Atom va molekulalarning kvant xususiyatlari. Kvant sonlar

KVANT NAZARIYАSI
1900 yilda M. Plank o’zining kvant nazariyasini yaratib, unda nur energiyasi uzluksiz emas, balki ma‘lum ulushdar bilan yutiladi va chiqariladi degan g’oyani ilgari suradi.
Nurning yutiladigan eng kichik ulushi:
E = hy (1.)
bo’lib, bu miqdorgа kvant deyiladi. Yutilgan yoki chiqarilgan nur energiyasining umumiy miqdori quyidagicha bo’ladi:
E = nhy ()
Bu yerda n = 1, 2, 3...,
y – tebranish chastotasi,
h – Plank doimiysi 6,6256 · 10^-34 Ж · S
(6,6256 · 10^–27 erg · s) ga teng.
Kvant nazariyasining diskret tabiatiga ega bo’lgan tebranish, aylanish va shunga o’xshash boshqa davriy hodisalarga tatbiq etish mumkin.
1905 yilda A. Eynshteyn kvant nazariyasini mukammallashtirib unga quyidagicha ta‘rif berdi: nur energiyasi ma‘lum ulushlar bilan, ya‘ni kvantlar holida yutilsa yoki chiqarilsa, uning manbai bo’lgan elektr magnit maydoni, nur energiyasining o’zi ham kvantlangan (bo’laklangan) dir. Nur energiyasi, nur kvantlari yoki fotonlar to’plamidan (tutamidan) iborat. Foton go’yo nur energiyasining atomi hisoblanib, chastotasiga bog’liq va ma‘lum og’irlikka egadir. Shunday qilib, nur moddiydir.
Kvant nazariyasi nurning yutilishi va chiqarishilishi bilan bog’liq bo’lgan jarayonlarni izohlab berdi, lekin nurning tarqalishida sodir bo’ladigan jarayonlarni – difraktsiya, qutblanish, interferensiya singari to’lqin tabiatiga ega bo’lishi bilan izohlanadi. Kvant nazariyasidagi bu tushunmovchilikni kvant mexanika nazariyasi hal etadi
Kvant sonlari haqida tushuncha. Atomdagi elektron holatlarning tavsiflovchi kvant sonlar s p d f elektronlar. Energetik holat, elektron qobiqcha, atom orbital (AO).
Atom tuzilish nazariyasiga ko’ra elektron zarracha va to’lqin tabiatga ega buni 1927 yili Geyzenburg mikrozarrachalarning ikki xil tabiatli ekanligini o’zining noaniqlik printsipi asosida tushuntirdi. Bu printsipga muvaffaq bir vaqtning o’zida mikrozarrachaning tezligi va o’rni (koordinatlarni) aniqlash mumkin emas. Matematik jihatdan noaniklik quyidagicha ifodalanadi.
Dg xDV · h/4p
DV – noaniqlik mikrozarrachaning topishdagi xato,
Dg – noaniqlik xatosi,
Dg 0 noaniqlik xarakatining mikrozarrachaning tezlikka (Df) ko’paytmasi hech qachon h/4p dan kichik bo’la olmaydi.
Bu tenglikdan zarrachaning koordinatlari qanchalik aniqlik bilan o’lchansa uning tezlikni o’lchashdagi xatosi shuncha katta bo’lib chiqadi. Masalan: e=v 2000 km/sek. 10-10 sm. shu zarrachaning tezligining topishdagi xato 58000 km/sek.ni tashkil qiladi elektronlarning ikki xil tabiatli ekanligi uning xossalaridan namoyon bo’ladi.
1. Elektron ma‘lum kattalikdagi tinch massaga ega, elektronning massasi protonning massasidan 1/1840 marta kichik.
2. Elektron to’lqinchimon harakatga ega.
3. Elektronni amplituda, to’lqin uzunlik, tebranish chastotasi kabi fizikaviy kattaliklar bilan tavsiflash mumkin. shu sababli elektronning xarakatini aniq traektoriya bilan aniqlash mumkin emas. Hozirgi paytda atomdagi elektronning xarakatini aniqlash uchun orbita termini o’rniga orbital termini ishlatiladi. Yadro atrofida fazoda elektronlar bo’lib turish extimolligini quyuq va siyrak sohalarga ega bo’lgan elektron bulut deb qabul qilsak, uning shakli orbital nomli maxsus funktsiyalar bilan tavsiflanadi va hozirgi paytda to’lqin mexanikasi asosida elektronlarning harakati 4 ta kvant sonlari bilan xarakterlanadi.
1. Bosh kvant son – n. Elektron energiyasining kattaligini ko’rsatadi, uning qiymatlari – 1, 2, 3, 4, 4 ga teng butun sonlar bo’ladi. Bosh kvant sonlari bir-biriga teng bo’lgan bir necha elektron atomda elektron qavatni yoki elektron pagonani hosil qiladi. Atom energetik pagonalarini K, L, M, N, O, P, Q harflari bilan ham belgilanadi. Yadroga eng yaqin joylashgan qavat – K qavat bo’lib uning uchun n=1, L qavat uchun n=2, M qavat uchun n=3, N qavat uchun esa n=4 uzoqlikda turadi va x.k. Ayni qavat elektronlari bir-biridan o’zlarining energiyalari bilan farq qiladi va har bir qavat bir yoki bir nechta orbitallarni yoki pagonachalarni hosil qiladi. Bu orbitallar o’z shakllari bilan bir-biridan farq qiladi. Kvant mexanikasida qavat nomeri n – kattalashgan sayin o’sha qavat orbitallarining xilma-xilligi ortadi va Eps= n2 formula bilan ifodalanadi. Bu yerda Eps – ayni energetik qavatdagi pogochalar soni. n – bosh kvant son.
Birinchi qavat 1 ta orbitalga (pogonacha)
Ikkinchi qavat 4 ta orbitalga (pogonacha)
Uchinchi qavat 9 ta orbitalga (pogonacha)
n qavat n2 ta orbitalga tengdir (pogonacha).
Buni sxematik ravishda quyidagicha ko’rsatish mumkin:
Bosh kvant so: n = 1 2 3 4 5 6 7 n
Energetik pogonadagi + 1 4 9 16 25 30
Pogonachalar soni: K, L, M, N, O, P, Q –
Energetik pogonalar:
2. Elektron orbitalining shakli yoki elektron bulutining shakli, orbital (yonaki orbital) yoki azimutal kvant son 1 bilan tasvirlanadi. 1 – ning qiymatlari n-1 gacha bo’lgan sonlarga teng bo’ladi, ya‘ni besh kvant sonning har bir qiymati uchun, orbital kvant soni 0 va n-1 qiymatlarga ega bo’ladi ya‘ni 1=0, 1, 2, 3, , 4, . . . 4 1-ning har bir qiymati uchun ma‘lum bir pogonacha to’g’ri keladi, ular o’zlarining shakllari va energiyalari bilan bir-biridan farq qiladi.
Masalan: 1=0, 1, 2, 3, 4, . . . . .
Pogonacha belgisi: s, p, d, f, g . . . . . . . kabi belgilanadi.
Bosh kvant son bilan orbital kvant son orsida boshliqlik quyidagicha ifodalanadi.