Atom tuzilishining modellari. Vodorod atomining bor nazariyasi 1-§. Atom tuzilishining modellari
Download 0.49 Mb.
|
Atom tuzilishining modellari. Vodorod atomining bor nazariyasi
- Bu sahifa navigatsiya:
- Tajriba sxemasi
- Tajribalar tahlili.
- 4.12-§. Vodorod atomi spektridagi qonuniyatlar
|
4.11-§. Frank va Gers tajribalari Frank va Gers tomonidan 1913-yilda o‘tkazilgan tajribalar atom holatlarining diskret ekanligini tasdiqladi. Elektron bilan atom orasidagi noelastik to‘qnashuvlarda elektron o‘z energiyasini atomga beradi. Elektron istalgan qiymatdagi kinetik energiyaga ega bo‘lishi mumkin. Agar atomning ichki energiyasi ham uzluksiz o‘zgarsa edi, atom elektron bilan noelastik to‘qnashganda atom elektrondan istalgan qiymatdagi energiyani 103 qabul qilar edi. Lekin tajribada bunday hol kuzatilmadi. Tajribalar atom elektron bilan noelastik to‘qnashganda, atom elektrondan faqat aniq bir qiymatdagi energiyanigina qabul qila olishini ko‘rsatdi. Atom qabul qilgan bu energiya qiymati atomning ikki stasionar holatlari energiyalari farqiga teng bo‘ladi. Demak, elektron bilan atom orasidagi noelastik to‘qnashuvlarda elektron atomga energiyaning faqat aniq bir qiymatdagi energiyanigina bera oladi. Elektronning atomga bergan energiyasi miqdorini o‘lchab, bu energiya ikki stasionar holatlar energiyalari farqiga teng ekanligini aniqlash mumkin. Frank va Gers tajribasining g‘oyasi ham shundan iborat edi. Tajriba sxemasi. Tajriba qurilmalarining sxemasi 4.10-rasmda keltirilgan. 
Bosimi 1 mm simob ustuniga (130 Pa) teng bo‘lgan simob bug‘i bilan to‘ldirilgan trubka ichiga katod (K), to‘r (A) va anod vazifasini bajaradigan (B) plastinka joylashtirilgan. Qizdirilgan katod (K ) va to‘r (A) orasiga katoddan chiqqan elektronlarni tezlatuvchi potensiallar farqi (U) ko‘yilgan. Elektronlar o‘z harakatlari davomida simob atomlari bilan to‘qnashadilar. B plastinka A to‘rdan keyin joylashtirilgan, ular orasiga kuchsiz (0,5 V) tormozlovchi potensial U3qo‘yiladi. Elektronlar A to‘r bilan B plastinka orasidatormozlanadi. Agar energiyasi 0,5 eV dan kichik bo‘lgan elektron A to‘rdan o‘tsa, u V plastinkagacha yetib kela olmaydi. Energiyasi 0,5 eV dan katta bo‘lgan elektronlargina A to‘rdan o‘tib B plastinkagayetib kela oladilar. Ularning soni galvanometr (G) ko‘rsatayotgan tok kuchi kattaligi orqali aniqlanishi mumkin. Tajribalarda B plastinkaga tushgan elektronlar hosil qilgan tok kuchi bilan elektronlarni tezlatuvchi potensiallar farqi U orasidagi bog‘lanishning (volt-amper xarakteristikasi) grafigi chizilgan (4.11-rasm). Volt-amper xarakteristikada tok kuchining maksimumlari bir- biridan bir xil oraliqda joylashgan. Ketma-ket joylashgan maksimumlar orasidagi har bir oraliq 4,9 V ga teng. Birinchi 104 4.11-rasm maksimum 4,9 V potensiallar farqiga, ikkinchi maksimum 9,8 V, uchinchi maksimum 14,7 V potensiallar farqiga to‘g‘ri keladi. Tajribalar tahlili. Tajribalar natijalari asosida chizilgan volt-amper xarakteristikada tok kuchi maksimumlari hosil bo‘lishini quyidagicha tushuntirish mumkin. Volt-amper xarakteristikada tok kuchi avval monoton ortib boradi va potensiallar farqi U=4,9 voltga yetganda maksimumga erishadi, so‘ng U yana orttirilishi bilan tok kuchi keskin kamayib minimumga erishadi, U yana orttirib borilganda va U=9,8 voltga yetganda tok kuchi maksimumga erishadi. Tok kuchining bunday maksimumi U=14,7 voltda yana takrorlanadi.Har ikki maksimumlar orasidagi 
potensiallar farqi 4,9 voltda teng. Volt-amper xarakteristikaning bunday ko‘rinishda bo‘lishi atomlarda energetik sathlarning diskret ekanligini va atomlar energiyani faqat ma’lum bir porsiyalar tarzida qabul qila olishini, ya’ni simob atomlari 4,9 eV diskret energiyanigina qabul qilishini ko‘rsatadi. Elektronlar energiyasi 4,9 eV dan kichik bo‘lganda, elektronlar bilan simob atomlari orasidato‘qnashuvlar elastik bo‘ladi. Elektronlar A to‘r va B plastinka orasidagi tormozlovchi potensialni yengib B plastinkaga kelib tushadilar. Bu vaqtda zanjirda tok kuchining ortishi va elektronlar energiyasi 4,9 eVga yetganda tok kuchining maksimumga erishishi kuzatiladi. Elektronlar energiyasi 4,9 eV bo‘lganda, ular simob atomlari bilan noelastik to‘qnashadilar va o‘z energiyalarini simob atomlariga beradilar. Energiyasini simob atomlariga bergan elektronlar B plastinkaga yetib kela olmaydilar, bu vaqtda tok kuchining keskin kamayib ketishi ko‘rinadi. Potensiallar ayirmasi yana orttirib borilganda tok kuchi ortib boradi. Elektronlar energiyasi 9,8 eVga yetganda tok kuchi yana maksimumga erishadi. Bunda elektronlar simob atomlari bilan yana noelastik to‘qnashadi va o‘z energiyalarini simob atomlariga beradi. Energiyasini simob atomiga bergan elektronlar B plastinkaga (anodga) yetib kela olmaydilar, tok kuchi yana keskin kamayib ketadi. Shu tariqa elektronlar energiyasi 14,7 eVga yetganda ham elektron va simob atomi orasida noelastik 105 to‘qnashuvlar bo‘ladi. Bu tajribalardan elektronlar energiyasi har 4,9 eVga oshganda simob atomlari bilan noelastik to‘qnashuvlar bo‘lishiko‘rinadi. Demak, tajribada simob atomida 4,9, 9,8, 14,7 eV diskret energiyalarga ega bo‘lgan stasionar holatlar mavjudligi aniqlandi. Atomdagi holatlar kvantlangan bo‘lib, faqat diskret E=E2–E1=9,8– 4,9=4,9 eV energiyalarnigina qabul qilishi yoki chiqarishi mumkin. Noelastik to‘qnashuvlarda 4,9 eV energiyani qabul qilgan simob atomlari uyg‘ongan holatga o‘tadilar. Uyg‘ongan holatda 10–7–10–8 sekundgina yashab, so‘ng olgan energiyalarini yorug‘lik (chaqnash) kvant sifatida chiqarib yana asosiy holatga o‘tadilar. Simob atomi nurlanishida chiqargan energiyasi 4,9 eV ga teng. Yoki boshqacha aytganda, simob atomlari asosiy holatdan uyg‘ongan holatga o‘tishida energiyani yutadi, atom uyg‘ongan holatdan asosiy holatga o‘tishida yutgan energiyasini yorug‘lik kvanti ko‘rinishida chiqaradi. Atom chiqaradigan diskret qiymatdagi energiyalar diskret spektrni hosil qiladi. Energiyaning har bir diskret qiymatiga spektrda ma’lum spektral chiziq to‘g‘ri keladi. Umumiy holda o‘tishlar ikki uyg‘ongan holatlar orasida bo‘lishi mumkin. Pastki energetik sathdan yuqoriga o‘tishda energiya yutiladi, yuqori sathdan pastki sathga o‘tishda esa energiya chiqariladi. Asosiy holat qatnashadigan o‘tishlar rezonans o‘tishlar deyiladi. Simob atomi chiqaradigan 4,9 eV energiya (yorug‘lik kvanti) simob atomining to‘lqin uzunligi 253,7 nm bo‘lgan rezonans chizig‘iga tegishlidir, ya’ni simob atomi 4,9 eV energiya chiqarganda rezonans o‘tish bo‘ladi, chunki bunda asosiy holat qatnashadi. 4,9 V simob atomi rezonans potensiali deyiladi. Tajriba natijalaridan shunday xulosa qilish mumkinki, simob atomida kamida ikkita energetik holat mavjud: uyg‘otilmagan holat (bu holat asosiy holat deyiladi) va birinchi uyg‘ongan energetik holat. Bu holat asosiy holatdan 4,9 eV energiya bilan farq qiladi. Lekin simob atomida yana yuqori uyg‘ongan energetik holatlar mavjudligi aniqlangan. Atomlar nurlanishlarida uyg‘ongan holatlarining diskret energetik spektrlari hosil bo‘ladi. Atom chiqaradigan spektral chiziqlarning spektrda joylashishi atomda energetik sathlarning joylashishiga bog‘liq. Shunga o‘xshash tajribalar boshqa moddalar bilan ham o‘tkazilgan. Barcha tajribalarda ham yuqorida bayon qilingan jarayonlar kuzatilgan. Masalan, kaliy va natriy atomlari bilan tajribalar o‘tkazilgan. Kaliy uchun rezonans potensial 1,63 V, natriy uchun 2,12 V ekanligi aniqlangan. 106 4.13-rasm 4.12-rasm 4.12-§. Vodorod atomi spektridagi qonuniyatlar Ma’lumki, qizdirilgan jismlar o‘zlaridan yorug‘lik nurlanishi chiqaradi. Jismlarning nurlanishi atom va molekulalar ichkarisida bo‘ladigan jarayonlar bilan bog‘liq. Shuning uchun jismlarning nurlanishini o‘rganish atom va molekulalar tuzilishini o‘rganishda muhimdir. Borning chastotalar shartiga asosan atomlarning nurlanishi elektronning bir stasionar orbitadan ikkinchi stasionar orbitaga o‘tganida sodir bo‘ladi. Jismlar qizdirilganda energiya yutgan atomlar uyg‘ongan holatga o‘tadi. Uyg‘ongan holatda atomlar (10–810–7) sekund yashaydi, so‘ng yutgan energiyasini nurlanish sifatida chiqarib asosiy holatda o‘tadi. Atomlar diskret qiymatdagi energiyani chiqaradi yoki yutadi. Atom chiqargan yoki yutgan diskret energiyalari to‘plami spektrni hosil qiladi. Spektrdagi har bir spektral chiziq jism chiqargan yoki yutgan aniq bir diskret energiya qiymatiga to‘g‘ri keladi. Spektrlarning turi (ko‘rinishi) nurlanayotgan jismning qanday holatda ekanligiga bog‘liq. Qattiq jismlar nurlanishida tutash spektrlar hosil bo‘ladi. Molekulalar nurlanishida yo‘l- yo‘l spektrlar, atomlar nurlanishida chiziqli spektrlar hosil bo‘ladi. Spektrda ko‘p sondagi chiziqlarning bo‘lishi atom ichki tuzilishining murakkab ekanligini ko‘rsatadi. Atomlar nurlanishida chiqaradigan energiyalari hosil qilgan spektrlarni o‘rganish orqali atomdagi energetik sathlar to‘g‘risida to‘la ma’lumot olish mumkin. Atom spektrida spektral chiziqlarning joylashishi atomda energetik sathlar joylashishiga bog‘liqdir. Atomlarning chiziqli spektrini o‘rganishda spektral chiziqlarning ketma-ketlik bilan joylashishida ma’lum qonuniyatlar mavjudligi aniqlanadi. Bunday qonuniyatlar birinchi marta vodorod atomi spektrida kuzatildi. Bu qonuniyatlarni aniqlashda birinchi bo‘lib, shvesariyalik fizik Balmer 1885-yilda vodorod spektrining ko‘zga ko‘rinadigan sohasidagi 
spektral chiziqlar holatini aniqlaydigan empirik formulani ishlab chiqdi. Vodorod atomi chiqarish spektrining ko‘zga ko‘ri-nadigan sohasi (Balmer seriyasi) 4.12-rasmda, 
107
yutilish spektri esa 4.13-rasmlarda keltirilgan. Chiziqli spektrlar uchun olingan empirik natijalar tahlil qilib ko‘rilganda, spektrdagi alohida chiziqlar ma’lum guruhlarga birlashishi aniqlandi. Bu guruhlar seriyalar deyiladi. Balmer 1885 yilda vodorod spektrining ko‘rinadigan sohasida H, H, H, H lar bilan belgilanadigan to‘rtta chiziqning to‘lqin uzun-ligi quyidagi empirik formula bilan ifodalani-shi mumkinligini ko‘r-satdi: 
n atomdagi elektron orbitalar (energetik sathlar) tartib raqaminibildiradi. B esa 3645,6∙10–8sm=3645,6 Å ga teng bo‘lgan empirik doimiy. (4.57) formulaga asosan hisoblangan to‘lqin uzunliklar, Balmer o‘lchagan natijalarga deyarli mos keladi (4.1-jadval). 4.1-jadval
Bu chiziqlar uchun hisoblangan va kuzatilgan to‘lqin uzunliklarning mos kelishida farq mavjudligi aniqlandi. Bu esa o‘sha vaqtdagi bu chiziqlarni o‘lchash noaniqligi bilan bog‘liq bo‘lib chiqdi. (4.57) formulani chastotani hisoblash formulasi ko‘rinishda yozish mumkin. U vaqtda spektrning ko‘rinadigan sohasidagi spektral chiziqlar chastotasi quyidagicha ifodalanadi:
(4.58) formulada R – doimiy kattalik (4.9-§ dagi (4.35) formulaga qaralsin), – spektrdagi har bir spektral chiziqqa tegishli bo‘lgan chastota, ya’ni elektronning n=3,4,5,… uyg‘ongan holatlardan n=2 uyg‘ongan holatga o‘tganida atom nurlaydigan energiya chastotasidir. (4.58) ifoda Balmer formulasidir. Spektrning 108 ko‘rinadigan sohasida joylashgan spektral chiziqlar guruhi Balmerseriyasi deyiladi. Demak, vodorod atomi spektridagi Balmer seriyasispektral chiziqlarining chastotasi (4.58) formula orqali aniqlanadi. Vodorod atomi spektrida Balmer seriyasi bilan bir qatorda, shu formulaga o‘xshash formula bilan ifodalanadigan boshqa seriyalar ham topildi. Spektrning ultrabinafsha sohasida 1906 yilda Layman tomonidan quyidagi seriya kashf qilindi:
Bu seriyaga Layman seriyasi deyiladi. Bunda – elektronning n=2,3,4,… uyg‘ongan holatlardan n=1 bo‘lgan asosiy holatgao‘tishida atom nurlaydigan energiya sachtotasidir. Spektrning infraqizil sohasida 1908 yilda Pashen tomonidan quyidagi seriya topildi:
Bu seriya Pashen seriyasi deyiladi. Keyinchalik vodorod spektrining infraqizil sohasida yana boshqa seriyalar aniqlandi. Breket seriyasi
(4.58) va (4.59) formulalardan vodorod atomi spektridagi barcha seriyalarni quyidagi umumiy formula
orqali ifodalash mumkin ekanligi ko‘rinadi. Bunda m har bir seriyada doimiy m=1, 2, 3, 4, 5 qiymatlarni, n esa m dan bittaga ortiq, ya’ni n=m+1 bo‘lgan butun sonlarni qabul qiladi. m va n lar atomdagielektron qobiqlar (orbitalar) tartib raqamini bildiradi. (4.63) formulaga Balmerning umumlashgan formulasi deyiladi. 109 n ning ortishi bilan har bir seriyada spektral chiziqlarningchastotasi seriya chegarasi deb ataluvchi R/m2 chegaraviy qiymatga intiladi. Layman seriyasidagi spektral chiziqlarning katta to‘lqin uzunligi
to‘lqin uzunlikka tegishli bo‘lgan spektral chiziq vodorodning rezonans chizig‘i deyiladi. Eng katta chastota n= bo‘lganda, (4.58-4.62) formulalar yordamida hisoblanadi. Bu chastota seriya chegarasi
Download 0.49 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||