28170

Многоэлектронные атомы. Электронные оболочки атома и их заполнение. Физическое объяснение периодического закона. Рентгеновские спектры атомов

Доклад

Физика

Электронные оболочки атома и их заполнение. Такая одноэлектронная собственная функция атома называется атомной спинорбиталью АО. При рассмотрении многоэлектронного сложного атома можно воспользоваться приближением центрального поля. Однако в сложных атомах энергия электронов зависит как от главного квантового числа так и от орбитального квантового числа то есть происходит снятие вырождения по .

Русский

2013-08-20

186.5 KB

16 чел.

70  Многоэлектронные атомы. Электронные оболочки атома и их заполнение. Физическое объяснение периодического закона. Рентгеновские спектры атомов

В квантовой механике состояние электрона в поле ядра характеризуется четырьмя квантовыми числами: главным ( 1, 2, 3, …), орбитальным ( 0, 1, 2, …, ), магнитным (0,) и спиновым (). Такая одноэлектронная собственная функция атома   называется атомной спин-орбиталью (АО).

Совокупность АО (квантовых состояний), соответствующих определенному значению квантового числа , образует электронный слой, обозначаемый буквой или цифрой:

Главное квантовое число,

1

2

3

4

5

Обозначение слоя

K

L

M

N

O

Совокупность АО с определенными значениями квантовых чисел n и  формирует так называемую электронную оболочку, обозначаемую следующим образом:

Орбитальное квантовое число,

0

1

2

3

4

Обозначение оболочки

Число  состояний, формирующих - ю электронную оболочку, определяется по формуле . Число квантовых состояний , формирующих n-ый электронный слой, определяется по формуле .

При заданном значении  водородоподобному атому соответствует определенная энергия Еn (-ый энергетический уровень). Данное значение энергии относится к  квантовых состояний. Энергетический уровень Еn называется вырожденным, а  является кратностью вырождения  -го уровня.

При рассмотрении многоэлектронного (сложного) атома можно воспользоваться приближением центрального поля. Тогда возможно описание состояний каждого электрона в атоме с помощью квантовых чисел . Однако в сложных атомах энергия электронов зависит как от главного квантового числа , так и от орбитального квантового числа , то есть происходит снятие вырождения по . Снятие вырождения по  в сложных атомах является следствием взаимодействия между электронами атома.

Основными принципами, лежащими в основе порядка заполнения АО сложного атома электронами, являются:

  1.  В каждом квантовом состоянии не может быть более одного электрона (принцип Паули);
  2.  При дополнении электронной оболочки каждым последующим электроном получаемая при этом атомная система должна обладать минимальной энергией.

Правило Клечковского гласит: заполнение оболочек электронами происходит в порядке возрастания величины , причем состояния с одинаковым значением этой суммы заполняются, как правило, в порядке возрастания .

Пользуясь правилом Клечковского, можно составить ряд возможных состояний в порядке возрастания их энергии следующим образом:

1

2

2

3

3

4

3

4

5

Каждая электронная оболочка содержит  АО. Порядок заполнения АО, формирующих данную оболочку, определяется эмпирическим правило Гунда: порядок заполнения состояний данной оболочки электронами таков, что их суммарный спин имеет максимальное из возможных значение.

Электронная конфигурация сложного атома – это запись, указывающая количество электронов на каждой электронной оболочке атома в порядке возрастания их энергии. Например, электронная конфигурация атома натрия () в нормальном состоянии имеет вид . Электроны полностью заполненных внутренних оболочек ( - для ) совместно с ядром образуют остов, в поле которого движется внешний () электрон. Электроны внешних оболочек называются валентными или оптическими, поскольку именно их состояниями определяются и химические свойства, и структура оптических спектров атомов.

Состояние атома, характеризующееся минимальной энергией, называется основным. При поглощении энергии извне (например, энергии излучения) атом переходит в состояние с большей энергией (в возбужденное состояние). Это означает, что один или несколько оптических электронов переходят в более высокоэнергетическое состояние.

Рентгеновский спектр испускания сложного атома (рисунок 1) представляет собой совокупность нескольких узких линий , , … на фоне непрерывного спектра, ограниченного со стороны коротких длин волн величиной . Совокупность острых максимумов интенсивности, положение которых зависит только от природы вещества анода, называется характеристическим рентгеновским излучением. Характер непрерывного спектра не зависит от вещества анода, а зависит только от кинетической энергии бомбардирующих его электронов. Непрерывный рентгеновский спектр излучается самими электронами при их торможении веществом и называется тормозным спектром.

Граница сплошного рентгеновского спектра  (рисунок 1) связана с минимальной кинетической энергии электронов, при торможении которых вся кинетическая энергия электрона переходит в энергию кванта, т.е.  

Каждая линия характеристического рентгеновского спектра возникает в результате перехода атома из одного энергетического состояния в другое, а частота излучения определяется правилом частот Бора:

.                                                           (1)

Рентгеновскому излучению соответствуют короткие длины волн (10-12 - 10-9) м. Следовательно, квантовые переходы совершаются внутренними электронами атома.

Электрон, падающий на материал анода, выбивает электрон с одной из внутренних оболочек атома, в результате чего в ней образуется вакантное квантовое состояние. Электроны с более удаленных от ядра оболочек, обладающих более высокой энергией, могут перейти в освободившееся состояние. В результате этого перехода испускается квант излучения, соответствующий рентгеновской области.

Энергию электрона, расположенного в одной из внутренних оболочек атома, можно представить в виде

,             (<<  - постоянная экранирования.)       (2)

Рентгеновский терм, как следует из (2), может быть представлен следующим образом:

.                                              (3)

Из (3) следует соотношение, называемое законом Мозли

:                                                (4)

корни квадратные из рентгеновских термов линейно зависят от порядкового номера элемента .

Если электрон выбит из -оболочки (), то в рентгеновском спектре испускания наблюдается -серия, из -оболочки - -серия и т.д. (рисунок 2).

Линии испускания в рентгеновских спектрах возникают в результате переходов между рентгеновскими уровнями с учетом обычных правил отбора:

,   , .

В соответствии с этими правилами, в -серии возникают линии  и  (при переходах между - и -термами), линии  и  (при переходах между - и -термами) и т.д. При возбуждении наиболее глубоко лежащего -слоя возникает не только -серия, но и весь рентгеновский спектр.

PAGE  1


0                
1      2                                   

I

исунок 1 - Типичная кривая распределения интенсивности в рентгеновском спектре испускания

2

1

2

1

1

2

     K

     L

      M

     N

Электр слои

L-серия

M-серия

12S1/2

22S1/2

22P1/2

22P3/2

32S1/2

32P1/2

32P3/2

32D3/2

32D5/2

42S1/2

42P1/2

42P3/2

42D3/2

42D5/2

42F5/2

42F7/2

Рисунок 2- Формирование рентгеновских характеристических спектров испускания (без соблюдения масштаба)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21142. Защита герметизацией 27 KB
  Это также приводит к увеличению внутренних механических напряжений возникающих за счет различных температурных коэффициентов линейного расширения ТКЛР компаунда и заливаемых деталей. На ТКЛР компаунда можно влиять введением наполнителя. Так ТКЛР полимеризованной эпоксидной смолы без наполнителя составляет примерно 70106 град1 а с наполнителем в виде пылевидного кварца в два раза меньше. ТКЛР материалов деталей входящих в состав сборочных единиц лежат в пределах от 4106 град1 керамика до 16106 град1 медь.
21143. Защита конструкций от внешних воздействий 52.5 KB
  Для защиты от вибрации и ударов применяют амортизаторы или демпферы. Амортизаторы от линейных перегрузок не защищают. Амортизаторы резинометаллические просты в изготовления защищают от вибрации в любом направлении. Амортизаторы пружинные защищают от вибрации только в основном направлении.
21144. Защита покрытиями 31.5 KB
  Негальванические покрытия. К металлическим покрытиям относятся: вакуумное испарение практически любым металлом и почти на любые подложки толщина слоя зависит от скорости и времени испарения вещества; катодное распыление перенос металла с катода на анод при тлеющем разряде в газах; горячее распыление расплавленный металл распыляется сжатым газом толщина пленки от 30 мкм до нескольких миллиметров которым можно нанести любое металлическое покрытие на поверхность любого материала. К неметаллическим покрытиям относятся лакокрасочные...
21145. Звуки BIOS 141 KB
  ru Дата: 20:13:17 14 11 01 BIOS Beep Sound core list AWARD BIOS Beep Sound Massage 1 short System booting is normally. 2 short CMOS setting error 1 long1 short DRAM ERROR 1 long2 short Display card or monitor connected error 1 long3 short Keyboard Error 1 long9 short ROM Error Long continuous DRAM hasn't inset correctly. Short continuous POWER supply has problem. AMI BIOS 1 short DRAM Flash Error 2 short DRAM ECC Check Error 3 short DRAM Detect Fail 5 short CPU Error 6 short Keyboard...
21146. Виды политических систем в современном мире 49 KB
  Для демократических политических систем характерно наличие государственных органов в центре и на местах, легальное существование на ряду с правящими партиями и оппозиционных...
21147. Методы обеспечения и повышения надежности 26.5 KB
  Общие методы реализуются на стадиях проектирования и производства и осуществляются следующими путями: максимальным упрощением принципиальной схемы с одновременным уменьшением числа элементов с невысокой надежностью; ослаблением влияния внешних воздействий герметизацией амортизацией охлаждением и т. Специальные методы реализуются путем облегчения режима работы элементов схем и конструкции предварительной тренировкой элементов резервированием и др. Облегчение режима работы схемных элементов снижает интенсивность отказов. Для учета нагрузки...
21148. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ЭВМ 124 KB
  Для всех методов обработки кроме ультразвуковых производительность не зависит от твердости и вязкости обрабатываемого материала. Электроэрозионные методы обработки Электроэрозионные методы обработки это совокупность электрических химических воздействий на обрабатываемую деталь для придания ей заданной формы и размеров. Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодномеханическая.
21149. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ СВТ 38.5 KB
  Наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию СВТ оказывают вибрации. Он в свою очередь приводит к увеличению амплитуды колебаний СВТ. Введение амортизаторов между СВТ и объектом в качестве среды уменьшающей амплитуду передаваемых колебаний и ударов снижает действующие на СВТ механические силы но не уничтожают их полностью.
21150. Основные характеристики МПП общего применения на фольгированном диэлектрике 855.5 KB
  Основные характеристики МПП общего применения на фольгированном диэлектрике Показатель Характеристика Область применения Спецтехника вычислительная техника средства связи Класс точности 1;2; 3 Группа жесткости I IV Рекомендуемые максимальные размеры мм 360 х 420 γ = 033 Материал основания Стеклотекстолит фольгированный например СТФ1 СТФ2 стеклоткань СТП1 Минимальный диаметр отверстия мм Переходное 04 Сквозное 06 Минимальная ширина проводника мм 025 Тип производства Мелкосерийное серийное крупносерийное Методы...