G. ahmedova, I. Xolbayev
-§. Atomda elektronlarning bog‘lanish turlari
Download 4.51 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- VIII-BOB. RENTGEN NURLARI 8.1-§. Rentgen nurlarining hosil qilinishi
- 8.2-§. Rentgen nurlarining spektrlari
7.8-§. Atomda elektronlarning bog‘lanish turlari Atomning to‘la harakat miqdori moment J r ga bir necha elektronning orbital va spin momentlari hissa qo‘shsa, J r shu momentlarning vektor yig‘indisi ko‘rinishda aniqlanadi. Elektronlarning o‘zaro ta’sirda bo‘lishligi sababli ularning orbital va spin momentlarini qo‘shish atom tizimidagi mavjud o‘zaro ta’sirlar xarakteri bilan aniqlanuvchi qoidalarga bo‘ysinadi. LS bog‘lanish. Agar elektronlar sistemasining orbital va spin momentlari o‘zaro ta’siri har bir elektronning orbital va spin momentlari o‘zaro ta’sirdan kuchli bo‘lsa, elektronlar sistemasida LS bog‘lanish amalga oshadi. LS bog‘lanish ko‘pincha Rossel-Saunders yoki normal bog‘lanish deb ham ataladi. Tajriba natijalarida ko‘pchilik hollarda LS bog‘lanish amalga oshishi isbotlangan. Shu sababli atom tuzilishi nazariyasida LS bog‘lanish muhim rol o‘ynaydi. LS bog‘lanishda alohida elektronlarning orbital momentlari qo‘shilib atomning orbital momenti L ni spin momentlari qo‘shilib esa atomning spin momenti S ni hosil qiladi. Ya’ni, ... ... 2 1 2 1 + + = + + = s s S l l L r r (7.64) 256 Atomning to‘liq momenti J uning orbital L r va spin S r momentlari yig‘indisidan iborat bo‘ladi. S L J r r r + = , (7.64a) LS bog‘lanish quyidagi formulalar ko‘rinishida ham ifodalanadi: + = = = → → → → → → → ∑ ∑ S L J S S L i i , , l (7.64b) → L , → S , → J , L z , S z , J z lar odatdagidayek kvantlanadi va ularga L, S, J, M L , M S va M J kvant sonlari mos keladi, ya’ni ( ) L L L M M L L L L L L z ..., , 1 , 1 + − − = = + = → h h (7.65) M L – atomning orbital magnit kvant soni ( ) S S S M M S S S S S S z ,..., 1 , 1 + − − = = + = → h h (7.66) M S – atomning spin magnit kvant soni ( ) J J J M M J J J J J J z ,..., 1 , 1 + − − = = + = → h h (7.67) M J – atomning to‘liq magnit kvant soni. Atomda elektronlar soni juft bo‘lganda S va J kvant sonlari butun son, elektronlar soni toq bo‘lganda esa yarim butun son qiymatlarni qabul qiladi. LS bog‘lanish elektrostatik kuchlarning nisbatan kuchli ta’siri ostida yuz beradi. jj bog‘lanish. Og‘ir atomlarda yadro zaryadi katta bo‘lganligi sababli elektronlarning orbital l i va spin S i momentlari o‘rtasidagi spin-orbital o‘zaro ta’sir elektronlar o‘rtasida elektrostatik o‘zaro ta’sir bilan tenglashadi. Natijada LS bog‘lanish buzilib, ayrim elektronlarning to‘la harakat miqdori momentlari to‘g‘ridan to‘g‘ri qo‘shiladi. Shu yo‘l bilan atomning to‘liq harakat miqdori momenti hosil bo‘ladi, ya’ni atomning to‘la harakat miqdor momenti alohida elektronlar to‘la harakat miqdor momentlari yig‘indisidan iborat 257 bo‘ladi. Elektron harakat miqdori momentlarining bu xil qo‘shilishiga, ya’ni elektronlarning bu bog‘lanishiga jj-bog‘lanish deyiladi. jj bog‘lanishda i chi elektronning to‘liq momenti , ,..., 2 , 1 , N i S j i i = + = → → → l (7.68) ∑ = → → = N i i j J 1 . (7.69) Bu formulalarda: J – atomning to‘liq harakat miqdor momenti, j – elektronning to‘liq harakat miqdor momenti, l i –elektronning orbital momenti, S i – elektronning spin momenti. Atomda elektronlarning bunday bog‘lanishiga jj bog‘lanish deyiladi. jj bog‘lanish LS bog‘lanishga qaraganda kam uchraydi. Bu bog‘lanishlarga misol tariqasida ℓ=0,1 holatdagi ikkita elektronning hosil qilgan konfigurasiyasini ko‘rish mumkin. ℓ 1 =0, ℓ 2 =1, S 1 =S 2 =1/2 bo‘lsin (7.8-rasm). Rassel-Saunders bog‘lanishlariga binoan: ( ) 1 ; ,..., , 1 2 1 2 1 = − + = + = → L L L L L l l l l h ( ) 1,0 ; ,..., , 1 2 1 2 1 = − + = + = → S S S S S S S S S h ( ) 0, 1, 2, va 1 ; ,..., , 1 = = − + = + = → j j S L S L j j j j h Ya’ni, to‘rtta sath yuzaga keladi. Bu to‘rtta sath j 1 =1 va j=2,1,0 sathlardan iborat ikkita bosh termni tashkil etadi. Ikkinchi j 2 term uchta bir-biriga juda yaqin sathlardan iborat. jj bog‘lanishga binoan, i i i S j → → → + = l , (7.70) ( ) ; 2 1 ; ,..., , 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = − + = + = → j S S j j j j l l h ( ) . ; j S ,... S j , j j j 2 1 va 2 3 , 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = − + = + = → l l h (7.71) j r va S r o‘rtasidagi kuchli o‘zaro ta’sir natijasida j=3/2; 1/2 holatlar bir-biridan katta farq qiladigan energiyaga ega bo‘ladi. 1 j r va 2 j r 7.8-rasm 258 o‘rtasidagi kuchsiz bog‘lanish natijasida , ∑ = → i i j j r (7.72) ( ) 0 1 va 1 2 , 1 2 1 2 1 . , , j , j j ,..., j j j j j j = − + = + = → h (7.73) Demak, yana to‘rtta sath hosil bo‘lar ekan. 7.9-rasmda bu ikki xil bog‘lanishlar beradigan energiya sathlari keltirilgan. Shunday qilib, bu ikki xil bog‘lanishda sathlar soni teng va j r ning qiymatlari bir xil. Nazorat savollari 1. Qanday atomlar ko‘p elektronli atomlar deyiladi? Misollar keltiring. 2. Murakkab atomlar uchun Shredinger tenglamasida elektronlarning qanday o‘zaro ta’sirlari hisobga olinishi kerak? 3. Ishqoriy metallar atomlari tuzilishi qanday? 4. Effektiv yadro va effektiv zaryad hosil bo‘lishini tushuntiring. 5. Ishqoriy metallar atomlarida kvant sonlar qanday bo‘ladi? 6. Ishqoriy metallar atomlari energetik sathlari energiyasi qaysi formula yuilan aniqlanadi va bunda bosh kvant soni qaysi kattalikka bog‘liq? 7. Ishqoriy metallar atomlari spektrlarida qanday seriyalar kuzatiladi? 8. Pauli prinsipining mohiyatini tushuntiring. 9. Elektron qobiqlarning elektronlar bilan to‘ldirilishini tushuntiring. 10. 11 Na elementining elektron konfigurasiyasini yozing. 11. Tanlash qoidalarini ayting. 12. Atomda elektronlarning qanday bog‘lanish turlarini bilasiz? 259 VIII-BOB. RENTGEN NURLARI 8.1-§. Rentgen nurlarining hosil qilinishi Rentgen nurlari 1895-yilda V.Rentgen tomonidan kashf qilingan bo‘lib, uning nomi bilan ataladi. Rentgen nurlari elektromagnit to‘lqinlar nurlanishi bo‘lib, to‘lqin uzunligi λ=(10 ÷ 0,001) nm oraliqda bo‘ladi. Rentgen nurlari ikki xil bo‘lishi aniqlangan: tormozlanish va xarakteristik rentgen nurlari. Rentgen nurlari 8.1-rasmda tasvirlangan rentgen trubkasida hosil qilinadi. Eng oddiy rentgen trubkasi ichidan havosi so‘rib olinib (10 –5 -10 –7 ) mm Hg bosim hosil qilingan shisha ballon bo‘lib, uning ichiga katod K va anod A elektrodlari joylashtirilgan. K katod volframdan tayyorlangan spiral bo‘lib, bu spiraldan past voltli elektr toki o‘tkaziladi, bunda spiral ~2000 ° gacha qiziydi. Qizigan katoddan termoelektronlar ajralib chiqa boshlaydi. A – anod metalldan tayyorlangan massiv sterjendan iborat, sterjen sirtiga galvanik yoki payvandlash usuli bilan xarakteristik rentgen nurlari tekshiriladigan element qatlami hosil qilinadi. Katod va anod orasiga bir necha o‘n kilovolt tartibda potensiallar ayirmasi qo‘yiladi. Tormozlanish rentgen nurlarining hosil bo‘lish mexanizmi quyidagicha: katod qizdirilgan holda bo‘lganda, katod va anod orasidagi potensiallar ayirmasi oshirib boriladi. Bunda hosil qilingan elektr maydon qizigan katoddan ajralib chiqayotgan termoelektronlarni tezlatadi. Yetarlicha katta kinetik energiyaga erishgan elektronlar anod sirtiga urilib, unda tormozlanadi. Ma’lumki, harakatdagi elektron atrofida elektr va magnit maydonlari mavjud, chunki harakatdagi elektron elektr tokiga ekvivalent. Elektronning tormozlanishi deganda, uning atrofidagi maydonning o‘zgarishi tushuniladi. Magnit va elektr maydonining o‘zgarishi elektromagnit to‘lqinlar nurlanishiga sabab bo‘ladi. Bu nurlanish tormozlanish rentgen nurlanishi deyiladi. 8.1-rasm 260 Xarakteristik rentgen nurlarining hosil bo‘lish mexanizmi quyidagicha: xarakteristik rentgen nurlanishi murakkab atomlar ichki elektron qobiqlaridagi elektronlar o‘tishi natijasida hosil bo‘ladi. Anod va katod orasidagi potensiallar ayirmasi bilan tezlatilgan, katta energiyaga ega bo‘lgan elektronlar anod materiali atomlari bilan to‘qnashadi va atomning ichki (K,L,M,…) qobiqlarining biridan elektronlarni urib chiqaradi yoki tashqi bo‘sh qobiqqa o‘tkazadi. Bo‘sh qolgan o‘rinlarga qo‘shni qobiqlardan elektronlar o‘tadi. Elektrondarning o‘tishi katta energiyadagi nurlanish chiqishi bilan sodir bo‘ladi. Bunday nurlanish anodni xarakterlaydi, shuning uchun ham bu nurlanish xarakteristik rentgen nurlanishi deyiladi. Masalan, agar K qobiqdan elektron urib chiqarilgan bo‘lsa (8.2a-rasm), K qobiqda bo‘sh qolgan o‘ringa undan yuqorida bo‘lgan L,M,N qobiqlarning biridan elektron o‘tishi mumkin (8.2b-rasm). Xudi shunday elektron L qobiqdan urib chiqarilgan bo‘lsa, L qobiqdagi bo‘sh qolgan o‘ringa M qobiqdan elektron o‘tadi (8.2c-rasm). Bu o‘tishlarda katta energiyadagi nurlanish hosil bo‘ladi. Shu nurlanish xarakteristik rentgen nurlanishidir bo‘ladi. Atomning ichki qobiqlari orasida bo‘ladigan elektron o‘tishlarda katta miqdorda energiya ajraladi. Rentgen trubkalarida tezlatilgan eletronlar kinetik energiyasining ~0,01 qismi rentgen nurlari energiyasiga aylanadi, energiyaning qolgan qismi anodning qizishiga sarflanadi. Quvvati yuqori bo‘lgan rentgen trubkalarida anod suv bilan sovutiladi. 8.2-§. Rentgen nurlarining spektrlari Tormozlash rentgen nurlari tutash spektrni hosil qiladi. Tutash spektrning tuzilishi anod materialiga bog‘liq bo‘lmaydi. Tutash spektr quyidagi xossalarga ega: spektrda rentgen nurlari intensivligining to‘lqin uzunligiga bog‘liq ravishda taqsimlanishi egri chiziqdan iborat bo‘lib, to‘lqin uzunligining aniq qiymatlarida egri chiziq maksimumga ega bo‘ladi. Intensivlikning bu maksimumidan 8.2-rasm 261 uzun to‘lqinlar va qisqa to‘lqinlar tomonga pasayishi turlicha bo‘ladi; uzun to‘lqinlar tomonga pasayganda egri chiziq assimptotik ravishda nolga intiladi, qisqa to‘lqinlar tomonga pasayganda esa keskin pasayadi va to‘lqin uzunligining ma’lum bir qiymatida spektr keskin uziladi. To‘lqin uzunligining bu qiymati tutash spektrning qisqa to‘lqinli chegarasi deyiladi va u elektronlarni tezlatuvchi potensialga bog‘liq bo‘ladi. 8.3-rasmda anod va katod orasidagi potensiallar farqining turli qiymatlari uchun tormozlanish rentgen nurlanishining tutash spektri keltirilgan. Rasmda tormozlanish rentgen nurlanishi intensivligining to‘lqin uzunligiga bog‘liqligi tasvirlangan. Anod va katod orasidagi potensiallar ayirmasi U 1 =30 kV bo‘lganda spektr to‘lqin uzunligi ma’lum bir chegaraviy λ cheg1 qiymatidan boshlanib, uzun to‘lqin uzunliklar tomonidan davom etadi. Potensiallar ayirmasi yana oshirila borilsa, U 2 =40 kV bo‘lganda, spektrning qisqa to‘lqinli chegarasi chapga siljiydi, λ cheg2 spektrning intensivligi esa ortadi. U 2 =50 kV bo‘lganda ham shunday bo‘ladi va h.k. Tutash spektrning qisqa to‘lqinlar sohasida spektrning uzilishini kvant mexanikasi tasavvurlari asosida quyidagicha tushuntirish mumkin: elektronlar tormozlanishida hosil bo‘ladigan rentgen nurlarining energiyasi tormozlangan tez elektronlarning energiyasidan katta bo‘la olmaydi. Katod va anod orasiga qo‘yilgan potensiallar ayirmasi bilan tezlashtirilgan elektronlar eU kattalikdagi kinetik energiyaga erishadi. Elektronlar anod sirtiga urilib tormozlanganida kinetik energiyasining bir qismi anodni qizdirishga sarf bo‘ladi, qolgan qismi hosil bo‘lgan rentgen nurlanishi kvantlari energiyasiga aylanadi. U vaqtda energiya uchun quyidagi munosabat o‘rinli bo‘ladi: hν< (8.1) 8.3-rasm 262 (8.1) formulada hν – tormozlanish rentgen nurlanishi kvantlarining energiyasi, eU – tezlashtirilgan elektronlarning kinetik energiyasi, elektronlarning anodni qizdirishga sarflanadigan energiyasi har xil bo‘lganligi uchun hosil bo‘ladigan rentgen kvantlarining energiyasi ham har xil bo‘ladi, ya’ni har xil energiyali rentgen nurlari nurlanadi. Shuning uchun ham tormozlanish rentgen nurlanishi tutash spektrga ega bo‘ladi. Tormozlanish rentgen nurlari tutash spektrida eng qisqa to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri keladigan rentgen nurlanishi kvantlari hν max – maksimum energiyaga ega bo‘ladi. Bunday katta energiyali tormozlangan rentgen nurlanishi kvantlari anodga kelib urilayotgan tez elektronlarning kinetik energiyasi to‘liq ravishda tormozlangan rentgen nurlari energiyasiga aylanganida hosil bo‘ladi. Shuning uchun tutash spektrning chegarasi λ min ni topish uchun elektronning yeU kinetik energiyasini rentgen kvantining maksimal energiyasi hν max ga tenglashtirish kerak, ya’ni: eU=hν max (8.2) (8.2) formulada ν max =c/λ min ekanligini hisobga olgan holda λ min uchun quyidagi ifodani yozish mumkin: λ min =hc/eU (8.3) (8.3) formulada λ min =λ cheg λ cheg – tutash spektrning eng qisqa chegaraviy to‘lqin uzunligi deyiladi. (8.3) formuladan ko‘rinadiki, tutash rentgen spektrining chegaraviy to‘lqin uzunligi faqat potensiallar ayirmasiga bog‘liq bo‘lib, anod materialiga bog‘liq emas. (8.3) forrmulada U – kilovoltlarda va λ – angstremlarda ifodalanadigan bo‘lsa, (8.3) formula quyidagi ko‘rinishda yozilishi mumkin: U 412 , 12 = λ Å (8.4) (8.4) formulada elektronni tezlatuvchi potensial U=100 kV bo‘lganda tutash spektrni chegaralangan eng qisqa chegaraviy to‘lqin uzunlik λ cheg =0,124Å ga teng bo‘ladi. Rentgen spektroskopiyasida to‘lqin uzunligi XE – birliklarda ifodalanadi: 1XE=1,00225Å (8.5) 263 (8.5) ifoda keltirilgan birliklarda hisoblangan to‘lqin uzunliklar tormozlanish rentgen nurlanishi tutash spektrining qisqa to‘lqinli sohasida joylashgan bo‘ladi. Xarakteristik rentgen nurlari chiziqli spektrni hosil qiladi. Chiziqli spektrlar anod materialiga, uning atomi xossalariga bog‘liq bo‘ladi. Shuning uchun har bir element faqat o‘ziga xos xarakteristik rentgen nurlari chiqaradi. Anod va katod orasiga qo‘yilgan potensiallar ayirmasining ma’lum qiymatida tezlashtirilgan elektronlarning energiyasi anod materiali atomining ichki qobiqlaridan elektronni urib chiqarishga yetarli bo‘lgan holda tormozlanish rentgen nurining tutash spektri fonida xarakteristik rentgen nurlarining qisqa spektral chiziqlari hosil bo‘ladi (8.4- rasm). 8.4-rasmda anod va katod orasida qo‘yilgan potensiallar ayirmasining 15, 20, 25, 30 kV qiymatlarida bo‘lgan tormoz- lanish nurlanishining tutash spektri fonida xarakteristik rentgen nurlanishining spektral chiziqlari K α , K β hosil bo‘lgan. Rentgen spektrlarida spektral chiziqlar rentgen sathlari orasida bo‘ladigan elektron o‘tishlari natijasida hosil bo‘ladi. Elektron o‘tishlar ∆ L=±1, ∆ j=0, ±1 tanlash qoidalari bajarilishi asosida hosil bo‘ladi. Xarakteristik rentgen nurlarining spektral chiziqlari ma’lum qonuniyat bilan ketma-ket joylashadi. Spektral chiziqlar seriyalarga birlashtiriladi. Seriyalar K,L,M,N harflari bilan belgilanadi. Agar spektral chiziqlar elektronlarning K-qobiqqa o‘tishida hosil bo‘lgan bo‘lsa, spektral chiziqlar K-seriyaga tegishli bo‘ladi, L-seriya chiziqlari elektronlarning L-qobiqqa o‘tishidan hosil bo‘lgan chiziqlardan iborat bo‘ladi. Boshqa seriyadagi spektral chiziqlar ham shunday hosil bo‘ladi. K-seriya spektrning eng qisqa to‘lqinli sohasida, L- seriya uzun to‘lqinlar sohasida, M va N cyeriyalar ko‘zga ko‘rinadigan sohada joylashgan bo‘ladi. Xarakteristik rentgen 8.4-rasm 264 spektrida K,L,M,N seriyalarining hosil bo‘lishi sxematik ravishda 8.5-rasmda keltirilgan seriyadagi har bir chiziq o‘z belgisiga ega. Har bir chiziq qaysi seriyaga tegishli bo‘lsa, shu seriya nomi bilan aytiladi. Elektron qaysi qobiqdan o‘tgan bo‘lsa, shu qobiq indeksi bilan ko‘rsatiladi. Masalan, K α yozuv elektron K qobiqdan o‘tganligini bildiradi. α – indeksi elektron o‘tishlar yaqin qobiqdan bo‘lganligini, β – indeksi o‘tishlar yaqin qobiqdan keyingi qobiqdan bo‘lganligini ko‘rsatadi va h.k. Qobiqlar α , β , γ – indekslar bilan K α , K β , K γ yoki L α , L β , L γ va h.k. ko‘rinishida yoziladi (8.5-rasm). K α elektronning yaqin qobiqdan K qobiqqa o‘tishida chiqarilgan xarakteristik rentgen nuri energiyasi hosil bo‘lgan spektral chiziqdir. α , β , γ , δ – harflariga qo‘yiladigan son indekslari uzun to‘lqinlar spektral chiziqlardan boshlab seriyadagi chiziqlarning tartib raqamini ko‘rsatadi. K – seriya o‘z tuzilishiga ko‘ra, eng oddiy spektr hisoblanadi. Bu seriya uchta spektral chiziqdan iborat bo‘lib, ular shartli ravishda K α , K β , K γ lar bilan belgilanadi. K α – chizig‘i uchun to‘lqinli bo‘lib, kattaroq intensivlikka ega. K α – chizig‘i α 1 va α 2 komponentlardan, ya’ni 1 α K va 2 α K – chiziqlaridan iborat bo‘lgan dublet tuzilishiga ega. K β – chizig‘i to‘lqin uzunligi va intensivligi jihatidan K α dan keyin turadigan chiziqdir. K β – chizig‘i ham dublet tuzilishiga ega bo‘lib, 1 β K va 2 β K ko‘rinishida belgilanadi. 1 α K va 2 α K hamda 1 β K va 2 β K chiziqlari bir-biridan energiya bo‘yicha juda oz farq qiladi. Bu chiziqlar rentgen spektrlarining “nozik strukturasi”ni hosil qiladi. K γ – chizig‘i qisqa to‘lqinli chiziq hisoblanadi. L-seriya K- seriyaga qaraganda murakkab tuzilishga ega bo‘ladi. 8.6a-rasmda ba’zi elementlarning K-seriya spektrlari keltirilgan. 2.6b-rasmda esa volframning L-seriya spektral chiziqlari tasvirlangan. Rasmlardan L-seriya K-seriyaga qaraganda murakkab 8.5-rasm 265 tuzilganligini ko‘rish mumkin. K-qobiqdagi elektron atom bilan kuchli bog‘langan, L-elektron kuchsizroq, M-qobiqdagi elektron undan ham kuchsizroq bog‘langan. Shuning uchun elektronlarning L → K o‘tishida hosil bo‘ladigan xarakteristik rentgen nurlanishi kvantlarining energiyasi L va K qobiqlaridagi elektronlarning bog‘lanish energiyalari farqiga teng bo‘ladi. Rentgen spektrlari atomning ichki qobiqlaridagi elektronlarning harakati tufayli hosil bo‘ladi. Atomning ichki qobiqlari bir xil tuzilishga ega bo‘lganligi uchun rentgen nurlari spektrlarida davriylik kuzatilmaydi. Spektral chiziqlar chastotalarining element tartib raqami Z ning ortishi bilan qisqa to‘lqinlar tomonga monoton siljishi kuzatiladi. Rentgen nurlari spektrida chiziqlar soni juda kam bo‘lib, chiziqlar bir xil tuzilishga ega bo‘ladi. Umuman rentgen nurlari spektrlari oddiy va bir xil tuzilishga ega. Rentgen spektrlarida atomga tegishli xossalar mavjud bo‘ladi. Shuning uchun ham rentgen nurlarining chiziqli spektrlari atomlarning murakkab elektron qobiqlari tuzilishini aniqlashga imkon beradi. 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