Электрон спинi деген не? Спин-орбиталық әсерлесу және оның энергиясы, es энергия шамасы.
бiр
валенттiк электроны бар атомдағы электрон
энергиясына электрон спинiнiңәсерiн
қарастырайық.Меншiктi магниттiк моментi
болуы арқасында электрон өзiн осы
электронның орбиталыққозғалысы тудыратын
магнит өрiсiнде орналастырылған «магниттiк
диполь» сияқты көрсетедi.Атомдық физикада
спиндiк магниттiк моменттiңорбиталық
магнит өрiсiмен әсерлесуi спин-орбиталықәсерлесу
(ls)
депаталады.ОсымагниттiкәсерлесунәтижесiндеэлектронЕsқосымшаэнергияғаиеболады.
Ендiспин-орбиталықәсерлесуэнергиясынескерейiк.
Электронядроныңэлектростатикалықөрiсiндеқозғалғанкездепайдаболатынмагнитөрiсiнiңкернеулiгi
,
ал
-электронныңменшiктi
магниттiкмоментi болсындейiк.
Сондаспин-орбиталықәсерлесуэнергиясыЕsмынағантең
(8.3)
Электронныңменшiктiмагниттiкмоментi:
(8.4)
,
мұндағы
(8.5)
(8.6)
-электронныңменшiктiимпульсмоментi,
0–Бормагнетоны,
s-спиндiккванттықсан(s=1/2).
Спин-орбиталық
әсерлесудi бейнелеу үшін, және де
атомдардың спектрлерiн жүйелеу үшін
атомның
векторлық моделi
қолданылады. Осы модельде электронның-орбиталық
қозғалысына сәйкес импульс моментi
векторымен, ал оның спинi-
векторымен берiледi. Спин-орбиталық
әсерлесу арқасында электронның
орбиталық
моментi оның
спиндiк моментiмен қосылады.
Қорытқы
вектор
=
+
электронның толық импульс моментiнiң
векторы деп аталады.
;
j-iшкi
кванттық сан.
;
-орбиталық
кванттық сан.
Спин-орбиталықәсерлесу
энергиясы
үшінөрнек түрлендiру соңында мына түрге
келедi
(8.7)
(8.7)
өрнегiмен спин-орбиталықәсерлесуге
энергетикалықтүзету шамасы
және
векторларыныңөзара бағдарлануына
байланысты, яғни
-ге
байланысты болатындығы көрiнедi. Бұған
қоса бiр электронды атомда
берiлген жағдайда j
кванттық саны j1=+1/2,
j2=-1/2
екi мән қабылдайтындықтан, (8.7) өрнегiне
сәйкес спин-орбиталықәсерлесу нәтижесiнде
Е0
деңгейi жiктелетiн болса,
түзетуi
болса деңгейдiң ығысуын тудырады. Соңғы
қатынастан
2Е0
болатындығын көруге болады. Сонымен,
эффектiң екеуiнiң де - релятивтiк және
спин-орбиталықәсерлесуiмен байланысты-реттiк
шамалары бiрдей болады екен: 2Е010-3эВ.
Атомдағы электронның энергиясын анықтағанда энергетикалықтүзетуi релятивтiк түзетумен қатар ескерiлуi тиiс.
Сонымен, атом энергиясы мынаған тең:
Франк және Г.Герц тәжірибелері қалай жүргізілген? Қандай соқтығысулар серпімді және серпімсіз деп аталады және олар қалай үш электродты шамның
(U)
тәуелділігіне
ықпал
етеді.
Бірінші
қоздыру потенциалы деген не?
Атомдардың иондану потенциалдарын өлшеу мақсатында қойылған Д. Франк және Г.Герц тәжірибелері Бор постулаттарын экспериментальды растап берді [1, 2, 5-9].
Сурет 3.1 Франк – Герц тәжірибесінің схемасы [29]
Осы тәжірибелерде электр өрісімен үдетілген электрондар зерттелетін газ арқылы өткізілген. Газ атомдарымен соқтығысқанда атомдар белгілі энергия мәні бар, негізгі күй энергиясынан үлкенірек, қозған, жаңа күйлерге ауыса алады. Осы жағдайда, егер атомның энергетикалық деңгейлері дискретті болса, онда электрондардың кинетикалық энергиясы, газ атомын қоздыруға жететін, қайсыбір ең кіші (min) шамадан кіші болмауы тиіс.
Тәжірибе схемасы 3.1-суретте кескінделген.Шамның К катоды мен С торы арасында тұрақты электр өрісі жасалған. Қыздырылған катод шығаратын электрондар электр өрісінде үдетіледі және шамды толтырып тұрған сиретілген біратомды газ атомдарымен соқтығысып, С торға қарай бағытталады. Франк және Герц өздерінің тәжірибелерінде зерттелетін газ ретінде сынап буын пайдаланған.
Егер атомға ұшып келіп соғылатын электронның энергиясы атомды қоздыру үшін жеткілікті үлкен болмаса, онда тек серпімді соқтығысулар мүмкін болады, ал осы жағдайда электрон іс жүзінде энергиясын жоғалтпайды. К катод пен С тор арасындағы потенциалдар айырымын өсіргенде электронның энергиясы өседі де атомдарды қоздыру үшін жеткілікті болады. Серпімсіз соқтығысуларда ұшып келетін электронның кинетикалық энергиясы атомның электронына беріледі де оны жоғарырақ энергетикалық деңгейге ауыстырады.
Электрондар тор арқылы өткеннен кейін бұлардың энергиясы кемиді, олар жинаушы электрод-анодқа жету үшін ~0,5В потенциалдық тосқауылдан өтуі тиіс. Анодтың тоғы оған 1 секундта түсетін электрон санына пропорционал және ол миллиамперметрмен өлшенеді.
Тордың потенциалын өсіргенде шамдағы ток вакуумдық диодтағы жағдайға ұқсас үштен екі заңы бойынша артады(3.2-сурет).
Сурет 3.2 Термоэлектрондық эмиссияның вольтамперлік сипаттамасы
Бірақта қанығу пайда болмайды, өйткені электрон энергиясы серпімсіз соқтығысулар үшін жеткілікті болатындықтан, бұлардан кейін электрондардың бір бөлігі өзінің энергиясын толықтай дерлік жоғалтады да С тор мен А анод арасындағы кідірткіш потенциалдық тосқауылдан өте алмайтын болады. Осы процестің салдары ретінде – вольтамперлік сипаттамадағы токтың кемуі байқалады(3.2-сурет).
Тордың потенциалын бұдан ары қарай өсіргенде серпімсіз соқтығыстарға қатысқан электрондар жаңадан энергия жинап және потенциалдық тосқауылдан өте алады да вольтамперлік сипаттамадағы токтың жаңадан қайтадан өсуіне үлес қосатын болады. Ескеретін нәрсе, кідірткіш өрісті жеңуге, электронның серпімді соқтығысуларда өзгеретін толық жылдамдығы емес электрон жылдамдығының тек бойлық құраушысы үлес қосады. Бұл I(U) тәуелділігінің және қисықтағы максимумдардың кіші энергиялар жағына қарай қайсыбір ығысуын туғызады.Сонымен, анод тоғының тор – катод кернеуіне тәуелділігі қисығына бірінші қоздырылған күй энергиясына тең бір–бірінен ∆U қашықтықта орналасқан максимудар мен минимумдар қатары болады. Сынап атомы үшін ΔU=4,9В (3.3-сурет).
Сурет 3.3 Шығару спектрі
ΔUпотенциалы сынап атомының сындық потенциалы деп аталады. Егер шамдағы үдеткіш кернеу бірінші қоздыру потенциалына жетсе, сынап буы жарық шығара бастайды – атом энергия шығарып, өзінің негізгі күйіне оралады. Мұны тәжірибеде, шыны колбаны ультракүлгін сәулелер үшін мөлдір кварц колбаға алмастырып, бақылауға болады.
253,7 нм толқын ұзындығында сынаптың бірінші қоздыру потенциалын мына қатынасты пайдаланып, есептеуге болады:
(3.1)
Сонда V=4.86B алынады, бұл Франк және Герц тәжірибесі нәтижесін растайды (3.4 сурет).
Сурет 3.4Токтың потенциалдар айырымынан тәуелділігі [29]