Reja: Atom tuzilishi to’g’risidagi ta‘limotlarning rivojlanish tarixi

|
Reja: Atom tuzilishi to’g’risidagi ta‘limotlarning rivojlanish tarixi
|
Sana | 15.05.2024 | Hajmi | 47,5 Kb. | | #235373 |
Bog'liq Atom tuzilishi. Bor postulotlari
Mavzu: Atom tuzilishi. Bor postulotlari. Kvant sonlar.
Reja:
Atom tuzilishi to’g’risidagi ta‘limotlarning rivojlanish tarixi.
Bor nazariyasi.
Atom tuzilishining to’lqin nazariyasi.
Elektronning ikki xil tabiatga ega ekanligi.
Atom tuzilishining hozirgi zamon nazariyasi uzoq tarixga ega.
XIX asr oxiri va XX asrning boshlarida fizika sohasidagi ko’pgina tekshirishlar natijasida atom moddaning eng kichik bo’linmaydigan zarrachasi emas, balki bo’linadigan, biridan ikkinchisiga aylanadigan, murakkab tuzilishiga ega degan xulosa chiqarildi. B xulosaning chiqarilishiga fizika va kimyo sohasida erishilgan quyidagi asosiy yutuqlar sabab bo’ladi.
Atom tuzilishining murakkabligi to’g’risidagi dastlabki tushunchalar qtgan asrda paydo bo’la boshladi. Dalton va uning safdoshlari atomga bo’linmaydigan zarracha deb qaradilar. Ammo sekin asta atom ichki strukturaga ya‘ni yanada mayda zarrachalardan iborat degan faktlar to’plana bordi. Atom tuzilishining hozirgi zamon modeliga olib kelgan eng muhim tajribalarga to’xtalamiz.
XIX asr boshlarida atom bilan elektr o’rtasida uzviy bog’lanish ya‘ni atomlar bir-birlari bilan elektr jarayonlari asosida birikkan degan umumiy tushuncha mavjud edi. 1834 y ingliz fizigi M.Faradey elektroliz qonunlari asosida ionlar ixtiyoriy xoxlagancha miqdordagi zaryadni emas, balki qat‘iyan aniq portsiyadagi elektr miqdori tashishini isbotladi. 1874 y DJ.Stoni bu fikrga asoslanib, elementar elektr zaryadining son qiymatini hisoblab, u 10-20 Kl. ekanligini topdi. Atomda qarama-qarshi elektr zaryadlari mavjudligi, xavosi siyraklashtirilgan sohada elektr zaryadlari ta‘sirida katod yoki anod nurlari vujudga kelishi bilan to’liq isbotlandi.
Katod nurlarini 1879 y. ingliz olimi Kruks ichdi.
Yuqori kuchlanishli (1000V) elektr tokini havosi surib olingan shisha nayda kavsharlangan elektroddan (katoddan) o’tkazilganda ko’zga ko’rinmaydigan nurlar vujudga kelishi aniqlandi. Bunday nurlar katod nurlari deyiladi, chunki ular manfiy zaryadlangan elektrod katodda vujudga keladi. Bu nurlar kuzga ko’rinmas bo’lib, ularning yo’liga qattiq moddalar qoyilsa nurlanish vujudga keladi. Masalan: oddiy shisha plastinkasi yashil nurlanadi, siyrak-er elementlarning oksidlari, siyrak-er element tabiatiga qarab turli rangdagi nurlanishni vujudga keltiradi. (Bu hodisa hozir rangli televizorlarda foydalaniladi). Ayrim kimyoviy birikmalar katod nurlari ta‘sirida parchalanadi. Masalan: katod nurlari ta‘sirida fotoplastinka yoki fotoqog’ozdagi Ag uning parchalanishi natijasida uning qorayishi kuzatiladi. Demak, ko’zga ko’rinmas katod nulari qattiq tusiqqa urilganda uning nurlanishini yuzaga keltiradi. Kuzatiladigan nurlanishlar manfiy zaryadlangan zarrachalar oqimidan iborat bo’lib, ularga «elektronlar» deb ataldi. Katod nurlari magnit va elektr maydonlari bo’lmaganda to’g’ri chiziqli yo’naladi. Manfiy zaryadlangan zarrachalar magnit va elektr maydonlarida og’ishi kabi katod nurlari ham og’adilar. Shunday qilib katod nurlari elektronlar oqimidan iborat ekanligi isbotlandi. 1897 yilda ingliz fizigi Dj.Tomson elektron elektr zaryadini uning massasiga nisbatini (e/m)ni o’lchashga muvaffaq bo’ldi va bu nisbat 1,76 . 108 kl/g. teng ekanligini aniqlandi. Faqat 1909 y. Chikago universitetidan R.Milliken juda ko’p tajriba natijalariga asoslanib elektron zaryadini o’lchashga muvaffaq bo’ldi va bu qiymat 1,60 . 10-19 Kl. teng ekanigini topdi. Bu qiymatni Tomson aniqlagan nisbat qiymatiga bo’lib, elektron massasini hisoblash mumkin:
Atom tuzilishining murakkab ekanligini isbotlovchi kashfiyotlardan yana biri 1895 y. frantsuz olimi Anri Bekkerel tomonidan ochilgan tabiiy radioaktivlik xodisasidir. Radioaktivlik xodisasi ochilishidan sal oldin 1896 yil yanvarda Rentgen g-nurlarniochdi va keyinchalik bu nurlar «Rentgen» nurlari nomini oldi. Rentgen nurlari to’lqin uzunligi 10-5-102 nm bo’lgan, ko’zga ko’rinmaydigan elektromagnit nurlanishi bo’lib, kuchli teshib o’tish qobiliyatiga ega. rentgen nurlarining bu xossasidan texnikada va meditsinada ko’p qo’llaniladi.
A.Bekkerel bu kashfiyot bilan juda qiziqdi va K2[UO2(SO4)2]2H2O mineralini qorong’ulikda o’z-o’zidan ko’zga ko’rinmas nur tarqatishini aniqladi. Bu hodisa radioaktivlik deyiladi.
Bekkerel maslahati bilan M.Skladovskaya-Kyuri va uning eri Per-Kyurilar o’zlarining eng muhim tajribalariga kirishadilar va uran rudasi tarkibidan 1898 y. poloniy va raiy elementlarini ajratib olishga muvaffaq bo’ladilar.
Radioaktivlik hodisasini keyinchalik asosan tekshirganingliz olimlardan Ernest Rezerford bo’lib, u uch xil – a (alfa), (beta) va g (gamma) nurlanishni aniqladi. Har bir nurlanish o’zining elektr xossasi va teshib o’tish qobiliyatlari bilan farq qiladi.
-nurlanish juda katta tezlik bilan harakterlanuvchi elektronlar oqimidan iborat ekanligi isbotlandi, shuning uchun ular, -zarrachalar deb nomlanadi. Elektron zaryadi birligida har bir -zarracha birligi 1ga teng.
A-nurlar musbat zaryadlangan zarrachalar bo’lib, ularning zaryadi +2 ekanligi isbotlandi. Rezerford a-zarracha massasim -zarrachasiga nisbatan juda yuqori ekanligi va ular atrof muhitdagi elektronlarni briktirib geliy atomini hosil qilishini aniqladi. Shu sababli u a-zarrachasi geliy yadrosidan iborat degan xulosaga keldi. g-nurlar esa juda yuqori energiyali nurlanish bo’lib, elektroneytral zarrachalardan tarkib topgan. a-, -zarrachalarning va g-nurlanishni xossalari 1 jadvalda taqqoslangan.
jadval
a- , b- va g-nurlanish xossalari
Xossasi
|
Nurlanish tiplari
|
a-zarrachalar
|
b-zarrachalar
|
g-nurlanish
|
Zaryadi
|
2+
|
1 -
|
0
|
Massasi, g
|
6,64 · 10-24
|
9,11 · 10-28
|
0
|
Nisbiy teshib o’tish qobiliyati
|
1
|
100
|
1000
|
Nurlanish tabiati
|
He-yadrosi
|
Elektronlar
|
Yuqori energiyali nurlanish
|
Atom tuzilishi to’g’risidagi eng birinchi model Tomson (1904 y) tomonidan yaratilgan bo’lib, unga asosan atom-ma‘lum bir zichlikka ega bo’lgan, taxminan uning diametri 0,1 nm hajmidagi msbat elektrosferadir, elektronlar bu maydonda ularni neytrallab turadi. Elektronlarning tebranuvchan harakati elektromagnit to’lqinini yaratadi deydi. Bu Rezerford (1907 y) amalda isbot qildi. U toza oltin folgasidan a-nurlar o’tkazganda ularning 10000 tadan bir spektr 1800 burchak ostida orqaga qaytadi. Bularni hisoblab bu musbat zaryadlarning o’lchovi 10-13 sm ekanini aniqladi. Bu asosda Rezerford 1911 yil atom tuzilishining planetar modelini yaratdi.
Rezerfordning atom tuzilishining yadro-planetar modeli.
Atom tuzilishi to’g’risidagi to’g’ri tushunchalarning yaratilishida Rezerford va uning shogirdlari Geyger hamda Marsdenlar tomonidan o’tkazilgan tajriba natijalari ya‘ni turli moddalarda a-zarrachalarining og’ishi muhim rol oynadi.
Radioaktiv manbadan chiqayotgan a-zarrachalar oqimi tor tirqish orqali oltin folgaga yuboriladi. A-zarrachalarni yuziga ZnS yoki K2 [PtC16] qoplangan fyuorestsirlovchi aylanma ekranda qayd qilinadi. A-zarrachalarning yoyilishini kuzatuvchi Rezerford tajribasi 1-rasmda keltirilgan. Oltin folgasidan o’tayotgan a-zarrachalarning ko’pchilik qismi yoyilmasidan o’tadi. Faqat ularning bir qismigina ma‘lum darajada yoyiladi, hatto ulardan ayrimlari butunlay qarama-qarshi tomonga (orqaga) yo’naladi va ekranda chaqnash kuzatiladi.
Qarama-qarshi tomonda vujudga keladigan chaqnashlar soni a-zarrachasi yo’liga qoyilgan folganing qanday metalldan tayyorlanganligiga bog’liq bo’ladi. Bir xil sharoitda o’tkazilgan tajribalar shuni ko’rsatdiki, metall massasi qancha katta yoki metallning tartib nomeri qanchalik katta bo’lsa teskari tomonga yo’nalgan a-zarrachalar soni shuncha ko’p bo’ladi.
Masalan: bir minutda alyuminiy plastinkasidan qaytgan a-zarrachalar soni-3 ta, temirda-10, misda-15, kumushda-27, qalayda-34, platinada-63 va x.kazolarga teng bo’ladi. Juda katta energiyaga va sekundiga un minglar kilometr tezlikka ega bo’lgan a-zarrachalarining to’g’ri yo’lini butunlay teskari tomonga o’zgartirishi kutilmagan hodisa bo’lib, hammani xayratga soldi. Tajriba natijalarini eshitgan Rezerford bu mening hayotimdagi eng kutilmagan voqeadir va bu papiros qog’oziga qaratib otilgan o’qning undan qaytib o’zingni yarador qilishi kabi kutilmagan xodisalar deydi.
Bu tajribadan ikkita haqiqiy savol tug’iladi:
1. Nima uchun metall plastinkasidan o’tgan a-zarrachalarning bir qismi ma‘lum burchakka og’adi?
2. Nima uchun ulardan ayrimlari esa harakat yo’lining butunlay teskari tomoniga yo’naladi?
1911 yilda Rezerford bu kuzatishlarni quyidagicha tushuntiradi: a-zarrachalarning ko’pchilik qismini plastinkadan og’masdan o’tishini sababi, atomning asosiy yuzasi juda kichik massaga ega bo’lgan elektronlar bilan bandligidir.
Ulardan oz qismining yoyilishiga sabab, ular atomning musbat zaryadi to’plangan metall yadrosiga juda yaqin kelishidir. A-zarrachalarining harakat yo’lini butunlay o’zgarishiga sabab, ularning juda katta musbat zaryadiga ya‘ni yadro bilan to’qnash kelishidir. Bu tuqnash bir tomonda a-zarrachasini juda katta kuch bilan itaradi. Ikkinchi tomondan atom yadrosining juda kichik o’lchami oz sondagi a-zarrachalar bilan to’qnashishiga va bu juda oz sondagi a-zarrachalar dastlabki harakat yo’lini o’zgartirishiga sabab bo’ladi.
Bu yerda eslatilgan yangi hodisalarning ochilishi va tajriba natijalari 1911 yil Rezerfordga atom tuzilishining planetar gipotezasini aytishga yordam beradi va u atom tuzilishining yadro-dinamik nazariyasini yaratdi.
Rezerford fikricha atomning asosiy massasi, atomning musbat zaryadlangan yadrosiga to’plangan bo’lib uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar aylanma orbitalarda xuddi quyosh atrofidan quyosh sistemasi planetalari aylanganidek aylanadi. Bu massa juda kichik hajmga to’plangan bo’lib, atom yadrosini tashkil qiladi. Rezerford nazariyasiga muvoffiq, har qanday element atomi musbat zaryadlangan va juda kichik hajmni egallovchi yadrodan tarkib topgan. yadro atrofida aylanadigan elektronlar soni, yadro zaryadi soniga teng bo’ladi. Atom elektr jihatidan neytraldir. Yadro zaryadining soni element tartib nomeriga tengdir. Atomning hamma massasi yadroda joylashgan bo’lib, uning hajmi – 10-36 sm3, diametri esa – 10-13 – 10-12 sm ni tashkil qiladi.
O’sha davrdayoq atomni va uni tashkil qiluvchi zarrachalarni o’lchamlarni aniqlash mumkin bo’ldi.
Masalan: vodorod uchun quyidagi harakteriyatika olindi:
Atom yadrosi o’lchovi, sm – 10-13
Atom radiusi, sm – 10-8
Elektron radiusi, sm – 1,5 · 10-16
Vodorod atomi yadrosi (proton) radiusi, sm – 3 · 10-13
Rezerford nazariyasi atom tuzilishi to’g’risida to’g’ri tushunchalarni bersada, u kamchiliklardan holi emas edi – bu sifatiy nazariya edi.
Bu nazariya o’sha paytda ma‘lum bo’lgan ko’pchilik tajribaviy faktlarni miqdoriy jihatdan tushuntirib bera olmasdi. Klassik fizika qonunlriga muvofiq katta tezlik bilan harakatlanayotgan elektron uzluksiz elektromagnit nrlarini chiqarib, energiyasini yo’qotishi va yadroga tushishi kerak edi. nyuton mexanikasi va klassik elektrodinamika hisoblariga ko’ra elektron taxminan 10-8 sekund vaqt ichida yadroga tushishi kerak. Bu hodisa atomlarning beqarorligiga olib keladi, haqiqatda esa bunday bo’lmaydi, atomlar elektromagnit to’lqinlarini nurlantirmay cheksiz uzoq vaqt mavjud bo’la oladi. Demak, atom ichida bo’ladigan hodisalarga klassik fizikaning hamma qonunlarini tatbiq qilib bo’lmaydi.
Atom tuzilishining miqdiriy nazariyasini yaratishda asosiy rolni 1913 yil N.Bor oynadi va u atom tuzilishining yadroviy nazariyasini hamda Plankning kvant nazariyasini birlashtirdi. Bor atomning asosiy xarakteristikasi va tajribada aniqlangan qiymatlarni matematik jihatdan bog’laydigan ikkita postulotini yaratdi.
Bor nazariyasi. Vodorod atomining spektri va tuzilishi.
Bor o’z nazariyasini yaratishda, yadro atrofida elektronlarning harakatlanishidan iborat bo’lgan sistemaga kvant nazariyasini asos qilib oldi. Kvant nazariyasi 1900 yil ingliz fizigi Plank tomonidan yaratildi. Bu nazariyaga muvofiq yorug’lik energiyasining nurlanishi va yutilishi uzluksiz oqim bilan chiqib va yutilib turmay, balki ayrim kichik portsiyalar bilan chiqadi va yutiladi. Energiyaning bu portsiyalarini yorug’lik kvanti, kvant energiyasi yoki fotonlar deb ataladi. Nur chiqarayotgan jism energiyasi zapasi bir tekisda o’zgarmasdan tusatdan (sakrab-sakrab), kvantma-kvant o’zgaradi. Jism kasr sondagi kvantlar chiqara olmaydi ham, yutmaydi ham. Energiya kvanti Ye tebranish chastotasiga to’g’ri proportsional bo’lib, quyidagi formula bilan ifodalanadi:
E = hy y = c/1.
1-to’lqin uzunligi;
h-proportsionallik koeffitsienti yoki Plank konstantasi bo’lib h=6,625· 10-27 erg/sek yoki 6,62· 10-34 Dj/s ga teng.
Bor elektronlarning yadro atrofida aylanish hodissiga kvant nazariyasini asos qilib, vodorod atomining spektri va tuzilishi asosida o’zining 2 ta pastulotini (xulosa) yaratdi.
Birinchi pastulot. Elektron yadro atrofida har qanday orbita boylab emas, balki ma‘lum energiya darajasiga muvofiq keladigan orbitalar boylab harakat qiladi. Bu orbitalar barqaror yoki kvant orbitalar deyilad. Atom normal holatda bo’lganda elektron yadroga yaqin orbitada turadi va atom minimal energiya qiymatiga ega bo’ladi.
Atomning bu holatini galayonlanmagan, normal yoki asosiy holat deyiladi. Atomga tashqaridan energiya berilsa uning energiya zapasi oshadi va undagi elektron yadroga yaqin orbitadan uzoqroq orbitaga o’tadi. Atomning bu holatini galayonlangan yoki yuqori energetik darajadagi holat deyiladi. Galayonlangan atomning energiyasi galayonlanmagan atomning energiyasidan ortiqdir. Atom galayonlangan holatda juda qisqa muddat sekundning yuz mln. (10-8 sek) dan bir ulushi vaqtigacha tura olishi mumkin.
Ikkinchi pastulot. Bor nazariyasining ikkinchi postulotiga muvofiq elektron bir orbitadan boshqa orbitaga o’tgandagina atom o’z energiyasini o’zgartiradi: Elektron kvantlangan yoki barqaror orbitalar boylab harakatlanganda atom energiya chiqarmaydi va yutmaydi.
Elektron yadrodan uzoqroq orbitadan yaqinroq orbitaga o’tganda atom energiya yo’qotadi. Elektron bir orbitadan ikkinchisiga o’tganda atomning yo’qotadigan energiyasi nur energiyasining bir kvantiga teng bo’ladi.
Ye = I 1 – 12 · yoki Ye = hy · E2 – E1 = hy
Bor o’zining postulotlariga asoslanib, vodorod atomi atrofida harakat qiluvchi elektron uchun bulishi mumkin bo’lgan orbitalarning radiuslarini hisoblab, ularning oddiy sonlar kvadratlari nisbat kabi nisbatda bo’lishini topdi va vodorod spektrining hosil bo’lishi sxemani yaratdi.
12 : 22 : 32 . . . . . . . . . . . . . n2
N2 – atomida yadroga eng yaqin orbitaning radiusi 0,53 A ga teng undan keyingilari 2,12 A, 4, 74 A . . . . . . . . . . . . . . . . va x.k.
y=Ro
1-to’lqin takrorligi
Ro-Ridberg konstantasi
n-yadroga yaqin orbita
m-yadroga uzoq orbita
I-Layman seriyasi (ultrabinafsha soxa)
II-Balmer seriyasi (ko’zga ko’rinadigan soxa)
III-Pashen seriyasi (infra qizil)
IV-Brekket seriyasi – infra qizil.
Bor nazariyasining yutuqlari: u kvant qonunlari asosida va klassik molekulyar nazariyalar asosida tushuntirdi. Lekin u faqat vodorod atomini tuzilishinigina tushuntirdi.
Ko’p elektronli murakkab molekulalarni tuzilishini. Bor yeazariyasi asosida tushuntirib bo’lmadi. atom mikrozarrachalardan tuzilganligi isbotlangandan keyin ularning harakatini tushintiradigan fizikaning bo’limi kvant (to’lqin) mexanikasi XX asrning 20-chi yillarida vujudga keldi. u kvantlangan energiya tasavvuriga, mikrozarrachaning to’lqin xarakterdagi xarakatiga, mikroob‘ektni extimollar (statistik) usulida ifodalashga asoslangan.
Mikrozarracha xarakatining to’lqin harakteri. Ma‘lumki, elektromagnitning nurlanishni ifodalashda to’lqin va korpuskulyar deb tasavvur qilish mumkin: birinchidan monoxromatik nurlanish xuddi to’lqin kabi tarqaladi va to’lqin uzunlik 1 (yoki tebranish chastotasi. . . ) bilan xarakterlanadi; ikkinchidan u mikrozarrachaga kvant energiyani tashuvchi fotonlar deb qarash mumkin.
Elektromagnit nurlanishning interferentsiyasi va difraktsiya xodisasi (nur, radioto’lqin, g-nurlar, rentgen nurlar va x.k.) uning to’lqin tabiatli ekanligini ishonsli holda isbotladi. Shu bilan birga elektromagnit nurlanishlar ma‘lum bir energiyaga, massa va bosimga ega.
Shu yo’l bilan quyosh massasi bir yilda nurlanish hisobiga 1,5 1017 kg ga kamayishi aniqlangan.
1924 yil Lui de Broyl hamma mikrozarrachalarga korpuskulyar to’lqin tushunchasini tatbiq qilishni va ya‘ni har qanday mikrozarrachaning harakatini xuddi to’lqin jarayoni kabi to’grisida taklif qiritdi. Matematik jihatdan bu ifoda de Broyl nisbati nomini oldi va unga binoan V-tezlik bilan xarakatlanayotgan m-massali zarrachaga 1-to’lqin uzunlik xos bo’ladi:
de Broyl gipotezasini difraktsion va interferentsion effektlarda elektronlar oqimini aniqlash bilan tajribada isbotlandi. Bu ifoda bilan elektron harakati (massasi 9,1 · 10-31 kg, tezligi 106 m/s) to’lqin uzunligi 10-10 m tengligi ya‘ni uning uzunligi atom o’lchami kabi o’lchash mumkinligi aniqlandi. Makrozarrachalarning xarakatida aksincha to’lqin juda kichik uzunlikka (10-29 m va undan ham kichik) ega bo’lganligi uchun ularni to’lqin jarayon ekanligini tajribada aniqlash mumkin emas.
Oaniq printsipi. Atom tuzilish nazariyasiga ko’ra elektron zarracha va to’lqin tabiatga ega. buni 1925 yilda V.Geyzenberg mikrozarracha (elektron)ning ikki xil tabiatli ekanligini o’zining noaniqlik printsipi asosida tushuntirdi. Bu printsipiga muvofiq bir vaqtning o’zida mikrozarrachaning tezligi impuls p=m . . . va o’rnini (koordinatlarini) aniqlash mumkin emas. Elektron xarakatining xarakteri printsipini aniq belgilanishi mumkin emas.
|
| |