Атом

том (аз юнонӣ: - тақсимнопазир) — хурдтарин қисми элементи химиявист, ки андозаҳои микроскопи ва массаи ба ғоят хурд дорад ва хомили хамаи хосиятҳои ин элементи химиявӣ мебошад. Сохти атом Атом аз ҳастаи вазнини мусбатбарқа ва "абр"-и электронии манфибарқа иборат аст. Атом зарраи электронейтралиест, ки аз ядрои мусбатзаряд ва электронҳои зарядашон манфӣ иборат мебошад. Хосиятҳои атом Хусусиятҳои атом аз рӯйи сохти қабатҳои электронии он муайян мешаванд. Андозаи атом ва ҳастаи он Аз ҷумла, андозаи атом (10 -10 м) ба андозаи қабати берунаи атом, ки дар он электронҳои валентӣ ҷойгиранд, баробар аст. Андозаи ҳастаи атом (10 -15 -10 -14 м) аз андозаи атом 10 5 маротиба хурдтар мебошад ва онро дар миқёси атом ҷисми нуқтагӣ ҳисобидан мумкин аст. Заряди атом Барқа (заряд)-и ҳастаи атом, ки баробари + аст, тавсифи асосии атом буда, ҳамеша ба бузургии мутлақи барқаи электрон - каратист. Дар ин ҷо 1, 2, 3, ба адади протонҳои таркиби ҳастаи атом баробар аст ва рақами тартибӣ (ё рақами атомӣ)-и атомро дар ҷадвали Менделеев ифода мекунад. Ҳар як протон барқаи + -ро дорад. Маҳз ба ҳамин сабаб барқаи ҳаста ба ҷамъи барқаҳои ҳамаи протонҳо + баробар аст. Дар атоми хунсо барқаи + (яъне ҳаста) дар атрофи худ электрони барқаи умумиашон --ро нигоҳ медорад. Пас барқаи натиҷавии атом баробари сифр аст. Вале атом дар ҳолати ионӣ (атоме, ки як ё чанд электронашро гум кардааст — иони мусбат; атоме, ки ба худ электрони изофа гирифтааст — иони манфӣ) дорои барқа (заряд)-и мусбат ва манфӣ буда метавонад ва ин гуна атомҳоро ионшуда меноманд. Агар бо ҳарфи чандияти ионида шудани атомро ифода кунем, метавон гуфт, ки дар иони мусбат - электрон ва дар иони манфӣ + электрон боқӣ мемонад ва барқаи онҳо мувофиқан + ё - мешавад. Барои ионҳои мусбат 1,2, 3,,, барои ионҳои манфии озод 1 ва барои ионҳои алоқаманд 1 шуда метавонад. Андозаи иони манфӣ аз андозаи атоми хунсо (нейтрал) ҳамеша калонтар мебошад. Э. Резерфорд дар таҷрибаҳои марбут ба пароканиши алфа-зарраҳо тартиби бузургии -и атомҳои гуногунро муайян карда буд. Г. Мозли дар асоси таҳқиқи тайфҳо (спектрҳо)-и рентгении атомҳо қимати -ро барои ҳамаи унсурҳои то он вақт маълум муайян кард. Масса Массаи атом асосан аз рӯйи массаи ҳаста муайян карда мешавад. Дар таркиби ҳастаи атом дар қатори протонҳо нейтронҳои бебарқа низ мавҷуданд. Ҷамъи адади протонҳо ва нейтронҳоро адади массавӣ (А+) меноманд. Массаи ҳаста аз массаи электронҳои таркиби атом ҳазорҳо бор зиёд мебошад (масалан, 1836 ва 1838,5 (— массаи электрон)). Он қариб ба ҷамъи массаи протонҳову нейтронҳо баробар аст ва аз 1,6710 -27 кг (массаи атоми гидроген, 1) то 410 -25 кг (массаи атоми фермий, 100) тағйир меёбад. Атоми ҳамон як унсур (с), ки адади массавии гуногун дорад, изотоп номида мешавад ва хусусиятҳои кимиёии монанд ва хусусиятҳои физикии ба ҳам наздик дорад. Энергияи пурраи атоми беҳаракат ба ҷамъи энергияи кинетикии ҳама электронҳо ва энергияи потенсиалии таъсироти мутақобили ҳама зарраҳои барқаманди атом ва қувваи телахӯрди электронҳо аз якдигар баробар аст. Барои атоми ҳидроген энергияи пурра ин аст: ки ин ҷо — суръати ҳаракати электрон аст. Энергияи потенсиалии — 2 танҳо ба бастагӣ дорад (расми 1, а). Қимати дар нуқтаи беохир дур ба сифати қимати сифрии энергияи потенсиалӣ пазируфта шудааст. Дар мавриди Е0 будан электрон бо ҳаста алоқаманд асту дар сурати 0 будан — озод, зеро дар ин маврид электрон бо энергияи 22 атомро тарк мекунад ва атом ба атоми иондоршуда мубаддал мегардад. Ҳамин тариқ, атоми ҳидрогени хунсо (Н) манзумае мебошад, ки энергияи Е0 дорад. Е — мушаххасаи асосии атом (чун манзумаи квантӣ) аст. Атом муддати дуру дароз танҳо дар "ҳолатҳои муқимӣ" ном ҳолатҳои муайянэнергии Е1, Е2, Е3 (Е123, аммо на дар байни ин ҳолатҳо) вуҷуд дошта метавонад. Дар ин ҳолатҳо гаштовар (момент)-и импулси электрони дар атрофи ҳаста гарданда ба 2 каратӣ мебошад: Ин ҷо – собитаи Планк, 1,2,3,, ҳолатҳои устувор (ниг. Постулати якуми Бор). Манзумаи квантӣ (масалан, ҳамон атом) манзумаи квантонидаэнергӣ мебошад, яъне энергияи атом қиматҳои мутобиқ ба қиматҳои муайяни адади -и ифодаи дошта метавонад. Ҳар гуна тағйироти энергиявӣ дар натиҷаи фурӯбурд, афканиш ё ҳангоми бархӯрд танҳо дар мавриди гузариши квантии (ҷаҳишсон) электрони атом аз як ҳолати муқимӣ (савияи энергиявии, +1, +2,) ба ҳолати муқимии дигар (савияи энергии) муайян карда мешавад. Ҳамзамон бо гузариш электрони атом нуре меафканад, ки он басомади дорад (ба шарте ки Е бошад) ё фурӯ мебарад (агар Е бошад). Ин постулати дуюми Бор аст ва моҳиятан қонуни бақои энергияро дар гузаришҳои атомӣ ифода мекунад (расми 1, б). Савияи поинтарин (Е1 Е, ки дар он радиуси мадор ададан ба радиуси мадори аввали борӣ Б 22, барои атоми ҳидроген 1, Б 0,52910-10 м аст) савияи асосӣ ва савияҳои боқимонда (Е1, 2Б) савияҳои ангехта ном гирифтаанд. Ин қонуният маънои онро дорад, ки маҷмӯи ҳолатҳои асосӣ ва ангехтаи атоми ҳидроген сохтори қабат-қабат доранд. Барои ҳар қабат адади қимати муайян дорад. Дар атомҳои бисёрэлектрона абри электронии ҳолати асосӣ ба худии худ сохтори қабат-қабат дорад, ки онро дар шабоҳат бо гурӯҳбандии савияҳои атоми ҳидроген ҳамчун натиҷаи пай дар пай бо электронҳо пуршавии ҳолатҳои озоди камэнергиятарин тасаввур кардан мумкин аст. Аз ифодаҳои ва барои энергияи пурраи электрон дар атоми ҳидроген дар савияи энергии -ум атоми ҳидроген мувофиқи ифодаҳои ва хатҳои тайфии басомадашон (Е —) — 2443 -ро дорад. Бо назардошти 2 2 ва (- адади мавҷӣ) ҳосил мешавад (ин ҷо 2443 1,097107 м-1 собитаи Ридберг, ё 13,6 эВ мешавад, ки он ба нерӯи иондоршавии атоми гидроген мувофиқат мекунад). Гузаришҳои атомӣ Гузаришҳои атомӣ ду навъанд: бо тобиш (гузаришҳои оптикӣ) ва бе тобиш (гузаришҳои ғайриоптикӣ). Гузаришҳои оптикӣ Дар гузаришҳои оптикӣ атом фотони дорои энергияи Е- -ро меафканад ё ҳамин гуна фотонро фурӯ мебарад. Дар гузаришҳои Е тайфи афканиши атом ва дар гузаришҳои Е тайфи фурӯбурди атом ба вуҷуд меояд. Дар ҳолати асосӣ умри атом интиҳо надорад, аммо дар ҳолатҳои ангехта маҳдуд (10-8 с) аст. Маҷмӯи басомадҳои гузаришҳои имконпазири оптикӣ тайфи оптикии атомро таъйин мекунад, ки дар чанд силсилаи тайфӣ (маҷмӯи хатҳои тайфии мансуб ба қимати яксони, ки шиддаташон бо ин ё он қонуният тағйир меёбад) зуҳур мекунанд. Бо чашми номуҷаҳҳаз танҳо силсилаи Балмерро, ки барояш 2, 3, 4,аст, дидан мумкин аст, чунки он дар соҳаи намоёни тайфи оптикӣ ҷойгир аст. Барои атоми ҳидроген силсилаҳои дигар — дар соҳаи ултрабунафши тайф силсилаи Лайман (1, 2, 3,), дар соҳаи инфрасурх силсилаи Пашен (3, 4, 5,), силсилаи Бреккет (4, 5, 6,), силсилаи Пфунд (5, 6, 7,) ва силсилаи Хамфри (6, 7, 8,) низ мушоҳида шудаанд (ниг. расми 1,б). Дар ин расм Е — энергияи пурраи электрон дар атом (дар савияи) мебошад. Қимати ҳудудии адади мавҷӣ сарҳадисилсилаитайфӣ-роифодамекунад. Гузаришҳои ғайриоптикӣ Дар гузаришҳои ғайриоптикӣ мубодилаи энергиявӣ дар натиҷаи бархӯрди атом бо зарраҳои муҳит сурат мегирад. Агар ин бархӯрд чандир бошад, энергияи дохилии атом тағйир намеёбад. Дар бархӯрди ғайричандир атом аз як савия ба савияи дигари энергиявӣ мегузарад. Маҷмӯи силсилаҳои тайфӣ ё ҳолатҳо (савияҳо)-и энергиявӣ тавсифи фардии ҳар як атом мебошад. Усулҳои тайфии таҳлили сифатӣ ва миқдории таркиби моддаҳо бар ҳамин хусусияти атом асос ёфтаанд. Танҳо дар ҳолатҳои барангехта атом хусусиятҳои фардии худро гум мекунад. Ин гуна атомҳоро "Атомҳои ҳидрогенмонанд" ё "Атомҳои ридбергӣ" (ба исми Й. Ридберг) меноманд. Энергияи ҳолатҳои ридбергӣ бо тайфи бефосилаи атоме ҳамсарҳад аст, ки он як электрони худро гумкарда мебошад. Энергияи иониши атоми ноангехта тартиби 10 эВ-ро дорад. Ин энергия барои атомҳои филиззҳои ишқорӣ қимати камтарини 5,39,14 (а),34 (К),17,89 (С) эВ дораду барои атомҳои газҳои инертӣ — қимати зиёдтарин 24, 59 (Не),56,76,9,1 (Хе) эВ. Зичии электронҳо Азбаски электрон чун ҳар гуна микрозарраи дигар дар баробари зарра будан мавҷрафтор низ ҳаст, онро чун чизи нуқтагие, ки мувофиқи назарияи Бор аз рӯйи мадорҳои муайян ҳаракат мекунад, муойина кардан дуруст нест (яъне мафҳуми масир дар механикаи квантӣ маънои худро гум мекунад). Бинобар ин, электронҳоро дар шакли "абри электронӣ" тасаввур бояд кард. Дар ин гуна модел, ки ҳолати электронро дар атом тавсифи дуруст медиҳад, мафҳуми нав — "зичии электронҳо" истеъмол мешавад. Ин мафҳум тақсимоти барқаи электрониро дар фазои атрофи атом тавсиф медиҳад. Дар баробари ин мадорҳои бориро бо тақсимоти зичии электронии муайян муқоиса кардан мумкин аст. Зичии электронии мутобиқ ба савияи Е1 дар соҳаи ба ҳастаи атом наздиктарин ҷой мегираду зичии мутобиқ ба савияи Е2 — дар масофаи миёнаи аз он дуртар ва ғайра Дар атоми мураккаб ин электронҳо қабатҳои электронӣ ташкил медиҳанд. Энергияи бандиши электронҳои атом дар ин қабатҳои электронӣ ба қадри аз ҳаста дур шудани қабатҳо кам мешавад. Ҳамин аст, ки атом дар натиҷаи падидаи иониш дар навбати аввал электронҳои берунии худро гум мекунад. Ба ҳисоб гирифтани спини электрон ва спини ҳаста Дар назарияи атом ба ҳисоб гирифтани спин (ё худ гаштовари хусусии импулс)-и электрон ҳатмист. Спин аз нуқтаи назари макрофизика ба чархиши зарра гирди меҳвари худ алоқаманд аст. Спини электрон сабаби мавҷудияти гаштовари магнитии он низ мегардад. Ин аст, ки дар атом баробари таъсири мутақобили электростатикӣ таъсири мутақобили магнитӣ низ сурат мегирад. Спини электрон яке аз параметрҳои асосиест, ки адади электронҳоро дар қабатҳои электронии атом таъйин мекунад. Спин ҳастаи атомро низ хос аст. Мавҷудияти спини ҳаста ҳам боиси таъсироти мутақобили иловагии бағоят сусти ҳаста ва электронҳо мегардад. Ин таъсирот дар таҷзияи иловагии савияҳои энергетикии атом, яъне дар сохтори фавқуннозуки савияҳои энергетикӣ зоҳир мешавад. Савияҳои энергетикии атоми ҳидроген Усулҳои механикаи квантӣ имкон медиҳанд, ки рафтори электрон ва ҳолатҳои имконпазири он дар атомҳои якэлектрона дуруст муайян карда шаванд. Масъалаи муойинаи атомҳои бисёрэлектронаро бо ин усулҳо танҳо тақрибан ҳал кардан имконпазир аст. Энергияи атоми якэлектронаро (дар сурати ба назар нагирифтани спини электрон) бо дарназардошти ифодаи чунин ифода мекунанд: Е — 2 -242ћ22. Бузургии 1, 2, 3,, қиматҳои имконпазири дискретии нерӯ (савияҳои энергетикӣ)-ро муайян мекунад ва "адади квантии асосӣ" ном дорад. Ин савияҳои энергетикӣ, ки онҳоро пеш аз ҳама Н. Бор муойина карда буд, ба мадорҳои радиусашон Б2 рост меоянд (ин ҷо Б0,52910-10 м — радиуси якуми борӣ ё худ радиуси якуми доиравии электрони атоми ҳидроген мебошад). Ин радиус ҳолати асосии атомро таъйин мекунад. Ҳолати атоми ҳидроген аз назари механикаи квантӣ бо қиматҳои дискретии чаҳор бузургии физикӣ — энергия (Е), гаштовари мадорӣ (М), соятасвир (проексия)-и гаштовари мадорӣ (М) ва гаштовари спинӣ (М) дар самти -и дилхоҳи фазо муайян мешавад. Қиматҳои имконпазири ин бузургиҳоро ададҳои квантӣ таъйин мекунанд: Ҳамин қиматҳои ададҳои квантии,, ва ҳолати электронро дар атоми ҳидроген таъйин мекунанд. Ин ҳолатҳо маъмулан бо 1, 2, 2, 3, 3, 3 ва ғайра ишорат мешаванд, ки дар онҳо рақамҳо қимати -ро ифода мекунанду ҳарфҳо — қиматҳои мутобиқ ба 0, 1, 2, 3, -ро (ниг. Ҷадвали 1). Шумораи умумии ҳолатҳои гуногун бо адади квантии асосӣ — муайян карда мешавад: Ҳамин тариқ, ба ҳар як савияи энергии атоми ҳидроген 2, 8, 18,, 22 (1,2,3,)-то ҳолати квантии муқимии гуногун мувофиқ меояд. Ҳолатҳои квантии ионҳои ҳидрогенмонанд ва филиззҳои ишқорӣ низ бо ҳамин ададҳои квантӣ таъйин карда мешаванд. Барои ин гуна ионҳо тақсимоти зичии электронӣ ҳам мисли тақсимоти электронии атоми ҳидроген аст, вале назар ба он бор зиёд аст; бинобар ин дар ионҳои ҳидрогенмонанд андозаи мадорҳои электронӣ мутаносибан хурд мешавад. Таъсири майдонҳои беруна ба савияҳои энергии атоми ҳидроген Атом дар майдонҳои электрикӣ ва магнитии берунӣ чун ҳар гуна силсилаи электрикии дигар энергияи иловагӣ мегирад. Майдони электрикӣ атомро қутбнок мекунаду майдони магнитӣ вектори гаштовари магнитии атомро самти муайян медиҳад. Ба ҳолатҳои гуногуни атоми ҳидрогени дорои ҳамон як энергияи Е дар майдони беруна энергияи иловагии Е-и гуногун мувофиқ меояд. Бинобар ин савияи энергии Е ба чанд зерсавия тақсим мешавад (расми 2). Бузургии таҷзия ҳам дар майдони электрикӣ (падидаи Штарк) ва ҳам дар майдони магнитӣ (падидаи Зееман) барои савияҳои энергиявии атоми ҳидроген ба шадидияти майдонҳо мутаносиб мебошад. Таъсири мутақобили магнитии дохили атом низ ба таҷзияи савияҳои энергиявӣ сабаб мешавад. Чунончи, таъсири мутақобили гаштоварҳои спинӣ ва мадорӣ боиси ба вуҷуд омадани сохтори нозуки савияҳои энергӣ, яъне таҷзияи савияҳои ангехтаи Е мегардад. Қабатҳои электронии атомҳои бисёрэлектрона Азбаски атоми бисёрэлектрона ду ва зиёда электрон дорад, электронҳои он байни худ таъсири мутақобил мекунанд. Ин ҳол татбиқи назарияи атоми ҳидрогенро барои атомҳои биёрэлектрона номумкин мегардонад. Дар атомҳои бисёрэлектрона энергияи бандиши электрону ҳаста назар ба ҳамин бузургии атомҳои якэлектрона камтар аст. Дар назарияи атомҳои мураккаб қоида (принсип)-и фарқнопазирии электронҳо (ва умуман зарраҳои нимспин 12), ки аз қоидаи Паули бармеояд, нақши муҳим дорад. Мувофиқи ин қоида дар ҳолати квантии муайян (ҳолате, ки бо маҷмӯи қиматҳои додашудаи чаҳор адади квантӣ —,, ва муайян мешавад) танҳо як электрон ҷой гирифта метавонад. Ин қоида боиси дар атоми мураккаб ба вуҷуд омадани қабатҳои электронии адади электронҳошон муайянро сабаб мешавад. Аз қоидаи Паули бармеояд, ки дар сурати як воҳид зиёд шудани рақами тартибии атом электрони "нав" дар атоми ноангехта савияи озоди камэнергитаринро ишғол мекунад 71 низ ба монанди натрий дар савия (қабат)-и берунии худ яктоӣ -электрон доранд, ки сабаби шабоҳати хусусияти кимиёвии онҳо маҳз ҳамин аст. Оғози пуршавии ҳар қабат ба ин ё он филиззҳои ишқорӣ рост меояду қабати пурэлектрон ба атомҳои газҳои инертӣ. Қабати ба ҳаста наздиктарин ва бо он сахталоқамандтарин К-қабат мебошад. Он аз як савия иборат аст ва дар ҳолати пурӣ ҳамагӣ ду электрон дорад. Электронҳои қабати берунӣ бо ҳаста алоқаи нисбатан суст доранд ва бинобар ин, бо муҳити атроф, яъне бо атомҳои ҳамсоя, майдонҳои магнитию электрикии берунӣ таъсири мутақобили назаррас мекунанд. Қариб ҳама хусусиятҳои атом бо сохтори қабати берунии электронӣ, ки "қабати валентӣ" ном гирифтааст, муайян мешаванд. Асари сохтори қабатҳои электронии дарунӣ ба хусусиятҳои атом фақат ҳангоми таъсири мутақобили он бо зарраҳои баландэнергӣ зоҳир мегардад. Тайфи рентгении атом ва пароканиши зарраҳои баландэнергиро аз атом ҳамин таъсироти мутақобил муайян мекунад. Ҳангоми ба ҳам наздик шудани ду атом байни онҳо (ё байни электронҳои қабатҳои берунии онҳо) таъсироти мутақобили электростатикии қавӣ пайдо мешавад, ки боиси ба вуҷуд омадани бандҳои кимиёӣ мегардад. Дар натиҷаи таъсироти мутақобили ду атоми аз якдигар нисбатан дур онҳо ҳамдигарро кутбӣ мекунанд. Атом дар майдонҳои электрикии берунӣ ё бо таъсири майдони электрикии мавҷи рӯшноӣ (мавҷи электромагнитӣ) низ қутбнок шуда метавонад. Дар ин маврид бузургии қутбиши атом ба басомади мавҷи рӯшноӣ вобаста аст. Атомҳое, кӣ дар қабати валентии худ ба миқдори баробар электрон доранд, дорои хосиятҳои кимиёии яксон мебошанд ва дар ҷадвали унсурҳо ба як гурӯҳ мансубанд. Бар замми ин, ин гуна атомҳо хусусиятҳои магнитии якхела доранд. Гаштовар (момент)-и магнитии атом ба гаштовари механикии он вобаста аст. Барои атомҳое, ки қабатҳои электронии берунии пур доранд (ин сохтори атомҳои газҳои инертиро мемонад), ҳам гаштовари магнитӣ ва ҳам гаштовари механикӣ баробари сифр мебошад (атомҳое, ки қабати электронии онҳо комилан пур нест, "атомҳои парамагнитӣ" ном гирифтаанд ва гаштовари магнитии онҳо доимист). Дар майдони магнитии берунӣ ҳамаи атомҳо дорои хусусиятҳои диамагнитӣ (ба сабаби ба вуҷуд омадани гаштовари магнитии илқошуда (индуксияшуда) мегарданд. Ба қадри аз қабати электронии берунии атом пай дар пай дур кардани электронҳо хусусиятҳои он тағйир меёбад — дар ин сурат масалан, қобилияти қутбишавандагии атом кам, вале басомади гузаришҳои оптикӣ зиёд мешавад.