குவாண்டம் வேதியியல் 45
நிரல் குவாண்டம் கொள்கையும் அணு அமைப்பும். குவாண்டம் கொள்கையை முதன் முதலாக வேதியி யலுக்குப் பயன்படுத்திய நீல்ஸ் போர் அணு (atomic spectrum) தழுவிய இக்கொள்கையைத் தமது எடுகோள்களைக் (postulates) கொண்டு விளக்கி னார். அணுக்கள் ஆற்றலை உட்கவர்ந்து கிளர்ச்சி யுறுகின்றன. அணுக்களிலுள்ள எலெக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றித் தத்தம் சுற்றுப் பாதைகளில் சுழன்று வருகையில், அவற்றுக்கு அளிக்கப்படும் ஆற் றலை மற்றொரு சுற்றுப் பாதைக்குத் தாவுவதற்குத் தேவைப்படும் அளவுக்குத் துல்லியமாக ஏற்று இடம் பெயர் கின்றன, ஆற்றல் மூலத்தை விலக்கியவுடன் எலெக்ட்ரான்கள் மீண்டும் கீழ்நிலைச் சுற்றுப் பாதைகளிலொன்றுக்குத் தாவுகின்றன. இரு சுற்றுப் பாதைகளுக்குமிடைப்பட்ட ஆற்றல் ஒளிக்கதிராக வெளியாகிறது. இது E = hy என்ற பிளாங்க் சமன் பாட்டைத் தழுவிய நிகழ்வாகும். இக்கதிரின் ஆற்றலை. E,-E1 - RH 1 I சைப் எனக் குறிப்பிடலாம். இங்கு Rபு என்பது ரிட்பர்க் மாறிலி (Reydberg constant) எனப்படும் ( Eg > Ez). E.-இரண்டாம் சுற்றுப்பாதையின் ஆற்றல்;E, - முதல் சுற்றுப் பாதையின் ஆற்றல். எலெக்ட்ரான் சுற்றுப்பாதைகள் அணுக்கருவிற்கு அடுத்த சுற்றுப் பாதையிலிருந்து ஒன்று, இரண்டு என்று வரி படுத்தப்படுகின்றன. na உம். M2 உம் சுற்றுப் பாதைகளின் வரிசை எண்கள். பின்பு இவை முதனிலைக் குவாண்டம் எண்கள் (principal guantum numbers) என்று பெயரிடப்பட்டன. எலெக்ட்ரான் ஒரு சுற்றுப் பாதையிலிருந்து மற்றொரு சுற்றுப் பாதையைத்தான் சென்றடையலாமே தவிர, இடை வெளிகளில் தங்க முடியாது. மாறாகக் கூறிடின், இடைவெளிகளுக்கான ஆற்றல் நிலைகள் எலெக்ட் ரான்களைப் பொறுத்தவரை விலக்கப்பட்டவை (forbidden) : சில ஆற்றல் நிவைகளே எலெக்ட்ரான் களால் கொள்ளத்தக்கவை (permitted) என்ற கருத்து அணுவியலில் பெரும் மாற்றத்தைத் தோற்றுவித்தது. அணு நிரவில் கோடுகள் தனித்தனியே இருப்பதும், பல தொகுதிகளாகப் பிரிந்து தோற்ற மளிப்பதும் குவாண்டம் பிரிப்பை உறுதி செய் கின்றன. ஒவ்வொரு கோடும் எலெக்ட்ரான் ஒரு சுற்றுப் பாதையிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு இடம் பெயர்வதால் உண்டாகிறது. ஒரு தொகுதிக்கான கோடுகள் யாவும் பல்வேறு வேறு மேல் ஆற்றல் நிலை களிலிருந்து பொதுவான கீழ் ஆற்றல் நிலைக்கு எலெக்ட்ரான் இறங்குவதால் தோன்றுபவை. பல் வேறு மேல் நிலைகளிலிருந்து முதல் கீழ்நிலைக்கு எலெக்ட்ரான் இறங்குவதால் தோன்றும் நிரல்கள் (spectral lines) லைமன் வரிசை (Lyman series) குவாண்டம் வே தியியல் 45 எனப் பெயரிடப்பட்டுள்ளன. இவ்வரிசை மின்காந்த நிரலில் (electro magnetic spectrum) புற ஊதாப் பகுதியில் அமைந்துள்ளது. இரண்டாம் கீழ்நிலைக்கு (முதல் கீழ்நிலைக்கு அடுத்த மேல் மட்டம்) இறங்கும் செயல் பாமர் வரிசை Balmer series) என்றும் அதே போன்று மூன்றாம் கீழ்நிலைக்குத் தாவல் பாசன் வரிசை (Paschen series) நான்காம், ஐந்தாம் வரிசைகள் முறையே பிராக்கட் ஃபண்ட் என்றும் பெயரிடப்பட்டுள்ளன. ஆற்றலைக் குவாண்டம் இம்மிகளாகப் பிரித்துக் காணாவிட்டால், வ்வரிசைகளின் தோற்றத்திற்கு விளக்கம் கிடைக் காது. nh 2m குவாண்டம் எண்கள். வரிசை எண் (குவாண்டம் எண்) 'n' என்ற மதிப்புள்ள சுற்றுப்பாதையில் சுழன்று றம் கொண்டிருக்கும் எலெக்ட்ரானின் கோண உந்தம் (angular momentum) என்ற போர் தற்கோள் (assumption) ஹைட்ரஜன் அணுவின் ஆரத்தைக் கணக்கிட உதவியது. போர் அணு அமைப்புக் கொள்கை ஹைட்ரஜன் அணுவைத்தவிர, ஒரே ஓர் எலெக்ட்ரானை உள்ளடக்கிய He+ He L2+ Re3+ என்ற அயனிகளின் அணு நிரல்களை நன்கு விளக்கு கிறது. ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எண்ணிக்கையில் எலெக்ட் ரான்களைக் கொண்ட அணுக்களுக்குப் போர் கொள்கையால் நிரல் விளக்கம் அளிக்க இயலவில்லை. போர் கொள்கையில் ஏற்பட்ட இத்தடுமாற் றத்தைப் போக்க சோமர்ஃபீல்டு கொள்கை (Sommer- field theory) பயன்பட்டது. இக்கொள்கைப்படி எலெக்ட்ரானின் சுற்றுப்பாதை வட்ட வடிவமாகத் தான் அமைதல் வேண்டும் என்ற கட்டாயம் இல்லை: நீள்வட்டப் பாதையாகவும் (elliptical orbit) இருக்க லாம் என்ற கருத்து வலியுறுத்தப்பட்டதன் விளை வாக ஒரே சுற்றுப்பாதையில் சுழன்று வரும் எலெக்ட்ரான் ஒரு தருணத்தில் அணுக்கருக்கு அருகிலும், மற்றொரு சமயத்தில் சற்றுத் தொலை விலும் இருக்க வாய்ப்பு உண்டு. எனவே, ஒரே சுற்றுப் பாதையில் ஆற்றலில் மாற்றம் தோன்ற லாம். இந்த ஆற்றல் பிரிவும் குவாண்டம் பிரிப்புக் குட்பட்டே அமைதல் வேண்டும். இப்பிரிப்பைக் குறிப்பதற்குத் திசைக் குவாண்டம் எண் '1' (azimuthal quantum number) என்றொரு துணை நிலைக் குவாண்டம் எண் தோற்றுவிக்கப்பட்டது. முதனிலைக் குவாண்டம் எண் 'I' எனக் கொண்டுள்ள சுற்றுப் பாதையில் பூஜ்யம் முதல் (n-1) வரை உள்ள திசைக் குவாண்டம் எண்களால் குறிப்பிடப்படும் எலெக்ட் ரான் மண்டலங்கள் உள்ளன. முதனிலைக் குவாண்டம் எண் சுற்றுப் பாதையின் அளவைக் குறிப்பிடுகிறது. திசைக் குவாண்டம் எண் சுற்றுப் பாதையின் வடிவத்தைக்(வட்டம் அல்லது நீள்வட்டம்) குறிக்கும். அணு நிறமாலையில் நுண்வரி அமைப்பு (fine structure) இருப்பது காந்தப் புலத்தைக் கொண்டு
