Atom tuzilishining modellari. Vodorod atomining bor nazariyasi 1-§. Atom tuzilishining modellari

4.5-§. Atom tuzilishining planetar modeli
Rezerford o‘tkazgan tajribalari asosida atom tuzilishining planetar modelini yaratdi. Bu modelga asosan atom markazida o‘lchami juda kichik (10^–14m) va zaryadi +Ze bo‘lgan og‘ir yadro turadi. Yadro atrofida Quyosh atrofida harakatlanayotgan planetalar singari manfiy zaryadlangan Z sondagi elektronlar doiraviy va elliptik orbitalarda harakatlanadi. Atom tuzilishining bu modeli dinamik planetar modelidir. Agar bu model statik model bo‘lganda
edi, u vaqtda kulon tortishish kuchlari ta’sirida yadroni o‘rab turgan barcha elektronlar yadroga tortilgan bo‘lar edi. Dinamik planetar modelda esa og‘ir yadro qo‘zg‘almas deb qaraladi. Elektronlar esa yadro atrofida doiraviy va elliptik orbitalarda harakatlanadi (4.5-rasm).

Eng oddiy atom vodorod atomining planetar modelini ko‘rib chiqaylik. Oddiylik uchun massasi m va

manfiy zaryadli elektron atomning markazida joylashgan zaryadi +e bo‘lgan proton atrofida doiraviy orbita bo‘ylab

harakatlanadi (4.6-rasm). Birinchi yaqinlishishda massasi elektron massasidan 1836 marta katta bo‘lgan protonning harakatini hisobga olmaslik mumkin. Elektronni orbitada ushlab turgan kuch proton va elektron orasidagi Kulon o‘zaro tortishish kuchidir. Bu kuchni quyidagicha ifodalash mumkin:

F =	1		e^2	.	(4.14)
	40		r 2
87

Bu formulada r – elektronning doiraviy orbitasi radiusidir. Nyutonning ikkinchi qonuni asosida (4.14) ifodani quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:

			1	×	e2	= m	2	.	(4.15)
		40			r ^2		r
(4.15) formulada	 2		= r		– markazga intilma tezlanish. (4.15)
	r

formuladan foydalanib, klassik yaqinlashishda elektronning kinetik energiyasini quyidagi ko‘rinishda ifodalash mumkin:

Ek=	1	m	2	=	1		e2	(4.16)
	2				80		r

Atom tizimining potensial energiyasi esa:

En= -	1	×	e^2	(4.17)
	40		r

(4.17) formulada (–) ishora atom tizimida tortishish kuchlari ta’sir qilishini bildiradi. Atom tizimining to‘liq energiyasi kinetik va potensial energiyalar yig‘indisiga teng:

E = Ek+ En= -	1		e2	(4.18)
	80		r

Atom tizimi bog‘langan tizimdir. Elektronning bog‘lanish energiyasi elektronni atomdan ajratish uchun yetarli bo‘lgan eng kichik energiya miqdori yoki atomni ionlashtirish energiyasi ham deyiladi. Tajriba yo‘li bilan vodorod atomi uchun bog‘lanish energiyasi –13,53 eV ekanligi aniqlangan. Bu qiymatni (4.18) formuladagi Ye o‘rniga qo‘yib, atom radiusi r =0,53∙10^–10m=0,53 Å ekanligini hisoblash mumkin. Radiusning bu qiymati r=r₁ – Bor radiusi deb qabul qilingan. Elektronning orbitadagi chiziqli tezligi, uning orbitada aylanish chastotasi bilan quyidagi munosabat orqali bog‘langan:

r 2fr

(4.19)

(4.19) formuladan  ning qiymatnini (4.16) formulaga qo‘yib quyidagi ifodani hosil qilish mumkin:

88

4.7-rasm

m(2fr)^2	1		e^2	(4.20)
	40		r

(4.20) formuladan elektronning yadro atrofida aylanish chastotasi f ni aniqlash mumkin:

f 	1		e2	(4.21)
	2		40mr^3

(4.21) formulaga r=0,53∙10^–10m, ye=1,6∙10^–19Kl, m=9,11∙10^–31kg qiymatlarni qo‘yib hisoblaganda, chastota f=7∙10^–15s^–1 ekanligi aniqlanadi. Bu qiymat f ning boshqa usullar orqali aniqlangan qiymatiga mos keladi.
4.6-§. Atom planetar modelining klassik fizika tasavvurlariga mos kelmasligi
Atom tuzilishini tushuntirishda muvaffaqiyatlarga erishilgan bo‘lsada, fiziklar oldida ayrim qarama-qarshiliklarni oydinlashtirish vazifasi turar edi. Masalan, klassik elektrodinamika qonunlariga asosan:
1. Atomning planetar modeliga ko‘ra, elektronlar yadro atrofida yopiq orbitalarda markazga intilma tezlanish bilan harakatlanadilar. Klassik fizika nuqtai nazarida elektronlar uzluksiz ravishda elektromagnit to‘lqinlar nurlashi kerak. Natijada elektronning energiyasi nurlanishga sarflanib asta-sekin kamayib boradi, bunda elektronlar orbitasi

ham uzluksiz kichrayib boradi. Bu vaqtda elektron juda qisqa vaqtda (10^–8s) yadroga tushib qoladi (4.7-rasm), bunda atom buziladi, uning barqarorligi yo‘qoladi. Bunday bo‘lishi esa mumkin emas. Demak, klassik fizika nuqtai nazarida

89

atom planetar modeli tuzilishida mavjud bo‘la olmaydi. Planetar model atomning barqarorligini tushuntira olmaydi.

2. Klassik fizika nuqtai nazaridan atom nurlaydigan energiya chastotasi elektronning yadro atrofida orbita bo‘ylab aylanish chastotasiga teng bo‘lishi kerak. Bunda atom chiqaradigan nurlanish energiyasi spektri uzluksiz bo‘ladi va elektron yadro atrofida mumkin bo‘lgan barcha orbitalarni chizadi. Bu vaqtda atomlar juda qisqa vaqt oralig‘ida buzilishi kerak. Bu ko‘rilgan har ikki mulohaza ham tajriba natijalariga ziddir. Tajriba natijalari atomning barqaror tizim ekanligini, atom spektrlari diskret energiyali spektral chiziqlar to‘plamidan iborat bo‘lgan chiziqli diskret spektr ekanligini, atomdagi elektron orbitalar diskret ekanligini ko‘rsatadi. Shunday qilib, bir tomondan Rezerford tajribalari atom tuzilishining planetar modelini tasdiqlaydi. Ikkinchi tomondan atom planetar modeliga va klassik fizika tasavvurlariga asoslanib, tajribada kuzatilgan bir qator natijalar va qonuniyatlarni tushuntirib bo‘lmaydi. Planetar model atomning barqarorligini va atom nurlanish spektrlarining diskretligini tushuntira olmadi, ya’ni atomning energiya chiqarish va yutish jarayonlarini tushuntira olmadi. Bunday qarama-qarshiliklarni bartaraf qilish uchun fizikaga yangi tushunchalarni kiritish talab qilinar edi. Bunday tushunchalar 1913-yilda daniyalik fizik Nils Bor tomonidan kiritildi.