Рассеяние света. Закон Релея. Периодич. с-ма элем-в Менделеева.

Билет №19.

1. поглащ. света, закон Бюгера. Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.Поглощение света в веществе описывается законом Бугера(франц. Ученый):

где I ₀ и I — интенсивности плоской монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, a — коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. При х= 1 /a интенсивность света I по сравнению с I ₀ уменьшается в е раз.Коэффициент поглощения зависит от длины волны l (или частоты w) и для различных веществ различен. У одноатом. газов коэф. Погл. ≈ 0. Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (примерно 10^–3—10^–5 см^–1),диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (примерно 10³—10⁵ см^–1) и поэтому металлы являются непрозрачными для светаЧем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света.

2. Магнит. Момент атома. Вектор. Модель атома.(L-S-связь, j-j- связь). Для качественного объяснения магнитных явлений с достаточным приближением можно считать, что электрон движется в атоме по круговым орбитам. Электрон, движущийся по одной из таких орбит, эквивалентен круговому току, поэтому он (обладает орбитальным магнитным моментом p_m=I IS n, модуль которого

(131.1)

где I=en — сила тока, n — частота вращения электрона по орбите, S — площадь орбиты

. С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса L l, модуль которого равен L_l=mʊr=2mʋS, (131.2)

где ʊ = 2 pʋr, πr ² = S. Вектор L _l (его направление также определяется по правилу правого винта) называется орбитальным механическим моментом электрона.

Из рис. 187 следует, что направления р _m и L _e, противоположны, поэтому, учитывая выражения (131.1) и (131.2), получим

(131.3)

где величина

(131.4)

называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов (общепринято писать со знаком «–», указывающим на то, что направления моментов противоположны).рис 189.:

впоследствии доказано, что кроме орбитальных моментовэлектрон обладает собственным механическим моментом импульса L _lS, называемым спином. Спину электрона L _ls, соответствует собственный (cпиновый) магнитный момент р _ms, пропорциональный L _ls и направленный в противоположную сторону:p̄_ms=g_sL̄_ls. Величина g_s называется гиромагнитным отношением спиновых моментов. Проекция собственного магнитного момента на направление вектора В может принимать только одно из следующих двух значений: где ħ=h/ (2p) (h— постоянная Планка), m _b— магнетон Бора, являющийся единицей магнитного момента электрона.

 

 

Билет №20.

Рассеяние света. Закон Релея. Периодич. с-ма элем-в Менделеева.

Дифракция света может происходить в оптически неоднородной среде, например в мутной среде(дым, туман, запыленный воздух и т.п.). Дифрагируя на неоднородностях среды, световые волны создают дифракционную картину, характеризующуюся довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света. Это явление наблюдается, если узкий пучок солнечных лучей проходит через запыленный воздух, рассеивается на пылинках и становится видимым.Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной волны (не более чем 0,1l), то интенсивность рассеянного света оказывается обратно пропорциональна четвертой степени длины волны, т.е. I_расс ~ 1/l ⁴ - закона Релея.Рассеяние света наблюдается также и в чистых средах, не содержащих посторонних частиц. Например, оно может происходить на флуктуациях (случайных отклонениях) плотности, анизотропии или концентрации. Такое рассеяние называют молекулярным. Оно объясняет, например, голубой цвет неба. Действительно, согласно формуле голубые и синие лучи рассеиваются сильнее, чем красные и желтые, т.к. имеют меньшую длину волны, обуславливая тем самым голубой цвет неба.

2. Принцип Паули. период. с-ма элем-в Менд.

В 1925 г. Паули установил квантово - механический принцип (принцип запрета Паули).
В любом атоме не может быть двух электронов, находящихся в одинаковых стационарных состояниях, определяемых набором четырех квантовых чисел: n,l, m, ms.
Н-р, на энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, но с противоположным направлением спинов.
Принцип Паули. Состояние каждого электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами:1. Главное квантовое число n определяет энергетич. уровни электрона в атоме. (n = 1, 2...).
2. Орбитальное (азимутальное) квантовое число l, которое при заданном n прин-т знач.:(l = 0, 1,... n-1).опред-т момент импульса электрона в атоме.
3. Магнитное квантовое число m_l (m = 0, +/-1, +/-2, +/-... +/-l).опред-т проекцию момента импульса электрона на зад-ое направ-е.
4. Спиновое квантовое число ms (ms = +/-1/2).
Для одного фиксированного значения главного квантового числа n существует 2n2 различных квантовых состояний электрона.

Обобщая опытные данные,В. Паули сформулировал принцип, согл. к-му системы фермионов встреч-ся в природе только в сост-ях, описываемых антисиммитрич-ми волновыми функциями (квантово- механическая формулировка принципа Паули). Из этого полож-я вытекает более простая формулировка принципа: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут одновременно нах-ся в одном и том же сост-и. распреление электронов в атоме подчиняется принципу Паули,к-ый м/б использован в его простейшей формулировке: в одном и том же атоме не м/б более 1го электрона с одинак. набором 4х квант. чисел n,l,m_l ,m_s т,е. Z(n,l,m_l ,m_s)=0 или1, где Z(n,l,m_l ,m_s) – число электронов,наход-ся в квант. Состоянии, описываемом набором 4х квант. чисел: n,l,m_l ,m_s. т. о.,принцип Паули утверждает,что 2 электрона, связанные в одном и том же атоме, различ-ся знач-ми по крайнем мере 1го квант-го числа.

Принцип Паули, лежащий в основе систематики заполнения электронных состояний в атомах, позволяет объяснить Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева (1869) — фундаментального закона природы, являющегося основой современной химии, атомной и ядерной физики.

Д. И. Менделеев ввел понятие порядкового номера Z химического элемента, равного числу протонов в ядре и соответственно общему числу электронов в электронной оболочке атома. Расположив химические элементы по мере возрастания порядковых номеров, он получил периодичность в изменении химических свойств элементов.Единственный электрон атома водорода находится в состоянии 1s, характеризуемом квантовыми числами п=1, l=0, ml=0 и ms=± ½; (ориентация его спина произвольна). Оба электрона атома Не находятся в состоянии 1s, но с антипараллельной ориентацией спина. Электронная конфигурация для атома Не записывается как 1s2(два 1s-электрона). На атоме Не заканчивается заполнение K-оболочки, что соответствует завершению I периода Периодической системы элементов Менделеева. Таблица 7

Третий электрон атома Li (Z=3), согласно принципу Паули, уже не может разместиться в целиком заполненной K-оболочке и занимает наинизшее энергетическое состояние с n=2 (L-оболочка), т.е. 2s-состояние. Электронная конфигурация для атома Li: 1s22s. Четвертым электроном Be (Z=4) заканчивается заполнение подоболочки 2s. У следующих шести элементов от В (Z=5) до Ne (Z=10) идет заполнение подоболочки 2р (табл. 7). II период Периодической системы заканчивается неоном — инертным газом, для которого подоболочка 2р целиком заполнена.

Одиннадцатый электрон Na (Z=11) размещается в М-оболочке (n=3), занимая наинизшее состояние 3s. Электронная конфигурация имеет вид 1s22s22p63s.

19й электрон К (Z=19)в результате взаимодействия электронов состояние n=4, l=0 имеет меньшую энергию, чем состояние n=3, l=2. Спектроскопические и химические свойства Са (Z=20) показывают, что его 20-й электрон также находится в 4s-состоянии N-оболочки. В последующих элементах происходит заполнение M-оболочки (от Sc (Z=21) до Zn (Z=30)). Далее N-оболочка заполняется до Кr (Z=36), у которого опять-таки, как и в случае Ne и Аr, s- и p-состояния наружной оболочки заполнены целиком. Кроме того, атомы инертных газов (Не, Ne, Ar, Кr, Хе, Rn) занимают в таблице особое положение — в каждом из них s- и p-состояния наружной оболочки целиком заполнены и ими завершаются очередные периоды Периодической системы.