Атом рылысы жне атом спектрлеріні пайда болуы

Атом – затты дискретті блшегі, оны млшері шамамен 10^-8см, ол о зарядталан ядродан (ядроны радиусы 10^-12см шамасында) жне оны айналасында озалып жретін теріс зарядталан электрондардан трады. Электронны жылдамдыы те жоары боландытан атомны толынды асиеті басым болады.

Заряд тыыздыы максимальды жоары болатын аудандарды электронды орбиталь немесе энергетикалы дегей деп атайды. йткені рбір орбиталь белгілі энергиямен сипатталады. Атомны энергетикалы жадайы негізінен электронды орбитальдар энергиясымен аныталады.

рбір электрон, атом жне энергетикалы дегей 4 квант санымен аныталады:

1.Негізгі квантты сан n – электронны ядродан ашытыын сипаттайды жне 1,2,3 ... мндеріне ие болады.

2.осымша квантты сан l – орбитальдар формасын анытайды жне 0,1,2,3,... мндеріне ие болады, оларды s,p,d,f ріптерімен белгілейді. озалыстаы электрон озалыс саныны моментіне ие болады. Егер l=0 болса, онда озалыс моментіні саны нольге те болады жне электр заряды сфераа таралан болады. Ал l=1 болса орбитальды формасы гантель трізді болады.

3.Магнитті квант саны m – орбитальдарды кеістіктегі орналасуын сипаттайды жне оны мні -l ден l – ге дейінгі мнге ие болады. Егер l=0 болса магнитті квант саны нольге те болады, ал l=1 болса ол -1,0,+1 мндеріне ие болады жне орбитальдары гантель трізді болады да, тікбрышты жйені координаттары сін бойлап орналасады.

4.Спинді квант сан m_s жне мндеріне те, электрон импульсыны зіндік моментін крсетеді.

Паули принципі бойынша атомда квантты сандары бірдей екі электрон болуы ммкін емес. Электрондарды бір-бірінен кемінде 1 спин саны згеше болады, йткені олар бірдей болса бірін-бірі баса орбитальа ыыстырып шыарады. Сондытан кп электронды атомны рылысы крделі болады. Оларда дегейлерге осымша дегейшелер пайда болады.

Бір ана квант саныны згеруінен атом энергияны алады немесе береді. Бл атомны 1) электромагниттік ріспен рекеттесуінен болуы ммкін жне 2) атомны баса атоммен немесе молекуламен тікелей энергия алмасуы кезінде (мысалы сотыысан кезде немесе химиялы реакция кезінде болуы ммкін).

Сырттан сер болмаан кезде атом алыпты жадайда болады, яни энергиясыны мні тмен болады. Сырттан энергия алан кезде электрон жылдамдыы артады, соны нтижесінде атом озады.

Атом энергияны кез келген млшерін алып не бере алмайды, энергетикалы алмасу тек квантпен (фотонмен), яни порциямен жзеге асады. Атом белгілі бір энергетикалы жадайда болады (14.5-сурет).

Е3

Е2

Е1

Е0

k

і

 

 

14.5-сурет. Атомдаы энергетикалы ауысулар

Суреттегі Е₀ алыпты жадай, басалары озан жадайлар. Сызышалармен ауысулар крсетілген. Бір актіде атом тек бір ана фотонды жтады немесе шыарады. Фотонны зіні энергиясы жне жиілігі болады. Зат кптеген бірдей атомдардан трады, олар ртрлі энергетикалы дегейлерге ауыса алады жне бл кезде жиіліктері ртрлі фотондарды жтады немесе шыарады. Жиіліктері бірдей фотондарды жиынтыын спектральды сызы деп атайды. Фотонды жтан кездегі сызытар – абсорбциялы, ал фотонды шыаран кездегі – эмиссионды сызытар деп аталады. Барлы абсорбциялы немесе эмиссионды сызытар жиынтыын затты абсорбциялы немесе эмиссионды спектрі деп атайды. Жту спектрін зерттелетін затты электромагниттік сулелену ауданына, мысалы жары шоыны жолына орналастыру арылы алады, ал шыару спектрін алу шін затты атомдарын алдын ала озан кйге кшіреді. Ол шін зат энергияны бір трін, яни жылу энергиясын немесе химиялы энергияны, не болмаса электромагниттік сулені жтуы ажет.

Атом озан жадайдан 10^-9 – 10^-7 секунд аралыында алыпты жадайа ауысады. Бл кезде ол фотон немесе жылу шыарады. Жылу шыаран кезде суле шыармайды, бл суретте ирек сызыпен крсетілген.

Шыарылатын немесе жтылатын сулені жиілігі электронды орбитальдар арасындаы энергия айырымымен аныталады:

.

Квантты жадайды абсолютті энергиясы белгісіз, оны иондану энергиясын (электронны атомнан толы блінуіне сйкес болатын) шартты трде нлге те деп алып, сол бойынша есептейді.

Атомды орбитальдар энергиясы бір-бірінен згеше болады. Мысалы, орбитальда ядроа жаын орналасан (негізгі квант саны n=1 болатын) электронды оздыру шін 6.10⁴ кДж. моль^-1 ажет (шыарылатын фотондар рентген сулелеріні жиілігіне ие болады), ал сырты электрондарды оздыру шін 150-600 кДж.моль^-1 энергия жеткілікті болады (ультраклгін жне крінетін сулелер). Негізгі квант саныны суіне байланысты оздыру энергиясы жне сулелену жиілігі азаяды (14.6-сурет).

4d

5s

4s

3s

2s

1s

4p

3p

2p

3d

E

E

E

Крінетін аудан

Алыс УФ аудан

Рентген аудан

 

14.6-сурет. ртрлі квантты кйдегі энергетикалы дегейлерді салыстырмалы орналасуы жне электронды ауысулар кезінде энергияны згеруі.

 

Е ммкін болатын ауысу бірінші озан дегейден алыпты жадайа Е₀ ауысу болып табылады, оан сйкес спектральды сызытар резонансты сызытар деп аталады. Электронны одан жоары энергетикалы дегейлерге (Е₂, Е₃ жне т.б.) ауысуы ммкін. Бл кезде оны алыпты жадайа ауысуы ртрлі аралы дегейлер арылы жзеге асуы ммкін.

Сырты оай озатын электрондарды оптикалы электрондар деп атайды, оларды атысуымен болатын ауысулар оптикалы спектр береді. ртрлі элементтерді сырты электрондарыны озу энергиялары ртрлі болады. Мысалы, сілтілі металдарды резонансты сызытарын (Е₁ Е₀) алу шін салыстырмалы трде аз энергия ажет (~ 2эВ, толын зындыы крінетін ауданда жатады), металеместер шін энергия мейлінше лкен болады (~ 5эВ, толын зындыы УК ауданда жатады). Сырты валенттік электрондары кп болан сайын атомны энергетикалы ауысулара ммкіндігі жоары болады, сондытан металл спектрлері, мысалы темірді спектрі мыдаан сызытардан трады, ал сілтілі металдарды спектрлерінде керісінше, сызытар саны те аз болады.

Оптикалы ауысуларды барлыы бірдей ммкін бола бермейді. Ммкіндігі жоары ауысулар – рсат етілген, ауысу ммкіндігі тмендер – тиым салынан деп аталады. Мысалы, бір электроннан кбірек электронны ауысуына тиым салынан тріне, сонымен атар спинін згертіп ауысуа жне осымша квант санын 1 бірліктен жоары мнге згертуге тиым салынан тріне жатады. Яни, s – p – орбитальа, p – d – орбитальа ауысуа рсат етілген, ал s – d – орбитальа немесе p – f орбитальа тиым салынан тріне жатады.

Спектрдегі сызытар кптеген бірдей атомдарды ртрлі ауысуларымен байланысты болады. Белгілі бір уаыт аралы­ында зат энергиясы рсат етілген ауысудан кп фотон жтады жне энергиясы тиым салынан ауысудан аздаан фотонды жтады не шыарады. Сызыты анытыы 1 секундтаы фо­тон санына пропоционалды болады, сондытан жиі кездесетін ауысуа аны сызытар сйкес келеді де, ал сирек кездесетін ауысуа анытыы тмен сызытар сйкес болады. Резонансты сызытар аныыра болады, йткені Е₁ Е₀ ауысуларыны ытималдыы жоары.

Суле шыару з бетінше болатын процесс, йткені атом ашанда трасыз озан жадайдан одан тратыра, яни энергетикалы тмен дегейге ауысуа мтылады. Керісінше жары жту – мжбр болатын процесс, яни атом энергиясын жтылатын фотон арылы арттыру процесі.

Егер атома жоары энергия берсе (10³-10⁵ эВ) мысалы затты те жылдам, электрондар немесе рентген сулелері арылы оздыру арылы, онда ішкі электрондар озуы ммкін немесе осы электрондарды K, L орбитальдарынан шыып кетуі де ммкін. Бл кезде босаан орына алысыра орбитальда орналасан электрон ауыса алады: L – ден K- а , М –нен L- а, М –нен K- орбиталына. Бл кезде рентген сулесіні кванты блінеді.

Атомды-спектроскопиялы анализ дісі. Жоарыда келтіріл­ген ауысулар аналитикалы масаттарда олданылады. Зат атомыны энергетикалы жадайын згертуге негізделген діс­тер атомды-спектроскопиялы анализ дістеріне жатады. Олар сигналды алу жне тіркеу тсілдеріне байланысты згешеленеді.

Оптикалы дістер сырты валенттілік электрондарыны энергетикалы ауысуларын олданады. Бл діске затты алдын ала атомдардара ыдыратып алу ажеттігі тн. Атомды-эмис­сион­ды спектрометрия атомдарды суле шыаруына негіздел­ген. Бнда атомдар плазманы кинетикалы энергиясымен, доа немесе искра разрядтарымен оздырылады. Атомды-флуорес­центті спектроскопия атомдарды суле шыаруына негіздел­ген. Атомдар сырты кзді электромагниттік сулеленуі арылы оздырылады.

Атомды-абсорбциялы спектроскопия сырты жары кзінен атомны суле жтуы. Рентген дістері атомны ішкі электрондарыны энергетикалы ауысуына негізделген. Сигналды алу жне тіркеу тсіліне байланысты рентгенэмиссия­лы, рентгенабсорбциялы жне рентгенфлуоресцентті спектро­скопия деп бледі. Зат рылысын зерттеу шін осы дісті баса да трлерін олданады, мыс, оже-спектроскопия, рентгенді электрон-зондты анализ, электронды спектроскопия. Рентген дістері алдын ала атомизациялауды ажет етпейді, бнда атты сынаманы алдын ала дайындамай-а анализдеуге болады. Ядролы дістер – атом ядросын оздыруа негізделген.