,

Атомы щелочных металлов ( Li, Na, К, Rb, Cs) представляют систему, состоящую из ядра, электронов внутренних оболочек и одного внешнего ( валентного) электрона. Такую электронную систему рассматривают как водородоподобиую, где в поле атомного остатка движется слабо связанный электрон. [1]

Атомы щелочных металлов, имея на внешнем энергетическом уровне по одному валентному s - электрону, легко отдают его, проявляя сильные восстановительные свойства. Химическая активность щелочных металлов возрастает от Li к Fr и объясняется увеличением радиусов их атомов. [2]

Атомы щелочных металлов имеют по одному валентному электрону. А так как радиус атома, определяющий расстояние валентого электрона от ядра, от Li до - Fr вшрастает, прочность связи валентного электрона от Li до Fr падает. Прочность связи электронов в атомах измеряется величиной их ионизационного потенциала. [3]

Атомы щелочных металлов имеют один внешний электрон, который они очень легко отдают атомам других элементов. Поэтому они проявляют положительную валентность, равную единице, легко окисляются и с водой образуют щелочи. Таким образом, характерные для металлов свойства выражены в них наиболее резко. [4]

Собственные значения энергий  называются энергетическими уровнями могут - образовывать либо дискретную последовательность уровней энергии, либо непрерывную последовательность ( сплошной спектр), либо и то и другое вместе. Это - первая особенность квантовой статистики по сравнению с классической механикой, в которой величина U, являясь непрерывной, всегда образует сплошной спектр. Вторая особенность состоит в том, что каждому уровню энергии может соответствовать не одна, а несколько собственных функций. В этом случае число собственных состояний частиц, связанных с данным значением энергии, характеризует вырождение уровня.

Что называется спектральной серией?

Спектральная серия - набор спектральных линий, которые получаются при переходе электронов с любого из вышележащих термов на один нижележащий, являющийся основным для данной серии. Точно также в поглощении при переходе электронов с данного уровня на любой другой образуется спектральная серия

13Магни́тный моме́нт, магни́тный дипо́льный моме́нт — основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества (источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки; элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток). Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина.

Магнитный момент измеряется в А⋅м² или Дж/Тл (СИ), либо эрг/Гс (СГС), 1 эрг/Гс = 10^-3 Дж/Тл. Специфической единицей элементарного магнитного момента является магнетон Бора.

Какова природа спин-орбитального взаимодействия?

Спин-орбитальное взаимодействие – взаимодействие магнитного момента электрона с внутриатомным магнитным полем

14 Электрон, движущийся вокруг ядра, представляет собой элементарный круговой электрический ток. Согласно классической теории электромагнитных явлений, замкнутый ток является источником магнетизма. Из опыта следует, что магнитное действие замкнутого тока (контура с током) определено, если известно произведение силы тока i на площадь контура S. Это произведение носит название МАГНИТНОГО МОМЕНТА

Чему равен орбитальный механический момент электрона?

Чему равен орбитальный магнитный момент электрона?

Векторная модель атома основана на рассмотрении векторного сложения угловых моментов электронов в атоме. Согласно этому методу, состояние с угловым моментом [ / i ( / i 1) ] 1 / 2й изображается вектором ji длиной [ / 1 ( / 1 1) ] / 2 направленным соответствующим образом. Поскольку такой угловой момент прецессирует вокруг оси z, вектор изображают лежащим на конусе при некотором произвольном, но неопределенном значении азимутального угла 

Гиромагни́тное отноше́ние (магнитомехани́ческое отноше́ние) — отношение дипольного магнитного момента элементарной частицы (или системы элементарных частиц) к её механическому моменту.

В системе СИ единицей измерения гиромагнитного отношения является с·А·кг⁻¹ = с⁻¹·Тл⁻¹. Часто подразумевается, что гиромагнитное отношение измеряется в единицах q/2mc, где с — скорость света, q и m —заряд и масса частицы, соответственно. В этом случае оно выражается безразмерной величиной.

Для различных состояний атомной системы гиромагнитное отношение определяется формулой:

где g — множитель Ланде, γ₀ — единица гиромагнитного отношения:

15 Эффект Зеемана. При помещении источника в магнитное поле его спектральные линии испытывают расщепление. Это и есть эффект Зеемана. Расщепление линий связано с расщеплением самих энергетических уровней, поскольку атом, обладающий магнитным моментом, приобретает в магнитном поле дополнительную энергию ΔЕ= -µ_ВВ, где – проекция полного магнитного момента атома на направление поля В. Запишем выражение для энергии каждого уровня Е=Е₀+ΔЕ= Е₀ + µ_ВgBm_J, m_J = J,J-1,…-J, где Е₀ – энергия уровня в отсутствие магнитного поля. Отсюда следует, что уровни с квантовым числом J расщепляются в магнитном поле на 2J+1 равностоящих друг от друга подуровней, причем величина расщепления зависит от множителя Ланде g, т.е. интервалы δЕ между соседними подуровнями пропорциональны g. Таким образом, магнитное поле в результате расщепления уровней снимает вырождение по m_J

Кроме того, необходимо учесть, что возможны только такие переходы между подуровнями, принадлежащими разным уровням, при которых выполняются следующие правила отбора для квантового числа m_J: Δ m_J =0,±1.

16 Эффект Пашена-Бака. В сильном магнитном поле(другой крайний случай) связь между моментам M_L и M_S разрывается, и они ведут себя по отношению к магнитному полю независимо друг от друга. В этом случае дополнительная энергия, связанная с их магнитными моментами, определяется как ΔЕ=µ_ВBm_L + 2µ_ВBm_S= µ_ВB(m_L+2m_S). Дозволенные переходы соответствуют правилам отбора Δm_L =0,±1,Δ m_S=0. В результате возникает нормальный зеемановский триплет. Если в сильном магнитном поле магнитное расщепление линий оказывается больше тонного расщепления, то это значит, что мы наблюдаем эффект Пашена-Бака. Таким образом, увеличивая индукцию В магнитного поля, мы будем наблюдать сначала тонкое расщепление линий(при В ≈0), затем сложный эффект Зеемана(множество компонент) и наконец при сильном поле – простой эффект(триплет).

17 ШТАРКА ЭФФЕКТ, расщепление спектральных линий испускания при воздействии сильного электрического поля на источник излучения. Поле может быть либо внешним по отношению к источнику, либо внутренним, создаваемым соседними атомами или ионами. Эффект назван по имени Й.Штарка, впервые наблюдавшего его в 1913. Он аналогичен эффекту, обнаруженному П.Зееманом в 1896 и состоящему в расщеплении спектральных линий магнитным полем. Эффект Штарка обусловлен тем, что под действием электрического поля облако электронов, окружающих ядро излучающего атома, изменяет свое положение относительно ядра. В результате изменяются энергетические уровни электронов в атоме. Поскольку свет испускается при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, изменение энергетических уровней приводит к изменению спектра испускаемого света. Эффект Штарка – одно из наиболее убедительных подтверждений квантовой теории строения вещества.

18 тип связи,опр тся Тем, какие связи преобладают в атоме: LS - когда электростатическое взаимодействие преобладает над спионорбитальным, а jj когда наоборот. LS обычно в начале таблицы, jj в конце.Энергетическое состояние атома, определенное квантовыми числами L и S, называется атомным термом. Классификация состояний атома производится по квантовому числу полного спина атома S, по квантовому числу полного орбитального момента атома L и по квантовому числу полного момента атома J. Суммарный орбитальный момент атома обозначается буквами S, P, D, F,.