Франк пен Герц тәжірибелері

13. Атомның күйлерін кванттау көптеген тәжі-рибелер арқылы айқындалған. Бұл саладағы алғашқы экспериментальды зерттеулерді неміс ғалымдары — Джонсон Франк пен Густав Герц орындады (1913 ж.). Олар сынаптың сиретілген буымен толтырылған шыны түтік арқылы (4-сурет) электр тогын өткізеді. Түтіктегі электродтар арасындағы кернеуді арттыра

4-сурет. Франк және Гер ц тәжірибесінің схемасы:

1 — сынап буларыбар түтік; 2 — электрондар шығаратын қызғаң катод; 3 —анод; 4 — торлар; V — үдетуші кернеу; U'— тежеуші кернеу.

отырып, Франк пен Герц тізбектегі токтың алдымен артқанын (5-суреттегі ОА участогы), кернеу 4,9 в болганда, оның кілт азайғанын байқайды. Бұдан ғалымдар, бірсыпыра электронный, энергиясын (4,9 эв) сол сәтте сынап атомдары жұтьш, сынап атомдары қозған күйге түседі деген қорытындыға келеді.

5-сурет. Токтық үдетуші кернеудің шамасына тәуелділігін көрсететін график.

Шынында да, түтіктің электр өрісінде электрондар кинетикалық энергия алады. Бұл энергия 4,9 эв электронвольттан аз кезінде серпімді соқтығысу кезіндегі сияқты, сынап атомдарымен соқтығысканда электрондар шашырайды. Электрондардыц энергиясы 4,9 эв немесе одан біраз артқан жағдайда, мұндай соқтығысу серпімсіз болады да, электрон өз энергиясын сынап атомына беріп, жылдамдығынан айрылады, түтіктің анодына жете алмайды, яғни анодқа тиісті теріс потенциал беріледі (Франк және Герц тә-жірибесінде — жарты вольт шамасында).

Қоздырылған сынап атомының алғашқы қалпына келуі толқын ұзындығы 2537 А° сәуле шығарумен қосарлана журеді.

(1 А° — ангстрем = 10~8 см немесе 10~10 м).

Үдеткіш кернеуді одан әрі арттырғанда токтың келесі төмендеуі (В нүктесі) 9,8 в кернеуде болды.

Демек бұл, электрон сынаптың екі атомының бірінен соң біріне соқтығысып, 4,9 в кернеудегі сияқты, өз жылдамдығынан айрылады да, анодқа жете алмайды деген сөз. 14,7 в кернеуде де осы жағдай болады, бірақ мұнда енді үш соқтығысудан кейін осындай болады т. б.

Демек, сынап атомы энергияны 4,9 эв порциямен жүтады. Әрине, бұл шама сынап атомының энергиясы тек шекті шамаға ғана өзгеретінін сипаттайды. Сынап атомы бұдан аз мөлшердегі энергияны қабылдамайды.

Бүдан әрі зерттеу, егер электрондардын, энергиясы 6,7 эв, 8,3 эв т. б. асатын болса, олардың сынап атомдарымен соқтығысқанда беретін эиергиясының пор-циялары 4,9 эв болып қана қоймай, 6,7 эв т. б., 8,3 эв. т. б. бола алатынын көрсетті.

Егер қозбаған атомда электрон энергиясы Wп болса; ал қозған атомда — Wn+i болса, онда атом жүтқан энергия

AW=Wn+1-Wn=eU ,

Иондау энергиясы

14.Иондау деп бейтарап атомный, электронды қосып алу немесе электронынан айрылу құбылысын айтады. Электрондарды қосып алу нәтижесінде атом теріс иоңға айналады. Мұндай атомдар туралы, олардың электронға белгілі бір «жақындастығы» бар дейді. Электронды қосып алған атомның энергиясы бейтарап атомный, энергиясынан біраз кем болатын көрінеді, ал бұл кем энергияны электронға жак,ы ндастық энергиясы деп атайды.

Электронынан айрылған атом оң иондеп аталады. Атомды иондауға қажетті энергия иондау энергиясыдеп аталады.

Электронды ядроға жақын орбитадан алые орбитаға көшіру үшін оған белгілі бір шамада энергия жұмсау керек, ал оны атомнан тыс жұлып шығару үшін одан да кеп энергия қажет. Демек, иондау энер­гиясы қоздыру энергиясынан кеп болады.

Кейбір газдар үшін қоздыру энергиясы мен ион­дау энергиясының ең аз мәндері мына таблицада келтірілген:

Электрон орбитасы ядроға неғұрлым жақын орналасқан болса, электронный, ядромен байланысы соғұрлым берік болып, ол атомды иондаушы энергия да көп болады. Мысалы, көміртегі атомының сыртқы орбитасынан электронды жұлып шығару үшін 11,22эе энергия қажет. Ал сол атомның ядромен әлдеқайда берігірек байланысқан екінші бір электронын жұлып шығару үшін атомға 24,27 эв энергия жұмсау керек т. б.

15. Иондау энергиясының электрон зарядына қатынасына тең шама иондау потенциалы деп аталады:

U_ион=W_ион/e

Біздің мысалымызда көміртегі атомының бірінші иондау потенциалы — 11,22 в, екіншісі —24,27 в, үшін-ісі — 47,65 в, төртіншісі — 64,22 в, бесіншісі — 389,9 в.

Сөйтіп, электронный, энергетикалық деңгейі неғұрлым темен болса, иондау потенциалы соғұрлым жоғары болады, олай болса иондау энергиясы да соғұрлым жоғары болады.

Паули принципі

16. Швейцарияның ғалымы Вольфганг Паули түрлі заттардың спектрлерін зерттей отырып, атомдағы электронный, энергетикалық күйіне электронның қозғалыс мөлшерініқ өзіндік моменті — спин—айтарлықтай эсер етеді деген қорытындыға келді.

Спин үғымын ғалымдар Юленбек пен Гаудсмит 1925 жылы енгізген болатын. Олар атомдағы электрондар ядроның айналасында ғана қозғалып қоймай, сонымен бірге зырылдауық сияқты өз осінен де айналады дегеп ұсыныс жасады. Ағылшынның «спин» сөзі, мағына жағынан «зырылдайды» дегенді білдіреді.

Кейіннен спип электронның және басқа элемен-тар бөлшектердің, мысалы, массасы, немесе заряды сияқты, ерекше қасиеттерінің бірі болып табылатыны анықталды. Спинді электронның өз осінен айналатын-дығын сипаттайтын қасиеті деп қана түсінуге бол-майды, өйткенде электронный, бетіндегі жеке нүктеле-рінің сызықтық жылдамдығы (егер электронды шарик деп алып қарасақ) вакуумдағы жарық жылдамдығы-нан (300 000 км/сек) артық болып шығар еді. Ал салыстырмалылық теориясын жасаушы атақты неміс ғалымы Альберт Эйнштейн 1905 жылдың өзінде-ақ табиғатта жылдамдығы жарықтың вакуумдағы жыл-дамдығынан артық болатын қозғалыс жоқ екенін дәлелдеген болатын.

Спин — векторлық шама, яғни ол тек санмен ғана емес, бағытымен де сипатталады.

17. В. Паули 1925 жылы өзінің атақты тыйым салу принципін ұсынды. Атом үшін Паули принципі былай тұжырымдалуы мумкін. Атомда бірдей энергетикалық күйдегі екі электроннан артық электрон болуы мүмкін емес және олардың спиндері әр түрлі. Паули принципі бойынша электрондардьщ басқаша күйде болуына тыйым салынған.