14. Энергия деңгейлерінің және спектрлік сызықтардың нәзік түзілісі туралы түсіндіріңіз. Спин-орбиталық әсерлесуді қалай түсінесіз?

Спин-орбиталық әсерлесу. Бұған дейін атом энергиясына электрон спинінің ықпалы ескерілмеді. Спиннің болуы бірэлектронды атомдар үшін энергия деңгейлерінің нәзік түзілісін және осы деңгейлер арасында (4.3) негізгі формулаға сәйкес кванттық ауысулар болғанда алынатын спектрлік сызықтардың нәзік түзілісін туғызады.

Спин-орбиталық әсерлесудің мәнісін атомның модельдік көріністері негізінде түсіндіруге болады. Электронның ядроны айнала қозғалысынан электронның орбиталық импульс моменті және онымен байланысқан орбиталық магниттік моменті пайда болатындығы белгілі. Екінші жағынан электрон спиндік моментке және онымен байланысқан спиндік магниттік моментке ие. мен моменттері арасында магниттік әсерлесу пайда болады және ол және векторларының өзара бағдарлануына тәуелді . Осы әсерлесу спин-орбиталық әсерлесу деп аталады.

Э лектронның орбиталық қозғалысы атом ішіндегі орбиталық магнит өрістің пайда болуына себепші болады. Шынында да, электрон тыныштықта болатын, ал ядро электронды айнала дөңгелек орбита бойымен қозғалатын координаттар жүйесіне көшейік (4.1-сурет).

магниттік моменті бар бөлшекті магнит өрісіне орналастырғанда, ол қосымша энергия қабылдайтындығы электродинамика курсынан белгілі. энергияны магниттік моментке ие және магнит өрісінде тұрған электрон үшін есептейік:

. (4.21)

Электронның спиндік магниттік моментінің орбиталық магнит өрісіндегі бағдарлануы мынандай: оның осы өріс бағытына проекциясы және екі мән қабылдайды. Демек, спиннің өріс бағытына проекциясы да +1/2 және -1/2 екі мән қабылдайды (өйткені , ). Спиннің осы екі бағдарлануына қосымша энергияның әр тұрлі екі мәні сәйкес келеді.

Спин-орбиталық әсерлесу нәтижесінде және моменттер қосылып импульстың толық моментін құрайды:

.

моментінің квадраты және оның проекциясы былай кванталады

, ( ), (4.23)

Мұндағы және -ішкі және толық магниттік кванттық сандар. Ішкі кванттық сан болғанда, және екі мән, ал те болғанда бір мән қабылдайды.

Демек, сутегі атомы және сутегі тәрізді иондардың - деңгейлерінен басқа барлық энергия деңгейлері, спин-орбиталық әсерлесу нәтижесінде екі деңгейге жіктелуі тиіс (дублеттік жіктелу). Спин-орбиталық әсерлесу салдарынан деңгейлерге жіктелуі деңгейлердің нәзік түзілісі деп аталады. - деңгейлердің жіктелмеуі физикалық тұрғыдан түсінікті: болғанда орбиталық магнит өрісі түзілмейді.

Бірэлектронды атомның энергетикалық деңгейлерінің белгіленуі:

(n=1, l=0, j=1/2), 2²S_1/2 (n=2, l=0, j=1/2),

(n=2, l=1, j=1/2), 2²P_1/2 (n=2, l=1, j=3/2) және т.т.

15. Көп электронды атомдар – қандай атомдар?Кванттық сандарға сипаттама беріңіз.

Көп электронды атомдар үшін әрбір электронның жағдайын сипаттайтын 4 квант саны болады. Неғұрлым атомда электрон көп болған сайын энергияның мөлшеріне n санымен қатар l – дің әсері арта бастайды.

• Көп электронды атомдағы деңгейшелердің энергетикалық сипаттамасы мынадай заңдылыққа бағынады: ns; (n – 1) d; (n – 2) f деңгейшелері өзара шамалас, әрі олардың энергиясы np – мен салыстырғанда әрқашанда аздау болып келеді. Бойындағы энергиясының артуы бойынша орналастырсақ энергетикалық деңгейшелердің қатары мынадай болып шығады:1s<2s<2p<3s<3p<4s≈3d<4p<5s≈4d<5p<6s≈5d≈4f<6p<7s≈6d≈5f<7p

Кванттық сандар– кванттық жүйелерді (атом ядросын, атомды, молекуланы, т.б.), жеке элементар бөлшектерді, жорамал бөлшектерді (кварктер мен глюондарды) сипаттайтын физикалық шамалардың мүмкін мәндерін анықтайтын бүтін немесе бөлшек сандар. Кванттық жүйе күйін түгелдей анықтайтын кванттық сандардың жиынтығын толық кванттық сандар деп атайды. Атомдағы электронның күйі үш кеңістіктік координата және спинмен байланысқан электронның төрт еркіндік дәрежесіне сәйкес келетін төрт кванттық санмен анықталады. Олар сутек атомы және сутек тәрізді атомдар үшін былайша аталады: бас кванттық сандар (n), орбиталық кванттық сандар (l), магниттік кванттық сандар (ml), магнитті спиндік не спиндік кванттық сандар (ms). Кванттық сандар микродүниеде өтетін процестердің дискретті сипаты бар екендігін бейнелейді әрі олар әсер квантымен, яғни 'Планк тұрақтысымен тығыз байланысты болады. Спин-орбиталық өзара әсер ескерілген кезде электронның күйін сипаттау үшін ml мен ms-тің орнына толық қозғалыс мөлшері моментінің кванттық саны (j) мен толық момент проекциясының кванттық саны (mj) пайдаланылады. Атомның, т.б. кванттық жүйелердің күйін сипаттау үшін күй жұптылығы (P‘) делінетін тағы да бір кванттық сан енгізіледі. Ол +1 не –1 мәндерін қабылдайды. Элементар бөлшектер физикасы мен ядролық физикада бұдан да басқа кванттық сандар енгізіледі. Кең мағынада кванттық сандар деп, көбінесе, кванттық механикалық бөлшектер (немесе жүйелер) қозғалысын анықтайтын және қозғалыс кезінде сақталатын физикалық шамаларды айтады.