- •1. Закономірність в атомних спектрах
- •Закономірності в атомних спектрах.
- •Моделі атома Томсона і Резерфорда.
- •Постулати Бора.
- •Досліди Франка і Герца.
- •Правило квантування колових орбіт.
- •Елементарна борівська теорія водневого атома.
- •1. Гіпотеза де Бройля, хвильові властивості мікрочастинок
- •2. Принципи невизначеностей Гейзенберга
- •Гіпотеза де Бройля, хвильові властивості мікрочастинок.
- •Принцип невизначеності Гейзенберга.
- •Фізичний зміст і властивості хвильової функції «псі».
- •Зв'язок рівняння Шредінгера з хвильовим рівнянням.
- •1. Рух вільної мікрочастинки
- •3. Квантова теорія водневого атома
- •Рух вільної мікрочастинки.
- •6.2. Рух мікрочастинки в одновимірній «потенціальній ямі». Тунельний ефект.
- •Квантова теорія водневого атома.
- •1. Спектри лужних металів.
- •4. Рентгенівські спектри.
- •Спектри лужних металів
- •Механічний і магнітний моменти. Нормальний ефект Зеємана
- •Досліди Штерна і Герлаха. Мультиплетність спектрів
- •Рентгенівські спектри
- •Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі по енергетичних рівнях.
- •Досліди Штерна і Герлаха
- •Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі по енергетичних рівнях
- •Періодична система елементів д.І. Менделєєва
- •Комбінаційне розсіювання
- •Оптичні квантові генератори (лазери).
- •Вимушене випромінювання.
1. Спектри лужних металів.
2. Механічний і магнітний моменти. Нормальний ефект Зеємана.
3. Мультиплетність спектра, спін електрона.
4. Рентгенівські спектри.
-
Спектри лужних металів
Власні функції рівняння Шредінгера мають три цілочисельних параметра: n - головне квантове число (від нього залежать енергетичні рівні електрона для атома) і l (момент імпульсу електрона); третім являється ще одне квантове число, яке позначається m (магнітне квантове число). Магнітне квантове число m може приймати значення тобто всього різних значень. В квантовій механіці доводиться, що магнітне квантове число m визначає величину проекції моменту імпульсу на заданий напрямок.
Із розгляду трьох квантових чисел слідує, що кожному (крім ) відповідає декілька хвильових функцій , які відрізняються значенням квантових чисел . Це, в свою чергу, означає, що атом може мати одне і те ж значення енергії, знаходячись в декількох різних станах. Стани з однаковою енергією називаються виродженими, а число різних станів з одним значенням енергії називається кратністю виродження.
Стани електрона, який має різні значення орбітального квантового числа , в атомній фізиці прийнято позначати і називати як в спектроскопії:
- s-стан (електрон, що знаходиться в даному стані називається s-електроном),
- p-стан,
- d-стан,
- f-стан і так далі.
Значення головного квантового числа вказується перед умовним позначенням орбітального квантового числа (наприклад, електрон в стані n – 4 і позначається символом 4d). Так як завжди менше n, то можливі наступні стани електрона:
1s,
2s, 2p,
3s, 3p, 3d,
4s, 4p, 4d, 4f і так далі.
Рис. 7.1.1
На (Рис. 7.1.1) представлена схема енергетичних рівнів атома натрію та відповідних електронних переходів. Натрій, як і інші лужні метали, одновалентний. Валентний електрон атома лужного металу перебуває в ефективному полі, створюваному ядром і першими Z-1 електронами. Потенційна енергія електрона в цьому полі дещо відрізняється від кулонівської, характерної для атома водню. З цієї причини енергія електрона в атомі залежить не тільки від головного квантового числа n, але і від орбітального квантового числа l. Рівні енергії, відповідні одному і тому ж квантовому числу, але з різними орбітальними числами не збігаються. В атомі натрію найнижчим рівнем енергії валентного електрона є 3s-стан (n = 3, l= 0). Найближчим по енергії збудженим станом атома є 3p-стан (n = 2, l= 1). При n = 4 є близькі, але відмінні по енергіях 4s-, 4p-і 4d-стану, і т.д. Схема рівнів інших лужних металів має аналогічну структуру. Випромінювання електромагнітної енергії оптичного діапазону відбувається в результаті переходу зовнішнього валентного електрона атома з одного енергетичного рівня на інший. Тому валентні електрони атомів називають оптичними. Однак не всі електронні переходи можливі. Можливими випромінювальними переходами є ті, які дозволені правилами відбору: головне квантове число може змінюватися на будь-яке значення, а орбітальний квантове число – лише на одиницю.
Відомо, що випускання і поглинання світла відбувається при переході електрона з одного рівня на інший. В квантовій механіці доводиться, що можливі тільки такі переходи, при яких квантове число змінюється на одиницю:
. (7.1.1)
Співвідношення (7.1.1) називається правилом відбору, воно слідує із закону збереження моменту імпульсу.
Стан 3s є основним станом атома натрію. В цьому стані атом має мінімальну енергію. Для того, щоб перевести атом із основного стану в збуджений, йому необхідно надати енергію, наприклад, за рахунок поглинання атомами фотона. Фотон при цьому зникає, передаючи атому всю свою енергію. Так як фотон нероздільний, то атом не може поглинути частину фотона, а тому атом може поглинати тільки ті фотони, енергія яких відповідає різниці енергій двох його рівнів. Атом, який поглинає, зазвичай знаходиться в основному стані, тому спектр поглинання атома водню повинен складатися із ліній, що відповідають переходам