Atomun dalğa nəzəriyyəsi.
Atom spektrləri kəşf olunduqdan sonra, onların yaranma səbəbləri araşdırılmağa başlandı. Lakin həmin dövrdə atomun yekun modeli kimi Rezerford tərəfindən təklif olunan planetar model bu spektrlərin yaranma səbəblərini izah edə bilmədi. Belə olan halda Bor 1913 - cü ildə atoma yeni model təklif etdi. O, özündən bir müddət əvvəl (1911 – ci ildə) Maks Plankın təklif etdiyi kvant nəzəriyyəsinə istinad edirdi. Plankın postulatına əsasən enerji yalnız müəyyən miqdarlarla (porsiyalarla) udula və ya şüalana bilər. O, bu porsiyaları kvantlar adlandırdı. Bor belə qənaətə gəldi ki, nüvə ətrafında hərəkət edən elektronun enerjisi də müəyyən konkret qiymətlər almalıdır – yəni kvantlanmışdır. Elektronun hər hansı verilmiş orbit üzrə hərəkət etməsi üçün tələb olunan enerji həmin orbitin radiusundan asılıdır. Nüvədən daha uzaqda yerləşən orbitlər üzrə hərəkət etmək üçün elektrona daha çox enerji lazımdır. Lakin bir halda ki, enerji kvantlanmışdır, onda belə nəticəyə gəlmək olar ki, orbitlərin radiusları da kvantlanmalı – müəyyən konkret qiymətlər almalıdır. Daha sadə dillə desək, elektronların bir orbitdən digərinə keçməsi sıçrayışla (kvant sıçrayışı) baş verir.
Bor öz modelində orbitlərin hər birinə müəyyən kvant ədədi aid etdi. Nüvəyə ən yaxın energetik səviyyə 1, ondan sonrakılar isə uyğun olaraq 2, 3, 4 və s. rəqəmlərlə işarələndi.
İşığın ikili təbiətə (dalğa və zərrəcik) malik olması aşkar olunduqdan sonra, 1924 - cü ildə Lui de Broyl belə bir fərziyyə irəli sürdü ki, zərrəciklər də müəyyən dalğa xüsusiyyətlərinə malik ola bilərlər. Və o, zərrəciyin dalğa uzunluğunu müəyyən etmək üçün düstur təklif etdi :
Bu düsturu elektrona tətbiq etsək (v = 6 ∙10⁶ , m = 9 ∙ 10 ̄ ³¹ kq, h = 6,63 ∙ 10⁻³⁴ Coul∙san), λ = 0,12 nm nəticəsini alarıq. Bu, kristallarda ionlar arası məsafənin qiymətinə bərabərdir. De Broylun fərziyyəsinə əsasən, elektronu göstərilən sürətə qədər sürətləndirsək və onu kristala yönəltsək, onda difraksiya mənzərəsi alınmalıdır. Bu cür təcrübə ilk dəfə Devisson və Cermer tərəfindən həyata keçirildi. Onlar göstərdilər ki, elektron selinə qarşı qoyulmuş kristal özünü difraksiya qəfəsi kimi aparır. Bu təcrübənin nəticələri de Broylun cəsarətli fikrini təsdiq etdi.
Atomun Bor – Zommerfeld modelində elektronun sürəti və onun yerləşdiyi orbit dəqiq göstərilmişdir. Elektronun fəzada yerləşdiyi nöqtəni müəyyən etmək üçün aşağı dalğa uzunluğuna malik (elektronun ölçüləri ilə müqayisə oluna bilən) işıq şüasından istifadə etmək lazımdır. Bildiyimiz kimi, qısa dalğalı fotonlar yüksək enerjiyə malik olurlar. Belə fotonlar elektronla qarşılıqlı təsirdə olarkən onun sürətini dəyişirlər. Sürətin dəyişməsinin qarşısını almaq məqsədilə, daha yüksək dalğa uzunluğuna malik işıq şüasından istifadə etmək olar. Amma bu dəfə də elektronun yerləşdiyi nöqtəni müəyyən etmək mümkün olmur. Eyni zamanda zərrəciyin həm sürətini, həm də fəzada yerini müəyyən etməyin mümkünsüz olması fikrini ilk dəfə Verner Heyzenberq (1927 – ci ildə) səsləndirdi. Bu fikir qeyri – müəyyənlik prinsipi adını aldı. Heyzenberqin qeyri - müəyyənlik prinsipini nəzərə aldıqda, artıq Bor və Zommerfeldin təklif etdikləri atom modeli məqbul hesab edilmədi. Belə ki, həmin modeldə elektron müəyyən sürətlə, müəyyən ölçülü radius üzrə hərəkət edir, lakin bu kəmiyyətləri eyni zamanda ölçmək mümkün deyil.
Bu çətinlikləri aradan qaldırmaq məqsədilə, Şredinger, Heyzenberq və Dirak atomun dalğa nəzəriyyəsini yaratdılar. Bu işdə Şredingerin rolunu xüsusi vurğulamaq lazımdır. Belə ki, o, 1925 – ci ildə atom üçün dalğa tənliyini təklif etdi. Şredingerin dalğa tənliyinin həlli yalnız müyyən şərtlər daxilində mümkündür. Bu tənlik spini olmayan və işıq sürətindən çox - çox aşağı sürətlə hərəkət edən zərrəciklər üçün nəzərdə tutulmuşdur. Əgər elektron dalğa kimi nəzərdən keçirilirsə, onda onun hərəkət etdiyi orbitdə dalğa uzunluğunun müəyyən tam qiyməti yerləşməlidir.
Dalğa tənliyinin həlli elektronun fəzanın hər hansı konkret nöqtəsində olma ehtimalını xarakterizə edən müəyyən ehtimallar toplusunu üzə çıxarır. Ehtimallar toplusu dedikdə elektronun nüvə ətrafında ola biləcəyi yerlər nəzərdə tutulur. Elektronun fəzada 95 % ehtimalla aşkar edilməsi mümkün olan sahələr atom orbitalı adlandırıldı. Bu modeldə artıq elektron nüvənin ətrafında hərəkət etmir, onun ətrafında elektron buludu adlanan mənfi yüklü sahə əmələ gətirir.
Dörd kvant ədədi. Şredingerin dalğa tənliyinin yalnız məhdud sayda həlli olduğu üçün, atomun tam enerjisi yalnız bir neçə müəyyən qiymət ala bilər. Bu, Borun enerjinin kvantlanması haqda postulatları ilə uyğun gəlir. Dalğa tənliyinin həllini yalnız orbitalları 4 kvant ədədi ilə xarakterizə etdikdə tapmaq mümkün olur. Birinci kvant ədədi – n, Bor tərəfindən daxil edilmişdir. İkinci kvant ədədi – l Zommerfeldin elliptik orbitləri xarakterizə etmək üçün istifadə etdiyi kvant ədədinə uyğun gəlir. l – in hər bir qiymətinə müəyyən bir hərf aid edilir (l = 0 (s), l = 1 (p), l = 2 (d) və s.).
Dalğa tənliyinin həlli zamanı 3 – cü kvant ədədi ml aşkar olunur. Bu ədəd l – in hər bir qiyməti üçün mümkün olan orbitalların maksimum sayını müəyyən edir.
4 – cü kvant ədədi də mövcuddur. Onu, spin kvant ədədi adlandırırlar və ms ilə işarə edirlər. Elektronun spini dedikdə, onun öz oxu ətrafında fırlanma momenti başa düşülür. Bu fırlanma ya saat əqrəbi istiqəmətində, ya da əksinə baş verə bilər ki, bundan da asılı olaraq, ms +0,5 və ya -0,5 qiymətini ala bilər.
İsveçrəli fizik Paulinin istisna prinsipinə əsasən, atomda hər hansı iki elektronun bütün kvant ədədləri eyni ola bilməz. Bu o deməkdir ki, əgər hər hansı iki elektronun bütün kvant ədədləri eyni olarsa, onda bu elektronların spinləri bir birinə əks olmalıdır. Hər orbitalda əks spinli yalnız iki elektron yerləşə bilər.
Eyni baş kvant ədədinə malik orbitalları səviyyə adlandırırlar. Həm baş, həm də ikinci kvant ədədləri eyni olan orbitallar isə yarımsəviyyə adlanır.
Elektronların atom orbitallarında paylanması iki amillə müəyyən edilir. Birincisi, stasionar (həyəcanlanmamış) halda elektronlar atomda elə yerləşməlidir ki, atomun enerjisi minimum olsun. Bu prinsip – minimum enerji prinsipi adlanır. İkinci amil isə yuxarıda qeyd olunan Pauli prinsipidir.