3.1-Сурет. Суретте бiрнеше ауысулардың жиiлiктерi келтiрiлген.

Ең аз энергия Е₁ сәйкес келетiн негiзгi күйде атом мейлiнше ұзақ тұрады. Ал қалған барлық күйлер қоздырылған болады. Атомды осындай күйге ауыстыру процесi қоздыру деп аталады. Қозған күйде атом салыстырмалы қысқа уақытқа, әдетте 10^-8 с кiдiредi. Бiрақ бұл уақыт атомдық масштабта ұзақ уақытқа саналады. өйткенi жарық сәулесiнiң жиiлiгi 10¹⁴ с^-1, ал осы жарық =10^-8 с уақыт iшiнде 10⁶ тербелiс жасайды.

Қ

36

озған күйден атом негiзгi күйге бiрден тiкелей аусыады, немесе бұлардың араларындағы бiрнеше төменiрек қозған күйлер арқылы бiртiндеп ауысады. Әрбiр байқалатын спектрлiк сызық екi энергия деңгейлерi арасындағы ауысу нәтижесiнде пайда болады. Диаграммада (3.1-сурет) энергия деңгейлерi арасында мүмкін болатын ауысулар тiк стрелкалармен белгiленген және бұлар жарықтың жұтылуы және шығарылу жағдайлары үшін қарама-қарсы бағытталған.

Атом энергиясының санақ басы әдетте оның байланысқан күйлерiне сәйкес келетiн барлық Е₁, Е₂, Е₃,... дискреттiк мәндерi терiс таңбалы (Е<0) болатындай таңдалып алынады. Оң мәндер (Е>0) жағдайында атом күйлерi байланыспаған-атом оң ионға және электронға ыдырайды. Электронды атомнан бөлiп алу процесi иондау деп аталады. Иондалған күйлерде ион және электронның қозғалыстары бiр-бiрiнен тәуелсiз болатындықтан бұлардың қосынды Е энергиясы кез-келген мән қабылдай алады, яғни квантталмайды. Е_i иондану энергиясы деп негiзгi күйде тұрған атомға оны иондау үшін берiлуге тиiс ең аз энергияны айтады. Диаграммадан иондану энергиясы атомның негiзгi күйi энергиясының абсолюттiк шамасына тең болатындығы көрiнедi:

Иондану энергиясын әдетте эВ-пен өрнектейдi. Бұған осы жағдайда иондану потенциалы терминi қолданылады.

Әр түрлi стационарлық күйлердегi атомның құрылымы да әр тұрлi болады. Сонымен, атом бiр стационарлық күйден екiншiсiне ауысқанда оның құрылымы да өзгерiске ұшырайды. Ең елеулi өзгерiс иондану кезiнде, атом электроннан айырылғанда, болады.

Атом, hv энергиясы E_i иондалу энергиясынан басым келетiн, яғни , фотонды жұту нәтижесiнде атомның иондануы мүмкін. Бұл процесс фотоиондану деп аталады. Атомнан жұлынып шығарылған электронның кинетикалық энергиясы болады. Фотоиондануға керi процесс радиациялық рекомбинация деп аталады. Осы процесс нәтижесiнде ион мен электрон байланысып стационарлық күйлердiң бiрiндегi атом пайда болады, ал босатылған энергия бiр немесе бiрнеше фотон түрінде шығарылады.

Атомды қоздыру немесе иондауға қажеттi энергия, оны белгiлi жиiлiктегi жарықпен жарықтандырғанда ғана емес, кинетикалық энергиясы қайсыбiр табалдырық шамадан артық басқа бөлшектермен серпiмсiз соқтығысқанда да атомға берiлуi мүмкін.

Мәселен газды қыздырғанда әрқашан атомдардың басқа жеткiлiктi дәрежедегi жылдам атомдармен (және де иондану нәтижесiнде газда пайда болатын электрондармен) серпiмсiз соқтығысқан жағдайда қоздырылуы (иондануы) қабат жүредi. Мұны температуралық қоздыру (иондау) дейдi. Т температураны өсiргенде қоздырылған күйлердiң әрқайсысындағы атом саны тез артады. Энергиясы Е_n қоздырылған күйдiң қоныстануы Больцман үлестiрiлуiмен анықталады:

37

,

мұндағы N_n -қоздырылған күйдегi атом саны; N₁ негiзгi күйдегi атом саны; k-Больцман тұрақтысы. Бөлмелiк температура жағдайында эВ, ал қатынасы елеусiз аз болады.

Сондықтан суық газ, егер оның атомдары басқаша жолмен қоздырылмаған болса, онда жарық шығармайды. Суық газдың жұтылу спектрiнде негiзгi күйден ауысуларға сәйкес келетiн жиiлiктерi v₂₁, v₃₁, v₄₁ және т.б. сызықтардың ғана болатындығы қатынасының аздығымен түсіндiрiледi.

3.3.5. Сутегi атомының энергия деңгейлерi және спектрi. Е_n энергия деңгейлерiнiң орналасу заңдылығы сутегi атомында ең қарапайым.

Сутегi атомының термi (3.5) формуласымен өрнектеледi. Демек, энергия мәндерiнiң дискреттi жиыны, яғни сутегi атомының энергетикалық спектрi мына формуламен анықталады:

(3.10)

мұндағы A=hcR энергетикалық тұрақты; 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 ең үлкен шамасына) n=1 саны сәйкес келедi. n болғанда энергия Е_n0 болады. Бұл электронның шексiздiктегi тыныштық күйiне сәйкес келедi. n саны өскенде көршi энергия деңгейлерiнiң ара қашықтығы кемидi және нөлге асимптотикалық ұмтылатын болады. Бұл n кванттық санының мәндерi үлкен болған жағдайда энергияның үздіксiз дерлiк өзгеретiндiгiн, ал n кiшi болған жағдайда энергия мәндерi секiрмелi түрде өзгеретiндiгiн көрсетедi.