49.Тармазное і характарыстычнае рэнтгенаўскія вьшраменьванні і іх спектры

У 1895г. нямецкі фізік В.Рэнтген, вывучаючыэлектрычны разрад у вакуумнай трубцы, выявіў, што пры гэтым выпускаюцца прамяні, здольныя пранікаць праз целы, непразрыстыядля звычайнага святла. Гэтыя прамяні былі названы Рэнтгенам "х-прамянямі". Пазней іх пачалі называць рэнтгенаўскімі Для атрымання рэнтгенаўскіх прамянёў служаць спецыялыіыя электравакуумныя нрылады — рэіптенаўскія ірубкі Рэнтгенаўскаятрубка (рыс. 2 16) уяўляе сабой шкляны ці металічны корнус, з якоі аадпампавана паветра. Унутры корпуса ёсцьэлекгроды, катод К і анод А, якіяўключаны ў ланцуг высокага напружлння. У трубцы ствараецца моцнаеэлектрычнае поле, якое разганяе электроны, што вылятаюць з катода

Рэнтгенаўскія прамяні ўзнікаюць у выніку пераўтваршіія кінетычнай энергіі хуткіх электронаў у энергію электрамапппіага выпрамсньвання і ўяляюць сабой элсктрамагнітныя хвалі з даўжыпей ад 10~³ да 10²нм.

Існуе два тыпы рэнтгенаўскаіа выпрамсньвання: тармазное і характарыстычнае. Пры энергіях электронаў, якія не перавышаюць некаторую крытычную велічыню, што залежыць ад матэрыялу анода (антыкатода), узнікаюць рэнтгенаўскія прамяні з суцэльным (безупынным) спектрам. Такое вьшраменьванне атрымала назву тармазнога. Пры тармажэнні паблізу паверхні анода электрон ііазбаўляецца ад лішку энергіі ў выглядзе электрамагнітнага ныпраменьвання. Характэрнай асаблівасцю тармазнога рэнтгенаўс-кага выпраменьвання з'яўляецца наяўнасць мяжы з боку малых даўжьшь хваль. Гранічная даўжыня хвалі залежыць ад кінетычнай энергіі Е_к электронаў, якія выклікаюць тармазное выпраменьванне. Гэтую даўжыню хвалі можна вызначыць наступным чынам:

Пры дастаткова вялікіх хуткасцях электронаў узнікае таксама і другі тып рэнтгенаўскіх прамянёў — характарыстычны. Такое выпраменьванне характарызуе рэчыва анода (антыкатода), адсюль і назва. Гэтае выпраменьванне мае лінейчасты спектр. Важнай асаблівасцю характарыстычнага выпраменьвання з'яўляецца тое, што атамам кожнага хімічнага элемента незалежна ад таго, у якіх злучэннях яны знаходзяцца, адпавядаюць пэўныя лінейчастыя спектры характарыстычных рэнтгенаўскіх прамянёў. Прымяненне Рэнгенаускага выпраменьвання. У медыцыне рэнтгенаўскае выпраменьванне выкарыстоўваецца ддя рэнтгенадыягностыкі і рэнтгенатэрапіі.

Рэнтгенаўская дэфектаскапія адносіцца да неразбуральных метадаў кантролю матэрыялаў (вырабаў) і дазваляе выявіць парушэнні суцэльнасці ці аднароднасці макраструктуры (ракавіны, грубыя трэшчыны, ліквацыйныя ўключэнні ў літых і зварных вырабах і інш.).

Прымяненне рэнтгенаўскага выпраменьвання ў мікраскопах дазваляе павялічыць мяжу вырашэння ў параўнанні са светлавымі мікраскопамі. Распрацаваны спецыяльныя мікраскопы, якія атрымалі назву рэнтгенаўскіх. Рэнтгенаўская мікраскапія дае магчымасць даследаваць мікраскапічную будову розных аб'ектаў у медыцыне, мінералогіі, металазнаўстве.

. ІІаняцце аб хімічнай сувязі. Валентнасць Малскулы складаюцца з аднолькавых ці розных атамаў, паміж якімі існуюць міжатамныя (хімічныя) Сувязи Існаванне малекул як устойлівых сісгэм паказвае, што хімічныя сувізи атамаў у малскулах абумоўлены наяўнасцю паміж атамамі некаторых Сил узаемадзеяння. Не гледзячы на тое, што атамы электрычна нсйтральныя, яны могуць утвараць усгойліную малекулу. Силы міжатамнага уіасмадчеяшія у малскулах узникаюць памиж вонкавымі (валентнымі) ) лектронамі атамаў.

Малекулы, якія ўтвараюцца з розных атамаў, называюцца гетэрапалярнымі або іоннымі называюцца гомеапалярнымі або кавалентнымі. 3 пункту гледжання будовы ўстойлівых электронных абалонак пры ўтварэнні хімічных злучэнняў тлумачацца розныя тыпы валент-насці хімічных элементаў.

Адрозніваюць два тыпы валентнасці: 1) валентнасць па вадародзе (дадатная) — вызначаецца колькасцю вонкавых электронаў атама 2) валентнасць па хлоры (або фторы) (адмоўная) — вызначаецца рознасцю паміж лікам 8 і колькасцю вонкавых электронаў

Валентнасць можна разглядаць як здольнасць атама аддаваць ці далучаць пэўную колькасць электронаў вонкавых электронных абало-нак. Пры іоннай сувязі валентнасць — гэта колькасць аддадзеных ці далучаных атамам электронаў. У выпадку кавалентнай сувязі валентнасць роўная колькасці абагуленых электронных пар. Некато-рыя элементы могуць мець розную валентнасць у залежнасці ад таго, у якія злучэнні яны ўваходзяць.

50. Квантаванне энергіі, моманту імпульсу і праекцыі моманту імпульсу. Згодна з тэорыяй Бора, электрон рухаецца па кругавых арбітах і яго стан характарызуецца галоўным квантавым лікам n, які вызначае энергію атама ў гэтым стане. Далейшае развіццё тэорыя Бора атрымала ў працах нямецкага фізіка А.3омерфельда, які паказаў, што пры характарыстыцы станаў атама патрэбна ўлічваць не толькі кругавыя, але і эліптычныя арбіты. Згодна з тэорыяй Бора-Зомерфельда, не толькі энергія, але і момант імпульсу прымае квантаваныя значэнні. Рух электрона ў атаме вакол ядра характарызуецца арбітальным момантам імпульсу М_l, велічыня якога вызначаецца наступным чынам: (48.1). Лік l называюць арбітальным або азімутальным квантавым лікам. Арбітальны квантавы лік пры дадзеным n прымае наступныя значэнні: l= 0,1,2,..., (n-1). Такім чынам, электрон, што валодае пэўнай энергіяй, можа рухацца па розных арбітах, якія вызначаюцца лікам l. Магчымыя значэнні малых паўвосей b эліптычных арбіт залежаць ад галоўнага і арбітальнага квантавых лікаў: (48.2). 3 роўнасці (48.2) відаць, што пры l=n-1 , г.зн. электрон рухаецца па кругавой арбіце. Астатнія арбіты для гэтага стану эліптьгчныя. Электрон у вадародападобным іоне на n-м энергетычным узроўні можа рухацца па адной кругавой арбіце і (n-1) эліптычных арбітах. Формула (48.1) для моманту імпульсу M_l была ўдакладнена і прыняла выгляд . Пад уплывам кулонаўскага поля ядра электрон рухаецца па плоскай элілтычнай арбіце. Аднак магчымы такія адхіленні арбіты, пры якіх арбіта не будзе плоскай. Пры дзеянні вонкавага магнітнага поля на атам могуць ажыццяўляцца толькі такія арыентацыі арбіт, пры якіх праекцыя вектара моманту імпульсу M_l на вось Z (вось Z супадае з напрамкам магнітнага поля) будзе роўная , дзе . Лік называюць магпітным квантавым лікам.

Спін і магнітны момант электрона. Даследаванне спектраў выпраменьвання шчолачных металаў пры дапамозе спектральных прыбораў з вялікай адрознівальнай здольнасцю паказала, што лініі асноўных спектральных серый гэтых атамаў маюць складаную структуру. Спектральную лінію, якая складаецца з некалькіх блізка размешчаных кампанент, называюць мультыплетам. Тонкая структура ліній назіраецца не толькі ў атамаў шчолачных металаў. Лік кампанент у мультыплеце бывае розным: дзве (душтет), тры (трыплет), чатыры (квартэт) і г.д. Адзіночныя спектральныя лініі называюць сінглетам. У 1925г. амерыканскія фізікі Дж.Уленбек і С.Гаўдсміт для тлумачэння мультыплетнасці спектраў выказалі гіпотэзу аб тым, што электрон валодае ўласным момантам імпульсу М_σ і звязаным з ім магнітным момантам μ. Уласны момант імпульсу называюць спінам. Згодна з законамі нерэлятыўнай квантавай механікі, заснаванай на раўнанні Шродзінгера, спін лічаць унутранай неад'емнай ўласцівасцю электрона, як яго масу і зарад. Праекцыя спіна электрона на зададзены напрамак у прасторы (OZ) можа прымаць наступныя значэнні: , дзе – спінавы квантавы лік, роўны ±1/2. Стасунак магнітнага і механічнага момантаў часціцы называюць гірамагітным стасункам. Для ўласнага моманту электрона ён роўны , адкуль .

Праекцыя ўласнага магнітнага моманту электрона на вось можа прымаць значэнні , або . Велічыню называюць магнетонам Бора. Паколькі m_σ= ±1/2, то можам запісаць .

Д оследы Штэрна і Герлаха. Нямецкія фізікі О.Штэрн і В.Герлах паставілі доследы з мэтай даказаць, што ўласны момант электрона прымае квантаваныя значэнні. Схема доследаў паказана на рыс. Даследавалася праходжанне атамаў Аg у моцна неаднародным магнітным полі. Атамы Аg у асноўным стане на вонкавай абалонцы маюць толькі адзін электрон. Гэта азначае, што магнітны момант атама абумоўлены толькі існаваннем уласнага магнітнага моманту электрона. У неаднародным магнітным полі такія атамы павінны адхіляцца ад першапачатковага напрамку распасюджвання. Сапраўды, у доследах Штэрна і Герлаха атамны пучок расшчапляўся на два, сіметрычна размешчаныя адносна першапачатковага напрамку. Гэта азначала, што праекцыя магнітнага моманту прымае два значэнні.

Прынцып Паўлі. У 1925 г. швейцарскі фізік В.Паўлі (1900-1958) сфармуляваў наступны закон: у атаме не можа быць двух электронаў, у якіх усе чатыры квантавыя лікі аднолькавыя. Гэты закон часта называюць прынцыпам Паўлі або прынцыпам выключэння. Гэты прынцып першапачаткова быў сфармуляваны на падставе дакладнага аналізу спектраскапічных даных і толькі пазней абгрунтаваны на падставе квантавых законаў. Сутнасць прынцыпу Паўлі можна выразіць пры дапамозе наступнай роўнасці: Z(n,l,m_l,m_σ) = 0 або 1, дзе Z(n,l,m_l,m_σ) – колькасць электронаў, што знаходзяццаў стане, які характарызуецца наборам квангавых лікаў (n,l,m_l,m_σ). Карыстаючыся прынцыпам Паўлі, можна вызначыць максімальную колькасць электронаў у атаме, якія маюць зададзеныя значэнні трох (n,l,m_l), двух (n,l) і аднаго (n) квантавых лікаў. Паколькі лік m_σ можа прымаць толькі два значэнні: +1/2 і -1/2, то магчымыя станы электрона з квантавымі лікамі (n,l,m_l,+1/2) i Z(n,l,m_l,-1/2), а г.зн. Z(n,l,m_l)=2. Магнітны квантавы лік m_l прымае (2l +1) значэнняў, таму Z(n,l)=2(2l +1). Пры зададзеным n лік l прымае значэнні ад 0 да (n-1), таму, каб атрымаць Z(n), неабходна знайсці суму Z(n)= .

Перыядычны закон Мендзелеева. У 1869г. Дз.І. Мендзялееў адкрыў закон змянення хімічных і фізічных уласцівасцей элемента ў залежнасці ад іх атамных мас. Перыядычны закон Мендзялеева складае аснову сучаснай хіміі, атамнай і ядзернай фізікі. Фізічны сэнс парадкавага нумару Z элемента ў Перыядычнай сістэме элементаў Мендзялеева быў высветлены Рэзерфордам у выніку доследаў па рассеянні α-часціц. Ён роўны колькасці элементарных дадатных зарадаў у ядры атама, якая адпавядае колькасці пратонаў. Хімічныя ўласцівасці элементаў і шэраг іх фізічных уласцівасцей тлумачацца паводзінамі вонкавых, так званых валентных, электронаў у атаме. Перыядычная сістэма элементаў Мендзялеева грунтуецца на наступных палажэннях: 1) парадкавы нумар хімічнага элемента роўны агульнай колькасці электронаў у атаме дадзенага элемента; 2) стан электронаў у атаме вызначаецца наборам іх квантавых лікаў n,l,m_l,m_σ. Размеркаванне электронаў у атаме па энергетычных станах павінна задавальняць прынцыпу мінімума патэнцыяльнай энергіі: з узрастаннем колькасці электронаў кожны наступны электрон займае магчымы энергетычны стан з найменшай энергіяй; 3) запаўненне электронамі энергетычных станаў у атаме павінна адбывацца ў адпаведнасці з прынцыпам Паўлі.

Электроны ў атаме, якія займаюць сукупнасць станаў з аднолькавым значэннем галоўнага квантавага ліку n, утвараюць электронную абалонку або электронны слой. Максімальную колькасць электронаў на абалонках можна вызначыць па формуле: Z(n)=2n². Унутры кожнай абалонкі электроны размяркоўваюцца па падгрупах (падабалонках), кожная з якіх адпавядае пэўнаму значэнню арбітальнага квантавага ліку l. Максімальная колькасць электронаў на пэўнай падабалонцы можа быць вызначана паводле формулы: N(n,l) = 2(21 +1). Электронны стан атама ўмоўна абазначаюць пры дапамозе двух квантавых лікаў n і l.Паказчык уверсе паказвае колькасць электронаў, якія знаходзяцца ў гэтым стане: напрыклад, Зр⁴. Электроны, што знаходзяцца ў станах, якія характарызуюцца аднолькавымі квантавымі лікамі n i l, называюць эквівалентнымі.