Закон Мозлі та будова внутрішніх електронних оболонок атомів

Завдання роботи:

порівняти енергетичну структуру атомів анодних матеріалів зі структурою водню; отримати наближені значення константи Рідберга та константи екранування.

Обладнання:

рентгенівська камера, гоніометр, набір випромінювальних ламп, набір дифракційних кристалів, ПК.

Програмне забезпечення: PHYWE measure.

Основні терміни та поняття

дифракція рентгенівських променів ЕНЕРГІЯ ЗВ’ЯЗКУ ЯДРА. ДЕФЕКТ МАСИ Енергія зв’язку атомних ядер Будова атома РЕНТГЕНІВСЬКІ ПРОМЕНІ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ Рентгенівське випромінювання Лінійчасті спектри СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ СПЕКТРИ ВИПРОМІНЮВАННЯ. СПЕКТРИ ПОГЛИНАННЯ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ

Теоретична частина

Атом складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів на орбіталях, що утворюють електронні оболонки. Енергія, яку має електрон на певній орбіталі, визначається її номером та порядковим номером атома в періодичній системі. Квантова механіка дає змогу отримати точне значення енергії електрона в атомі водню та воднеподібних системах. Так називають системи, в яких найвища оболонка складається з 1-го електрона, що перебуває на найнижчій з незаповнених орбіталей, і на яку слабко впливають решта електронів. Енергія, що утримує електрон у такій системі, називається енергією зв’язку:

де n – порядковий номер орбіталі або головне квантове число, Z – порядковий номер атома, σ – константа екранування,  – постійна Рідберга.

Із закону збереження енергії отримуємо частоту фотона, що випромінюється при переході електрона з вищої орбіталі  на нижчу :

Це співвідношення називається законом Мозлі. У випадку переходу електрона з вищої оболонки на попередню (n₂ – n₁ = 1) матимемо:

Дифракція рентгенівських променів описується рівнянням Вульфа-Брегга:

 ,

де d – міжплощинна відстань, θ – кут падіння променя на площину кристала, λ – довжина хвилі монохроматичного випромінювання, n – порядок дифракції (натуральне число).

Хід роботи

1. Проведіть вимірювання спектра характеристичного випромінювання міді, заліза та молібдену, як описано в пп. 1–10 лабораторної роботи з теми “Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз”, або відкрийте отриманий раніше результат. За спектром визначте довжини хвиль та частоти піків, користуючись формулою Вульфа-Брегга.

         Увага! Випромінювання, що не пройшло дифракцію на кристалі, надто інтенсивне для лічильника. Не встановлюйте малі кути повороту гоніометра надовго.

2. Побудуйте графіки залежності  для K_α та K_β ліній від Z. Лінійно апроксимуйте дані та визначте коефіцієнти R і σ.

Аналіз даних

.