అటామిక్ ఆర్బిటాల్

వికీపీడియా నుండి
ఇక్కడికి గెంతు: మార్గసూచీ, వెతుకు


ఎడమ వైపున ఉన్న బొమ్మ శక్తి పెరిగే క్రమంలో కక్ష్యలు చూపిస్తుంది. ఉదాహరణలుగా కుడివైపున కక్ష్య ఆకారాలు ఉన్నాయి.


ఎలక్ట్రాను తత్త్వాన్ని అవగాహన చేసుకోడానికి భౌతిక శాస్త్రంలో అనేక నమూనాలు వాడుకలో ఉన్నాయి. వీటిల్లో అందరికీ పరిచయమైనది బోర్ నమూనా (Bohr Model). ఈ నమూనాలో సూర్యుడి చుట్టూ గ్రహాలు ఎలా తిరుగుతున్నాయో అదే విధంగా కేంద్రకం (nucleus) చుట్టూ ఎలక్టానులు తిరుగుతూన్నట్లు ఊహించుకుంటాం. ఈ నమూనా కొంత వరకు పని చేస్తుంది కాని ఎలక్ట్రాను తత్త్వాన్ని పరిపూర్ణంగా వర్ణించదు. నిజానికి ఎలక్టాను రేణువు (particle) లా ఉండదు, ఒక నిలకడ తరంగం (standing wave) లా ఉంటుందని మరొక నమూనా ఉంది. నిజానికి ఎలక్ట్రాను రేణువు లాగా ఉండదు, నిలకడ తరంగంలాగా ఉండదు, రెండు లక్షణాలు ఒకే సారి ప్రవర్తిస్తూ ఉంటుందని ఇప్పటి అవగాహన!

  • ఎలక్ట్రానుకి ఉన్న తరంగ లక్షణాలు:

1. ఎలక్ట్రానులు సూర్యుడి చుట్టూ గ్రహాలు మాదిరి తిరగవు. నిజానికి ఎలక్టానులు నిలకడ తరంగాలులా ఉంటాయి. ఒక ఎలక్ట్రాను తన కనిష్ఠ శక్తి స్థానం (lowest energy state) లో ఉన్నప్పుడు వీణ అది తీగని మీటినప్పుడు పుట్టే ప్రాథమిక తరంగం (fundamental frequency) లాంటి స్థితిలో ఉంటుంది.

2. ఎలక్ట్రాను ఫలానా చోట అంటూ ఎక్కడా ఉండదు; అంతటా ఉంటుంది. అది ఒక నిర్ధిష్ఠ స్థానంలో ఎంత సంభావ్యతతో ఉంటుందో తరంగ ప్రమేయం (wave function) సహాయంతో లెక్క కట్టి చెప్పవచ్చు.

  • ఎలక్ట్రానుకి ఉన్న రేణువు లక్షణాలు:

1. ఒక కేంద్రకం చుట్టూ ఉండే ఎలక్ట్రానులు ఎల్లప్పుడు పూర్ణ సంఖ్యలోనే ఉంటాయి; అర ఎలక్ట్రానులు, పావు ఎలక్ట్రానులు ఉండవు.

2. ఒక శక్తి స్థానం నుండి మరొక శక్తి స్థానానికి గెంతేటప్పుడు ఎలక్ట్రానులు ఎల్లప్పుడు పూర్ణ సంఖ్యలోనే గెంతుతాయి.

3. ఎలక్ట్రానులు ఎల్లప్పుడు కొన్ని రేణువు లక్షణాలని పోగొట్టుకోవు. ఉదాహరణకి ఎలక్ట్రాను ఏ శక్తి స్థానంలో ఉన్నా దాని ఉత్తేజితం (charge) ఒక్కటే. అలాగే ఎలక్ట్రాను ఏ శక్తి స్థానంలో ఉన్నా దాని తిరుగుడు (spin) విలువ మారదు.

ఇప్పుడు ఆర్బిటల్ అంటే ఏమిటో అర్థం చేసుకుందాం. ఇంగ్లీషులోని ఆర్బిట్‌ (orbit) అన్న మాటని తెలుగులో కక్ష్య అంటారు. ఉదాహరణకి సూర్యుడు చుట్టూ భూమి తిరిగే మార్గాన్ని కక్క్ష్య అంటారు. కాని ఎలక్ట్రాను కేంద్రకం చుట్టూ ఒక కక్ష్యలో తిరగదు. (బోర్ అలా తిరుగుతుందని అనుకున్నాడు కాని అది నిజం కాదు.) ఎలక్ట్రాను కేంద్రకం చుట్టూ ఒక గుండ్రటి కెరటంలా ఉంటుంది. అనగా ఒక బంతిలా ఒక చోట కాకుండా కేంద్రకం చుట్టూ అలికేసినట్లు ఉంటుంది. ఈ అలికేసిన ప్రాంతం స్థిరంగా ఒక సిబ్బిలా కాకుండా పైకీ, కిందికీ ఊగిసలాడుతూ ఉంటుంది. ఇది రకరకాల ఆకారాలలో ఊగిసలాడుటతూ ఉంటుంది. ఈ ఆకారాలని వర్ణించడానికి ఇంగ్లీషులో "ఆర్బిటల్" (orbital) అన్న మాట వాడతారు. దీనిని తెలుగులో "ఊగిసలాడే కెరటం" అనొచ్చు లేదా టూకీగా కెరటకం అనొచ్చు లేదా ఆర్బిటల్ అన్న ఇంగ్లీషు మాట వాడేసుకోవచ్చు.

కెరటకం ఎలా ఉంటుందో ఊహించుకోడానికి ఒక సారూప్యం చెప్పుకోవచ్చు. ఒక డోలుని కర్రతో బాదినప్పుడు అది కంపిస్తుంది కదా. ఆ కంపనాలకి కెరటకాలకి కొంత పోలిక ఉందనవచ్చు. బొమ్మ చూడండి.

ఇది చాల క్లిష్టమైన ఊహనం. గణితం సహాయం లేకుండా గభీమని అర్థం కాదు. ఆధునిక గుళిక శాస్త్రం (modern quantum mehanics) కక్ష్యలు (orbits) వాడరు; ఆ స్థానంలో కెరటకాలు (orbitals) వాడతారు.