Elektron spektroskopiya Mundarija Kirish I bob. Adabiyotlar sharhi

1.2 Spektroskopiya usullari tahlili va tavsifi

1900 yilda Plank nurlanishning kvant nazariyasini ilgari surdi. 1905 yilda Eynshteyn foton tushunchasini kiritib, Plank nazariyasini rivojlantirdi. 1869 yilda Mendeleyev davriy sistemasini yaratdi. 1896 yilda Bekkerel tomonidan radioaktivlik topildi va nihoyat 1911 yilda Rezerford tomonidan atomning planetar modeli topildi. Bor atom spektrlaridagi qonunlarni kombinasion prinsipni tushuntirib berishga muvaffaq bо‘ldi. Doiraviy orbitalarning kvantlanganligi tо‘g‘risidagi postulatlari kiritildi. Vodorod atomining elektroni doiraviy orbitada haraktlanayotganda uning mexanik harakat miqdorining momenti P ga kvantlangan.

- ga nisbatan karralangan bо‘ladi.

Birinchi davrni 1666 yildan boshlanib, ya’ni (Nyuton zamonidan) quyosh yorug‘ligini spektrga ajralishidan boshlanib, to 1913 yilda Nils Bor tomonidan kvant tushunchasining kiritilishiga qadar deb hisoblash mumkin. Bu о‘rtada yutilish spektrining kuzatilishi (Vallaston va Fraungofer tomonidan 1802-1814) Zeyman va Shtark effektlari (1896-1915) va boshqa shu davrdagi kashfiyotlarni keltirish mumkin.

Umuman aytganda bu birinchi davrda spektroskopiya faqat tajribaviy fan sifatida rivojlandi. Bu davrda moddalar chiqargan spektrlari shu moddaning tashkil etgan atom va molekulalar orasidagi bog‘lanishning mohiyati ochib berilmagan.

Ikkinchi davrga kelib spektroskopiya kvant nazariyasidek mustahkam tayanch nazariyasiga ega bо‘ldi [6].

1911 yilda Rezerford atomning planetar modelini kashf etgandan sо‘ng, 1913 yilda Nils Bor Rezerford tajribalariga asoslanib о‘ziga ma’lum bо‘lgan fizika-ximiya sohasidagi birinchi tajribalarini umumlashtirib о‘zining ikkita postulatini yaratdi. Kvant nazariyasining rivojlanishida rus olimlarining hissasi katta bо‘ldi. Rojdestvenskiy, Vavilov, Basov, Proxorov, spektroskopiya nazariyasining yaratilishi bilan bir qatorda yangi optik hodisalarning 1928 yilda Roman Spektroskopiyasi yorug‘likning kombinasion sochilish spektri kashf etildi. Bu kashfiyot moddalar strukturasini о‘rganishda yangi qadam bо‘ldi.

Hozirgi vaqtda zamonaviy spektroskopiya butunlay kvant nazariyasiga suyanadi. Buning asosida atom va molekulalarning xossasini aniqlaydigan fundamental kvant qonunlari yotadi.

Borning birinchi postulatiga kо‘ra, atom yoki molekulalar sistemasi ayrim stasionar holatlarda turg‘un bо‘lib, bu holatlarda energiya siljishi Yen ham diskret, ham uzluksiz qiymatda bо‘ladi.

Bu energiyaning ixtiyoriy о‘zgarishida sistema bir stasionar holatdan ikkinchisiga sakrab о‘tadi.

Ikkinchi postulatiga kо‘ra. Atom yoki molekula sistemasi, bir stasionar holatdan ikkinchi stasionar holatga о‘tganda yorug‘lik tо‘lqinini yutadi yoki chiqaradi. Bu о‘tishlarda hosil bо‘lgan elektromagnit nurlanish monoxromatik bо‘lib, uning chastotasi quyidagi formula bilan aniqlanadi (1-rasm).

(2)

Spektroskopiyada energiya sathi, yoki energetik holat degan tushuncha mavjud. Buni quyidagi rasmda oson kо‘rsatish mumkin. Eng pastki sath asosiy yoki normal holat, qolganlari esa uyg‘ongan holat deyiladi (2- rasm).

1- rasm. 2-rasm.

(2) ifodaga Borning chastotalar sharti yoki nurlanish bilan bog‘liq bо‘lgan mikrojarayonlar uchun energiyaning saqlanish qonuni deyiladi.

(1) va (2) formulalar spektroskopiyaning asosiy ifodalari deyiladi.

Spektroskopiyaning asosiy birliklari.

1. Tо‘lqin uzunligi

2. Chastota chastota 1 sekunddagi tebranishlar soni

3. 
   Tо‘lqin soni birligi [sm^-1]
   

Tо‘lqin soni deb 1 sm da joylashgan tо‘lqin uzunliklari soniga aytiladi. Spektroskopiyada tо‘lqin sonini chastota deb aytiladi.

4. Foton energiyasi ; 1 j=10⁷ erg

h- Plank doimiysi 6,6310^-34j s teng

Spektroskopiyada asosan energiya birligi sifatida elektronvolt ishlatiladi.

1 eV=1,6∙10^-19 Joul [7].

Har bir spektral chiziq (yutilish, chiqarish va sochilish) о‘zining chastotasi bilan, integral va spektral intensivligi bilan dipolyarizasiya koeffisiyenti bilan yarim kengligi bilan va boshqa kattaliklari bilan xarakterlanadi.

Spektral chiziqlarning intensivliklari о‘tish ehtimoliyatiga bog‘liq. Faraz qilamizki E₁ va E₂ energiyalar bilan xarakterlanadigan stasionar holatlar berilgan bо‘lsin. Bu holatdagi sermolekulalikni yoki molekulalarning zichligini N₁ va N₂ bilan belgilaymiz. Biron dt vaqt ichida birinchi holatdan ikkinchi holatga energiyani yutish bilan о‘tgan molekulalarning soni quyidagiga teng bо‘ladi.

(3)

Bu vaqtda yutilgan energiyaning umumiy miqdori

(4)
(1)-formuladan koeffisiyent
(5)

3-formuladan kо‘rinadiki a₁₂ - dt vaqt ichida о‘tgan molekulalar sonini umumiy molekulalar soniga nisbatini bildiradi yoki molekulalarning о‘tish ehtimoliyatini xarakterlaydi.Boshqacha aytganda bitta zarrachani ma’lum vaqtda yutilishini kо‘rsatadi. Xuddi shunday formulalarni dt vaqt ichida E₂ E₁ holat uchun yozish mumkin ya’ni:

(6)

(4) dan

(7)
f₂₁-dt vaqt ichida 21 holatga о‘tgan molekulalarning umumiy molekulalar soniga bо‘lgan nisbatini bildiradi yoki nurlanish ehtimoliyatini bildiradi. Uyg‘ongan molekulalar uyg‘ongan holatda abadiy yashamaydi biron yо‘l bilan asosiy stasionar holatga qaytib keladi. Shu molekulalarning qaytib kelishi bilan bog‘liq bо‘lgan quyidagi hodisalar bо‘lishi mumkin [8].

1. Uyg‘ongan molekulalar tashqi maydonning ta’sirisiz ichki kuchlar ta’sirida asosiy holatga qaytadi. Bunday о‘tishga spontan yoki о‘z-о‘zidan о‘tish deyiladi bu vaqtdagi nurlanishga spontan nurlanish deyiladi.

2. Uyg‘ongan molekula tashqi maydon ta’sirida qaytib kelishi mumkin. Bunday о‘tishga majburiy о‘tish yoki majburiy nurlanish deyiladi. Majburiy nurlanish nazariyasini birinchi bо‘lib Eynshteyn (1917) yilda yaratdi.

3. Spektroskopiya uchun uncha katta ahamiyatga ega bо‘lmagan nurlanishsiz о‘tishlar.

Yuqorida aytilgan о‘tishlarni xarakterlash uchun Eynshteyn о‘z koeffisiyentlarini kiritdi. Spontan о‘tishlarni xarakterlash uchun A₂₁-ni kiritdi. Bu koeffisiyent spontan о‘tishlar ehtimoliyatini xarakterlaydi. Majburiy о‘tish ehtimoliyati quyidagiga teng
(6)
V₁₂-yutilish uchun Eynshteyn koeffisiyenti deyiladi. - tashqi maydon energiyasini spektral zichligini xarakterlaydi.

Xuddi shunday majburiy nurlanish ehtimoliyati quyidagiga teng

(8)
V₂₁—majburiy nurlanish uchun Eynshteyn koeffisiyenti.

Shunday qilib nurlanishning tо‘liq ehtimoliyatini quyidagicha yozishimiz mumkin

(9)
Eynshteyn koeffisiyentlari A₂₁, V₁₂, V₂₁ orasida bog‘lanishlar mavjud va bu bog‘lanishlardan biri quyidagicha

(10)

lar 1 va 2-stasionar holatlarning statistik og‘irliklari. A₂₁ va V₂₁ koeffisiyentlari orasida ham bog‘lanishlar mavjud bu bog‘lanish quyidagiga teng:
.
A₂₁ - ni qiymatini topib 8-ga qо‘yamiz
(11)

bundan

bо‘ladi. (12)

(11)chidagi U_v kichik qiymatlarga ega bо‘lgandagi nurlanishlar A₂₁-ga bog‘liq, ya’ni spontan prosesslarga bog‘liq. -kuchli katta qiymatga ega bо‘lganda nurlanishlar majburiy bо‘ladi. Misol uchun lazerlarda bо‘ladi.

31- rasm yutilish va nurlanish jarayoni.

Energetik yuksakliklarni yana bir asosiy parametri ularning yashash vaqti yoki zarrachalarning uyg‘ongan holatda yashash vaqti. Spontan nurlanish tufayli zarrachalarning о‘tish miqdorini
deb yozishimiz mumkin [9] (13)
(-) - ishorasi zarrachalarning 2-holatda kamayishini bildiradi. Buni vaqt bо‘yicha integrallasak.
bо‘ladi (14)

Xuddi shunday nurlanish energiyasining kamayishi

ga teng (15)

- teng bо‘lgan holda uyg‘ongan holatdagi molekulalar soni.

(13) va (14) dan kо‘rinadiki spontan о‘tishlar tufayli zarrachalar soni va nurlanish energiyasining miqdori eksponensial qonun bilan о‘zgaradi. Zarrachalar uyg‘ongan holatda yashashining о‘rtacha vaqtini quyidagicha yozishimiz mumkin:

yoki

. (16)

( ajoyib integral kо‘rinishiga keltirildi).

(15)dan kо‘rinadiki zarrachalarning uyg‘ongan holatda yashash vaqti spontan о‘tishlar ehtimoliyatiga teskari proporsional ekan.

Xuddi shunday energiya taqsimoti uchun

bо‘ladi.

bu vaqtda uyg‘ongan holatda zarracha kamayish grafikasi quyidagicha bо‘ladi,

ya’ni _ye о‘zining fizik ma’nosi jixatdan uyg‘ongan holatda zarrachalarning -marta kamayishini bildiradi. _ye - vaqtda zarrachalarning soni ga teng bо‘ladi.

Odatda atomlar yoki molekulalar uchun yashash davri sek ga teng bо‘ladi.

Agar nurlanishsiz о‘tishlar ehtimoliyatini S_i bilan belgilansa, u vaqtda uyg‘ongan holatda molekulalarning о‘zgarish qonuniyati

bо‘ladi ; (17)

N₂=N₂⁰

bundan

(18)

Agar (17) chida spontan о‘tishlar ehtimoliyati juda kichik bо‘lsa yoki (A₂₁+C₂₁) 0 intilsa,u vaqtda intiladi, ya’ni zarracha uyg‘ongan holatda cheksiz vaqt davomida qolib ketadi. Zarrachaning uyg‘ongan holatda cheksiz qolib ketishiga metastabil holat deyiladi.

Metastabil holatlarni о‘rganish lazerlar uchun ishchi modda tanlash uchun katta ahamiyatga egadir [10].