2- mavzu. Atom tuzilishi. Rezerford tajribasi va formulasi Ma`ruza mashg`ulotini o`qitish texnologiyasi

2- mavzu.
Atom tuzilishi. Rezerford tajribasi va formulasi
1. Ma`ruza mashg`ulotini o`qitish texnologiyasi

Atomning murakkab tuzilishi haqidagi tasavvur XIX asrning oxirida paydo bo`lgan. Ungacha atomni bo`linmas zarra deb qaralgan. Ushbu g`oyani grek faylasufi Demokrit ilgari surgan. XIX asr oxiridagi 3 ta buyuk kashfiyot (elektron, rentgen nurlari va radioaktivlikning kashf etilishi) atomni murakkab tuzilishga ega ekanligini ko`rsatib berdi. Shundan so`ng olimlar atom tuzilishini o`rgana boshladilar.

Atomning birinchi nazariy modelini 1903 yili Tomson taklif etdi. Uning fikriga ko`ra atom musbat zaryad bilan bir tekis to`ldirilgan sferadan iborat bo`lib, uning ichida elektron joylashgan bo`ladi. Sferaning yig`indi musbat zaryadi elektron zaryadiga teng bo`lib, atom bir butun holatda neytraldir. Atomning massasi uning butun hajmi bo`ylab bir tekis taqsimlangan. Atom ichida kuchli elektr maydon hosil bo`lmaydi.
Bu atom radiusini baholaylik. Atom chiqarayotgan spektr xarakterini tushuntirish uchun bu atomdagi elektron tebranma harakat qiladi va muvozanat holatida kvazielastik kuch bilan tutib turiladi deb qaraladi.
R radiusli atomda biror yo`l bilan muvozanat holatdan chiqarilgan elektron

tsiklik chastota bilan tebranadi. Bu ifodadan

ekanligini topish mumkin. Elektronning tsiklik chastotasi ni yuqoridagi ifodaga olib kelib qo`yilsa,

hosil bo`ladi. Nurlanayotgan atom mkm uzunlikdagi nur chiqarayotgan bo`lsa, bundan tashqari SGSe z. b., g, sm/s ekanligi hisobga olinsa, u holda ekanligini topish mumkin. Demak, atom radiusining tartibi 10^-10 m ni tashkil qiladi. U atomning gazokinetik o`lchamlari bilan mos tushadi.
Ushbu modelning to`g`riligini tekshirish maqsadida Rezerford tajriba o`tkazdi. Rezerford bunda zarralar oqimi bilan oltin fol`gani bombardimon qildi. Atomning Tomson modeli to`g`ri bo`lsa, bunday zarralar fol`gadan ta`sirlashmasdan o`tishi kerak edi. Tajribadan shu narsa ma`lum bo`ldiki, oltin fol`ga orqali o`tayotgan zarralar fol`gadan turli burchaklarga sochila boshladilar. Sochilgan zarralar orasida 180⁰ burchakka sochilganlari ham bo`ldi. Tajriba natijalaridan kelib chiqqan holda Rezerford atom Tomson modelining noto`g`ri ekanligini aniqladi. U shu natijalar asosida Rezerford atomning planetar modelini taklif qildi. Bu modelga asosan, har qanday atom uning massasining asosiy qismini o`zida mujassamlashtirgan va musbat zaryadlangan yadro hamda uning atrofida doiraviy orbita bo`ylab harakatlanadigan elektronlardan tashkil topadi. Ushbu model` Quyosh sistemasiga o`xshab ketganligi sababli uni atomning planetar modeli deb ataldi.
Tajriba natijasining to`g`riligini Rezerford o`zining nazariy formulasi orqali ham isbot qilib berdi. Biror yadroning kulon maydonida burchakka sochilgan zarralarning nisbiy soni orqali ifodalangan Rezerford formulasi quyidagicha yoziladi:
,
bu erda n-fol`ga kontsentratsiyasi, d-fol`ga qalinligi, T-zarraning kinetik energiyasi, -elementar fazaviy burchak.










Klassikalıq elektrodinamika boyısha elektromagnit nurlanısh zaryadlarnıng terbelisi na’tiyjesinda payda boladı va onıng jiyiligi, zaryadlardıng terbelis jiyiligine sa’ykes keladi. Bu na'rsege Gerts vibratorın mısal etip ko’rsetish mumkin. Atomnıng klassikaliq elektrodinamikag’a asoslangan birinchi modelin J.J.Tomson (1856-1940) 1903 jılı usıngan. Bu modelge muwapıq atom shar formasıda bolıp, onıng putin ko’lemi boyınsha ong zaryadlar bir tegis bo’listirilgen. Usı on’ zaryadlar arasında elektronlar va jaylasqan bolıp, olardın’ sanı on’ zaryadlar sanına teng bolg’anı ushın atom neytral hisoblanadı. Elektron teng salmaqlık jag’dayınan jıljıganda onı tensalmaqlıq jag’dayına qaytarıwshı serippelilik kushine uqsas kush payda boladı. Usı kush ta’sirinde elektron garmonikaliq terbelmeli ha’reket qıladı. Maksvellding elektromagnit tolqın teoriyasına muwapıq elektron atomda terbelmeli ha’reket jasaganı ushın atom monoxramatik elektromagnit tolqın shıg’aradı. Nurlangan elektromagnit tolqın jiyiligi elektronnıng terbelis jiyiligine sa’ykes keladi. Tomson usı atom modeli menen atomnıng nurlanısh spektri sızıqlı bolıwın tusindirip beradi. G.N.Lorents, Tomsonnıng bul atom modeli tasosida jaqtılıq dispersiyasınıng elektron teoriyasın jarattı. Bul teoriya normal va anomal dispersiyalardı tusindirip berdi. O`z vaqtında atomnıng Tomson modeli fizikada katta ro’l oynadı. Biraq bu model uzaq yashamadı. İnglis alımı Rezerford radioaktiv zatlardan shıg’ıwshı - - bo’leksheleri juqa metall qatlamınan o’tkanda shashırawın uyrenip, 1911 jılı atom duzilishining yangi modelin jarattı. - bo’leksheler menen ta’sirlesip atırg’an moddaning atom tuzilishin bilish ushın aldın  - bo’leksheninh o'zininh ta’biyatıni bilish kerek edi. Shunıng ushın Rezerford  -zarraning zaryadın, massasın va tezligin anıqladı. Rezerford va Geyger radioaktiv zattan shıg’ıp atırg’an -zarralardi Faradey tslindriga toplap, elektrometr ja’rdeminde unıng zaryadı ong bolıp, eki elektron zaryadıga (q = 2e) teng ekanligin anıqladı.  -bo’lekshelerning magnit maydanında awısıwına qarap, onıng massası, (H) vodorod atomı massasına, yag’nıy geliy atomı massasına tengligi anıqlandı. Radioaktiv zattan ushıp shıg’ıp atırg’an -zarralarnin’ tezligi 10<sup>7</sup>m/s atrapında bolıp, ular bir qansha kata kinetik energiyaga ega. Rezerford -zarralar jolıga kishkena domalaq san’laqlı tosıq qoyıp, san’laqtan shıg’ıp atırg’an -zarralar da’stesining qalınglıg’ı 1 mkm ge jaqın bolgan altın qatlamına (fol`ga) qarata bag’ıtladı. Rezerford ta’jriybesining sxeması 3-rasimdae ko’rsetilgan. Altın qatlamınan o’tken -zarralar nurlanıshı (lyuminestsentsiyalanıwshı) ekran arqalı yamasa fotoqag’az yardaminda hisobga olınadı. Ta’jriybedan shu na’rse ma’lim boldı, -zarralarning juda ko’p bo’legi altın qatlamınan hesh qanday tosıqqa ushramay o’tip ekranga barıp tusedi ekan. Biraq ayırım -zarralarda altın qatlamınan o’tiwde 10⁰, 15⁰, 20⁰ burshaklarga awısıwı baqlanadı. Yana de az sandagı -zarralar (shama menen 8000 nan birewi) 90⁰ tan ulken bolgan muyeshke awısadı ekan. Ha’tteki (shama menen 20000 nan birewining) altın qatlamınan arqag’a qaytg’anı va esapqa alındı (4-rasm. 4-rasmda yadro kishkene shar formasıda suwretlengen. - zarraning ha’reket traektoriyası strelka menen ko’rsetilgan. Suwrettegi  - -zarraning daslepki bagıtı menen yadro arasıdagı aralıq,  - -zarraning burılısh burshagi.
Rasdan ko’rinadiki,  -zarraning burılısh burshagi jol menen atom yadrosı arasındagı aralıqqa baylanıslı. Rezerford bul aralıqtı nıshan aralıgı dep nomladi. Bu ta’jriyba na’tijeleridan Rezerford to’mendegi ush qulasa shıg’ardı.


1 -zarralarning ayırımlarınıng altın qatlamınan o’tiwde burılıwına altın atomları quramındagı ong zaryadlar menen o’z-ara ta’siri tiykarg’ı sebepshi boladı.
2. - zarralarning ko’p bo’legining hesh qanday tosqınlıqqa ushramay altın qatlamınan o’tip ketishi atom quramıdagı ong zaryadlar atom orayıdagı juda va kichi ko’lemli yadroga toplanganlıgıni kursatadi.
3.  -zarralarning altın qag’azıdan arqag’a qaytıwı ong zaryadlı atom yadrosınıng massası -zarralarning massasınan bir neche ma’rte ulken ekenligin va atom massasın tiykarınan usı kishi ko’lemli yadro quraytug’ının kursatadi.
Rezerford joqarıdag’ı juwmaqları tiykarında atomnıng yadro modelin jarattı. Bul modelge muwapıq atom orayında ong zaryadlı yadro jaylasqan. Yadro menen elektronlar o’z-ara ta’sirlesiwi na’tiyjesinde elektronlar yadro a’trapında shenber formasındagı orbitalar boylap aylanadı. Yadro kushleri maydanı orayga umtılıwshı kush wazıypasın orınlaydı. Yadro atrapında aylanıp atırg’an elektron ushın N`yutonnıng 2-nızamı to’mendegi ko’riniste yazıladı.

Bunda  - elektronnıng orbitadagı tezligi
r - orbita radiwsı.
Elektronlardıng ulıwma zaryadı, yadrodag’ı ong zaryadlarnıng ulıwma zaryadıga teng bolganı ushın atom elektr zaryadına iye emes. 5-rasmdagi Rezerfordnıng atom yadro modeli boyınsha vodorod, geliy va litiy atomlarınıng duzilisi suwretlengen.
3.Rezerford ta’jriybege va atom yadro modeline tiykarlanıp atom zaryadın va o’lshemin anıqlawg’a eristi. Yadronıng zaryadı elektron zaryadına eseli bolıp,
Q=+Ze
ekenligi anıqlandı. Bunda Z – elementting Mendeleev periodlıq sistemasındag’ı tartip nomeri.


Rezerford jane sol narsege anıqlıq kiritadi, elementting periodlıq sistemadagı ornı Mendeleev ko’rsetgenindey, unıng atom massası menen emes, ba’lki yadro zaryadı menen anıqlanar eken. Rezerford ayırım elementlerning periodlıq sistemadagı ornına duzetiwler kiritti, yag’nıy olardın’ ta’rtip nomerlerin o’zgertti.
Rezerford atom yadrosının’ o’lshemin qanday anıqlag’anın ko’rip o’teyik. Ma’selen -bo’lekshe bazı bir element atom yadrosına oraylıq urılsın. Haqıyqatında -bo’lekshenin’ yadro menen soqlıg’ısıwı bolmaydı. Sebebi,  - bo’lekshe yadrog’a qandayda aralıqqa jaqınlasıp barıp, son arqag’a qaytadı. -bo’lekshenin’ kinetikaliq energiyası qansha ulken bolsa, ol yadrog’a sonsha ko’birek jaqın baradı. Energiyanın’ saqlanıw nızamına muwapıq -bolekshenin kinetikaliq energiyasın yadro menen o’z-ara ta’sir potentsial energiyasına ten’leymiz.

 - bolekshenin tezligi v  10⁷ m/s, massası m_=4m_n =4^.1,67^.10^-26 kg, zaryadı’
q_=281,6^.10^-19 Kl va altın atomının’ periodlıq sistemadag’ı ta’rtip nomeri Z=79 ekenliginin esapqa alıp,

Ten’likten r₀ dı esaplaymız.

Tabılgan r₀ dın’ bul ma’nisi altın va -bo’lekshelerdin’ yadro radiuslarının’ jıyındısına ten’. Yadronın’ bul o’lshemi sha’rtli bolıp, ol  -bo’lekshenin’ tezligine baylanıslı. Ha’zirgi zaman usılları menen yadronın’ o’lshemi 10^-15m atrapında ekenligi anıqlang’an. Yadro fizikasında 10^-15 m uzınlıq 1 Fermi dep juritiledi. Elektronnın’ radiwsı va 1 Fermi atrapında ekenliginin esaplap tabıwımız mumkin. Elektrostatikadan belgili, zaryadlang’an o’tkizgish energiyası;
E₀ = e
formula menen esaplanadı.
Bul formulada e – elektronnın’ zaryadı, -o’tkizgish potentsialı. Elektrondı r₀ radiwslı shar dep alsaq, onın’ energiyası ushın

formulanı jazıwımız mumkin.
Eynshteynin’ arnawlı salıstırmalılıq teoriyasına muwapıq tınısh turg’an elektronnın’ energiyası;
E₀ = m_0e c²

Bunda m_0e-elektronnın’ tınıshlıktag’ı massası, E_o dın’ joqarıdag’ı an’latpaların bir-birine ten’lep, shamalardın san ma’nislerin qoyıp, elektronnın’ radiwsın esaplaymız:

Joqarıdag’ı na’tiyjeden ko’rinip tur, elektronnın’ radiwsı va yadro radiwsına jaqın eken.

Yadronın’ o’lshemi va massasın bilgen halda biz yadro zatının’ tıg’ızlıg’ın yesaplawımız mumkin. Yadronın’ massası ornına atom massasın alsa va boladı, sebebi elektronnın’ massası yen’ kishi atom-vodorod massasınan va 1836 ma’rte kishi. Bizge belgili, m_n = 1.67.10^-27kg bolg’anı ushın yadro tıg’ızlıg’ı ushın



Na’tiyjeni alamız.
Bunday tıg’ızlıq ha’zirgeshe ilimge ma’lim bolg’an en’ ulken tıg’ızlıq.
Rezerfordtın’ biz joqarıda ko’rip wo’tken atom yadro modelin ko’binshe atomnın’ planetar modeli dep te ataydı. Biraq bul juda qopal uqsatıw. Sebebi, Quyash va planetalar mexanikaliq sistema bolsa, atom yadrosı va elektronlar elektrodinamikaliq sistema. Quyash va planetalar o’z-ara gravitatsyaliq maydan arqalı tartısıp tursa, elektronlar yadrog’a Kulon nızamı menen anıqlanıwshı elektr maydanı kushleri arqalı tartısıap turadi. Rezerfordtın’ atom teoriyası ayırım element atomları yadro zaryadın va massasın anıqlap, olardın’ periodlıq sistemadag’ı wornına anıqlıq kiritgeni menen atomnın’ ko’p qa’siyetlerin tusindirip bere almadı. Ma’selen, atom sırtqı ta’sir sebepli yonlasıwı, yag’nıy ol shetki elektrondı jog’altıp on’ iong’a aylanıwı va ja’ne neytral atom halına qaytıwı mumkin. Bul protsessti Rezerford yadro modeli tusindirip bere almaydı. Bul model` yadro atrapında aylanıp atırg’an elektronnın’ orbitası ne sebepten statsyonar ekenine va juwap taba almaydı. Elektron yadro atrapında aylanar yeken, ma’lim tezleniwge iye boladı, sonın’ ushın atomnan elektromagnit nurlanıw shıg’ıp turıwı kerek. Na’tiyjede elektron orbitasının’ radiwsı qısqara barıp, ol spiral sıyaqlı traektoriya boylap aylanıwı kerek. Atom aldın uzın tolqın uzınlıqtag’ı jaqtılıq shıg’arıwı, spiraldın radiwsı qısqarıp elektronnın’ aylanıw jiyiligi artıwı na’tiyjesinde atom shıg’arıp atırg’an jaqtılıqtın’ tolqın uzınlıg’ı uzliksiz qısqarıp barıwı kerek. Esaplawlar sonı ko’rsetedi, elektron qısqa waqıt ishinde (~10<sup>-8</sup>s) yadro ustine tusip qalıwı na’tiyjesinde atom "buzılıwı" kerek edi. Bizge `belgili, bunday ha’l bayqalmaydı, atom statsyonarsha qaladı. Atomnan shıg’ıp atırg’an jaqtılıq spektri va uzliksiz bolmay, balki sızıqlı bolar. Ma’selen gaz atomları spektrı sızıqlı. Bunday sızıqlı spektrge mısal yetip vodorod atomı spektrin alıw mumkin. Atomlar spektri ne sebepten sızıqli bolıwın Rezerfordtın’ atom yadro modeli tusindirip bere almaydı. Demek, klassikaliq mexanika va elektrodinamikag’a tiykarlanıp jaratılg’an Rezerford atom teoriyası atom ishinde bolıp wo’tetug’ın protsesslerdi tusindiriwge jaramsız yeken. Sonnan keyin daniyalıq fizik-teoretik Nil`s Bor, M. Planktın’ energiya kvantı haqqındag’ı teoriyasın va ta’jriybede bayqalg’an vodorod atomı spektral seriyaların uyrenip, atom duzilisinin’ jan’a teoriyasın jarattı.
Bekkemlew ushın sorawlar:
1. Atom ha’diyselerin tusindiriwde klassikaliq fizikanın’ qıyınshılıqları aytıp berin’
2. XX–a’sir basındag’ı atom fizikasında qanday jan’alıqlar boldı ?
3 Atomnın’ Tomson modelin tusindirip berin’.
4. Rezerford ta’jriybesin aytıp berin’.
5. Yadronın’ o’lshemi, zaryadı va massası qalay anıqlaymız?
6. Atomnın’ yadro modelinin’ kemshiligin aytıp berin’.