ელექტრონული კონფიგურაცია

ელექტრონული კონფიგურაცია — არის ელექტრონების განაწილების ფორმულა ქიმიური ელემენტის ანმოლეკულის ატომის სხვადასხვა ელექტრონული გარსებზე.

კვანტური მექანიკის მიხედვით ელექტრონული კონფიგურაცია - ეს არის ერთელექტრონული ტალღური ფუნქციის სრული ჩამონათვალი, რომელთაგან საკმარისი სიზუსტით შეიძლება შედგეს ატომის სრული ტალღური ფუნქცია.

საერთოდ რომ ვთქვათ, ატომი, როგორც შემადგენელი სისტემა, შეიძლება სრულად აღიწეროს მხოლოდ სრული ტალღური ფუნქციით. მაგრამ ასეთი აღწერა პრაქტიკულად შეუძლებელია წყალბადის (ყველაზე მარტივ ატომიანი ქიმიური ელემენტი) ატომზე რთული ატომისათვის. ხელსაყრელია მიახლოებითი აღწერა — თვითშეთანხმებული ველის თეორია. ამ მეთოდში შემოაქვთ გაგება - ყოველი ელექტრონის ტალღური ფუნქცია. მთლიანი სისტემის ტალღური ფუნქცია ჩაიწერება ერთ ელექტრონიანი ტალღური ფუნქციების სიმეტრიზირებული წარმოებულის ფორმით. ყოველი ელექტრონის ტალღური ფუნქციის გამოთვლისას ყველა სხვა ელექტრონების ველი ითვალისწინება როგორც გარე პოტენციალი, რომელიც დამოკიდებულია თავის მხრივ ამ დანარჩენი ელექტრონების ტალღური ფუნქციისაგან.

თვითშეთანხმებული ველის მეთოდის გამოყენების შედეგად მიიღება რთული ინტეგრო-დიფერენციალური განტოლებათა სისტემა, რომელიც ჯერ კიდევ რთულია ამოსახსნელად. მაგრამ თვითშეთანხმებული ველის განტოლებას აქვს საწყისი ამოცანის ბრუნვითი სიმეტრია (ანუ არიან სფერულად სიმეტრიულნი). ეს იძლევა საშუალებას მთლიანად გაუკეთოთ კლასიფიკაცია ერთ ელექტრონიან ტალღურ ფუნქციებს, რომელთაგან შედგება ატომის მთლიანი ტალღური ფუნქცია.

დაწყებისთვის როგორც ყველა ცენტრალურ სიმეტრიულ პოტენციალში, თვითშეთანხმებული ველის ტალღური ფუნქცია შეიძლება დავახასიათოდ მთლიანი კუთხური მომენტის კვანტური რიცხვით $l$ და კუთხური მომენტის რომელიმე ღერძზე პროექციის კვანტური რიცხვით $m$ . სხვადასხვა $m$ მნიშვნელობის ტალღური ფუნქციები შეესაბამება ერთი და იგივე ენერგიის დონეს. ასევე ენერგიის ერთ დონეს შეესაბამება ელექტრონის სპინის მდგომარეობის სხვადასხვა პროექცია რომელიმე ღერძზე. სულ მოცემული დონის ენერგიას შეესაბამება $2(2l+1)$ ტალღური ფუნქციები. შემდეგ, კუთხური მომენტის მოცემულ მნიშვნელობაზე შეიძლება ენერგიის დონეების დანომვრა. წყალბადის ატომის ანალოგიურად მიღებულია ენერგიის დონის დანომვრა დაწყებული მოცემული $l$ მნიშვნელობიდან $n=l+1$ . ერთ ელექტრონიანი ტალღური ფუნქციის კვანტური რიცხვების სრული ჩამონათვალი რომელთაგან შეიძლება ატომის ტალღური ფუნქციის შედგენა ეწოდება ელექტრონული კონფიგურაცია. რადგანაც ყველაფერი დეგენერირებს $m$ კვანტური რიცხვით და სპინით, საკმარისია მხოლოდ ელექტრონების სრული რაოდენობის მითითება, რომლებიც არიან $n$ , $l$ მდგომარეობის მონაცემებით.

ელექტრონული კონფიგურაციის გაშიფრვა რედაქტირება

ელექტრონული კონფიგურაციის ცხრილი

ისტორიული მიზეზით ელექტრონული კონფიგურაციაში კვანტური რიცხვი $l$ ჩაიწერება ლათინური ასოთი. მდგომარეობა $l=0$ აღინიშნება ასო $s$ , $l=1$ — $p$ , $l=2$ — $d$ , $l=3$ — $f$ , $l=4$ — $g$ და შემდეგ ანბანის მიხედვით მოყოლებული. $l$ რიცხვის მარცხნივ წერენ რიცხვს $n$ , ხოლო რიცხვი $l$ ზევით —c მდგომარეობის $n$ , $l$ მონაცემს ელექტრონების რაოდენობას. მაგალითად $2s^{2}$ შეესაბამება ორ ელქტრონს c-ს $n=2$ , $l=0$ მდგომარეობით. პრაქტიკულობის გამო (იხ. კლეჩკოვსკის წესი) ელექტრონული კონფიგურაციის სრულ ფორმულაში პირობით წერენ $n$ კვანტური რიცხვის ზრდის ხარისხის მიხედვით, ხოლო შემდეგ $l$ კვანტური რიცხვის მიხედვით, მაგალითად $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{2}$ . რადგანაც ასეთი ჩაწერა მეტად გრძელია მას ამოკლებენ $1s^{2}2s^{2}p^{6}3s^{2}p^{2}$ , ანუ ტოვებენ $n$ კვანტურ რიცხვას იქ, სადაც ის შეიძლება ვიგულისხმოთ.

პერიოდულობის კანონი და ატომის აღნაგობა რედაქტირება

ყველა ვინც კი ატომის აღნაგობას შეისწავლიდა თავის კვლევებში ხელმძღვანელობდნენ იმ ინსტრუმენტებით რომლებსაც მათ აძლევდა მენდელეევის პერიოდულობის კანონი; ამ კანონს თავისი გაგებით და თავისი "ენით" გადმოცემენ მათემატიკოსებიც და ფიზიკოსებიც (ცნობილია ჯოზაია უილარდ გიბსის ირონიული აფორიზმი ამის შესახემ^[1]), მაგრამ, ამასთან ნივთიერების შემსწავლელ ქიმიკოსებისაგან იზოლირებულად, სრულად, თავიანთი აპარატების უნივერსალურობის და უპირატესობის მიუხედავად მათემატიკოსებს და ფიზიკოსებს თავისი კვლევების წარმოება დამოუკიდებლად არ შეუძლიათ.

მეორადი პერიოდულობის აღმოჩენამ ევგენი ბირონის მიერ (1915), კიდევ ერთი ასპექტი შემატა საკითხის სრული გაგებისათვის, რომელიც დაკავშირებულია ელექტრონული გარსის აღნაგობის კანონზომიერებასთან. სერგეი შჩუკარევმა ჯერ კიდევ 1920 წელს გამოთქვა აზრი, რომ «პერიოდულობა არის თვისება, რომელიც თვით ბირთვშია ჩადებული».

ამასთან, სრული სიცხადე მეორადი პერიოდულობის მიზეზების გაგებისა ეხლაც არ არის, არსებობს თვალთახედვა ამ პრობლემაზე, რაც ითვალისწინებს, რომ ამ ფენომენის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზი არის შჩუკარევის აღმოჩენა კაინოსიმეტრია - ორბიტალები ახალი სიმეტრიის პირველი გამოვლენა (ძვ. ბერძნ. καινός — ახალი და ძვ. ბერძნ. συμμετρία — სიმეტრია; «კაინოსიმეტრია», ანუ «ახალი სიმეტრია»). კაინოსიმეტრიკები — წყალბადი და ჰელიუმი, რიმლებსაც აღენიშნებად ორბიტალი s, — ელემენტები მოყოლებული ბორიდან და ნეონამდე (ორბიტალი — р), — პირველი გარდამავალი რიგის ელემენტები მოყოლებული სკანდიუმიდან და თუთიამდე (ორბიტალი — d), ასევე — ლანთანოიდები (ტერმინი შემოიღო შჩუკარევმა, როგორც აქტინოიდები) (ორბიტალი — f). როგორც ცნობილია, ელემენტები, რომლებიც წარმოადგენენ კაინოსიმეტრიკებს, ბევრი მიმართულებით აქვთ ისეთი ფიზიკო-ქიმიური თვისებები რომლებითაც განსხვავდებიან სხვა ელემენტებისაგან, რომლებიც იმავე ქცეჯგუფს მიეკუთვნებიან.

ბირთვული ფიზიკამ მოგვცა საშუალება მოგვეხსნა წინააღმდეგობა, დაკავშირებული ლუდვიგ ბრანდტელის «აკრძალვასთან» ^[2].. 1920-იან წლებში შჩუკარევმა იზობარული სტატისტიკის წესი ჩამოაყალიბა, რომელიც ამბობს, რომ ბუნებაში არ შეიძლება არსებობდეს ორი სტაბილური იზოტოპი ერთნაირი მასური რიცხვით და ატომის ბირთვის მუხტით, განსხვავებულნი ერთი ერთეულით — ერთი მათგანი მათ შორის აუცილებლად რადიოაქტიურია. ამ კანონზომიერებამ დასრულებული სახე მიიღო 1934 წელს ავსტრიელი ფიზიკოსის იოზეფ მატაუხის მეშვეობით, და მიიღო მატაუხი-შჩუკარევის აკრძალვის წესის სახელწოდება.^[3]^[4]

რესურსები ინტერნეტში რედაქტირება

ელექტრონული კონფიგურაციის მისაწვდომი აღწერა მაგალითებით, იხ. პარაგრაფი

ლიტერატურა რედაქტირება

ს. ა. შჩუკარევი. ნივთიერების აღნაგობის შესახემ. ბუნება, 1922, № 6-7, 20–39
ს. ა. შჩუკარევი თავისუფალი ატომების ელექტრონული გარსის თვისებების პერიოდულობის შესახებ და ამ პერიოდულობის ასახვა მარტივი ნივთიერებების თვისებებში, ქიმიური ნაერთები და ელექტროლიტების ხსნარებში. ვესტი. ლსუ, 1954, № 11, 127–151
ბლოხინცევი დ. ი. კვანტური მექანიკის საფუძვლები. 5-ე გამოც. მეცნიერება, 1976. - 664ფ.
წიგნი: ლ. დ. ლანდაუ, ე. მ. ლიფშიცი: კვანტური მექანიკა|1989 — § 67
ა. ბოუმი, კვანტური მექანიკა: საფუძვლები და დანართები. მ.: მირი, 1990. - 720ფ.
ლ. დ. ფადეევი, ო. ა. იაკუბოვიჩი. კვანტური მექანიკის ლექციები სტუდენტ-მათემატიკოსებისათვის. გამომც. ლენინგრადის უნივერს., 1980. - 200ფ.

სქოლიო რედაქტირება

↑ «მათემატიკოს შეუძლია ილაპარაკოს ყველაფერი, რაც მოეპრიანება, ფიზიკოსმა კი გონება საღი აზრი მაინც შეინახოსო» — ინგლ. A mathematician may say anything he pleases, but a physicist must be at least partially sane — R. B. Lindsay. On the Relation of Mathematics and Physics, The Scientific Monthly, Dec 1944, 59, 456
↑ «აკრძალვა» მოქმედებდა ვალტერ ნოდაკის და იდა ტაკეს მიერ «აღმოჩენილი» «მაზურიას» მიმართ
↑ ტექნეციუმი – ქიმიური ელემენტების პოპულარული ბიბლიოთეკა. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2009-03-03. ციტირების თარიღი: 2011-04-22.
↑ ს. ი. ვენეცკი იშვიათი და გაბნეულებზე. ნარკვევი ლითონებზე.: მ. მეტალურგია. 1980 — აღორძინებული "დინოზავრი" (ტექნეციუმი). ფ. 27

[1] «მათემატიკოს შეუძლია ილაპარაკოს ყველაფერი, რაც მოეპრიანება, ფიზიკოსმა კი გონება საღი აზრი მაინც შეინახოსო» — ინგლ. A mathematician may say anything he pleases, but a physicist must be at least partially sane — R. B. Lindsay. On the Relation of Mathematics and Physics, The Scientific Monthly, Dec 1944, 59, 456

[2] «აკრძალვა» მოქმედებდა ვალტერ ნოდაკის და იდა ტაკეს მიერ «აღმოჩენილი» «მაზურიას» მიმართ

[3] ტექნეციუმი – ქიმიური ელემენტების პოპულარული ბიბლიოთეკა. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2009-03-03. ციტირების თარიღი: 2011-04-22.

[4] ს. ი. ვენეცკი იშვიათი და გაბნეულებზე. ნარკვევი ლითონებზე.: მ. მეტალურგია. 1980 — აღორძინებული "დინოზავრი" (ტექნეციუმი). ფ. 27

[1]

[2]

[3]

[4]