Nizomiy nomidagi toshkent davlat pedagogika universiteti
Yüklə 10,23 Mb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 14. D.I.Mendeleyev elementlar davriy sistemasi
- 15. Rentgen nurlanishi. Mozli qonuni.
14. D.I.Mendeleyev elementlar davriy sistemasi Ma`lum ki, kimyoviy elmentlar dunyosi xilma-xil. Shuning uchun olimlar ularni ma`lum bir tartibga solishga harakat qildilar. 1869 yilda rus olimi D.I.Mendeleyev elementlarni atom massalari bo`yicha ma`lum bir sistemaga solishga erishdi. Ya`ni , kimyoviy elementlar davriy sistemasini yaratdi. Agar elementlarni massalarini ortib borishi taritibda joylashtirilsa, ma`lum bir tartib raqami oralig`ida (bu oraliq davr deb ataladi), ularning ko`pgina kimyoviy va fizik xossalarini takrorlanishi ma`lum bo`ldi. Masalan, litiy bir valentli ishqoriy metal bo`lib, tartib raqami Z=3 ga teng. Yana 8 ta tartib raqamidan keyin kelgan natriy (Z=11) ham, undan yana 8 ta raqam keyin joylashgan kaliy (Z=19) ham litiyga o`xshab ishqoriy metall hisoblanadi. Bunday ishqoriy metall xossasi 18 tartib raqamidan keyin rubidiy (Z=37) va seziyda (Z=55) ham takrorlanadi. Davriy sistema yaratilgan vaqtda 63 ta kimyoviy element borligi ma`lum edi. D.I.Mendeleyev tomonidan atom massasi mosligiga amal qilgan holda katakchalarga elementlar birin-ketin qo`yib chiqilgandan keyin ayrim katakchalar bo`sh qoldirildi. Mendeleyev bu bo`sh katakchalarni to`ldirishi mumkin bo`lgan, hali topilmagan kimyoviy elementlarning xossalarini oldindan aytib berdi. Masalan, shunday yo`l bilan Fransiyada davriy sistemada sinkdan keyin joylashadigan galliy elementi kashf etildi. Undan keyin boshqa kimyoviy elementlar ham kashf etilib, davriy sistemadagi bo`sh kataklar to`lib bordi. Davriy sistema yaratilgandan keyin ko`p savollarga javob topishga to`g`ri keldi. Masalan, "nima sababdan elementlarning xossalari ularning atomlari massasiga bog`liq, nima sababdan elementlarning xossalari ma`lum davr bilan takrorlanadi, nima uchun bu davrlar 8, 18, 32 tartib raqamiga teng?" degan savollar tug`ildi. O`sha vaqtda bunday savollarga javob topishni imkoni bo`lmadi. Keyinchalik ma`lum bo`ldiki, kimyoviy elementning davriy sistemadagi tartib raqami atom yadrosi zaryad sonini yoki yadro atrofidagi elektronlar sonini bildirar ekan. Elementning davriy sistemadagi tartib raqami ortgan sari uni massasi ham, yadro zaryadi ham ortib boradi. Birinchi savolga javob topilgandek bo`ldi, lekin yana boshqa savollar paydo bo`ldi. Masalan, yadro atrofida aylanuvchi elektronlar eng kichik energiyali holatni olishga intilishi natijasida hammasi birinchi Bor orbitasida aylanishi kerak edi. Agar birorta elektron qo`shilganda ham elementlarning xossalarini unchalik o`zgartirmasligi kerak. Ammo bizga ma`lum ki, bitta elektron bilan farq qiluvchi argon (Z=18) inert gaz, kaliy (Z=19) ishqoriy metall. Shunday qolni kripton (Z=36) va rubidiy, ksenon (Z=54) va tseziy (Z=56), radon (Z=86) va fransiy (Z=87) juftlarida ham kuzatishimiz mumkin. Bu elementlar bitta elektroni bilan farq qilgani holda, birinchilari asl gaz, ikkinchilari esa ishqoriy metallardir. Buni sababini ham tushuntirib berish kerak edi. Atomning tartib raqami ortgan sari uning o`lchami uzuluksiz kichiklashib borishi kerak, chunki yadro zaryadi ortgan sayin Kulon tortishish kuchlari ham ortib boradi. Lekin amalda esa atomlarni o`lchami bir davr elemenlaridan boshqa davr elemenlariga o`tganda uzluksiz holda emas, aniq bir qiymatni olgan holda keskin ortib ketadi
Masalan, bunga misol qilib ikkinchi davr oxiridagi ftor bilan uchinchi davr boshidagi natriyni olishimiz mumkin. Atom o`lchamini bir davrdan boshqa davrga o`tganda keskin o`zgarib ketishini nima bilan izohlashni Pauli tomonidan takidlash prinsipi yaratilguncha bilishmadi. Hozirgi vaqtda davriy sistemadagi barcha elementlarning elektronlari Pauli prinsipiga bo`yin so`ngan holda energetik sathlar bo`yicha qanday taqsimlanishi ma`lum . Biz birinchi element vodoroddan boshlaylik. Uning bittagina elektroni bor. Bu elektron Pauli va minimal energiya prinsipiga asosan n=1, l=0, m=0, s=-1/2 kvant sonlar bilan ifodalanuvchi 1-jadvalda keltirilgan 1S energetik sathni egallaydi. Geliy atomida ikkita elektron 1s holatda spinlari antiparalell bo`lgan holda joylashadi, va 1s2 ko`rinishida (1s holatda 2 ta elektron) yozildi. Geliyda K-qobiq 2 ta elektron bilan to`ladi, natijada davriy sistemadagi I davr tugaydi. Litiydagi (Z=3) uchinchi elektron Pauli prinsipiga ko`ra to`lgan K-qobiqda joylashishi mumkin emas, u n=2 bo`lgan L-qobiqdagi eng kichik 2s energetik sathni egallaydi. Litiyda elektronlarni qobiqlar bo`yicha taqsimlanishi 1s22s ko`rinishda belgilanadi. To`rtinchi element Be-bereliyda (Z=4) ikkinchi qobiqdagi 2s qobiqcha to`ladi. Bereliydan keyingi B(Z=5) dan boshlab Ne (Z=10) gacha bo`lgan oltita elementda 2p qobiqchani to`lishi tugallanadi. Sistemani II davri asl gaz neon bilan tugaydi. Neonda L- qobiq to`lgan bo`ladi. Natriydagi (Z=11) o`n birinchi elektron M-qobiqdagi eng quyi sath 3s da joylashadi. Unda elektronni qobiqlarda taqsimlanishi 1s2 2s2 2p6 3s1 ko`rinishida belgilanadi. Natriydagi 3s va litiydagi 2s-sathlarda bittadan elektron bo`lgani uchun ularning kimyoviy va fizik xossalari o`xshash bo`lib, ishqoriy metallar guruhiga kiradi. Ugleroddan (Z=12) boshlab M-qobiqni to`lishi boshlanadi va argonda (Z=18) tugaydi. Argon ham He, Ne ga o`xshab asl gazdir. III-davr argon bilan tugaydi. Kaliyning (Z=19) optik va kimiyoviy xossalari xuddi Li va Na atomlariga o`xshaydi. Bu shundan dalolat beradiki, elektronlarning o`zaro ta`siri tufayli n=4, holat n=3, l=2 holatga qaraganda kichik energiyasiga ega bo`lib qolar ekan. Shuning uchun kaliyning 19-elektroni M-qobiqining 3d qobiqchasida joylashmasdan N qobiqning 4s qobiqchasida joylashar ekan. Natijada kaliy ham ishqoriy metall bo`lib qoladi.
Kalsiyning (Z=20) spektroskopik va kimyoviy xossalari ham uni 20-elektronini 4s sathda joylashganini ko`rsatadi. Keyingi 21-element Sс -skandiydan boshlab M-qobiqni 3d qobiqchasi ham to`la boshlaydi va uni to`lishi Zn-tsinkda (Z=30) tugaydi. Keyingi N -qobiqni to`lishi Kr-kriptonda (Z=36) tugaydi. Ne va Ar ga o`xshab, kriptonni ham tashqi s va p qobiqchalari to`lgan bo`ladi. IV davr shu krypton - asl gazi bilan tugaydi. Shunday mulohazalar Mendeleyev jadvalidagi boshqa elementlarga ham tegishli. Yana shu narsani aytib o`tish kerakki, elementlarning keyingi davrlari ham ishqoriy metallardan boshlanib, asl gazlarda tugaydi. Keyingi asl gazlarning ham oxirgi tashqi s va p-qobiqchalari to`lgan bo`ladi. Davriy sistemadagi lantanidlar deb ataluvchi bir guruh elementlarni (lantandan (Z=57) boshlab lyuteytsiygacha (Z=71) xossalari bir biriga juda yaqin bo`lgani uchun bir katakka, yana aktinidlar nomini olgan bir guruh elementlarni (aktiniydan (Z=89) boshlab lourensiygacha (Z=103) yana bir boshqa katakka joylashga to`g`ri keldi. Chunki, aktinidlarning ham xossalari bir-biriga juda o`xshash. Lantanidlarning xossalari o`xshash bo`lishiga tashqi p qobiqlarda bir xil, ya`ni 6s va 7s sathlarda ikkitadan elektron bo`lishi sabab bo`ladi. Shunday qilib davriy sistemadagi elementlarning xossalarini bir-biriga yaqin bo`lishiga ularning tashqi elektron qobiqini o`xshashligi sabab bo`lar ekan. Masalan, asl gazlarning hammasining tashqi qobiqida 8 tadan elektron bo`ladi. Ya`ni doimo s va p-qobiqcha elektron bilan to`lgan bo`ladi. Ishqoriy metallarning ( Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) S-qobiqchasida doimo 1 tadan elektron, ishqoriy-yer metallarida (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) S- sathda 2 tadan elektron, gologenlarining (F, Cl, Br, J, At) tashqi qobiqini to`lishiga bittadan elektron etishmaydi. 15. Rentgen nurlanishi. Mozli qonuni. Yuqorida biz atomning elektron qobiqini tuzilishini o`rganish ularning chiziqli spektrini tekshirishga asoslanganligini aytib o`tgan edik. Atomning ko`zga ko`rinadigan, ultrabinafsha va infraqizil sohalardagi spektri uning tashqi elektron qobiqi haqida ma`lum ot bersa, atomdan chiqadigan rentgen nurlari, uning ichki elektron qobiqi tuzilishi haqida ma`lum ot beradi. Rentgen nurlarini 1895 yilda nemis fizigi Vilgelm Rentgen (1845-1923) kashf etgan. U bu kashfiyoti uchun 1901 yilda birinchi bo`lib Nobel mukofotini olishga sazavor bo`lgan. V.Rentgen o`zi kashf etgan nurlarni dastlab X-nurlar deb atagan, keyinchalik bu nurlar uni nomi bilan ataladigan bo`ldi. V.Rentgen bu kashfiyotini katod nurlarini o`rganish vaqtida tasodifan topdi. U tajribalaridan birida katod nayini qora kardon qog`oz bilan yaxshilab o`radi. Xonani qorong`i qilib, katod nayida razryad hosil qilganda xonani boshqa tomonida u qandaydir nurlanishni ko`rdi. Ma`lum ki, katod nurlari (elektronlar oqimi) havoda bir necha santimetr masofagacha tarqalishi mumkin xolos. Tajribani takrorlaganda ham, yana bu hol takrorlandi. Xonani yoritib qarasa, nurlanayotgan narsa, qurilma yaqinidagi flyuoressensiyalanuvchi ekran ekan. Shunda Rentgen yangi nurlanish turiga duch kelganini tushundi. Keyinchalik ma`lum bo`ldiki, rentgen nurlanishi katta tezlikdagi elektronlarni keskin tormozlanishi natijasida hosil bo`lar ekan.
Rentgen nurlari 1-rasmda sxemasi tasvirlangan rentgen trubkasida hosil qilinadi. Maxsus transformatorga ulanadigan volfram sim katod (K) vazifasini o`taydi. Katod va anod (A) orasida hosil qilinadigan elektr maydon katoddan uchib chiqayotgan termoelektronlarni tezligini ortiradi. Yetarlicha katta kinetik energiyaga erishgan elektronlar volfram yoki platinadan qilingan anod mishenni ichiga kirib borish vaqtida keskin tormozlanishi natijasida rentgen nurlari hosil bo`ladi. Bu nurlar to`lqin uzunligi 10-12–10-8 oralig`ida bo`lgan elektromagnit to`lqinlardan iborat. Rentgen nurlarining elektromagnit to`lqin tabiati ularning kristallardan o`tishdagi difraksiyasi orqali isbotlangan. Buni biz optika bo`limida ko`rib o`tgan edik. Rentgen nurlarining spektral tarkibi murakkab bo`lib, elektronlar energiyasiga va anod materiallarining turiga bog`liq.
2-rasmda rentgen nurlari spektrining tipik shakli tasvirlangan. Rentgen nuri spektri qisqa to`lqin uzunlik tomondan chegaralangan min tutash va tutash spektr sohasida joylashgan katta intensivlikdagi bir necha chiziqli ( 1, 2, ...) spektrlar yig`indisidan iborat. Tajribani ko`rsatishicha tutash spektr anod materialiga bog`liq bo`lmay, u faqat anodga urilayotgan elektronning energiyasiga bog`liq bo`lib, elektronlarning anodga urilishi natijasida tormozlanishi tufayli hosil bo`lar ekan. Shuning uchun ham rentgen nurining tutash spektri tormozlanish spektri deb ham ataladi. Bunday xulosa nurlanishning klassik nazariyasiga ham mos keladi, ya`ni bu nazariyaga ko`ra zaryadli zarrachalar tormozlanganda tutash spektrli nurlanish hosil bo`lishi kerak. Agar anod va katod orasidagi kuchlanishni ortirib borsak, tutash rentgen nurini qisqa to`lqin uzunlik tomondagi chegarasi ham qisqa to`lqin uzunlik tomonga siljib boradi (3-rasm). Rentgen nuri tutash spektrini qisqa to`lqin uzunliklar sohasidagi keskin chegarsini faqat kvant nazariya asosida tushuntirish mumkin. Agar elektronning kinetik energiyasi to`liqicha nurlanishga sarflansa, nurlanish chastotasi eng katta yoki nurlanish to`lqin uzunligi eng kichik bo`ladi, ya`ni eU= Bu ifoda tajriba natijasiga mos keladi. Katod va anod orasidagi patentsiallar farqi qancha katta bo`lsa, shuncha qisqa uzunlikdagi rentgen nuri hosil bo`ladi. "Spektrning katta to`lqin uzunliklar sohasi qanday tushuntiriladI?" degan savol tug`ilishi mumkin. Tormozlanish vaqtida hamma elektronlarning ham energiyasi to`liqicha nurlanishga aylanmaydi, ularning energiyasining bir qismi issiqlikga aylanishi mumkin. Shuning uchun energiyaning issiqlikka aylanishi ortgan sari kvantlar soni kamayadi, to`lqin uzunligi esa ortadi. Tutash rentgen spektrini qisqa to`lqin uzunliklar sohasidagi chegaraviy to`lqin uzunlikni o`lchab (15.1) formula bilan Plank doimiysini katta aniqlikda hisoblash mumkin. Rentgen qurilmasini anodiga kelayotgan eletronlar tuzilishiga bog`liq energiyasi oshishi bilan tutash rentgen nuri spektri ichida anod materialiga bog`liq bo`lgan katta intesivlikdagi bir necha chiziqli spektrga ega bo`lgan harakteristik rentgen nurlanishi paydo bo`ladi. Bu nurlanishni hosil bo`lish jarayoniga to`xtalaylik. Atomning tashqi elektron qobiqidagi elektronlarni qo`zgalgan holatga keltirish uchun 0,1-10 eV atrofida energiya kerak. Bunda atom turgun holatga qaytayotganda IQ, UB yoki ko`zga ko`rinadigan sohadagi chiziqli spektrli yoruglik chiqaradi.
Atomning yadroga yaqin joylashgan elektron qobiqini ko`zgalgan holatga keltirish uchun,1-10 eV atrofida energiya kerak bo`ladi. Shuning uchun rentgen qurilmasi anodiga bir necha ming volt (40-80 kV) kuchlanish berilganda unda harakteristik rentgen nurlanishi chiqishi kuzatiladi. Bunda anodda tormozlanayotgan elektronlarning bir qismi anod materiali atomlarining ichiga kirib, bu atomlarning K,M,... qobiqlardagi biror elektronni urib chiqarishi mumkin. Masalan, K- qobiqdagi biror elektron atomga yuborilayotganligi tufayli, uning bo`sh o`rniga L yoki M qobig`idagi elektron kelishi mumkin. Natijada harakteristik rentgen nurlanishning K-seriyalari hosil bo`ladi. Ma`lum ki K-qobiqdagi elektron atom bilan mustahkam bog`langan, L-qobiqdagi elektron esa zaifroq, M-qobiqdagisi undan ham zaifroq bog`langan. Shuning uchun LK o`tishda vujudga keladigan xakteristik rentgen nurlanishi kvantining energiyasi K va L qobiqlardagi elektronlarning bog`lanish energiyalari farqiga teng bo`ladi. Harkteristik rentgen spektrning K, L, M va N seriyalarining vujudga kelish sxemasi 4- rasmda tasvirlangan. Ma`lum bir seriyaga kirgan chiziqli spektrning tartibi ortgan sayin to`lqin uzunligi kamayib boradi. Agar anod materiali atom massasi og`irroq metal bilan almashtirilsa, harakteristik rentgen nurlarini tarkibi o`zgarmaydi, ammo butun spektr qisqa to`lqin uzunlik tomonga siljiydi. Ma`lum bir bosh kvant soniga mos kelgan harakteristik rentgen nurlari ham orbital va magnit kvant sonlarini qiymatiga qarab bir necha spektral chiziqlarga bo`linib ketishi mumkin. Ingliz fizigi G.Mozli (1887-1915) 1913 yilda turli elementlarning harakteristik rentgen nurlari spektrini o`rganib, uni nomi bilan ataluvchi va quyidagi formula bilan ifodalanuvchi qonunni aniqladi: =R(Z -)2 bunda, Z-elementlarning yadro zaryadi soni,
R-Ridberg doimiysi, -ekranlash doimiysi, m=1,2,3..., qiymatlarni, n esa n=m+1 qiymatlarni qabul qiladi. Ekranlash doimiysi ning ma`nosi shundan iboratki, u ichki qobiqdagi "bo`sh" o`ringa tashqi qobiqlardan kelayotgan elektronga yadroning hamma Z e zaryadi ta`sir etmay, elektronlarning ekranlash ta`siri tufayli kuchsizlangan (Z-) e zaryad ta`sir etishini ko`rsatadi. Masalan, K seriyaning K chiziqi uchun faqat bitta elektron ekranlovchi ta`sir ko`rsatgani uchun =1 bo`lib Mozli qonuni =R(Z -1) ko`rinishda yoziladi. Mozli qonunning yana bir muhim tomoni shundan iboratki, u harakteristik rentgen nuri chastotasi bilan elementning yadro zaryadi Z ni, ya`ni davriy sistemadagi o`rnini bog`laydi. Bundan elementning davriy sistemasidagi o`rnini aniqlashning yangi usuli kelib chiqadi. Shunday yo`l bilan sistemadagi elementlarning o`rniga aniqlik kritildi. Bu qonun yordamida argon bilan kaliy, kobalt bilan nikel o`rinlari almashtirildi. Shuningdek H2 va He o`rtasida bo`lishi tahmin qilingan foton deb atalgan element bo`laolmasligi tasdiqlandi. Chunki protonlar soni kasr qiymatiga ega bo`laolmaydi. Endi rentgen nurlarini ko`llanilishiga to`xtalib o`taylik. Rentgen nurlari yordamida kristall moddalardagi atomlarning joylashishini, kristallarning sofligini va joylashish vaziyatini, qotishmalariga termik va plastik ishlov berganda, ularda bo`ladigan o`zgarishlarni, qotishmalar olishda texnologik jarayonlarni, qattiq jismlardagi va tirik organizmlarda nuqsonlarni va boshqa narsalarni tekshirish mumkin. Rentgen nurlarining ajoyib xususiyatilaridan biri shundaki, ular yoruglik nurlari uchun shaffof bo`lmagan jismlardan o`ta oladi. Aniqrog`i, rentgen nurlarining bir qismi jismda yutiladi, qolgan qismi esa jismdan o`tib ketadi. Jismning zichligi, qalinligi qanchalik kam bo`lsa, u shuncha rentgen nurlarini kam yutadi.
Demak, zichligi kamroq jismlar rentgen nurlari uchun shaffofroq hisoblanadi. Uning bu xususiyatidan meditsina, metallurgiya, mashinasozlik va texnikaning boshqa sohalarida keng foydalaniladi. Masalan, 5-rasmda jism ichidagi nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladigan qurilma sxemasi ko`rsatilgan. Agar jismdagi nuqsonni zichligi jismning boshqa sohalarining zichligidan kichikroq bo`lsa, rentgen nurlari bu nuqsondan o`tishda kamroq yutiladi, natijada ekranda uni shakli yorug`roq bo`ladi. Aksincha, nuqsonni zichligi kattaroq bo`lsa, ekranda uning shakli xirraroq bo`ladi. Kerak bo`lgan hollarda ekran o`rniga fotoplastika qo`yib, nuqsonni rasmini olish ham mumkin. Bayon qilgan bu usul rentgennodefektoskopiya deb ataladi. Yüklə 10,23 Mb. Dostları ilə paylaş:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(15.1)
(15.2)
