Сутегі тәріздес атомдардың спектрлік сериясы

Сутегіден басқа элементтердің атомдарының спектрлік сызығының толқындық санын да екі термнің айырмасы түрінде өрнектеуге болады. Бұл Ридберг – Ритцтің комбинациялық принципі деп аталады. Осы термдердің физикалық мағынасы, комбинациялық принциптің мән – жайы Бор теориясынан кейін ғана шешілді.

Сілтілік металдар: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) элементтерінің спектрлеріндегі бірнеше сериялардың сыртқы көрінісі сутегі атомының спектріндегі серияларға ұқсас болып келеді. Бұлардың спектрлік сызықтары да сутегі атомының спектрлері сияқты спектрдің қысқа толқынды шетіне қарай спектр сызықтарының арасы жақындай түседі де ақыры, олар бірігіп, тұтасып кетеді және сызықтардың интенсивтігі кеми береді.

Сурет

1.7-суретте көрсетілген сызықтар натрийдің бас сериясы деп аталады. Бұл серияның бесінші сызығынан бастап қысқа толқынды сызықтары басталады. Натрийдің бас серия сызықтары жұтылу және сәуле шығару спектрлерінде де байқалады. Басқа сілтілік металдарда да бас серия болады. Бірақ оларды Бальмер формуласымен есептеуге болмайды. Олардың толқындық санын белгілі ереже бойынша, спектрлік терм айырмасы түрінде көрсетуге болады, бұлардың біріншісі тұрақты, ал екіншісі айнымалы терм болады.

Сілтілік металдардың сәуле шығару спектрінде бас сериядан басқа, бірінші – екінші қосымша және негізгі сериялар бар. Бірінші және екінші қосымша серияның сызықтары айқынырақ, болады. Негізгі серия сызықтары спектрдің инфрақызыл бөлігінде орналасады. Бірінші және екінші қосымша сериялардың шегі бірдей, ал бас серия шегінен өзгеше болады. Осы айтылған серияларды мынадай түрде өрнектейміз:

Бас серия:

Бірінші қосымша серия:

Екінші қосымша серия:

Негізгі серия:

мұндағы - әрбір сілтілік металға тән параметрлер, олардың әрқайсысы бірден кем шама, мысалы, натрий үшін болады.

Сілтілік металдардың сериялық термдерін ықшамдап мынадай түрде жазады:

Сонда бас серия: ;

Бірінші қосымша серия: ;

Екінші қосымша серия: ;

Негізгі серия: ;

Сілтілік металдардың спектрлік сызықтары екі сызықтан тұрады. Мысалы натрийдің сары түсті D – сызығы қос сызық, біреуі D₁ – сызығының толқын ұзындығы мкм, ал екіншісі D₂ – оның толқын ұзындығы мкм. Мұндай сызықтар дублет (қос) сызықтар деп аталады. Спектрлік сызықтардың осындай күрделі мультиплеттік құрылысы термдердің күрделілігін көрсетеді.

Бор постулаттары

Атомның құрылысы жайындағы Резерфорд теориясының да елеулі кемшілігі болды. Егер атом құрылысын классикалық электродинамика тұрғысынан қарастырсақ, онда атомның ядролық моделі орнықты емес. Өйткені электрон ядроны айнала үдей қозғалғанда, электромагниттік теория бойынша жарық толқындарын шығарып, оның энергиясы кемуге тиісті. Онда ядромен электрон арасы жақындай түседі де айналу периоды үздіксіз кеміп, айналым (дөңгелектік) жиілігі арта түседі және шығарған жарықтың жиілігі де біртіндеп өзгеріп отыруға тиіс. Сонымен аз уақыт ішінде (10^-8с) электрон, ядро үстіне құлап түскен болар еді. Шын мәнінде бұл қорытынды дұрыс емес. Егер бұл модель дұрыс болса, онда сутегінің спектрі үздіксіз тұтас болар еді. Тәжірибеге қарағанда атом орнықты жүйе, сиретілген газ атомының спектрі дара сызықтардан тұрады. Классикалық механика тұрғысынан атомда мүмкін болатын шексіз көп электрон орбиталары ішінен белгілі кванттық шарттарды

- ді қанағаттандыратын тек кейбір дискретті орбиталар болады. Электрон осы стационарлық орбиталардың біреуінің бойымен үдей қозғалғанмен электромагниттік толқын (жарық) шығармайды. Олай болса атомның ішкі процесіне классикалық электродинамика заңдарын қолдануға болмайтындығы көрінеді.

Pезерфорд теориясын осындай қиындықтан шығарған Данияның атақты ғалымы Н. Бор болды. Ол М.Планктың кванттық теориясына сүйене отырып, өзінің атом құрылысы жөнінде жаңа теория ойлап шығарып мынадай екі постулат ұсынды:

1) электрон ядроны айнала қозғалғанда, ол кез-келген орбитабойымен қозғалмай, тек белгілі бір стационар орбита бойымен ғана қозғала алады.Стационар орбита бойымен қозғалған электрон ешқандай жарық жұтпайды және шығармайды. Осындай орбиталарға сәйкес атомның стационар күйдегі энергиясының дискрет мәндері (Е₁, Е₂ .....) болады. Стационар орбитадағы электронның импульс моменті мынадай формуламен өрнектеледі:

(1.6.1)

мұндағы, - жылдамдық, h - Планк тұрақтысы, - орбита радусы, m - электронның массасы.

2) Электрон бір стационар күйден екінші стационар күйге көшкендe ғана жарық шығарады немесе жарық жұтады, сонда осы күйлердегі атом энергиясының айырмасы монохромат жарық кванты түрінде шығарылады немесе жұтылады.

Егер жоғарғы стационар күйдегі электрон энергиясы - Еn, төменгі күйдегі энергиясы -Еm, болса, онда электрон жоғарғы күйден төменгі күйгекөшкенде бір квант жарық шығарады

Еn   Em

жұтады

(1.6.2)

ал төменгі күйден жоғарғы күйге көшу үшін жарық квантын жұтады.