Atom tuzilishining modellari. Vodorod atomining bor nazariyasi 1-§. Atom tuzilishining modellari

4.12-§. Vodorod atomi spektridagi qonuniyatlar

Ma’lumki, qizdirilgan jismlar o‘zlaridan yorug‘lik nurlanishi chiqaradi. Jismlarning nurlanishi atom va molekulalar ichkarisida bo‘ladigan jarayonlar bilan bog‘liq. Shuning uchun jismlarning nurlanishini o‘rganish atom va molekulalar tuzilishini o‘rganishda muhimdir. Borning chastotalar shartiga asosan atomlarning nurlanishi elektronning bir stasionar orbitadan ikkinchi stasionar orbitaga o‘tganida sodir bo‘ladi. Jismlar qizdirilganda energiya yutgan atomlar uyg‘ongan holatga o‘tadi. Uyg‘ongan holatda atomlar (10^–810^–7) sekund yashaydi, so‘ng yutgan energiyasini nurlanish sifatida chiqarib asosiy holatda o‘tadi. Atomlar diskret qiymatdagi energiyani chiqaradi yoki yutadi. Atom chiqargan yoki yutgan diskret energiyalari to‘plami spektrni hosil qiladi. Spektrdagi har bir spektral chiziq jism chiqargan yoki yutgan aniq bir diskret energiya qiymatiga to‘g‘ri keladi. Spektrlarning turi (ko‘rinishi) nurlanayotgan jismning qanday holatda ekanligiga bog‘liq.

Qattiq jismlar nurlanishida tutash spektrlar hosil bo‘ladi. Molekulalar nurlanishida yo‘l- yo‘l spektrlar, atomlar nurlanishida chiziqli spektrlar hosil bo‘ladi. Spektrda ko‘p sondagi chiziqlarning bo‘lishi atom ichki tuzilishining murakkab ekanligini ko‘rsatadi. Atomlar nurlanishida chiqaradigan energiyalari hosil qilgan spektrlarni o‘rganish orqali atomdagi energetik sathlar to‘g‘risida to‘la ma’lumot olish mumkin. Atom spektrida spektral chiziqlarning joylashishi atomda energetik sathlar joylashishiga bog‘liqdir.

Atomlarning chiziqli spektrini o‘rganishda spektral chiziqlarning ketma-ketlik bilan joylashishida ma’lum qonuniyatlar mavjudligi aniqlanadi. Bunday qonuniyatlar birinchi marta vodorod atomi spektrida kuzatildi. Bu qonuniyatlarni aniqlashda birinchi bo‘lib, shvesariyalik fizik Balmer 1885-yilda vodorod spektrining ko‘zga ko‘rinadigan sohasidagi

spektral chiziqlar holatini aniqlaydigan empirik formulani ishlab chiqdi. Vodorod atomi chiqarish spektrining ko‘zga ko‘ri-nadigan sohasi (Balmer seriyasi) 4.12-rasmda,

107
yutilish spektri esa 4.13-rasmlarda keltirilgan. Chiziqli spektrlar uchun olingan empirik natijalar tahlil qilib ko‘rilganda, spektrdagi alohida chiziqlar ma’lum guruhlarga birlashishi aniqlandi. Bu guruhlar seriyalar deyiladi. Balmer 1885 yilda vodorod spektrining ko‘rinadigan sohasida H_, H_, H_, H_ lar bilan belgilanadigan to‘rtta

chiziqning to‘lqin uzun-ligi quyidagi empirik formula bilan ifodalani-shi mumkinligini ko‘r-satdi:

 » В	n^2		; (n = 3,4,5,6,...) .		(4.57)
	n2	- 4

n atomdagi elektron orbitalar (energetik sathlar) tartib raqaminibildiradi. B esa 3645,6∙10^–8sm=3645,6 Å ga teng bo‘lgan empirik doimiy. (4.57) formulaga asosan hisoblangan to‘lqin uzunliklar, Balmer o‘lchagan natijalarga deyarli mos keladi (4.1-jadval).

4.1-jadval

Chiziq	Balmer formulasi	O‘lchashlar	Farqi (Å)
	bo‘yicha hisoblangan (Å)	bo‘yicha (Å)
Hα	6562,08	6562,10	+0,02
Hβ	4860,80	4860,74	–0,06
Hγ	4340,00	4340,10	+0,10
Hδ	4101,30	4101,20	–0,10

Bu chiziqlar uchun hisoblangan va kuzatilgan to‘lqin uzunliklarning mos kelishida farq mavjudligi aniqlandi. Bu esa o‘sha vaqtdagi bu chiziqlarni o‘lchash noaniqligi bilan bog‘liq bo‘lib chiqdi. (4.57) formulani chastotani hisoblash formulasi ko‘rinishda yozish mumkin. U vaqtda spektrning ko‘rinadigan sohasidagi spektral chiziqlar chastotasi quyidagicha ifodalanadi:

æ	1		1	ö
 = Rç		-		÷, (n = 3,4,5,...)	(4.58)
	22		n2
è				ø

(4.58) formulada R – doimiy kattalik (4.9-§ dagi (4.35) formulaga qaralsin),  – spektrdagi har bir spektral chiziqqa tegishli bo‘lgan chastota, ya’ni elektronning n=3,4,5,… uyg‘ongan holatlardan n=2 uyg‘ongan holatga o‘tganida atom nurlaydigan energiya chastotasidir. (4.58) ifoda Balmer formulasidir. Spektrning

108

ko‘rinadigan sohasida joylashgan spektral chiziqlar guruhi Balmerseriyasi deyiladi. Demak, vodorod atomi spektridagi Balmer seriyasispektral chiziqlarining chastotasi (4.58) formula orqali aniqlanadi. Vodorod atomi spektrida Balmer seriyasi bilan bir qatorda, shu formulaga o‘xshash formula bilan ifodalanadigan boshqa seriyalar ham topildi.

Spektrning ultrabinafsha sohasida 1906 yilda Layman tomonidan quyidagi seriya kashf qilindi:

æ	1			1 ö
 = Rç			-		÷ (n = 2,3,...)		(4.59)
	1^2			n^2
è					ø

Bu seriyaga Layman seriyasi deyiladi. Bunda  – elektronning n=2,3,4,… uyg‘ongan holatlardan n=1 bo‘lgan asosiy holatgao‘tishida atom nurlaydigan energiya sachtotasidir.

Spektrning infraqizil sohasida 1908 yilda Pashen tomonidan quyidagi seriya topildi:

æ	1		1 ö
 = Rç		-		÷ (n = 4,5,...)	(4.60)
	32		n2
è				ø

Bu seriya Pashen seriyasi deyiladi.

Keyinchalik vodorod spektrining infraqizil sohasida yana boshqa seriyalar aniqlandi.

Breket seriyasi

æ 1

1

ö

 = Rç

-

÷

(n = 5,6,...)

(4.61)

4^2

n^2

è

ø

Pfund seriyasi

æ 1

1

ö

 = Rç

-

÷

(n = 6,7,...)

(4.62)

5^2

n^2

è

ø

(4.58) va (4.59) formulalardan vodorod atomi spektridagi barcha seriyalarni quyidagi umumiy formula

æ	1			1 ö				(4.63)
 = Rç			-			÷	(m = 1,2,3,...; n = m +1)
		2		n	2
è m						ø

orqali ifodalash mumkin ekanligi ko‘rinadi. Bunda m har bir seriyada doimiy m=1, 2, 3, 4, 5 qiymatlarni, n esa m dan bittaga ortiq, ya’ni n=m+1 bo‘lgan butun sonlarni qabul qiladi. m va n lar atomdagielektron qobiqlar (orbitalar) tartib raqamini bildiradi. (4.63) formulaga Balmerning umumlashgan formulasi deyiladi.

109
n ning ortishi bilan har bir seriyada spektral chiziqlarningchastotasi seriya chegarasi deb ataluvchi R/m² chegaraviy qiymatga intiladi.

Layman seriyasidagi spektral chiziqlarning katta to‘lqin uzunligi

n=2 bo‘lganda hosil bo‘ladi, ya’ni	4	121,56713 nm. Bu
	3RН

to‘lqin uzunlikka tegishli bo‘lgan spektral chiziq vodorodning rezonans chizig‘i deyiladi. Eng katta chastota n= bo‘lganda, (4.58-4.62) formulalar yordamida hisoblanadi. Bu chastota seriya chegarasi

deyiladi.

Balmer

seriyasida

seriya

chegarasi







^RH

 27419,69 sm^^1

yoki 

4

 3648 Å.

Seriya

4



RН

chegarasiga yaqinlashganda spektral chiziqlar zichlashadi, ular orasidagi to‘lqin uzunliklari farqi assimptotik ravishda nolga intiladi, spektral chiziqlar intensivligi ham nolga intiladi. Seriya chegarasidan tashqarida spektr uzilmaydi, balki tutash bo‘ladi. Bunday qonuniyat faqat vodorod atomi spektridagina emas, balki boshqa elementlar spektrida ham kuzatiladi. Bunda ham seriya chegarasi mavjud bo‘lib, chegaradan tashqarida tutash spektr hosil bo‘ladi. Spektral chiziqlarning joylashishini sxematik ko‘rinishda qaralsa va ularning intensivligini chiziqlar ko‘rinishida tasvirlansa, spektral chiziqlar intensivligining nolga intilishini ko‘rish mumkin (4.14-rasm).

4.14-rasm

Vodorod atomi spektri to‘g‘risida yuqorida bayon qilingan tushunchalarning yakuni sifatida 4.2-jadvalni keltirish mumkin.

110

Vodorod atomi spektral seriyalari.

4.2-jadval

Seriya

Spektr sohalari

Seriya

Seriya chegarasi

nomlari

formulalari

(n=¥)

Layman

Ultrabinafsha

1

æ 1

1 ö

911,27 Å

seriyasi

= Rç

-

÷



2

n

2

è

1

ø

n =2,3,4,...

Balmer

Ko‘rinadigan

1

æ

1

1 ö

3645,6 Å

seriyasi

= Rç

-

÷



2^2

n^2

è

ø

n =3,4,5,...

Pashen

Infraqizil

1

æ 1

1 ö

8201,4 Å

seriyasi

= Rç

-

÷



3

2

n

2

è

ø

n =4,5,6,...

Breket

Infraqizil

1

æ

1

1 ö

14580 Å

seriyasi

= Rç

-

÷



4^2

n^2

è

ø

n =5,6,7,...

Pfund

Infraqizil

1

æ 1

1 ö

22782 Å

seriyasi

= Rç

-

÷



5

2

n

2

è

ø

n =6,7,8,...