01.02.02 – පරමාණුවල ඉලෙක්ට්‍රෝනික ශක්ති මට්ටම්

1
730

පරමාණුවල ඉලෙක්ට්‍රෝනික ශක්ති මට්ටම් පිළිබඳව සාක්ෂි විශ්ලේෂණය,

පරමාණුවක ඉලෙක්ට්‍රෝන පවතින ආකාරය පිළිබඳ නිවැරදි පැහැදිලි කිරීමක් ඉදිරිපත් කළේ නීල් බෝර් විසිනි. මේ සදහා ඔහුට ,

1.අයනීකරණ ශක්ති දත්ත.

2.පරමාණුක වර්ණාවලි හැදෑරීම.

3.විවිධ මූලද්‍රව්‍ය දැල්ලට ලබාදෙන වර්ණ උපයෝගී විය.

අයනීකරණ ශක්ති දත්ත හෙවත් විභව දත්ත.  (IE)

  • ප්‍රථම අයනීකරණ ශක්තිය (IE1)       

වායුමය අවස්ථාවේ පවතින මූලද්‍රව්‍ය  පරමාණු මවුලයකින් එයට ලිහිල්ව බැඳී තිබෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන මවුලයක් සම්පූර්ණයෙන්ම ඉවත් කර (පරමාණුවට සාපේක්ෂව අනන්තයට ගෙන ගොස්) වායුමය අවස්ථාවේ පවතින ආරෝපිත අයන මවුලයක් සෑදීමට දිය යුතු අවම ශක්තිය වේ.

උදා:- Na(g).                                Na+(g) + e.      (IE1)

  • දෙවන අයනීකරණ ශක්තිය (IE2)

        වායුමය අවස්ථාවේ පවතින ඒක ධන අයන මවුලයකින් ලිහිල් ව බැදී ඇති ඉලෙක්ට්‍රොන මවුලයක් ඉවත් කර වායුමය අවස්ථාවේ පවතින දිත්ත්ව ධන ආරෝපිත අයන මවුලයක් සෑදීමට දිය යුතු අවම ශක්තියයි.

උදා:- Na+(g)             →                Na 2+(g) + e.  (IE2)

  • මූලද්‍රව්‍ය යෙන් මුලද්‍රව්‍ය යට ඒවයේ අයනීකරණ ශක්ති අගයන් එකිනෙකට වෙනස්ය.
  • එකම මුලද්‍රව්‍යයේ අනුයාත අයනීකරණ අගයන් සැලකූ විට IE1< IE2<IE3 …….    ලෙස විචලයනය වේ.මෙයට හේතුව ඉලෙක්ට්‍රොන ඉවත් වුවද න්‍යෂ්ටික ආරෝපණය නියතව පවතින නිසා ඇතිවන ධන ක්ෂේත්‍රය නිසා ඉතිරි ඉලෙක්ට්‍රෝන කෙරෙහි ආකර්ෂණය වැඩිවීමයි.
  • අනුයාත අයනීකරණ ශක්ති අගයන් සැලකූ විට ක්ෂණික ශීඝ්‍ර වැඩිවීමක් දක්නට ලැබේ.
  • එයට හේතුව අභ්‍යන්තර මට්ටමකින් හෙවත් ස්ථායි වින්‍යාසයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වීමයි.
  • මෙවිට බාහිර මට්ටමේ වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන සියල්ල ඉවත් වී ඇත.
  1. පහත දී ඇති දත්ත ඇසුරෙන් x හි අයනීකරණ ශක්ති ප්‍රස්ථාරය අදින්න.

(X මූලද්‍රව්‍ය යේ ඉලෙක්ට්‍රොන 6 ක් පමණක් ඇත.)

                 හේතුව:-   පස්වන වරට ඉවත්වන ඉලෙක්ට්‍රෝනය ස්ථායි සැකසුමකින් හෙවත් අලුත් ශක්ති මට්ටමකින් ඉවත් වී ඇත. ශක්ති ප්‍රස්තාරය ශක්ති ප්‍රදේශ දෙකකට බෙදී ඇත.එනම් ශක්ති මට්ටම් දෙකක වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් කිරීමට අදාල ශක්තීන් දක්වා ඇත .බාහිර මට්ටමේ වූ වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණන මූල ද්‍රව්‍යයත් කාණ්ඩේ බැවින් මෙය xiv කාණ්ඩයට අයත් වේ.

  • I2 හාIඅතර සුළු ශීඝ්‍ර වැඩිවීමත් ඇත. මෙය ප්‍රධාන ශක්ති මට්ටම සුළු ශක්ති වෙනස්කම් සහිත උප මට්ටම් වලට බෙදී පැවතීම හා එකඟ වේ.
  • ඔක්සිජන් වල දළ අයනීකරණ කරන ශක්ති ප්‍රස්තාරය ,
ඔක්සිජන් වල ඉවත් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝන අංකය සමග ශක්තිය දැක්වෙන ප්‍රස්ථාරය
  • පොස්පරස් වල ප්‍රථම අයනීකරණ ශක්ති ප්‍රස්තාරය,
පොස්පරස් වල ඉවත් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝන අංකය සමග ශක්තිය දැක්වෙන ප්‍රස්ථාරය

අයනීකරණ ශක්ති දත්ත ඇසුරින් එළඹිය හැකි නිගමන

1. මූල ද්‍රව්‍ය  පරමාණුවක ඇති මුළු ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණන හා අනුයාත අයනීකරණ   ශක්ති ගණන සමාන වේ.

2. ඉලෙක්ට්‍රෝන විවිධ ශක්ති මට්ටම් වල පිහිටා ඇති බව

3. අයනීකරණ ශක්තිය ක්ෂණික වැඩිවීම අනුව වැඩිවීම අනුව පරමාණුක ශක්ති මට්ටම් උප මට්ටම් වලට බෙදී ඇති බව.

4. ඒ ඒ උප මට්ටමේ අඩංගු ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණන හා උප මට්ටම් තුළද තුළද ඉලෙක්ට්‍රෝන වඩා ස්ථායිව  පවතින අවස්ථා ඇති බව.

පරමාණුක වර්ණාවලි දත්ත ඇසුරෙන් ලැබෙන සාක්ෂි.

  • පරමාණු වල ශක්ති මට්ටම් හා උප ශක්ති මට්ටම් ඇති බවට වැඩිපුරම සාක්ෂි ලැබී ඇත්තේ වර්ණනාවලි දත්ත ඇසුරිනි.

පරමාණුක වර්ණාවලි හා පරමාණුව පිළිබඳ බෝර් ආකෘතිය,

1.සන්තත වර්ණාවලිය ,

  • සලකන ලද යම් පරාසයකට අදාලව සියලුම තරංග ආයාම වලට අනුකූල විකිරණ අඩංගු වර්ණාවලිය මෙසේ හැඳින්වේ.

     උදා: සුදු ආලෝකයේ විභේදනයන් ලැබේ

 තරංග ආයාම පරාසය 420nm – 700nm අතර පරාසයට අයත් සියලුම විකිරණ දක්නට ලැබේ.

  • ප්‍රථම වරට අයිසැක් නිව්ටන් විසින් සුදු ආලෝකය විභේදනය කර මෙම වර්ණාවලිය ලබා ගන්නා ලදී.
  • මෙහි රතු සිට දම් දක්වා යාමේදී සංඛ්‍යාතය වැඩි වේ.

 එහි සෑම වර්ණයක් සඳහාම තරංග ආයාම පරාසයක් ඇත.

2.අසන්තතික වර්ණාවලිය,

  • සලකන ලද යම් තරංග ආයාම පරාසයකට අයත් විකිරණ වලින් යම් තරංග ආයාම වලට අයත් විකිරණ වල ඌනතාවයක් පවතී නම් මෙසේ හැඳින්වේ .

       උදා: මූලද්‍රව්‍ය වලින් ලැබෙන පරමාණුක වර්ණාවලිය

පරමාණුක වර්ණාවලිය ,

         පරමාණු උත්තේජනය කිරීමෙන් පරමාණුක වර්ණාවලි ලැබේ. ඒවා දෙවර්ගයකි.

  1. අවශෝෂණ වර්ණාවලිය
  2. විමෝචන වර්ණාවලිය

1.අවශෝෂණ වර්ණාවලිය

  • කිසියම් මූලද්‍රව්‍යක වාෂ්පයක් හෝ එහි වාශ්පශීලී සංයෝගයක් තුළින් සුදු ආලෝකය යවා පිටවන විකිරණ වර්ණාවලීක්ෂව පරීක්ෂා කළ විට දීප්තිමත් පසුබිමක අඳුරු රේඛා ශ්‍රේණි දැකිය හැක.
  • මෙය සලකා බලන මූලද්‍රව්‍යයේ අවශෝෂණ වර්ණාවලියයි.
  • දුර පිහිටි ශක්ති මට්ටම් අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන සංක්‍රමණයෙන් මේවා ඇති වේ.

හයිඩ්‍රජන් වල අවශෝෂණ වර්ණාවලිය

2. විමෝචන වර්ණාවලිය

  • මූලද්‍රව්‍යයක් හෝ සංයෝගයක් පහන් සිළුවක් මගින් හෝ රත් කිරීමෙන් හෝ විද්‍යුත් විසර්ජනයෙන් පරමාණු උත්තේජනය වී විමෝචනය වන විකිරණයේ වර්ණාවලිය විමෝචන වර්ණාවලිය නම් වේ.
  • මෙහි දී අඳුරු පසුබිමක දීප්තිමත් රේඛා දක්නට ලැබේ .

හයිඩ්‍රජන් වල විමෝචන වර්ණාවලිය
  • මෙහිදී සිදු වනුයේ ඉහත ක්‍රම මගින් ශක්තිය ලබා ගත් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉහළ ශක්ති තත්වයට පත්වී නැවත ආරම්භක ශක්ති තත්ත්වයට පත්වන විට ලබාගත් ශක්තිය විකිරණ ලෙස පිට කිරීමයි.
  • මෙම වර්ණාවලියේ රේඛා ඇති වීමෙන් නිගමනය වන්නේ උත්තේජිත පරමාණු විසින් එම රේඛා වලට අදාල සංඛ්‍යාත ඇති විකිරණ පමණක් මුදාහරින බවයි.
  • එකම මුලද්‍රව්‍යයේ පරමාණු විසින් විකිරණ විමෝචනය වීම හා අවශෝෂණය වීම යන දෙක ම සිදු වනුයේ ඉලෙක්ට්‍රෝන එකම ශක්ති මට්ටම් අතර මාරු වීමෙනි.
  • එබැවින් මෙම වර්ණාවලි දෙක එක මත එක තැබීමෙන් සන්තත වර්ණාවලියක් ලැබේ.




පරමාණුක වර්ණාවලි කිහිපයක ප්‍රායෝගික දර්ශන අන්තර්ගත වේ.(අන්තර්ගතය ඉන්ග්‍රීසි බසින්)

හයිඩ්‍රජන් පරමාණුක විමෝචන වර්ණාවලිය ,

  • විසර්ජන නලයේ හයිඩ්‍රජන් වායුව ඇති විට විද්‍යුත් විසර්ජනය හෝ විද්‍යුත් තාපයක් මගින් පරමාණු උත්තේජනය කිරීමෙන් හයිඩ්‍රජන් විමෝචන වර්ණාවලිය ලබාගනී.
  • මෙහිදී නළය දම් පැහැයෙන් යුතුව දිලිසෙන අතර හයිඩ්‍රජන් අණු පරමාණු බවට පත් වේ.

H2 (g) →Energy 2H(g)

  • මෙම පරමාණුවල පලවන මට්ටමේ පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝනය නියමිත ශක්තිය ලබා ගෙන ඉහල මට්ටම් වලට සංක්‍රමණය වේ.
  • නමුත් ඉහලට සංක්‍රමණය වූ ඉලෙක්ට්‍රෝනය නැවත මුල් මට්ටම් වලට  පැමිණීමේ දී මට්ටම් අතර ශක්ති වෙනසට  සමාන වූ ශක්තියක් විකිරණ ලෙස මුදා හරියි.
  • මෙම නළය වර්ණාවලීක්ෂයකින් පරීක්ෂාකර ඡායාරූපගත කළ විට ශ්‍රේණි වලට බෙදුණු අසන්තතික රේඛාමය විමෝචන වර්ණාවලියක් දැකිය හැක. මෙහි ශ්‍රේණි කිහිපයක් ඇත.
  1. ලයිමාන් ශ්‍රේණිය – UV කලාපයේ පිහිටයි
  2. බාමර් ශ්‍රේණිය  – දෘශ්‍ය කලාපයේ ඇත
  3. පාෂන් ශ්‍රේණිය – IR කලාපයේ ඇත
  4. බ්‍රැකට් ශ්‍රේණිය – IR කලාපය
  5. ෆන්ඩ් ශ්‍රේණිය – දූර අදොරක්ත කලාපය
  1. ලයිමාන් ශ්‍රේණිය,
  • උත්තේජිත හයිඩ්‍රජන් පරමාණු වල ඉහල මට්ටම් වලට සංක්‍රමණය වී තිබූ ඉලෙක්ට්‍රෝනය නැවත පළවන මට්ටමට වැටෙන විට අදාළ මට්ටම් අතර ශක්ති වෙනසට අනුරූප විකිරණ වලට අදාලව විද්‍යුත් චුම්භක වර්ණාවලියේ UV ප්‍රදේශයේ පිහිටි ශ්‍රේණිය ලයිමාන් ශ්‍රේණිය ලෙස හඳුන්වයි.
  • සෑම ශ්‍රේණියකම පළමු රේඛාව H α ( ඇල්ෆා) වේ.
  • සංඛ්‍යාතයෙන් අඩුම රේඛාව තීව්‍රතාවයෙන් වැඩිම රේඛාව වනුයේ ඉලෙක්ට්‍රෝනය 2 සිට 1 මට්ටමට වැටීමට අනුරූප රේඛාවයි.
  • හයිඩ්‍රජන් පරමාණුක විමෝචන වර්ණාවලියේ වැඩිම සංඛ්‍යාතයට අදාළ විකිරණය වනුයේ ඉලෙක්ට්‍රෝනය අනන්තයේ සිට වැටීමට අනුරූප රේඛාවයි. 
  • මීට අදාළ විකිරණයේ ශක්තිය යළිත් එම පරමාණු වලට සැප වුවහොත් හයිඩ්‍රජන් පරමාණුව අයනීකරණය වන්නේ යැයි කියනු ලැබේ.
  • රේඛාවේ සංඛ්‍යාතය හා ප්ලාන්ක් නියතය ඇසුරින් මගින් (E = hµ) අයනීකරණ ශක්තිය ගණනය කළ හැක.
  1. බාමර් ශ්‍රේණිය ,
  • ඉහළ ශක්ති මට්ටම් වල සිට ඉලෙක්ට්‍රෝනය දෙවන මට්ටමට වැටීම හේතුකොට ගෙන පිටවන විකිරණයට අදාළ වර්ණාවලි සටහනෙහි ඇති වන රේඛා ශ්‍රේණිය  බාමර් ශ්‍රේණිය ලෙස හඳුන්වයි.
  • දෘශ්‍ය කලාපයේ පිහිටි රේඛා h α(ඇල්ෆා), h ß(බීටා), h γ (ගැමා) ලෙස හදුන්වයි .
  • H α(ඇල්ෆා) රේඛාව ඉලෙක්ට්‍රෝනය තුන්වන මට්ටමේ සිට දෙවන මට්ටමට සංක්‍රමණය වීමට අදාළ විකිරණය හේතුකොටගෙන වර්ණාවලි සටහනෙහි ඇතිවන රේඛාව වෙයි .
  • එය රතු වර්ණ රේඛාවකි .
  • H ß(බීටා) රේඛාව ඉලෙක්ට්‍රෝනය ඉලෙක්ට්‍රෝනය 4 මට්ටමේ සිට 2 මට්ටමට සංක්‍රමණය වීම හේතු කොටගෙන ඇති වේ.
  • අදාල විකිරණය කොළ වර්ණය වේ .
  • H γ (ගැමා)  රේඛාව ඉලෙක්ට්‍රෝනය  5 සිට 2 මට්ටමට අනුරූප වේ.
  • අදාල විකිරණය නිල් වර්ණය වේ.
  1. පාෂන් ශ්‍රේණිය ,
  • උත්තේජිත හයිඩ්‍රජන් පරමාණු වල ඉහල මට්ටම් වලට සංක්‍රමණය වී තිබූ ඉලෙක්ට්‍රෝනය තුන්වන මට්ටමට වැටීම හේතුකොට ගෙන පිටවන විකිරණයට අදාළව විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලි සටහනේ ඇති වන රේඛා ශ්‍රේණිය වේ.
  • මෙය අධෝරක්ත කලාපයේ පිහිටයි.

              බෝර් ආකෘතිය,

1913 දී නීල් බෝර් පරමාණුව පිලිබද රදර්ෆර්ඩ්ගේ ග්‍රහ ආකෘතිය ද නිවුටෝනියානු භෞතික විද්‍යාවේ මූලධර්මද ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ මූලධර්මද සම්බන්ද කර හයිඩ්‍රජන වල විමෝචන වර්ණාවලිය පහදා දීමට පරමාණුව පිලිබද නව ආකෘතියක් ඉදිරිපත් කළේය. එහිදී පහත් උපකල්පන ඉදිරිපත් කරන ලදි.

උපකල්පන,

  • H පරමාණුවේ න්‍යෂ්ටිය වටා පිහිටන ඉලෙක්ට්‍රෝන නිශ්චිත ශක්ති අගයන්ගෙන් යුතු වෘත්තාකාර ශක්ති මට්ටම් හෙවත් කක්ෂ තුළ පවතියි. මෙම කක්ෂ සතුව ගැබ්වන ශක්තිය න්‍යෂ්ටියේ සිට ඈතට යත්ම ක්‍රමයෙන් වැඩි වන නමුත් අනුයාත කක්ෂ දෙකක් අතර ශක්ති වෙනස න්‍යෂ්ටියේ සිට ඈතට යන විට ක්‍රමයෙන් අඩු වේ.
  • කිසියම් නිශ්චිත කක්ෂයක ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කිරීම හේතුවෙන් එම ඉලෙක්ට්‍රෝනය සතු ශක්තිය හානි වීමක් සිදු නොවේ. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස න්‍යෂ්ටිය වටා භ්‍රමණය  වෙමින් පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන සර්පිලාකාර මාර්ගයක ගමන් කර , න්‍යෂ්ටියේ ගැටීමක් සිදු නොවේ.
  • H හි පහළ ශක්ති මට්ටක වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් බාහිරින් ශක්තිය අවශෝෂණය කළ විට එම අවශෝෂිත ශක්තිය හේතුවෙන් ඉහළ ශක්ති මට්ටමක් කරා සංක්‍රමණය වේ. කෙසේ වෙතත් ශක්තියෙන් වැඩි ඉහළ ශක්ති මට්ටම් තුළ ඉලෙක්ට්‍රෝනයක පිහිටීම අස්ථායි බැවින් එම අවශෝෂිත ශක්තිය සම්පූර්ණයෙන්ම හෝ අර්ධ වශයෙන් පිට කර නැවත පහළ ශක්ති මට්ටමක් කරා එයි. මෙය ප්ලාන්ක් සමීකරණයට වලංගු වේ.
  • කිසියම් කක්ෂයක භ්‍රමණය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් සතු කෝණික ගම්‍යතාවය h/2  හි පූර්ණ සංඛ්‍යාත්මක ගුණාකාරයක් වේ.

බෝර් ආකෘතියේ සීමා,

  • මින් හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවේ රේඛා වර්ණාවලිය විස්තර කරන අතර අනෙකුත් පරමාණුක වර්ණාවලි විස්තර කළ හැක්කේ දළ වශයෙනි.
  • ඍණ ආරෝපිත ඉලෙක්ට්‍රෝනය , ධන ආරෝපිත න්‍යාෂ්ටියට පතිත නොවන බව උපකල්පනය කළත් විස්තර කර නොමැත.
  • මේ අනුව ඉලෙක්ට්‍රෝනය යනු න්‍යෂ්ටිය වටා පරිභ්‍රමණය වන කුඩා අංශුවක් ලෙස විස්තර කිරීම ගැටලු සහගතය.

                     ඉලෙක්ට්‍රෝනය සදහා ස්ථිර ගමන් පථයක් නොමැති හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවේ න්‍යෂ්ටිය වටා වූ ඕනෑම තැනක පැවතීමේ යම් සම්භාවිතාවයක් ඇතත් උපරිම සම්භාවිතාවය ඇම්ස්ට්‍රම් 0.53 ක අරය ඇති ගෝලාකාර කබොලකය.

  • වර්ණාවලියේ එක් එක් රේඛාවන්ගේ තීව්‍රතාවයන්ගේ අසමානතා පැහැදිලි කළ නොහැක.

ඇතැම් රේඛා සිහින් රේඛා සමූහයක එකතුවක් බවත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ වර්ණාවලිය විශ්ලේෂණයෙන් සීමන් සොයා ගන්නා ලදි.එසේම බාහිර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් ඇති විට රේඛා සියුම් රේඛා වලට බෙදෙන බව ස්ට්‍රාක් සොයා ගන්නා ලදි.මේ අනුව ශක්ති මට්ටම් හා උපශක්ති මට්ටම් වලින් යුතු පරමාණුක ආකෘතිය බෝර් සමර්ෆීල්ඩ් ආකෘතිය ලෙස හදුන්වයි.

හයිඩ්‍රජන් පරමාණුව පිළිබඳ බෝර් ආකෘතිය සනාථ කරන පරීක්ෂපරීක්ෂණාත්මක සාක්ෂි.

  1. හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවේ පළමු අයනීකරණ ශක්තියට අනුරූප සෛද්ධාන්තික හා පරීක්ෂණාත්මක අගයන් සමාන වීම.
  2. එක් එක් ශ්‍රේණි වල ඉලෙක්ට්‍රෝන සංක්‍රමණයේදී මුක්ත වන විකිරණයන්ගේ සංඛ්‍යාතය සෙවූ විට ඒවායේ සෛද්ධාන්තික හා පරීක්ෂණාත්මක අගයන් එකිනෙක සමාන වීම

අදහස් 1යි.

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.