Atom tuzulishi. Yadroviy reaksiyalar

Mavzu: Atom fizikasi. Atomning yadroviy modeli. Vodorod atomi uchun Bor nazariyasi. Frank va gers tajrisbasi.
Reja:

1. 
   Atom tuzulishi.
   
2. 
   Yadroviy reaksiyalar
   
3. 
   Bor postulatlari.
   

Atom (qadimgi yunoncha: ἄτομος — atomos — boʻlinmas) — kimyoviy elementning barcha xossalarini oʻzida mujassamlashtirgan eng kichik zarrasi. Dastlabki „boʻlinmas“ nomini olgan bu zarraning ichki tuzilishi anchagina murakkab. Atom musbat zaryadlangan negiz (yadro) va yadro atrofida harakatlanuvchi elektronlardan tashkil topgan. Atom markazida barcha massasi jamlangan musbat zaryadlangan negiz (yadro) joylashgan; atrofida oʻlchovlari (~ 10~8 sm) atom oʻlchovlarini ifodalaydigan elektron qobiklarini hosil qiluvchi elektronlar harakat qiladi. Atom yadrosi protonlar va neytronlardan tashkil topgan. Atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng (atomdagi barcha elektronlar zaryadi yadro zaryadiga teng), protonlar soni elementning davriy tizimidagi tartib raqamiga teng. Atom elektronlarni tutib olib yoki berib, manfiy yoki musbat zaryadlangan ionlarga aylanadi. Atomning kimyoviy xossalari asosan tashqi qobikdagi elektronlar soni bilan aniqlanadi; kimyoviy qoʻshilib, atomlar molekulalar hosil qiladi. Atomning ichki energiyasi uning muhim koʻrsatkichi hisoblanadi. Ichki energiya maʼlum (diskret) qiymatlarga ega boʻlishi va u sakrashsimon kvant oʻtishlardagina oʻzgarishi mumkin. Maʼlum qiymatdagi energiyani yutib, atom qoʻzgʻalgan holat (energiyaning yuqoriroq sathi)ga oʻtadi. Atom foton chiqarib, qoʻzgʻalgan holatdan kichik energiyali holat (energiyaning pastroq sathi)ga oʻtadi. Atomning eng kichik energiyasiga mos sathi asosiy sath, Atom markazida Ze musbat zaryadli massiv yadro joylashgan, yadro atrofida — Ze elektronlar aylanadi. Atomning deyarli hamma massasi yadroda toʻplangan. qolganlari esa qoʻzgʻalgan sathlar deyiladi.atom tuzilishi haqidagi fan („Atom fizikasi“ „Yadro fizikasi“, „Elementar zarralar fizikasi“ va boshqa yoʻnalishlar) nazariyasi ancha murakkab boʻlib, fizikaning deyarli barcha yutuqlariga va hozirgi zamon matematik apparat yutuqlariga tayanadi.Ad.:Bekjonov R. B., Atom yadrosi va zarralar fizikasi, T., 1995; Modda tuzilishi, T., 1997.^[1]
Atamani yunon faylasufi Demokrit miloddan avvalgi V asrda kiritgan.

• 
  Hamma jismlar, shu jumladan oʻzimiz ham, atomlar deb ataluvchi juda mayda „gʻishtchalar“ dan iborat. Tabiatda kimyoviy elementlar qancha boʻlsa, bunday „gʻishtchalar“ turlari shuncha boʻladi. Kimyoviy element — ayni bir turdagi atomlar toʻplami.
  

Atom atamasining kelib chiqishi[tahrir | manbasini tahrirlash]
Modda juda mayda zarrachalardan tuzilganligi haqidagi fikr qadimgi yunon olimlari tomonidanoq aytilgan edi. Ular ana shu zarrachalarni atomlar deb atashdi. Qadimgi yunonlar atomlar muntazam koʻpyoqliklar shakliga ega, deb faraz qilganlar: Kub („Yer atomlari“), Tetraedr („Olov atomlari“), Oktaedr (Havo atomlari), Ikosaedr („suv atomlari“). Moddaning atomlardan tuzilganligi gʻoyasining eksperimental isboti olingunga qadar yigirma asrdan ortiq vaqt oʻtdi. Bu gʻoya fanda kimyo va kinetik nazariyaning yutuqlari tufayli XIX asrning ikkinchi yarmida qatʼiy qaror topdi. XX asr boshiga kelib, fiziklar atomlarning oʻlchamlari 10 ⁻¹⁰ m va massasi 10 ⁻²⁷ kg atrofida boʻlishini bilar edilar. Bu vaqtga kelib atomlar umuman „boʻlinmas“ emas, ular maʼlum ichki tuzilishiga ega, buni bilish esa D. I. Mendeleyev aniqlagan kimyoviy elementlar hossalarining davriyligini tushuntirishga imkon berishi aniq boʻlib qoldi.
Tomson atomi modeli[tahrir | manbasini tahrirlash]

Tomson Atomi modeli
Elektron kashf etilgandan bir oz vaqt oʻtgandan keyin, 1903-yilda ingliz fizigi Jozef Jon Tomson diametri tahminan 10 ⁻¹⁰ m, ichiga elektronlar „sochilgan“, hajmi boʻyicha musbat zaryadlangan sfera shaklidagi atom modelini taklif etdi. Elektronlarning sfera markaziga nisbatan tebranganda, atom yorugʻlik nurlantiradi. Tosmon, elektronlar sfera markazi atrofida qatlam boʻlib guruhlanadi, deb hisobladi.
Rezerford tajribasi[tahrir | manbasini tahrirlash]
Tomson taklif etgan modelda atom massasi uning hajmi boʻyicha bir tekis taqsimlangan. Bunday farazning hato ekanligini tez orada ingliz fizigi Ernest Rezerford isbotladi. 1908-1911-yillarda uning rahbarligida α-zarralar (geliy yadrolari)ning metal folga (zar qogʻoz)da sochilishiga oid tajribalar oʻtkazilgan edi. (qarang Alfa yemirilish). α-zarra yupqa folgadan (qalinligi 1 mkm) oʻtib va oltingugurtli qoʻrgʻoshindan qilingan ekranga tushib, mikroskopda yaxshi koʻrinadigan chaqnashni vujudga keltirar ekan. Ekranni α-zarraning dastlabki harakat yoʻnalishida xar hil burchaklarda joylashtirildi va folgadan u yoki bu burchakka sochilgan zarralar soni sanaldi. Koʻpchilik zarralar folgadan bir oz ogʻib oʻtib ketishi aniqlandi, biroq ayrim hollarda (tahminan 10 000 lan bittasida) α-zarraning 90˚ dan katta burchakka ogʻgani kuzatildi.

Rezerford tajribasi sxemasi

“

Bu, agar 15 duymli snaryadni bir varaq papiros qogʻoziga otganingizda, snaryad qogʻozdan qaytib kelib, sizga tekkanidek, aql bovar qilmaydigan hol edi

”

— deb keyinchalik eslagan edi Rezerford. α-zarrachalarning sochilishiga oid tajribalar shuni yaqqol koʻrsatdiki, atomning butun massasi juda kichik hajmda — atom yadrosida toʻplangan boʻlib, uning diametri atom diametridan 10 000 marta kichikdir. Koʻpchilik α-zarralar ogʻir yadro yonidan, unga tegib ketmasdan uchib oʻtadi, biroq bunda u orqaga „sakrab ketishi“ mumkin.
Rezerford tajribalari atomning yadro modeli ni yaratish uchun asos boʻldi. Bu model bizning atom tuzilishi haqidagi bugungi tasavvurlarimizni ifodalaydi.
Atom tuzilishi[tahrir | manbasini tahrirlash]
Atom markazida atom yadrosi joylashgan, atomning qolgan hamma hajmini elektronlar egallaydi. Yardo ichida elektronlar yoʻq (bu 1930-yillar boshida aniq boʻldi); yadro musbat zaryadlangan protonlar va zaryadga ega boʻlmagan neytronlardan iborat. Atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng; bu mazkur kimyoviy elementning atom raqami (uning davriy sistemadagi tartib raqami) dir. Elektron massasi proton yoki neytron massasidan tahminan 2000 marta kichik, shuning uchun atomning hamma massasi yadroga toʻplangan. Turli elektronlar yadro bilan turli darajada bogʻlangan; ularning baʼzilarini atom nisbatan oson yoʻqotishi mumkin, bunda u musbat ionga aylanadi. Atom qoʻshimcha elektronlarga ega boʻlib, manfiy ionga aylanadi. Atomning birinchi miqdoriy nazariyasini 1913-yilda daniya fizigi Nils Bor ishlab chiqdi. Bu eng oddiy atom — vodorod atomining nazariyasi edi. Nils Bor Rezerford tajribalarining natijalaridan va oʻsha vaqtlarda maʼlum boʻlgan atomlar vodorodning spektri haqidagi maʼlumotlardan foydalandi. U vodorod atomini quyidagi koʻrinishda tasavvur qildi: proton (atom yadrosi) atrofida aylanma orbita boʻlib elektron harakatlanadi.
AAtom 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.
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.