ძირითადი კვანტური რიცხვიპ პ პ

(ფიზიკა. ოპტიკა. კვანტური ფიზიკა. სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებებინივთიერებები)

კვანტური რიცხვებიდა ჯარიმა სტრუქტურასპექტრები

ძირითადი კვანტური რიცხვიპაღნიშნავს ელექტრონის ენერგეტიკული დონის რაოდენობას ატომში. ძირითადი კვანტური რიცხვის მნიშვნელობა პ= 1 შეესაბამება ყველაზე დაბალი ენერგიის მქონე ელექტრონის საწყის მდგომარეობას. ძირითადი კვანტური რიცხვი პაღწერს მხოლოდ წრიულ (ბორის) ორბიტებს. თუ ზე...
(ფიზიკური საფუძვლებიოპტიკური და რენტგენის სპექტროსკოპიის თეორია)

ბარნეტის გამოცდილება. აინშტაინისა და დე ჰაასის გამოცდილება. შტერნისა და გერლახის გამოცდილება. Დატრიალება. ორბიტალური და სპინის იმპულსის კვანტური რიცხვები

ცნობილია, რომ ნივთიერების მაგნიტიზაცია მაგნიტურ ველში განპირობებულია მიკროსკოპული მოლეკულური დენების გარე მაგნიტურ ველში შეღავათიანი ორიენტაციის ან ინდუქციის გამო, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრონების მოძრაობით დახურულ მიკროსკოპულ ორბიტებზე თითოეულ მოლეკულაში (ატომში). ხარისხისთვის...
(ფიზიკა. ოპტიკა. კვანტური ფიზიკა. მატერიის სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებები)

წყალბადის ატომის კვანტურ-მექანიკური მოდელი (შროდინგერის განტოლების ამოხსნის შედეგები). წყალბადის ატომის კვანტური რიცხვები

კვანტური მექანიკა, ბორის პოსტულატების ჩართვის გარეშე, შესაძლებელს ხდის ენერგიის დონის პრობლემის გადაწყვეტის მოპოვებას, როგორც წყალბადის ატომისთვის, ასევე წყალბადის მსგავსი სისტემისთვის და სხვა. რთული ატომები. ჩვენ განვიხილავთ წყალბადის მსგავს ატომს, რომელიც შეიცავს ერთ გარე ელექტრონს. ელექტრული ველი შექმნილი...
(ფიზიკა. ოპტიკა. კვანტური ფიზიკა. მატერიის სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებები)

კვანტური რიცხვების ზოგადი მახასიათებლები

ძირითადი კვანტური რიცხვი

ნახასიათებს ატომში ელექტრონის ენერგიას და ზომას ელექტრონული ორბიტალი. იგი ასევე შეესაბამება იმ ელექტრონული ფენის რაოდენობას, რომელზედაც მდებარეობს ელექტრონი. ელექტრონების ერთობლიობა ატომში ძირითადი კვანტური რიცხვის იგივე მნიშვნელობითნდაურეკა ელექტრონული ფენა ( ენერგიის დონე). ნ- იღებს ღირებულებებს 1, 2, 3, …, ¥ . ენერგიის დონეები მითითებულია დიდი ლათინური ასოებით:

მოცემული ენერგეტიკული დონის სხვადასხვა ქვედონეებს მიეკუთვნებიან ელექტრონების ენერგიებში განსხვავებები აისახება გვერდითი (ორბიტალური) კვანტური რიცხვი ლ. ელექტრონები ატომში იგივე ღირებულებები ნდა ლშეადგენენ ენერგიის ქვედონე(ელექტრონული გარსი). ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა გარსშინ ლ :

ნ ლ = 2(2ლ + 1). (5.1)

გვერდითი კვანტური რიცხვი იღებს მთელ რიცხვებს 0, 1, ... ( ნ- ერთი). ჩვეულებრივ ლმითითებულია არა ციფრებით, არამედ ასოებით:

ორბიტალური

- სივრცე ბირთვის ირგვლივ, რომელშიც ელექტრონის ყველაზე დიდი ალბათობაა.

გვერდითი (ორბიტალური) კვანტური რიცხვი ლახასიათებს სხვადასხვა ენერგეტიკული მდგომარეობაელექტრონები მოცემული დონე, ორბიტალის ფორმა, ელექტრონის ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსი.

ამრიგად, ელექტრონი, რომელსაც აქვს ნაწილაკისა და ტალღის თვისებები, მოძრაობს ბირთვის გარშემო და ქმნის ელექტრონულ ღრუბელს, რომლის ფორმა დამოკიდებულია მნიშვნელობაზე. ლ. ასე რომ, თუ ლ= 0, (s-ორბიტალი), მაშინ ელექტრონული ღრუბელი აქვს სფერული სიმეტრია. ზელ= 1 (p-ორბიტალი) ელექტრონის ღრუბელს ჰანტელის ფორმა აქვს. d ორბიტალებს აქვთ განსხვავებული ფორმა: dz 2 - ჰანტელი, რომელიც მდებარეობს Z ღერძის გასწვრივ ტორუსით X - Y სიბრტყეში, d x 2 - y 2 - ორი ჰანტელი, რომელიც მდებარეობს X და Y ღერძების გასწვრივ; dxy, dxz, dyz,- ორი ჰანტელი 45-ზეო შესაბამის ღერძებთან (ნახ. 5.1).

ბრინჯი. 5.1. ელექტრონული ღრუბლების ფორმები სხვადასხვა სახელმწიფოებიელექტრონები ატომებში

მაგნიტური კვანტური რიცხვი

მ ლ ახასიათებს ორბიტალის ორიენტაციას სივრცეში და ასევე განსაზღვრავს ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსის პროექციის მნიშვნელობას Z ღერძზე.მ ლ იღებს მნიშვნელობებს +-დანლადრე - ლ0-ის ჩათვლით. საერთო რაოდენობაღირებულებებიმ ლ უდრის მოცემულ ელექტრონულ გარსში ორბიტალების რაოდენობას.

მაგნიტური სპინის კვანტური რიცხვი ქალბატონი ახასიათებს ელექტრონის სწორი კუთხოვანი იმპულსის პროექციას Z ღერძზე და იღებს მნიშვნელობებს +1/2 და –1/2 ერთეულებში.სთ/2პ(სთ არის პლანკის მუდმივი).

პაულის პრინციპი (აკრძალვა).

ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ორი ელექტრონი ოთხივე იდენტური კვანტური რიცხვით.

პაულის პრინციპი განსაზღვრავს ელექტრონების მაქსიმალურ რაოდენობას N ნ , ელექტრონულ ფენაზე ნომრითნ:

ნ ნ = 2ნ 2 . (5.2)

პირველ ელექტრონულ ფენაზე შეიძლება იყოს არაუმეტეს ორი ელექტრონი, მეორეზე - 8, მესამეზე - 18 და ა.შ.

ჰუნდის წესი

ენერგიის დონეები ივსება ისე, რომ ჯამური სპინი მაქსიმალური იყოს.

მაგალითად, p-ჭურვის ორბიტალებში სამი p-ელექტრონი განლაგებულია შემდეგნაირად:

ამრიგად, თითოეული ელექტრონი იკავებს ერთ p-ორბიტალს.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

. დაახასიათეთ კვანტური რიცხვებით ნახშირბადის ატომის ელექტრონები აუღელვებელ მდგომარეობაში. წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით.

გადაწყვეტილება. ელექტრონული ფორმულანახშირბადის ატომი: 1s 2 2s 2 2p 2 . პირველ ფენაში ნახშირბადის ორი ატომიას -ელექტრონი ანტიპარალელური სპინებით, რისთვისაცნ= 1. ორი წმ - მეორე ფენის ელექტრონებინ= 2. მეორე ფენის ორი p-ელექტრონის სპინები პარალელურია; მათთვისქალბატონი = +1/2.

ელექტრონის ნომერი

დაახასიათეთ კვანტური რიცხვებით ჟანგბადის ატომის გარე ელექტრონები ძირითად მდგომარეობაში. წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით.

გადაწყვეტილება. ჟანგბადის ატომის ელექტრონული ფორმულა არის: 1s 2 2s 2 2p 4 . ამ ატომს აქვს 6 ელექტრონი მის გარე შრეში. s 2 2p 4 . მათი კვანტური რიცხვების მნიშვნელობები მოცემულია ცხრილში.

ელექტრონის ნომერი

. დაახასიათეთ კვანტური რიცხვებით ხუთი ელექტრონი 4d მდგომარეობაში . წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით.

გადაწყვეტილება. ჰუნდის წესის მიხედვით, კვანტურ უჯრედებში ელექტრონები განლაგებულია შემდეგნაირად:

ელექტრონების მთავარი, გვერდითი და სპინის კვანტური რიცხვების მნიშვნელობები იგივე და ტოლია ნ=4, ლ=2, ქალბატონი =+1/2. განხილული ელექტრონები განსხვავდება კვანტური რიცხვების მნიშვნელობებშიმ ლ .

ელექტრონის ნომერი

გამოთვალეთ ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ელექტრონულ ფენაშინ = 4.

გადაწყვეტილება. ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა, რომლებსაც აქვთ ძირითადი კვანტური რიცხვის მოცემული მნიშვნელობა, გამოითვლება ფორმულით (5.2). ამრიგად, მესამე ენერგეტიკულ დონეზე არ შეიძლება იყოს 32 ელექტრონის მეტი.

გამოთვალეთ ელექტრონების გარსში ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ლ = 3.

გარსში ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა განისაზღვრება გამოხატულებით (5.1). ამრიგად, ელექტრონების გარსში ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ლ= 3 უდრის 14-ს.

ამოცანები დამოუკიდებელი გადაწყვეტისთვის

5.1.დაახასიათეთ კვანტური რიცხვებით ბორის ატომის ელექტრონები ძირითად მდგომარეობაში. წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით:

ელექტრონის ნომერი

ელექტრონის ნომერი




5.2კვანტური რიცხვებით დახასიათებად არის რკინის ატომის ელექტრონები ძირითად მდგომარეობაში. წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით:

რკინის ატომის 3D ელექტრონების მდებარეობა ორბიტალებში:

ამ ელექტრონების კვანტური რიცხვების მნიშვნელობებია:

ელექტრონის ნომერი

ექვსი 3D -რკინის ატომის ელექტრონები ორბიტალებში განლაგებულია შემდეგნაირად ამ ელექტრონების კვანტური რიცხვები მოცემულია ცხრილში ელექტრონის ნომერი




5.3.რა არის მაგნიტური კვანტური რიცხვის m შესაძლო მნიშვნელობებილ თუ ორბიტალური კვანტური რიცხვიალ = 3?

მ ლ= +3; +2; +1; 0, - 1, - 2, - 3.




5.4.დაახასიათეთ კვანტური რიცხვებით ელექტრონები მეორე ელექტრონულ შრეში:



წარმოადგინეთ თქვენი პასუხი ცხრილის სახით:

ელექტრონის ნომერი

უპასუხე. ელექტრონული კონფიგურაცია 2s 2 2p 5 . მთავარი კვანტური რიცხვი ყველასთვის ელექტრონები არის 2. ამისთვის s-ელექტრონები ლ= 0, p-ელექტრონებისთვისლ= 1. ელექტრონის ნომერი

ბორის ატომის მოდელი იყო კლასიკური ფიზიკის იდეების შეჯერების მცდელობა კვანტური სამყაროს ახალ კანონებთან.

ე. რეზერფორდი, 1936 წელი: როგორ არის განლაგებული ელექტრონები ატომის გარე ნაწილში? მე მიმაჩნია ბორის ორიგინალური სპექტრის კვანტური თეორია, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე რევოლუციური, რაც კი ოდესმე შექმნილა მეცნიერებაში; და მე არ ვიცი სხვა თეორია, რომელსაც აქვს მეტი წარმატება. ის იმ დროს მანჩესტერში იყო და მტკიცედ სწამდა ბირთვული სტრუქტურაატომის, რომელიც ცხადი გახდა გაფანტვის ექსპერიმენტებში, ცდილობდა გაეგო, როგორ მოეწყო ელექტრონები ატომების ცნობილი სპექტრების მისაღებად. მისი წარმატების საფუძველი თეორიაში სრულიად ახალი იდეების დანერგვაა. მან ჩვენს იდეებში შემოიტანა მოქმედების კვანტის იდეა, ისევე როგორც იდეა, რომელიც უცხოა. კლასიკური ფიზიკა, რომ ელექტრონს შეუძლია ბირთვის გარშემო ბრუნვა გამოსხივების გარეშე. ატომის ბირთვული სტრუქტურის თეორიის წამოყენებისას, მე კარგად ვიცოდი, რომ კლასიკური თეორიის თანახმად, ელექტრონები უნდა დაეცეს ბირთვს და ბორი ამტკიცებდა, რომ გაურკვეველი მიზეზების გამო ეს არ ხდება და ამის საფუძველზე ამ ვარაუდით, როგორც მოგეხსენებათ, მან შეძლო სპექტრების წარმოშობის ახსნა. საკმაოდ გონივრული ვარაუდების გამოყენებით მან ეტაპობრივად გადაჭრა ელექტრონების განლაგების პრობლემა პერიოდული ცხრილის ყველა ატომში. აქ ბევრი სირთულე იყო, ვინაიდან განაწილება უნდა შეესაბამებოდეს ოპტიკურ და რენტგენის სპექტრებიელემენტები, მაგრამ საბოლოოდ ბორმა შეძლო შესთავაზოს ელექტრონების განლაგება, რომელსაც აზრი ჰქონდა პერიოდული კანონი.
შემდგომი გაუმჯობესების შედეგად, ძირითადად, თავად ბორის მიერ შემოღებული და ჰაიზენბერგის, შრედინგერის და დირაკის მიერ განხორციელებული ცვლილებების შედეგად, მთელი მათემატიკური თეორიადა დაინერგა ტალღური მექანიკის იდეები. გარდა ამ შემდგომი დახვეწებისა, მე მიმაჩნია ბორის ნაწერები უდიდესი ტრიუმფიადამიანის აზროვნება.
მისი ნამუშევრის მნიშვნელობის გასაგებად, უნდა გავითვალისწინოთ ელემენტების სპექტრების არაჩვეულებრივი სირთულე და წარმოვიდგინოთ, რომ 10 წლის განმავლობაში გაიგეს და აეხსნათ ამ სპექტრის ყველა ძირითადი მახასიათებელი, ასე რომ ახლა თეორია ოპტიკური სპექტრებიიმდენად სრული, რომ ბევრი მიიჩნევს მას გადაწყვეტილ საკითხად, ისევე, როგორც ეს იყო რამდენიმე წლის წინ ხმით.

1920-იანი წლების შუა პერიოდისთვის აშკარა გახდა, რომ ნ. ბორის ატომის ნახევარკლასიკური თეორია ვერ ახერხებდა ატომის თვისებების ადეკვატურ აღწერას. 1925–1926 წლებში ვ.ჰაიზენბერგისა და ე.შროდინგერის ნაშრომებში შემუშავდა კვანტური ფენომენების აღწერის ზოგადი მიდგომა - კვანტური თეორია.

კვანტური ფიზიკა

სტატუსის აღწერა

(x,y,z,p x,p y,p z)

დროთა განმავლობაში იცვლება მდგომარეობა

=∂H/∂p, = -∂H/∂t,

გაზომვები

x, y, z, p x, p y, p z

ΔхΔp x ~
∆y∆p y ~
∆z∆p z ~

დეტერმინიზმი

სტატისტიკური თეორია

|(x,y,z)| 2

ჰამილტონიანი H = p 2 /2m + U(r) = 2 /2 მ + U(r)

კლასიკური ნაწილაკის მდგომარეობა დროის ნებისმიერ მომენტში აღწერილია მისი კოორდინატების და მომენტების დაყენებით (x,y,z,p x,p y,p z,t). ამ ღირებულებების ცოდნა იმ დროს ტ,შესაძლებელია განისაზღვროს სისტემის ევოლუცია ცნობილი ძალების მოქმედებით დროის ყველა მომდევნო მომენტში. ნაწილაკების კოორდინატები და მომენტები თავად არის სიდიდეები, რომელთა გაზომვაც შესაძლებელია უშუალოდ ექსპერიმენტულად. კვანტურ ფიზიკაში სისტემის მდგომარეობა აღწერილია ტალღური ფუნქციით ψ(x, y, z, t). იმიტომ რომ კვანტური ნაწილაკისთვის შეუძლებელია მისი კოორდინატებისა და იმპულსის მნიშვნელობების ერთდროულად ზუსტად განსაზღვრა, მაშინ აზრი არ აქვს ნაწილაკების მოძრაობაზე საუბარი გარკვეული ტრაექტორიის გასწვრივ, შეგიძლიათ მხოლოდ განსაზღვროთ ნაწილაკების პოვნის ალბათობა. მოცემულ წერტილში ამ მომენტშიდრო, რომელიც განისაზღვრება მოდულის კვადრატით ტალღის ფუნქცია W ~ |ψ(x,y,z)| 2.
კვანტური სისტემის ევოლუცია არარელატივისტურ შემთხვევაში აღწერილია ტალღური ფუნქციით, რომელიც აკმაყოფილებს შროდინგერის განტოლებას.

სად არის ჰამილტონის ოპერატორი (სისტემის მთლიანი ენერგიის ოპერატორი).
არარელატივისტურ შემთხვევაში − 2 /2m + (r), სადაც t – ნაწილაკების მასა, არის იმპულსის ოპერატორი, (x,y,z) არის ნაწილაკების პოტენციური ენერგიის ოპერატორი. დააყენეთ ნაწილაკების მოძრაობის კანონი კვანტური მექანიკაეს ნიშნავს ტალღის ფუნქციის მნიშვნელობის განსაზღვრას დროის თითოეულ მომენტში სივრცის თითოეულ წერტილში. AT მყარი მდგომარეობატალღური ფუნქცია ψ(x, y, z) არის სტაციონარული შრედინგერის განტოლების ამონახსნი ψ = Eψ. როგორც ყოველი დაკავშირებული სისტემა in კვანტური ფიზიკა, ბირთვს აქვს დისკრეტული სპექტრი საკუთარი მნიშვნელობებიენერგია.
სტატუსი მას შემდეგ ყველაზე მეტი ენერგიაბირთვის ობლიგაციებს, ანუ ყველაზე დაბალი ჯამური ენერგიით E, უწოდებენ მთავარს. უფრო მაღალი ჯამური ენერგიის მქონე სახელმწიფოები არიან აღგზნებული მდგომარეობები. ყველაზე დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობას ენიჭება ნულოვანი ინდექსი და ენერგია E 0 = 0.

E0 → Mc 2 = (Zm p + Nm n)c 2 − W 0 ;

W 0 არის ბირთვის შებოჭვის ენერგია ძირითად მდგომარეობაში.
აღგზნებული მდგომარეობის E i (i = 1, 2, ...) ენერგიები იზომება ძირითადი მდგომარეობიდან.

24 მგ ბირთვის ქვედა დონის სქემა.

ბირთვის ქვედა დონეები დისკრეტულია. როგორც აგზნების ენერგია იზრდება, დონეებს შორის საშუალო მანძილი მცირდება.
ენერგიის მატებასთან ერთად დონის სიმკვრივის მატება მრავალნაწილაკიანი სისტემების დამახასიათებელი თვისებაა. ეს აიხსნება იმით, რომ ასეთი სისტემების ენერგიის მატებასთან ერთად, რიცხვი სხვადასხვა გზებიენერგიის განაწილება ნუკლეონებს შორის.
კვანტური რიცხვები- მთელი ან წილადი რიცხვები, რომლებიც განსაზღვრავენ შესაძლო მნიშვნელობებს ფიზიკური რაოდენობითკვანტური სისტემის დამახასიათებელი - ატომი, ატომის ბირთვი. კვანტური რიცხვები ასახავს მიკროსისტემის დამახასიათებელი ფიზიკური სიდიდეების დისკრეტულობას (კვანტიზაციას). კვანტური რიცხვების ერთობლიობას, რომელიც ამომწურავად აღწერს მიკროსისტემას, ეწოდება სრული. ასე რომ, ბირთვში ნუკლეონის მდგომარეობა განისაზღვრება ოთხი კვანტური რიცხვით: მთავარი კვანტური რიცხვი n (შეიძლება მიიღოს მნიშვნელობები 1, 2, 3, ...), რომელიც განსაზღვრავს ნუკლეონის E n ენერგიას; ორბიტალური კვანტური რიცხვი l = 0, 1, 2, …, n, რომელიც განსაზღვრავს მნიშვნელობას L ნუკლეონის ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსი (L = ћ 1/2); კვანტური რიცხვი m ≤ ±l, რომელიც განსაზღვრავს ორბიტალური იმპულსის ვექტორის მიმართულებას; და კვანტური რიცხვი m s = ±1/2, რომელიც განსაზღვრავს ნუკლეონის სპინის ვექტორის მიმართულებას.

კვანტური რიცხვები

ნ	ძირითადი კვანტური რიცხვი: n = 1, 2, … ∞.
ჯ	მთლიანი კუთხური იმპულსის კვანტური რიცხვი. j არასოდეს არის უარყოფითი და შეიძლება იყოს მთელი (მათ შორის ნულოვანი) ან ნახევრად მთელი რიცხვი მოცემული სისტემის თვისებებიდან გამომდინარე. სისტემის ჯამური კუთხური იმპულსის მნიშვნელობა J-ს მიმართებით უკავშირდება J 2 = ћ 2 j(j+1). = + სად და არის ორბიტალური და სპინის კუთხოვანი იმპულსის ვექტორები.
ლ	ორბიტალური კუთხური იმპულსის კვანტური რიცხვი. ლშეუძლია მიიღოს მხოლოდ მთელი მნიშვნელობები: ლ= 0, 1, 2, … ∞, L სისტემის ორბიტალური კუთხური იმპულსის მნიშვნელობა დაკავშირებულია ლკავშირი L 2 = ћ 2 ლ(ლ+1).
მ	მთლიანი, ორბიტალური ან სპინის კუთხური იმპულსის პროექცია სასურველ ღერძზე (ჩვეულებრივ z-ღერძზე) უდრის mћ. ჯამური მომენტისთვის m j = j, j-1, j-2, …, -(j-1), -j. ორბიტალური მომენტისთვის მ ლ = ლ, ლ-1, ლ-2, …, -(ლ-1), -ლ. ელექტრონის, პროტონის, ნეიტრონის, კვარკის სპინის მომენტისთვის m s = ±1/2
ს	ბრუნვის კუთხური იმპულსის კვანტური რაოდენობა. s შეიძლება იყოს მთელი ან ნახევრად მთელი რიცხვი. s არის ნაწილაკების მუდმივი მახასიათებელი, რომელიც განისაზღვრება მისი თვისებებით. დატრიალებული მომენტის S მნიშვნელობა დაკავშირებულია s-თან S 2 = ћ 2 s(s+1) მიმართებით.
პ	სივრცითი პარიტეტი. ის უდრის ან +1-ს ან -1-ს და ახასიათებს სისტემის ქცევას როცა სარკისებური გამოსახულება P=(-1) ლ .

კვანტური რიცხვების ამ სიმრავლესთან ერთად, ბირთვში არსებული ნუკლეონის მდგომარეობა ასევე შეიძლება ხასიათდებოდეს n კვანტური რიცხვების სხვა სიმრავლით, ლ, ჯ, ჯზ . კვანტური რიცხვების ნაკრების არჩევანი განისაზღვრება კვანტური სისტემის აღწერის მოხერხებულობით.
მოცემული სისტემისთვის შენარჩუნებული (დროში უცვლელი) ფიზიკური სიდიდეების არსებობა მჭიდრო კავშირშია ამ სისტემის სიმეტრიულ თვისებებთან. ასე რომ, თუ იზოლირებული სისტემაარ იცვლება თვითნებური ბრუნვის დროს, შემდეგ ინარჩუნებს ორბიტალურ კუთხურ იმპულსს. ეს ეხება წყალბადის ატომს, რომელშიც ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის სფერულად სიმეტრიულ კულონურ პოტენციალში და, შესაბამისად, ხასიათდება მუდმივი კვანტური რიცხვით. ლ. გარე არეულობამ შეიძლება დაარღვიოს სისტემის სიმეტრია, რაც იწვევს თავად კვანტური რიცხვების ცვლილებას. წყალბადის ატომის მიერ აბსორბირებული ფოტონს შეუძლია ელექტრონი გადაიტანოს სხვა მდგომარეობაში კვანტური რიცხვების სხვადასხვა მნიშვნელობით. ცხრილში მოცემულია რამდენიმე კვანტური რიცხვი, რომლებიც გამოიყენება ატომური და ბირთვული მდგომარეობის აღსაწერად.
გარდა კვანტური რიცხვებისა, რომლებიც ასახავს მიკროსისტემის სივრცე-დროის სიმეტრიას, არსებითი როლინაწილაკების ე.წ. შიდა კვანტური რიცხვების თამაში. ზოგიერთი მათგანი, როგორიცაა სპინი და ელექტრული მუხტი, შენარჩუნებულია ყველა ურთიერთქმედებისას, ზოგი კი არ არის დაცული ზოგიერთ ურთიერთქმედებაში. ასე რომ, კვანტური რიცხვის უცნაურობა, რომელიც შენარჩუნებულია ძლიერ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, არ არის დაცული სუსტი ურთიერთქმედება, რაც ასახავს ამ ურთიერთქმედების განსხვავებულ ბუნებას.
ატომის ბირთვითითოეულ სახელმწიფოში ხასიათდება მთლიანი კუთხოვანი იმპულსი. ამ მომენტს ბირთვის დანარჩენ ჩარჩოში ეწოდება ბირთვული სპინი.
ბირთვისთვის, წესების დაცვით:
ა) A არის ლუწი J = n (n = 0, 1, 2, 3,...), ანუ მთელი რიცხვი;
ბ) A არის კენტი J = n + 1/2, ანუ ნახევრად მთელი რიცხვი.
გარდა ამისა, ექსპერიმენტულად დადგენილია კიდევ ერთი წესი: ლუწი-ლუწი ბირთვებისთვის ძირითად მდგომარეობაშიჯგს = 0. ეს მიუთითებს ნუკლეონის მომენტების ურთიერთკომპენსაციაზე ბირთვის ძირითად მდგომარეობაში – სპეციალური ქონებაინტერნუკლეონის ურთიერთქმედება.
სისტემის უცვლელობა (ჰამილტონური) სივრცითი ასახვის მიმართ - ინვერსია (ჩანაცვლება → -) იწვევს პარიტეტის კონსერვაციის კანონს და კვანტურ რიცხვს. პარიტეტი R. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვულ ჰამილტონიანს აქვს შესაბამისი სიმეტრია. მართლაც, ბირთვი არსებობს ნუკლეონებს შორის ძლიერი ურთიერთქმედების გამო. გარდა ამისა, ბირთვებში არსებით როლს ასრულებს აგრეთვე ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება. ორივე ამ ტიპის ურთიერთქმედება უცვლელია სივრცითი ინვერსიის მიმართ. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვულ ქვეყნებს უნდა ახასიათებდეს გარკვეული პარიტეტული მნიშვნელობა P, ანუ იყოს ლუწი (P = +1) ან კენტი (P = -1).
ამასთან, ბირთვში არსებულ ნუკლეონებს შორის ასევე არსებობს არაპარიტეტის შენარჩუნება სუსტი ძალები. ამის შედეგია ის, რომ მოცემული პარიტეტის მქონე სახელმწიფოს ემატება საპირისპირო პარიტეტის მქონე სახელმწიფოს (ჩვეულებრივ უმნიშვნელო) ნაზავი. ასეთი მინარევების ტიპიური მნიშვნელობა ბირთვულ ქვეყნებში არის მხოლოდ 10 -6 -10 -7 და უმეტეს შემთხვევაში შეიძლება იგნორირებული იყოს.
P ბირთვის პარიტეტი, როგორც ნუკლეონების სისტემა, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ცალკეული ნუკლეონების პარიტეტების ნამრავლი p i:

P \u003d p 1 p 2 ... p A,

უფრო მეტიც, p i ნუკლეონის პარიტეტი ცენტრალურ ველში დამოკიდებულია ნუკლეონის ორბიტალურ მომენტზე, სადაც π i არის ნუკლეონის შიდა პარიტეტი, +1-ის ტოლი. მაშასადამე, ბირთვის პარიტეტი სფერულად სიმეტრიულ მდგომარეობაში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ამ მდგომარეობაში ნუკლეონების ორბიტალური პარიტეტების ნამრავლი:

ბირთვული დონის დიაგრამები, როგორც წესი, მიუთითებს თითოეული დონის ენერგიაზე, სპინზე და პარიტეტზე. სპინი მითითებულია რიცხვით, ხოლო პარიტეტი მითითებულია პლუსის ნიშნით ლუწი დონეებისთვის და მინუს ნიშნით კენტი დონეებისთვის. ეს ნიშანი მოთავსებულია ნომრის ზედა მარჯვენა მხარეს, რომელიც მიუთითებს დატრიალებას. მაგალითად, სიმბოლო 1/2 + აღნიშნავს ლუწი დონეს 1/2 სპინით, ხოლო სიმბოლო 3 - აღნიშნავს კენტ დონეს 3-ით დატრიალებით.

ატომის ბირთვების იზოსპინი.ბირთვული სახელმწიფოების კიდევ ერთი მახასიათებელია იზოსპინი I. ბირთვი (A, Z)შედგება A ნუკლეონებისგან და აქვს მუხტი Ze, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, როგორც ნუკლეონის მუხტების ჯამი q i, გამოხატული მათი იზოსპინების პროექციის სახით (I i) 3.

არის ბირთვის იზოსპინის პროექცია იზოსპინის სივრცის მე-3 ღერძზე.
ნუკლეონის სისტემის მთლიანი იზოსპინი A

ბირთვის ყველა მდგომარეობას აქვს იზოსპინის პროექციის მნიშვნელობა I 3 = (Z - N)/2. ბირთვში, რომელიც შედგება A ნუკლეონებისგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს იზოსპინი 1/2, იზოსპინის მნიშვნელობები შესაძლებელია |N - Z|/2-დან A/2-მდე.

|N - Z|/2 ≤ I ≤ A/2.

მინიმალური მნიშვნელობა I = |I 3 |. მაქსიმალური ღირებულება I უდრის A/2-ს და შეესაბამება ყველა i-ს, მიმართულს ერთი მიმართულებით. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ბირთვული მდგომარეობის აგზნების ენერგია რაც უფრო მაღალია, მით უფრო მაღალია მეტი ღირებულებაიზოსპინი. მაშასადამე, ბირთვის იზოსპინს მიწაში და დაბალ აგზნებად მდგომარეობებში აქვს მინიმალური მნიშვნელობა

I gs = |I 3 | = |Z - N|/2.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არღვევს იზოსპინის სივრცის იზოტროპიას. დამუხტული ნაწილაკების სისტემის ურთიერთქმედების ენერგია იცვლება ტოლსივრცეში ბრუნვის დროს, რადგან ბრუნვის დროს იცვლება ნაწილაკების მუხტები და პროტონების ბირთვის ნაწილი გადადის ნეიტრონებში ან პირიქით. ამიტომ, იზოსპინის ფაქტობრივი სიმეტრია არ არის ზუსტი, მაგრამ სავარაუდო.

პოტენციური კარგად.აღწერისთვის დაკავშირებული სახელმწიფოებინაწილაკებს, ხშირად გამოიყენება პოტენციური ჭაბურღილის კონცეფცია. პოტენციური ხვრელი - სივრცის შეზღუდული რეგიონი ნაწილაკების შემცირებული პოტენციური ენერგიით. პოტენციური ჭა ჩვეულებრივ შეესაბამება მიზიდულობის ძალებს. ამ ძალების მოქმედების არეალში პოტენციალი უარყოფითია, გარეთ - ნულოვანი.

ნაწილაკების ენერგია E არის მისი კინეტიკური ენერგიის ჯამი T ≥ 0 და პოტენციური ენერგიის U (ის შეიძლება იყოს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი). თუ ნაწილაკი არის ჭაბურღილის შიგნით, მაშინ ის კინეტიკური ენერგია T 1 ნაკლებია U 0 ჭაბურღილის სიღრმეზე, ნაწილაკების ენერგია E 1 = T 1 + U 1 = T 1 - U 0 კვანტურ მექანიკაში შეკრულ მდგომარეობაში მყოფი ნაწილაკების ენერგიას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ გარკვეული დისკრეტული მნიშვნელობები, ე.ი. არსებობს ენერგიის დისკრეტული დონეები. ამ შემთხვევაში, ყველაზე დაბალი (მთავარი) დონე ყოველთვის დევს ქვემოდან ზემოთ. პოტენციური ხვრელი. სიდიდის მიხედვით, მანძილი Δ ე m in მასის ნაწილაკების დონეებს შორის ღრმა ხვრელისიგანე a მოცემულია
ΔE ≈ ћ 2 / ma 2.
პოტენციური ჭაბურღილის მაგალითია ატომური ბირთვის პოტენციური ჭა, რომლის სიღრმეა 40-50 მევ და სიგანე 10 -13 -10 -12 სმ, რომელშიც სხვადასხვა დონეზეარის ნუკლეონები, რომელთა საშუალო კინეტიკური ენერგია ≈ 20 მევ-ია.

Ზე მარტივი მაგალითინაწილაკები ერთგანზომილებიან უსასრულო მართკუთხა ჭაში, შეგიძლიათ გაიგოთ, როგორ წარმოიქმნება ენერგიის ღირებულებების დისკრეტული სპექტრი. კლასიკურ შემთხვევაში, ნაწილაკი, რომელიც მოძრაობს ერთი კედლიდან მეორეზე, იღებს ენერგიის ნებისმიერ მნიშვნელობას, რაც დამოკიდებულია მასზე გადაცემული იმპულსიდან. კვანტურ სისტემაში სიტუაცია ფუნდამენტურად განსხვავებულია. თუ კვანტური ნაწილაკი მდებარეობს სივრცის შეზღუდულ რეგიონში, ენერგეტიკული სპექტრი აღმოჩნდება დისკრეტული. განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც m მასის ნაწილაკი არის უსასრულო სიღრმის ერთგანზომილებიან პოტენციურ ჭაში U(x). პოტენციური ენერგია U აკმაყოფილებს შემდეგ სასაზღვრო პირობებს

ასეთ სასაზღვრო პირობებში ნაწილაკი, პოტენციური ჭაბურღილის შიგნით 0< x < l, не может выйти за ее пределы, т. е.

ψ(x) = 0, x ≤ 0, x ≥ L.

სტაციონარული შროდინგერის განტოლების გამოყენება რეგიონისთვის, სადაც U = 0,

ჩვენ ვიღებთ ნაწილაკების პოზიციას და ენერგეტიკულ სპექტრს პოტენციური ჭაბურღილის შიგნით.

უსასრულო ერთგანზომილებიანი პოტენციალის ჭარისთვის გვაქვს შემდეგი:

ნაწილაკების ტალღური ფუნქცია უსასრულო მართკუთხა ჭაბურღილში (a), ტალღის ფუნქციის მოდულის კვადრატი (b) განსაზღვრავს პოტენციური ჭაბურღილის სხვადასხვა წერტილში ნაწილაკების პოვნის ალბათობას.

შროდინგერის განტოლება იგივე როლს ასრულებს კვანტურ მექანიკაში, როგორც ნიუტონის მეორე კანონი კლასიკურ მექანიკაში.
კვანტური ფიზიკის ყველაზე თვალსაჩინო თვისება მისი ალბათური ბუნება აღმოჩნდა.

მიკროსამყაროში მიმდინარე პროცესების ალბათური ბუნება არის ფუნდამენტური ქონებამიკროსამყარო.

ე. შროდინგერი: „ჩვეული კვანტიზაციის წესები შეიძლება შეიცვალოს სხვა დებულებებით, რომლებიც აღარ შემოგვთავაზებენ „მთლიან რიცხვებს“. მთლიანობა მიიღება ამ შემთხვევაში ბუნებრივი გზით თავისთავად, ისევე როგორც კვანძების მთელი რიცხვი მიიღება თავისთავად ვიბრაციული სტრიქონის განხილვისას. ეს ახალი წარმოდგენა შეიძლება განზოგადდეს და, ვფიქრობ, მჭიდროდ არის დაკავშირებული კვანტიზაციის ნამდვილ ბუნებასთან.
სრულიად ბუნებრივია ψ ფუნქციის ასოცირება ზოგიერთი რხევითი პროცესიატომში, რომელშიც ელექტრონული ტრაექტორიების რეალობაა ბოლო დროსარაერთხელ დაკითხული. თავიდან მეც მინდოდა კვანტური წესების ახალი გაგების დასაბუთება მითითებული შედარებით მკაფიო ხერხის გამოყენებით, მაგრამ შემდეგ წმინდად ვამჯობინე მათემატიკური გზა, რადგან ეს შესაძლებელს ხდის საკითხის ყველა არსებითი ასპექტის უკეთ გარკვევას. არსებითად მეჩვენება, რომ კვანტური წესები აღარ არის შემოღებული, როგორც იდუმალი. მთელი რიცხვის მოთხოვნა”, მაგრამ განისაზღვრება გარკვეული სივრცითი ფუნქციის შეზღუდვისა და უნიკალურობის საჭიროებით.
არ მიმაჩნია შესაძლებლად, სანამ მეტი წარმატებით არ გამოითვლება ახლებურად. რთული ამოცანები, უფრო დეტალურად განიხილეთ შემოყვანილი ინტერპრეტაცია რხევითი პროცესი. შესაძლებელია, რომ ასეთმა გამოთვლებმა უბრალო დამთხვევა გამოიწვიოს ჩვეულებრივი კვანტური თეორიის დასკვნებთან. მაგალითად, ზემოაღნიშნული მეთოდის მიხედვით რელატივისტური კეპლერის პრობლემის განხილვისას, თუ ვიმოქმედებთ დასაწყისში მითითებული წესების მიხედვით, მიიღება შესანიშნავი შედეგი: ნახევარმთლიანი კვანტური რიცხვები(რადიალური და აზიმუტი)…
უპირველეს ყოვლისა, შეუძლებელია არ აღინიშნოს, რომ მთავარი საწყისი იმპულსი, რამაც გამოიწვია აქ წარმოდგენილი არგუმენტების გამოჩენა, იყო დე ბროლის დისერტაცია, რომელიც შეიცავს ბევრ ღრმა იდეას, ასევე ასახვას "ფაზური ტალღების" სივრცითი განაწილების შესახებ. რაც, როგორც დე ბროლიმ აჩვენა, ყოველ ჯერზე შეესაბამება ელექტრონის პერიოდულ ან კვაზიპერიოდულ მოძრაობას, თუ მხოლოდ ეს ტალღები ერგება ტრაექტორიებს. მთელი რიცხვიერთხელ. მთავარი განსხვავება დე ბროლის თეორიისგან, რომელიც საუბრობს სწორხაზოვან ტალღაზე, არის ის, რომ ჩვენ განვიხილავთ, თუ ვიყენებთ ტალღის ინტერპრეტაციას, მდგარ ბუნებრივ ვიბრაციას.

მ.ლაუ: „კვანტური თეორიის მიღწევები ძალიან სწრაფად დაგროვდა. მას განსაკუთრებული წარმატება ჰქონდა რადიოაქტიური დაშლის მიმართ α-სხივების გამოსხივებით. ამ თეორიის მიხედვით, არსებობს „გვირაბის ეფექტი“, ე.ი. შეღწევა ნაწილაკების პოტენციური ბარიერის გავლით, რომლის ენერგიაც, მოთხოვნების შესაბამისად კლასიკური მექანიკა, არ არის საკმარისი მის გასავლელად.
ამის საფუძველზე გ.გამოვმა 1928 წელს მისცა α-ნაწილაკების ემისიის ახსნა გვირაბის ეფექტი. გამოვის თეორიის მიხედვით, ატომის ბირთვი გარშემორტყმულია პოტენციური ბარიერით, მაგრამ α-ნაწილაკებს აქვთ გარკვეული ალბათობა, რომ გადააბიჯონ მასზე. გეიგერის და ნეტოლის მიერ ნაპოვნი ემპირიულად, კავშირი α-ნაწილაკების მოქმედების რადიუსსა და დაშლის ნახევარ პერიოდს შორის დამაკმაყოფილებლად იყო ახსნილი გამოუს თეორიის საფუძველზე.

სტატისტიკა. პაულის პრინციპი.მრავალი ნაწილაკისგან შემდგარი კვანტური მექანიკური სისტემების თვისებები განისაზღვრება ამ ნაწილაკების სტატისტიკით. კლასიკური სისტემები, რომელიც შედგება იდენტური, მაგრამ განსხვავებული ნაწილაკებისგან, ემორჩილება ბოლცმანის განაწილებას

იმავე ტიპის კვანტური ნაწილაკების სისტემაში ჩნდება ქცევის ახალი თვისებები, რომლებსაც ანალოგი არ აქვთ კლასიკურ ფიზიკაში. კლასიკურ ფიზიკაში ნაწილაკებისგან განსხვავებით, კვანტური ნაწილაკები არა მხოლოდ ერთნაირია, არამედ განურჩეველიც – იდენტურია. ერთ-ერთი მიზეზი ის არის, რომ კვანტურ მექანიკაში ნაწილაკები აღწერილია ტალღის ფუნქციების გამოყენებით, რაც საშუალებას იძლევა გამოთვალოს მხოლოდ ნაწილაკების პოვნის ალბათობა სივრცის ნებისმიერ წერტილში. თუ რამდენიმე იდენტური ნაწილაკების ტალღური ფუნქციები ერთმანეთს ემთხვევა, მაშინ შეუძლებელია იმის დადგენა, თუ რომელი ნაწილაკი არის მოცემულ წერტილში. ვინაიდან მხოლოდ ტალღის ფუნქციის მოდულის კვადრატს აქვს ფიზიკური მნიშვნელობა, ნაწილაკების იდენტურობის პრინციპიდან გამომდინარეობს, რომ როდესაც ორი იდენტური ნაწილაკი ერთმანეთს ცვლის, ტალღის ფუნქცია ან ცვლის ნიშანს ( ანტისიმეტრიული მდგომარეობა), ან არ იცვლის ნიშანს ( სიმეტრიული მდგომარეობა).
სიმეტრიული ტალღის ფუნქციები აღწერს ნაწილაკებს მთელი რიცხვითი სპინით - ბოზონები (პიონები, ფოტონები, ალფა ნაწილაკები...). ბოზონები ემორჩილებიან ბოზე-აინშტაინის სტატისტიკას

Ერთში კვანტური მდგომარეობაშეიძლება ერთდროულად არსებობდეს იდენტური ბოზონების შეუზღუდავი რაოდენობა.
ანტისიმეტრიული ტალღური ფუნქციები აღწერს ნახევრად მთელი რიცხვის სპინის მქონე ნაწილაკებს - ფერმიონებს (პროტონები, ნეიტრონები, ელექტრონები, ნეიტრინოები). ფერმიონები ემორჩილებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას

ტალღის ფუნქციისა და სპინის სიმეტრიას შორის ურთიერთობა პირველად W. Pauli-მ მიუთითა.

ფერმიონებისთვის მოქმედებს პაულის პრინციპი - ორი იდენტური ფერმიონი არ შეიძლება ერთდროულად იყოს ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში.

პაულის პრინციპი განსაზღვრავს სტრუქტურას ელექტრონული ჭურვებიატომები, ბირთვებში ნუკლეონის მდგომარეობების შევსება და კვანტური სისტემების ქცევის სხვა მახასიათებლები.
ატომის ბირთვის პროტონ-ნეიტრონული მოდელის შექმნით, განვითარების პირველი ეტაპი დასრულებულად შეიძლება ჩაითვალოს. ბირთვული ფიზიკა, რომელშიც დადგინდა ატომის ბირთვის აგებულების ძირითადი ფაქტები. პირველი ეტაპი დაიწყო დემოკრიტეს ფუნდამენტურ კონცეფციაში ატომების - მატერიის განუყოფელი ნაწილაკების არსებობის შესახებ. მენდელეევის მიერ პერიოდული კანონის დამკვიდრებამ შესაძლებელი გახადა ატომების სისტემატიზაცია და წამოაყენა საკითხი ამ სისტემატიკის საფუძვლად. 1897 წელს ჯ.ჯ.ტომსონის მიერ ელექტრონების აღმოჩენამ გაანადგურა ატომების განუყოფლობის კონცეფცია. ტომსონის მოდელის მიხედვით ელექტრონები არიან შემადგენელი ელემენტებიყველა ატომს. ა.ბეკერელის მიერ 1896 წელს ურანის რადიოაქტიურობის ფენომენის აღმოჩენამ და შემდგომში თორიუმის, პოლონიუმის და რადიუმის რადიოაქტიურობის აღმოჩენამ პ.კურიისა და მ.სკლოდოვსკა-კურიის მიერ პირველად აჩვენა, რომ ქიმიური ელემენტები არ არის. მარადიული წარმონაქმნები, მათ შეუძლიათ სპონტანურად გახრწნიან, გადაიქცნენ სხვა ქიმიურ ელემენტებად. 1899 წელს ე. რეზერფორდმა აღმოაჩინა, რომ შედეგად ატომები რადიოაქტიური დაშლაშეუძლია მათი შემადგენლობიდან გამოდევნოს α-ნაწილაკები - იონიზირებული ჰელიუმის ატომები და ელექტრონები. 1911 წელს ე. რეზერფორდმა, გეიგერის და მარსდენის ექსპერიმენტის შედეგების განზოგადება, ატომის პლანეტარული მოდელი შეიმუშავა. ამ მოდელის მიხედვით, ატომები შედგება დადებითად დამუხტული ატომური ბირთვისგან ~10 -12 სმ რადიუსით, რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის მთელი მასა და მის გარშემო მოძრავი უარყოფითი ელექტრონები. ატომის ელექტრონული გარსების ზომაა ~10 -8 სმ. 1913 წელს ნ. ბორმა შეიმუშავა იდეა. პლანეტარული მოდელიკვანტურ თეორიაზე დაფუძნებული ატომი. 1919 წელს ე. რეზერფორდმა დაამტკიცა, რომ პროტონები ატომის ბირთვის ნაწილია. 1932 წელს ჯ. ჩადვიკმა აღმოაჩინა ნეიტრონი და აჩვენა, რომ ნეიტრონები ატომის ბირთვის ნაწილია. 1932 წელს დ.ივანენკოსა და ვ.ჰაიზენბერგის მიერ ატომის ბირთვის პროტონ-ნეიტრონული მოდელის შექმნამ დაასრულა ბირთვული ფიზიკის განვითარების პირველი ეტაპი. დადგენილია ატომისა და ატომის ბირთვის ყველა შემადგენელი ელემენტი.

1869 ელემენტების პერიოდული სისტემა D.I. მენდელეევი

XIX საუკუნის მეორე ნახევრისთვის ქიმიკოსებმა დააგროვეს ვრცელი ინფორმაცია ქიმიური ელემენტების ქცევის შესახებ სხვადასხვა ქიმიური რეაქციები. აღმოჩნდა, რომ ქიმიური ელემენტების მხოლოდ გარკვეული კომბინაციები ქმნის მოცემულ ნივთიერებას. აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთ ქიმიურ ელემენტს აქვს დაახლოებით იგივე თვისებები, ხოლო მათი ატომური წონა მნიშვნელოვნად განსხვავდება. დ.ი.მენდელეევმა გააანალიზა ურთიერთობა ქიმიური თვისებებიელემენტები და მათი ატომური წონა და აჩვენა, რომ ელემენტების ქიმიური თვისებები განლაგებულია მატებასთან ერთად ატომური წონამეორდებიან. ეს იყო მის მიერ შექმნილი ელემენტების პერიოდული სისტემის საფუძველი. ცხრილის შედგენისას მენდელეევმა აღმოაჩინა, რომ ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის ატომური წონა გამოვარდა მის მიერ მიღებული კანონზომიერებიდან და აღნიშნა, რომ ამ ელემენტების ატომური წონა იყო განსაზღვრული არაზუსტად. მოგვიანებით ზუსტმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ თავდაპირველად განსაზღვრული წონები ფაქტობრივად არასწორი იყო და ახალი შედეგები შეესაბამებოდა მენდელეევის პროგნოზებს. ცხრილის ზოგიერთი ადგილი ცარიელი დატოვა, მენდელეევმა აღნიშნა, რომ უნდა არსებობდეს ახალი, ჯერ კიდევ აღმოუჩენელი ქიმიური ელემენტები და იწინასწარმეტყველა მათი ქიმიური თვისებები. ამრიგად, იწინასწარმეტყველეს და შემდეგ აღმოაჩინეს გალიუმი (Z = 31), სკანდიუმი (Z = 21) და გერმანიუმი (Z = 32). მენდელეევმა შთამომავლებს ახსნა-განმარტების დავალება დაუტოვა პერიოდული თვისებებიქიმიური ელემენტები. მენდელეევის ელემენტების პერიოდული სისტემის თეორიული ახსნა, ნ. ბორის მიერ 1922 წელს, იყო ერთ-ერთი. მყარი მტკიცებულებაწარმოქმნილი კვანტური თეორიის სისწორე.

ატომის ბირთვი და პერიოდული სისტემაელემენტები

მენდელეევისა და ლოგარ მაიერის მიერ ელემენტების პერიოდული სისტემის წარმატებული აგების საფუძველი იყო იდეა, რომ ატომური წონა შეიძლება იყოს შესაფერისი მუდმივი. სისტემატური კლასიფიკაციაელემენტები. ამასთან, თანამედროვე ატომური თეორია მიუახლოვდა პერიოდული სისტემის ინტერპრეტაციას ატომურ წონაზე საერთოდ შეხების გარეშე. ამ სისტემაში ნებისმიერი ელემენტის ადგილის რაოდენობა და ამავე დროს მისი ქიმიური თვისებები ცალსახად არის განსაზღვრული დადებითი მუხტიატომის ბირთვი, ან, რაც იგივეა, მის გარშემო მდებარე უარყოფითი ელექტრონების რაოდენობა. ატომის ბირთვის მასა და სტრუქტურა ამაში არანაირ როლს არ თამაშობს; ასე რომ, ამჟამად ჩვენ ვიცით, რომ არსებობს ელემენტები, უფრო სწორად ატომების ტიპები, რომლებიც ერთი და იგივე რაოდენობით და განლაგებით, გარე ელექტრონებიაქვს მნიშვნელოვნად განსხვავებული ატომური წონა. ასეთ ელემენტებს იზოტოპები ეწოდება. ასე, მაგალითად, თუთიის იზოტოპების გალაქტიკაში ატომური წონა ნაწილდება 112-დან 124-მდე. პირიქით, არის ელემენტები მნიშვნელოვნად განსხვავებული ქიმიური თვისებებით, რომლებიც ავლენენ ერთსა და იმავე ატომურ წონას; მათ იზობარებს უწოდებენ. ამის მაგალითია თუთიის, ტელურუმის და ქსენონის ატომური წონა 124.
დადგენისთვის ქიმიური ელემენტისაკმარისია ერთი მუდმივი, კერძოდ, ბირთვის ირგვლივ მდებარე უარყოფითი ელექტრონების რაოდენობა, რადგან ყველა ქიმიური პროცესებიმიედინება ამ ელექტრონებს შორის.
პროტონების რაოდენობა n 2 , რომელიც მდებარეობს ატომის ბირთვში, განსაზღვრავს მის დადებით მუხტს Z და, შესაბამისად, გარე ელექტრონების რაოდენობას, რომლებიც განსაზღვრავენ ამ ელემენტის ქიმიურ თვისებებს; ნეიტრონების გარკვეული რაოდენობა n 1 ჩასმულია იმავე ბირთვში, სულ ნ 2 აძლევს მის ატომურ წონას
A=n 1 +n 2 . პირიქით, სერიული ნომერი Z იძლევა ატომის ბირთვში შემავალი პროტონების რაოდენობას, ხოლო ატომის წონასა და ბირთვულ მუხტს შორის განსხვავება A - Z იძლევა ბირთვული ნეიტრონების რაოდენობას.
ნეიტრონის აღმოჩენით პერიოდულმა სისტემამ მიიღო გარკვეული შევსება მცირე სერიული ნომრების რეგიონში, ვინაიდან ნეიტრონი შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტად რიგითი რიცხვით. ნული. მაღალი რიგითი რიცხვების რეგიონში, კერძოდ, Z = 84-დან Z = 92-მდე, ყველა ატომის ბირთვი არასტაბილურია, სპონტანურად რადიოაქტიურია; აქედან გამომდინარე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ატომი, რომელსაც აქვს ურანის მუხტი კი უფრო მაღალი, თუ მისი მიღება შესაძლებელია, ასევე უნდა იყოს არასტაბილური. ფერმიმ და მისმა თანამშრომლებმა ცოტა ხნის წინ მოახსენეს თავიანთი ექსპერიმენტების შესახებ, რომელშიც, როდესაც ურანი ნეიტრონებით დაბომბეს, გამოჩნდა რადიოაქტიური ელემენტითან სერიული ნომერი 93 ან 94. სავსებით შესაძლებელია პერიოდულ სისტემას ამ სფეროშიც ჰქონდეს გაგრძელება. რჩება მხოლოდ იმის დამატება, რომ მენდელეევის გენიალური წინდახედულება ისე ფართოდ ითვალისწინებდა პერიოდული სისტემის ჩარჩოებს, რომ ყოველი ახალი აღმოჩენა, რომელიც რჩება მის ფარგლებში, კიდევ უფრო აძლიერებს მას.

ტალღის ფუნქცია, რომელიც არის შროდინგერის განტოლების ამონახსნი, ეწოდება ორბიტალური. ამ განტოლების ამოსახსნელად შემოყვანილია სამი კვანტური რიცხვი ( ნ, ლდა მ ლ )

ძირითადი კვანტური რიცხვინ. ის განსაზღვრავს ელექტრონის ენერგიას და ელექტრონული ღრუბლების ზომას. ელექტრონის ენერგია ძირითადად დამოკიდებულია ელექტრონის ბირთვიდან დაშორებაზე: რაც უფრო ახლოს არის ელექტრონი ბირთვთან, მით უფრო დაბალია მისი ენერგია. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მთავარი კვანტური რიცხვია ნდადგინდეს-

არის ელექტრონის მდებარეობა კონკრეტულ ენერგეტიკულ დონეზე. მთავარ კვანტურ რიცხვს აქვს მთელი რიცხვების სერიის მნიშვნელობები 1 ადრე ∞ . ძირითადი კვანტური რიცხვის მნიშვნელობით ტოლია 1 (ნ = 1 ), ელექტრონი იმყოფება პირველ ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც მდებარეობს ბირთვიდან მინიმალურ შესაძლო მანძილზე. ასეთი ელექტრონის ჯამური ენერგია ყველაზე მცირეა.

ბირთვიდან ყველაზე შორს ენერგეტიკულ დონეზე მყოფ ელექტრონს აქვს ყველაზე მაღალი ენერგია. ამიტომ, როდესაც ელექტრონი გადადის უფრო შორეული ენერგეტიკული დონიდან უფრო ახლოს, ენერგია გამოიყოფა. ენერგიის დონეები მითითებულია დიდი ასოებით სქემის მიხედვით:

მნიშვნელობა n…. 1 2 3 4 5

Დანიშნულება კ ლ მ ნ ქ

ორბიტალური კვანტური რიცხვილ . კვანტური მექანიკური გამოთვლების მიხედვით, ელექტრონული ღრუბლები განსხვავდებიან არა მხოლოდ ზომით, არამედ ფორმითაც. ელექტრონული ღრუბლის ფორმას ახასიათებს ორბიტალური ან გვერდითი კვანტური რიცხვი. ელექტრონული ღრუბლების განსხვავებული ფორმა იწვევს ელექტრონის ენერგიის ცვლილებას იმავე ენერგეტიკულ დონეზე, ე.ი. მისი დაყოფა ენერგეტიკულ ქვედონეებად. ელექტრონული ღრუბლის თითოეული ფორმა შეესაბამება გარკვეული ღირებულებაელექტრონის მოძრაობის მექანიკური მომენტი  ორბიტალური კვანტური რიცხვით განისაზღვრება:

ელექტრონული ღრუბლის გარკვეული ფორმა შეესაბამება ელექტრონის იმპულსის ორბიტალური კუთხის იმპულსის კარგად განსაზღვრულ მნიშვნელობას.  . როგორც  შეუძლია მიიღოს მხოლოდ კვანტური რიცხვით მოცემული დისკრეტული მნიშვნელობები ლ, მაშინ ელექტრონული ღრუბლების ფორმები არ შეიძლება იყოს თვითნებური: თითოეული შესაძლო მნიშვნელობა ლშეესაბამება ელექტრონული ღრუბლის კარგად განსაზღვრულ ფორმას.

ბრინჯი. 5. ელექტრონის მოძრაობის მომენტის გრაფიკული ინტერპრეტაცია, სადაც μ - ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსი

ელექტრონის მოძრაობა

ორბიტალურ კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები 0 ადრე ნ - 1 , სულ ნ- ღირებულებები.

ენერგიის ქვედონეები აღინიშნება ასოებით:

მნიშვნელობა ლ 0 1 2 3 4

Დანიშნულება ს გვ დ ვ გ

მაგნიტური კვანტური რიცხვიმ ლ . შროდინგერის განტოლების ამოხსნიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტრონული ღრუბლები სივრცეში გარკვეულწილად არიან ორიენტირებული. ელექტრონული ღრუბლების სივრცითი ორიენტაცია ხასიათდება მაგნიტური კვანტური რიცხვით.

მაგნიტურ კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი მთელი რიცხვი, როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი, დაწყებული - ლ+-მდე ლ, და მთლიანობაში ეს რიცხვი შეიძლება მიიღოს (2ლ+1)ღირებულებები მოცემულისთვის ლნულის ჩათვლით. მაგალითად, თუ l = 1, მაშინ არის სამი შესაძლო მნიშვნელობა მ (–1,0,+1) ორბიტალური მომენტი  , არის ვექტორი, რომლის სიდიდე კვანტიზებულია და განისაზღვრება მნიშვნელობით ლ. შროდინგერის განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ არა მხოლოდ რაოდენობა µ , მაგრამ ამ ვექტორის მიმართულება, რომელიც ახასიათებს ელექტრონული ღრუბლის სივრცით ორიენტაციას, კვანტიზირებულია. მოცემული ვექტორის თითოეული მიმართულება

სიგრძე შეესაბამება ღერძზე მისი პროექციის გარკვეულ მნიშვნელობას ზახასიათებს გარე მაგნიტური ველის რაღაც მიმართულებას. ამ პროექციის ღირებულება ახასიათებს მ ლ .

ელექტრონის სპინი.ატომური სპექტრების შესწავლამ აჩვენა, რომ სამი კვანტური რიცხვი ნ, ლდა მ ლ არ არის ატომებში ელექტრონების ქცევის სრული აღწერა. სპექტრული კვლევის მეთოდების შემუშავებით და სპექტრული ინსტრუმენტების გარჩევადობის ზრდით, აღმოაჩინეს სპექტრის მშვენიერი სტრუქტურა. აღმოჩნდა, რომ სპექტრული ხაზები გაიყო. ამ ფენომენის ასახსნელად შემოიღეს მეოთხე კვანტური რიცხვი, რომელიც დაკავშირებულია თავად ელექტრონის ქცევასთან. ამ კვანტურ რიცხვს ეძახდნენ უკანაღნიშვნით მ სდა მხოლოდ ორი მნიშვნელობის აღება +½ და –½ დამოკიდებულია მაგნიტურ ველში ელექტრონის სპინის ორიდან ერთ-ერთ შესაძლო ორიენტაციაზე. სპინის დადებითი და უარყოფითი მნიშვნელობები დაკავშირებულია მის მიმართულებასთან. Იმდენად, რამდენადაც დატრიალებაარის ვექტორული სიდიდე, მაშინ იგი პირობითად აღინიშნება ისრით, რომელიც მიუთითებს ზევით ან ქვევით ↓. ტრიალის იგივე მიმართულების მქონე ელექტრონები ეწოდება პარალელურად,სპინების საპირისპირო მნიშვნელობებით - ანტიპარალელური.

ელექტრონში სპინის არსებობა 1921 წელს ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს W. Gerlach-მა და O. Stern-მა, რომლებმაც მოახერხეს წყალბადის ატომების სხივის გაყოფა ელექტრონის სპინის ორიენტაციის შესაბამისი ორ ნაწილად. მათი ექსპერიმენტის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 6. როდესაც წყალბადის ატომები დაფრინავენ ძლიერი მაგნიტური ველის რეგიონში, თითოეული ატომის ელექტრონი ურთიერთქმედებს მაგნიტური ველი, და ეს იწვევს ატომის გადახრას მისი თავდაპირველი სწორხაზოვანი ტრაექტორიიდან. მიმართულება, რომლითაც ატომ გადახრილია, დამოკიდებულია მისი ელექტრონის სპინის ორიენტაციაზე. ელექტრონის სპინი არ არის დამოკიდებული გარე პირობებიდა არ შეიძლება განადგურდეს ან შეიცვალოს.

ამრიგად, საბოლოოდ დადგინდა, რომ ატომში ელექტრონის მდგომარეობა მთლიანად ხასიათდება ოთხი კვანტური რიცხვით. ნ, ლ, მ ლ . და მ ს ,

ბრინჯი. 6. შტერნ-გერლახის ექსპერიმენტის სქემა

კვანტური რიცხვები არის ენერგიის პარამეტრები, რომლებიც განსაზღვრავენ ელექტრონის მდგომარეობას და ტიპს ატომური ორბიტალირომელზედაც ის მდებარეობს. კვანტური რიცხვები აუცილებელია ატომში თითოეული ელექტრონის მდგომარეობის აღსაწერად. მხოლოდ 4 კვანტური რიცხვი. ესენია: მთავარი კვანტური რიცხვი - ნ , ლ , მაგნიტური კვანტური რიცხვი – მ ლ და სპინის კვანტური რიცხვი – m s .

მთავარი კვანტური რიცხვია ნ .

მთავარი კვანტური რიცხვი - n - განსაზღვრავს ელექტრონის ენერგეტიკულ დონეს, ენერგიის დონის მანძილს ბირთვიდან და ელექტრონული ღრუბლის ზომას. ძირითადი კვანტური რიცხვი იღებს ნებისმიერ მთელ რიცხვს, დაწყებული ნ =1 ( ნ =1,2,3,…) და შეესაბამება პერიოდის ნომერს.

ორბიტალური კვანტური რიცხვი - ლ .

ორბიტალური კვანტური რიცხვი - ლ - განსაზღვრავს გეომეტრიული ფორმაატომური ორბიტალი. ორბიტალური კვანტური რიცხვი იღებს ნებისმიერ მთელ რიცხვს, დაწყებული ლ =0 ( ლ =0,1,2,3,… ნ - ერთი). ენერგეტიკული დონის რაოდენობის მიუხედავად, ორბიტალური კვანტური რიცხვის თითოეული მნიშვნელობა შეესაბამება სპეციალური ფორმის ორბიტალს. ასეთი ორბიტალების "ნაკრებს" ძირითადი კვანტური რიცხვის იგივე მნიშვნელობებით ეწოდება ენერგიის დონე. ორბიტალური კვანტური რიცხვის თითოეული მნიშვნელობა შეესაბამება სპეციალური ფორმის ორბიტალს. ორბიტალური კვანტური რიცხვის მნიშვნელობა ლ =0 მატჩი ს -ორბიტალური (1-in ტიპის). ორბიტალური კვანტური რიცხვის მნიშვნელობა ლ = 1 მატჩი გვ -ორბიტალები (3 ტიპი). ორბიტალური კვანტური რიცხვის მნიშვნელობა ლ =2 მატჩი დ -ორბიტალები (5 ტიპი). ორბიტალური კვანტური რიცხვის მნიშვნელობა ლ = 3 მატჩი ვ -ორბიტალები (7 ტიპი).

f-ორბიტალებს კიდევ უფრო მეტი აქვთ რთული ფორმა. ორბიტალის თითოეული ტიპი არის სივრცის მოცულობა, რომელშიც ელექტრონის პოვნის ალბათობა მაქსიმალურია.

მაგნიტური კვანტური რიცხვი - მ ლ.

მაგნიტური კვანტური რიცხვი - m l - განსაზღვრავს ორბიტალის ორიენტაციას სივრცეში გარე მაგნიტური ან ელექტრული ველი. მაგნიტური კვანტური რიცხვი იღებს ნებისმიერ მთელ რიცხვს -l-დან +l-მდე, 0-ის ჩათვლით. ეს ნიშნავს, რომ ორბიტალის თითოეული ფორმისთვის არის 2ლ + 1 ენერგიულად ეკვივალენტური ორიენტაცია სივრცეში - ორბიტალი.

s-ორბიტალისთვის:

l=0, m=0 – ერთი ეკვივალენტური ორიენტაცია სივრცეში (ერთი ორბიტალი).

p-ორბიტალისთვის:

l=1, m=-1,0,+1 – სამი ეკვივალენტური ორიენტაცია სივრცეში (სამი ორბიტალი).

d-ორბიტალისთვის:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 – ხუთი ეკვივალენტური ორიენტაცია სივრცეში (ხუთი ორბიტალი).

f ორბიტალისთვის:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 – შვიდი ეკვივალენტური ორიენტაცია სივრცეში (შვიდი ორბიტალი).

დატრიალებული კვანტური რიცხვი - m s .

სპინის კვანტური რიცხვი - m s - განსაზღვრავს მაგნიტურ მომენტს, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც ელექტრონი ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო. სპინის კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს მხოლოდ ორი შესაძლო ღირებულებები+1/2 და -1/2. ისინი შეესაბამება ორ შესაძლო და საპირისპირო მიმართულებას მაგნიტური მომენტიელექტრონი - ტრიალებს. შემდეგი სიმბოლოები გამოიყენება სხვადასხვა სპინების მქონე ელექტრონების აღსანიშნავად: 5 და 6 .