10. Сутегi атомының энергия деңгейлерi мен спектрi.

Сутегi атомының энергия деңгейлерi және спектрi.Е_n энергия деңгейлерiнiң орналасу заңдылығы сутегi атомында еңқарапайым.

Сутегi атомының термi (6.5) формуласымен өрнектеледi. Демек, энергия мәндерiнiң дискреттi жиыны, яғни сутегi атомыныңэнергетикалық спектрi мына формуламен анықталады:

(6.10)

мұндағы, R_y=hcRэнергетикалықтұрақты(Ридберг)R_y=13,595 эВ;

1, 2, 3,... мәндерiн қабылдайтын n саны бас кванттық сан деп аталады. Ол сутегi атомының энергия деңгейлерiн анықтайды. Энергияның терiс таңбалы болуы атомдағы электронның байланысқан күйде тұрғандығын көрсететiндiгi жайында айтылған болатын.

Сутегi атомындағы электрон энергиясының ең аз мәнiне (байланыс энергиясының еңүлкен шамасына) n=1 саны сәйкес келедi. n болғанда энергия Е_n0 болады. Бұл электронның шексiздiктегi тыныштықкүйiне сәйкес келедi. n саны өскенде көршi энергия деңгейлерiнiң ара қашықтығы кемидi және нөлге асимптотикалықұмтылатын болады. Бұл n кванттық санының мәндерiүлкен болған жағдайда энергияныңүздіксiз дерлiк өзгеретiндiгiн, ал n кiшi болған жағдайда энергия мәндерi секiрмелiтүрдеөзгеретiндiгiн көрсетедi.

6.10) формула сутегi атомының энергия деңгейлерiн анықтайды. Осы формула бойынша 6.8-суретте сутегi атомыныңэнергия деңгейлерiнiң диаграммасы тұрғызылған. n=1 болатын күй негiзгi, немесе қалыпты күй. Қалған күйлер ( болатын жағдайлар) атомның қозған күйлерi. шамасы атомға оның электронын күйге ауыстыру үшін, яғни электронның атомнан жұлынып шығарылуы үшін қажеттi ең аз энергия. Бұл атомның ионданғандығын көрсетедi. Демек физикалық мағынасы бойынша R Ридберг тұрақтысы (Дж, эВ) сутегi атомының иондану энергиясын сипаттайды. I₁ шамасы иондану потенциалы (В),немесе энергиясы (эВ) деп аталады. Қайсыбiр n-iншiқоздырылған күйде тұрған атомды да иондауға болады. Сонда оның иондану потенциалы .

Сутегi атомы спектрлiк серияларыныңқалай пайда болатындығын 6.8-сурет көмегiмен оңай түсінуге болады. Егер атом қозған E₂күйде тұрған болса, онда ол негiзгi күйге энергиясы фотон шығарып барып ауысады. Осы сәуленiң толқындық саны Лайман сериясының бас сызығына сәйкес келедi. Басқа қозған энергия деңгейлерiнен негiзгi деңгейге ауысқанда Лайман сериясының барлық сызықтары пайда болады. Сутегi атомы энергиялары Е₃,Е₄, Е₅,... қоздырылған күйлерден E₂қоздырылған деңгейге ауысулар жасағанда Бальмер сериясы пайда болады. Сутегi атомының басқа сериялары да осыған ұқсас пайда болады. Сутегi атомы шығаратын еңұзын толқынды (15,7м) сәулесi галактика аралық газ тұмандықтарды зерттеулер кезiнде тiркелген, ол n=701m=700 кванттық ауысуына сәйкес келедi. Сутегi атомдарының жұтылу спектрiнде тек бiр серия-Лайман сериясы болады. Сонымен Бор постулаттарын пайдаланғанда сутегi атомы спектрiнiңқалай пайда болатындығын түсіндiру мүмкін болды. Бор және Ридберг тұрақтысын тiкелей есептеп шығарды, бұл оның теориясыныңүлкен жеңiсi болды.

11. Нелiктен Резерфордтың атом моделi классикалық физика түсінiктерiмен үйлеспейдi?

1911 ж. Резерфорд атомныңядролық (планетарлық) моделiн (үлгiсiн) ұсынды (6.3. сур.); бұл атом құрылысы жөнiндегi қазiргi көрiнiстерге келудегi маңызды қадам болды. Осы модельге сәйкес Ze оң заряды бар ядроны дөңгелек (немесе эллипстiк) орбита бойынша электрондар электростатикалық тартылыс күшi әсерiнен айналып жүредi (гравитациялық тартылыс күштерi әсерiнен планеталардыңКүндi айналатындығына ұқсас). Ядро заряды электрондардыңқосынды зарядына тең, өйткенi атомдар электрлiк бейтарап жүйе.

Резерфорд моделi, алайда, классикалық физика шеңберiнде орнықсыз болады, яғни қирап қалуға тиiс. Классикалық электродинамика заңдарына сәйкес ядроны айнала қозғалатын электрон электромагниттiк толқындарды үздіксiз шығаруға, сондықтан да ол өз энергиясын жоғалта беруге тиiс. Осының нәтижесiнде электрондар ядроға бiрте-бiрте спираль бойымен жақындап, соңында ядроға құлайды. Осы қорытындылар атомдардың бақыланатын орнықтылығынақарама-қайшы келедi (6.4 - сур.). Бұған қоса, атомдардың тәжiрибеде байқалатын оптикалық спектрлерi (6.3.1; 6.3.2 қараңыз) үздіксiз емес, жiңiшке спектрлiк сызықтардан тұрады, яғни атомдар берiлген химиялық элементке тән белгiлi жиiлiктегi электромагниттiк толқындарды (жарықты) ғана шығарады және жұтады.