G. ahmedova, I. Xolbayev
Download 4.51 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 6.3.1. Vodorod atomi orbitalarining shakli
- Elektron buluti zichligi ehtimoliyatining radial taqsimlanishi.
- Elektron buluti zichligi ehtimoliyatining burchakli taqsimlanishi.
- 6.4-§. Elektronning orbital mexanik momenti
- Orbital mexanik momentining proyeksiyasi.
- Orbital mexanik momenti kvadrati.
6.3-rasm 188 kichik bo‘ladi va impuls momentining ruxsat etilgan qiymatlarining spektri yaxlit spektrga intiladi. Orbital kvant son m ℓ ning maksimal qiymati ± ℓ ga teng. ℓ ning katta qiymatlari va | m ℓ | ning maksimal qiymatlari uchun (6.32) tenglama quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi: 1 1 1 ) 1 ( cos ± = ± = + = l l l m θ (6.34) ya’ni impuls momenti vektorining 0 dan π gacha bo‘lgan oraliqda barcha proyeksiyalari mumkin. Shunday qilib, orbital magnit kvant son m ℓ elektronning orbital impuls momenti L ning z o‘qiga bo‘lgan proyeksiyasini aniqlaydi (6.3-rasm). Energetik sathlar tartib raqami bosh kvant son n ning qiymatlari bilan, elektron holatlari esa orbital kvant son ℓ ning qiymatlari bilan aniqlanadi. Bir energetik sathda ℓ ning qiymatlariga qarab bir nechta holatlar bo‘lishi mumkin. Agar ℓ ning har bir berilgan qiymatida elektronning orbital magnit kvant soni m ℓ turlicha bo‘lgan (2ℓ+1) holatlarda bo‘lishi mumkinligi hisobga olinsa, u vaqtda n ning berilgan qiymatida (bir energetik sathda) ℓ va m ℓ larning qiymatlari turlicha bo‘lgan holatlar soni quyidagicha aniqlanadi: ∑ − = = + 1 0 2 ) 1 2 ( n n l l (6.35) Lekin elektron spinga ega bo‘lganligi uchun bu formulada n 2 ning o‘rniga 2n 2 qiymat bo‘lishi kerak. Agar bir energetik sathga birdan ortiq holat tegishli bo‘lsa, bu holatlarning energiyalari bir xil bo‘ladi. Bunday energetik sath aynigan deb aytiladi. Bir xil energiyaga ega bo‘lgan holatlar soni aynish karraligi deyiladi. Vodorod va vodorodsimon atomlarda faqat n=1 bo‘lgan sath aynimagan bo‘ladi, bu sath atomning asosiy holatini aniqlaydi. n=2 bo‘lgan sath to‘rt karra aynigan bo‘ladi, bunda ℓ=0 (m ℓ =0) bo‘lgan bitta holat va ℓ=0 (m ℓ =0, ± 1) bo‘lgan uchta holat bo‘lishi mumkin. n=3 bo‘lgan sath to‘qqiz karra aynigan, n=4 bo‘lgan sath o‘n olti karra aynigan va hokazo. Shunday qilib, yuqorida n, m ℓ , ℓ kvant sonlari qarab chiqildi. Lekin elektron ichki harakat miqdor momentiga (spinga) ega bo‘lganligi sababli elektronning atomdagi holatini xarakterlash uchun 189 uchta kvant soni yetarli bo‘lmaydi. Ko‘rilayotgan holda vodorodsimon atomlar yoki tashqi qobig‘ida bitta elektron (valent elektron) bo‘lgan atomlardagi elektron qaralmoqda. Kvant mexanikasida bunday elektronning atomdagi holati to‘rtta kvant son bilan aniqlanadi: 1) bosh kvant son – n; 2) orbital kvant son – ℓ; 3) orbital magnit kvant son – m ℓ ; 4) spin magnit kvant son – m s . To‘rtinchi kvant son m s – spin magnit kvant son deyiladi va u spin vektori S r ning berilgan yo‘nalishga proyeksiyasini aniqlaydi. Masalan, z o‘qi yo‘nalishiga. m s to‘g‘risida keyingi paragraflarda ma’lumot beriladi. 6.3.1. Vodorod atomi orbitalarining shakli Uch o‘lchamli fazoda ) , , ( , , ϕ θ ψ r m n l l to‘lqin funksiyasining o‘zgarishini grafik ravishda ifodalash murakkab bo‘lib, bunda elektron zichligining radial va burchak bo‘yicha taqsimlanishini alohida ifodalash kerak bo‘ladi. Elektron buluti zichligi ehtimoliyatining radial taqsimlanishi. To‘lqin funksiyasining radial qismi bosh kvant son n va orbital kvant son ℓ ga bog‘liq bo‘lib, yadrodan uzoqlashgan sari eksponensial qonun bo‘yicha kamayadi. Xudi shunday elektronning topilish ehtimoliyati | rR nℓ | 2 dr ham kamayadi. | rR nℓ | 2 dr funksiya elektronning yadrodan r va r+dr sohada topilishi ehtimoliyatini bildiradi. | rR nℓ | 2 – ehtimoliyat zichligi deyiladi. Elektron buluti zichligining yadro atrofida taqsimlanishi |ψ nℓem | 2 kattalik bilan aniqlanadi. Elektron buluti zichligining radius bo‘ylab taqsimlanishi esa | rR nℓ | 2 funksiya bilan beriladi. Elektron atomda ma’lum biror ehtimoliyat bilan istalgan nuqtada bo‘lishi mumkin. Elektronning 1s holatda bo‘lishining ehtimoliyati 0,3 nm masofada nolga yaqinlashadi. Bu esa elektronlar zichligi to‘plangan fazo hajmini cheklashga imkon beradi. 1s holat uchun elektron zichligining radial taqsimlanishi maksimumi 0,053 nm masofaga to‘g‘ri keladi, bu masofa birinchi Bor orbitasi radiusiga mos keladi. Atomning n=2,3,…,∞ uyg‘ongan holatlari elektron zichligining radial taqsimlanishi quyidagi qonuniyat asosida bo‘ladi, ya’ni n ning ortishi bilan elektron orbitalarining 190 cho‘zinchoqligi ortadi, elektronning yadro bilan bog‘lanish energiyasi kamayadi. Atomda yadro atrofida elektron buluti zichligining burchak bo‘yicha taqsimlanishi ℓ va m ℓ kvant sonlariga bog‘liq )) ( ) ( ) , ( ( , ϕ θ θ ϕ θ ψ m m Φ = l bo‘lib, sin θ va cos θ trigonometrik funksiyalar qatori bilan ifodalanadi. Atom orbitalarining simmetriyasi va chegaraviy sirt shaklini to‘lqin funksiyasining burchak l i tashkil etuvchisi aniqlaydi. ℓ =0 va m ℓ =0 holatlar uchun, ya’ni n=1 bo‘lgan 1s asosiy holat uchun va n=2,3,…,∞ bo‘lgan uyg‘ongan holatlar uchun burchak l i qism θ va ϕ burchaklarga bog‘liq emas. Bu esa fazodagi barcha yo‘nalishlarda elektronning topilish ehtimoliyati bir xil ekanligini bildiradi. Shuning uchun barcha s orbitalar yadroga nisbatan sferik simmetrik bo‘ladi (6.5-rasmda birinchi shakl. s holat (chegaraviy sirt sfera, uning tekislik bilan kesimi aylana)). Elektron buluti har doim sferik-simmetrik bo‘lavermaydi. Elektron buluti zichligi ehtimoliyatining burchakli taqsimlanishi. To‘lqin funksiyasining burchakli qismi ℓ n va m ℓ kvant sonlariga bog‘liq: ) ( ) ( ) , ( , ϕ θ ϕ θ ψ m m Φ Θ = l Elektronning d Ω =sin θ d θ d ϕ gavdali burchakda topilish ehtimoliyati ϕ θ θ ϕ θ d d m sin ) ( ) ( 2 m Φ Θ l kattalik bilan aniqlanadi. Yadro atrofidagi elektron buluti zichligining qutb burchagi θ va azimut burchagi ϕ ga bog‘liq ravishda taqsimlanishi 2 ) ( ) ( ϕ θ m m Φ Θ l funksiya orqali ifodalanadi. m l Θ funksiyaning 1 1 0 1 0 0 , , θ θ θ ko‘rinishdagi funksiyalarining qutb koordinatalar tizimidagi grafiklari 6.4-rasmda tasvirlangan. Bunda θ qutb burchagida z o‘qi tomon 6.4-rasm 191 yo‘nalgan radius-vektorning uzunligi m l Θ funksiya qiymatiga teng. m l Θ funksiya azimut burchagi ϕ ga bog‘liq bo‘lmaganligi uchun 6.4- rasmdagi egri chiziqlar z o‘qiga nisbatan simmetrikdir. Azimutal tenglamasining yechimidan ko‘rinadiki, 2 ) ( ϕ m Φ kattalik ϕ ga bog‘liq emas. Shuning uchun elektron buluti zichligining taqsimlanishi burchak ϕ ga bog‘liq bo‘lmasligi kerak, ya’ni elektron buluti z simmetriya o‘qi atrofida aylanuvchi jism “shaklida” bo‘lishi kerak. 6.5-rasmda ℓ va m ℓ ning har xil qiymatlarida p,d,f holatlardagi elektronlar buluti zichligining taqsimlanishi (shakli) keltirilgan, ya’ni elektron buluti zichligining yadro atrofida qutb burchagi θ ga bog‘liq ravishda taqsimlanishi ko‘rsatilgan. 6.5-rasmda elektron bulutining holatlari spekroskopiyada ishlatiladigan kichik lotin harflari bilan belgilangan. 6.5-rasm 6.4-§. Elektronning orbital mexanik momenti Klassik mexanikada atom yadrosi atrofida orbita bo‘ylab harakatlanayotgan elektronning koordinata boshi O ga nisbatan orbital mexanik momenti L quyidagicha aniqlanadi. pr r m L e = = ϑ . (6.36) Bu formulada L – elektronning orbital mexanik momenti, m e – elektron massasi, ϑ – elektronning tezligi, r – orbita radiusi, p – elektron impulsi. Lekin kvant mexanikasida impuls momentining bunday aniqlanishi ma’noga ega emas. Chunki har ikki vektor r va p 192 bir vaqtda aniq qiymatlarga ega bo‘lgan holat mavjud emas. Kvant mexanikasida harakat miqdor momenti (impuls momenti) ayrim o‘ziga xos kvantmexanik xossalarga ega. Shu xossalarni qarab chiqaylik. Kvant mexanikasida r va p kattaliklarning operatorlari bilan ish ko‘riladi. Orbital mexanik momentining proyeksiyasi. Orbital mexanik momenti L ning z o‘qi yo‘nalishiga bo‘lgan proyeksiyasi L z ning qabul qilishi mumkin bo‘lgan qiymatlarini topaylik. Kvant mexanikasining asosiy tushunchalaridan biri shuki, bunda fizik kattalik f aniq bir f 0 qiymatga ega bo‘ladigan holat ψ funksiya bilan ifodalanadi: 0 ˆf f ψ ψ = , (6.37) Bu tenglamaning yechimi ψ funksiyadir. Bunda fˆ fizik kattalik 0 f ning operatoridir. Kvant mexanikasining ushbu tushunchasidan foydalanib, (6.37) tenglamani harakat miqdor momenti uchun quyidagicha yozish mumkin: ˆ z z L L ψ ψ = , (6.38) (6.38) formulada L z – orbital mexanik momenti L ning z o‘qiga bo‘lgan proyeksiyasi, z Lˆ esa L z ning operatori bo‘lib, quyidagicha aniqlanadi: ˆ z L i ϕ ∂ = − ∂ h , (6.39) ϕ va L z lar umumlashgan koordinata va umumlashgan impulslardir. Umumlashgan impuls operatori esa umumlashgan koordinatadan olingan hosila ˆ x P i x ∂ − = − ∂ h , ko‘rinishida aniqlanadi. (6.39)ni (6.38) formulaga qo‘ysak quyidagi ifoda hosil bo‘ladi: z i L ψ ψ ϕ ∂ − = ∂ h , (6.40) (6.40) tenglamaning yechimi ψ funksiya sifatida aniqlanadi: 193 1 2 Z L i e ϕ ψ π = h , (6.41) π 2 1 ko‘paytuvchi ψ funksiyani normallash uchun kiritilgan, ya’ni ∫ = π ϕ ψ ψ 2 0 * 1 d . (6.41)dagi yechim har doim chekli, lekin har doim bir qiymatli bo‘lmaydi. ψ funksiya bir qiymatli bo‘lgan hollarda (6.41)dagi yechim uzluksiz va tekis bo‘ladi. Agar ϕ 2 π ga o‘zgarganda (6.41)dagi ψ funksiya dastlabki qiymatiga qaytsa, u bir qiymatli bo‘ladi, ya’ni 2 2 z L m π π = h , (6.42) bo‘lganda (6.41) ifodadagi ψ funksiya bir qiymatli bo‘ladi. Bunda m istalgan butun son (musbat, manfiy yoki nolga teng). U vaqtda (6.42) ifodadan: h m L z = (m=0, ± 1, ± 2,…). (6.43) (6.43) formulada L z harakat miqdor momenti L ning (L – orbital mexanik momenti yoki impuls momenti ham deyiladi) z o‘qiga proyeksiyasini ifodalaydi. Shunday qilib, (6.43) formula harakat miqdor momentining istalgan o‘qqa bo‘lgan proyeksiyasi kvantlanishini ko‘rsatadi. Bu natijaning fizik ma’nosini ko‘raylik. Orbital mexanik momentining vektori L bo‘lsin. L ning z o‘qiga proyeksiyasi L z ni kvantlash, L vektorining z o‘qi bilan ma’lum burchak hosil qilishiga olib keladi (6.6-rasm). 6.6- rasmdagi vektor diagrammada z o‘qiga m ning mumkin bo‘lgan qiymatlari qo‘yilgan. Bu qiymatlar uzunligi ) 1 ( + l l bo‘lgan L vektorining fazoda aniq diskret yo‘nalishiga ega bo‘lgan proyeksiyalari 6.6-rasm 194 ( ,...) 2 , 1 , 0 ; ± ± = = m m L z h deb qaraladi. Lekin z o‘qi esa fazoda istalgan tomonga yo‘nalgan bo‘lishi mumkin. Shuning uchun bu mulohaza ma’nosizdir. (6.43) formuladagi natija butunlay boshqa ma’noga ega. (6.43) ifodadan ko‘rinadiki, L z ni o‘lchashda olinadigan natija ћ ga karrali bo‘ladi. Tajribagacha va tajribadan keyin ψ funksiyalar mos tushmasligi mumkin. Tajribagacha bo‘lgan fizik holatning, ya’ni istalgan fizik holatning ψ funksiyasi xususiy yechimlarining superpozisiyasi quyidagicha ko‘rinishda berilishi mumkin: ∑ ∑ = = m m im m m m e C C ϕ π ψ ψ 2 1 . (6.44) Bunday (6.50)dagi ψ funksiya bilan ifodalanadigan tizim impuls momenti L ning aniq bir proyeksiyasiga ega bo‘lmaydi. Bunday holda L vektori ixtiyoriy tomonga yo‘nalgan bo‘lishi mumkin. Lekin L z ni o‘lchaganda (6.44) ifodaga kiradigan m ning qiymatlaridan birortasi topiladi. L z =mћ kattalikning qiymatini topish ehtimoliyati esa |S m | 2 kattalik bilan aniqlanadi. (6.43) formuladan ko‘rinadiki, o‘lchashlarda hamma vaqt impuls momentining butun sonli qiymatlari topiladi. Demak, tizimning istalgan holati (6.44)dagi qator ko‘rinishida bo‘lishi mumkin. Azimut burchagi ϕ ning istalgan bir qiymatli uzluksiz funksiyasi 2 π davr bilan davriydir. Furye teoremasiga asosan bunday funksiya (6.44)dagi qatorga yoyilishi mumkin. Shunday qilib, (6.44) formula ψ funksiyasi ko‘rinishiga hyech qanday cheklanishlarni yuklamaydi. Orbital mexanik momenti kvadrati. Orbital mexanik momenti kvadratining L 2 mumkin bo‘lgan qiymatlarini topaylik. (6.37) tenglama asosida quyidagi ifodani yozish mumkin: 2 2 ˆL L ψ ψ = . (6.45) Operator 2 ˆL ning ko‘rinishi murakkab bo‘lib, uning yechimi ham maxsus funksiyalar bilan ishlashni talab qiladi. Shuning uchun 2 ˆL ning mumkin bo‘lgan qiymatlarini topishga boshqacha yondashamiz. Klassik mexanikada harakat miqdor momenti kvadrati uning koordinatalar o‘qiga bo‘lgan proyeksiyalari kvadratlari yig‘indisiga teng: 195 2 2 2 2 x y z L L L L = + + . (6.46) Kvant mexanikasida (6.46) tenglamani tegishli operatorlarni bog‘lovchi formula deb qarash mumkin. 2 2 2 2 ˆ ˆ ˆ ˆ z y x L L L L + + = , (6.47) o‘rtacha qiymati esa > < + > < + > >=< < 2 2 2 2 z y x L L L L . (6.48) Sferik-simmetrik maydonda harakatlanayotgan zarrani ko‘raylik. Zarraning harakat miqdor momenti kvadrati qandaydir aniq qiymatga ega bo‘lsin. Lekin harakat miqdor momenti kvadratining berilishi zarra holatini to‘liq aniqlamaydi, chunki bu vaqtda harakat miqdor momentining z o‘qiga proyeksiyasi turli qiymatlarga ega bo‘lishi mumkin. Orbital mexanik momenti kvadratining berilgan qiymatida zarraning sferik-simmetrik holati qiziqtiradi. z o‘qi boshqa koordinata o‘qlaridan hyech qanday farq qilmaydi. Shuning uchun quyidagi ifodani yozish mumkin: > >=< >=< < 2 2 2 z y x L L L . (6.49) U vaqtda (6.48) ifodaga asosan > < >= < 2 2 3 z L L . (6.50) Simmetrik yechim orbital mexanik momentining aniq bir proyeksiyasiga ega bo‘lmaydi. Chunki bunday holatlar L vektori bo‘lishi mumkin bo‘lgan burchaklar sohasini cheklaydi. Simmetrik yechim L ning mumkin bo‘lgan barcha proyeksiyalari yechimlari superpozisiyaga teng bo‘ladi. Simmetrik yechimda istalgan o‘qqa jumladan, z o‘qqa ham bo‘lgan barcha proyeksiyalar teng ehtimollidir. Shuning uchun > < 2 z L 2 z L ning mumkin bo‘lgan barcha qiymatlarining o‘rtachasiga teng bo‘ladi. (6.43) formulaga asosan L z ning mumkin bo‘lgan qiymatlari Plank doimiyligining butun qiymatlariga teng bo‘ladi: L z =0, ± 1ћ, ± 2ћ, ± 3ћ,…, ± m maks ћ. Harakat miqdori momenti proyeksiyasi L z ning maksimal qiymati L ning absolyut qiymati |L| dan katta bo‘la olmaydi. m ning maksimal qiymatini ℓ orqali belgilaylik: m maks =ℓ. ℓ – butun musbat son L z va m ning qabul qilishi mumkin bo‘lgan barcha qiymatlari to‘plamini yozamiz. 196 − − − … − … − − = − … − − = . ), ( , , , , , ), , ( m ) , ( , , , L z l l l l l h l h l h l lh 1 1 0 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( ) 1 ( . (6.51) Bundan ko‘rinadiki, ℓ ning har qanday berilgan qiymatlarida impuls momenti proyeksiyasi L z 2ℓ+1 ga teng bo‘lgan turli qiymatlarni (bitta nol, ℓ ning musbat, ℓ ning manfiy qiymatlarini) qabul qiladi. Shuning uchun > < 2 z L ning o‘rtacha qiymati quyidagi formula bilan aniqlanadi: ) 1 ( 3 6 ) 1 2 )( 1 ( 1 2 2 1 2 ... 3 2 1 2 1 2 ) ( ... ) 1 ( 3 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 + = + + ⋅ + = = + + + + + = + − + + − + >= < l l h l l l l h l l h l l l l h z L Download 4.51 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling