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

4.7-§. Yadro zaryadini o‘lchash
Rezerfordning formulasida ((4.13) formula) Z dan boshqa barcha kattaliklar qiymati ma’lum yoki tajribada o‘lchash mumkin. Shuning uchun (3.13) formula sochuvchi yadro zaryadi Z soni elementning Mendeleev elementlar davriy sistemasida joylashgan tartib raqamiga teng. Bu esa elementlarning davriy tizimda atom massasining ortishiga qarab emas, balki element atomi zaryadi Ze ning ortishiga qarab jrylashganligini ko‘rsatadi Z ni aniqlash borasidagi tajribalar Chadvik tomonidan o‘tkazilgan. Haqiqatdan ham fluoressensiyali ekranga tushayotgan alfa-zarralar hosil qilgan ssintillyasiyalar soni N ni va  burchakka sochilgan alfa-zarralar hosil qilgan ssintillyasiyalar soni dN ni sanash orqali
dσ=dN/N
90

4.8-rasm
kattalikni aniqlash mumkin. Rezerford formulasining o‘ng tomoniga esa aniq bo‘lgan kattaliklar (n,e) yoki tajribada aniqlanishi mumkin bo‘lgan kattaliklar (M,²,) kiradi. Shunday qilib, Z ni topish uchun ekranga kelib tushgan alfa-zarralar soni N va ekranda hosil bo‘lgan ssintillyasiyalar (chaqnashlar) soni dN ni aniqlash kerak. dN va N larni o‘lchashdagi qiyinchilik, ularning bir-biridan katta farq qilishidir. Dastlabki tajribalarda ular turli qurilmalarda o‘lchandi, bu

esa katta xatoliklarga olib keldi. Chadvik tajribalarida bu kamchiliklar bartaraf qilindi. Chadvik dN va N larni bir tajriba qurilmasida sanadi (4.8-rasm). Shuning uchun Z ni yuqori aniqlikda o‘lchashga muvaffaq bo‘ldi.

Chadvik tajribasi quyidagicha: sochuvchi folga zar qog‘oz AA' xalqa shakliga ega. Alfa-zarralar manbai R va rux sulfididan (ZnS) yasalgan fluoressensiyalanuvchi S ekran AA' xalqadan bir xil r masofada joylashtirilgan. Ma’lum bir  burchakda sochilgan alfa-zarralar soni sanaladi. Bu burchak RS o‘q bilan R manbadan chiqib folgaga kelayotgan alfa-zarralar yo‘nalishi orasidagi burchakdan ikki marta katta bo‘lishi kerak. Xalqa ichida R va S orasiga alfa-zarralar uchun tiniqmas ekran qo‘yib faqat sochilgan alfa-zarralar soni dN ni sanash mumkin, aksincha AA' xalqani ekran bilan yopib, tushayotgan alfa-zarralar soni N ni sanash mumkin. Tushayotgan alfa-zarralar soni N juda katta bo‘lgani uchun uni sanash qiyin. Masalan, sochilgan-zarralarning chaqnashlari soni minutiga 30 ta bo‘lishi uchun tushayotgan -zarralarning soni N minutiga 2000 ga teng bo‘lishi kerak. Shuning uchun S ekran oldiga kichik tirqishi bo‘lgan aylanuvchi disk qo‘yiladi. Disk yordamida ekrandagi ssintillyasiyalar sonini bir necha marta kamaytirish mumkin. Shunday yo‘l bilan Chadvik platina, kumush, mis elementlari uchun Z ning qiymatini aniqlashga muvaffaq bo‘ldi: Pt (platina) uchun Z=77,4; Ag (kumush) uchun Z=46,3 va Cu (mis) uchun Z=29,3. Bu elementlarning

91

D.Mendeleev davriy tizimidagi o‘rni tegishlicha 78; 47 va 29 ga tengdir. Chadvik tomonidan o‘tkazilgan bunday tajriba yadro zaryadi soni elementning D.Mendeleev elementlar davriy tizimidagi tartib raqamiga teng ekanligini ko‘rsatdi.

4.7.1. Atom xususiyatlari
Yuqorida bayon qilingan tushunchalardan kelib chiqadigan asosiy xulosalar:

1. 
   Atom markazida musbat zaryadli og‘ir yadro joylashgan, uning atrofida Quyosh atrofida harakatlanayotgan planetalar singari manfiy zaryadlangan yengil elektronlar yopiq orbitalarda harakat qiladi. Bu atom tuzilishining planetar modelidir.
   
2. 
   Kimyoviy elementlarning D.Mendeleev davriy tizimidagi tartib raqami Z atom yadrosining zaryadi sonini bildiradi hamda atom elektronlar qobiqlaridagi elektronlar sonini ko‘rsatadi. Davriy tizimda elementlar atom massasining ortib borishi bilan emas, balki element zaryadi Zye ning ortishi bilan joylashadi.
   

3. 
   Atomning musbat zaryadi radiusi 10^–14m tartibda bo‘lgan kichik hajmda joylashgan. Atomning musbat zaryadli bu kichik hajm atom yadrosi deb aytiladi.
   

4. 
   Atomning deyarli barcha massasi (99,95%) atom yadrosida to‘plangan. Buning sababi yadroning “og‘ir” protonlardan va neytronlardan, elektron qobiq “yengil” elektronlardan tuzilganligidir (m_p=1836m_e, m_n=1838m_e, m_e=9,11×10^–31kg)
   

5. 
   Atomning o‘lchami 10^–10m tartibidadir.
   

Shunday qilib, yuqorida bayon qilinganlar bo‘yicha atom to‘g‘risida quyidagi asosiy tushunchalarga ega bo‘lish mumkin.

Atom moddaning eng kichik zarrasi bo‘lib, elementning barcha kimyoviy va fizikaviy xossalariga ega bo‘ladi. Atom musbat zaryadlangan yadro va yadroning Kulon elektr maydonida elektron qobiqlarda harakatlanuvchi manfiy zaryadli elektronlardan iborat. Atomning o‘lchami (radiusi) 10^–8sm=10^–10m tartibidadir. Atomning deyarli barcha massasi (99,95%) yadroda joylashgan. Buning sababi yadroning og‘ir proton va neytronlardan tashkil topganligidir.
Elektron qobiqlar esa, yengil elektronlardan tuzilgan (m_p=1836,15m_e; m_n=1868,38m_eva m_e=9,11∙10^–31kg=9,11∙10^–28g=0,000549 m.a.b.).
Atomning zaryadi uning juda kichik hajmida (o‘lchami ~10^–14m) bo‘lgan yadrosida to‘plangan. Yadro zaryadi esa +Ze ga teng (Z –
92

elementning Mendeleev davriy tizimidagi tartib raqami, ya’ni element yadrosi zaryadi soni). Atom elektron qobiqlaridagi elektronlarning manfiy zaryadlari yig‘indisi yadroning musbat (+Ze) zaryadiga teng. Bunday holda atom neytral deyiladi. Atom murakkab, barqaror elektr tizimidir. Barcha kimyoviy jarayonlar atom qobiqlarida elektronlarning qayta joylashishi tufayli yuz beradi. Atomning kimyoviy xossalari uning tashqi elektron qobiqlardagi elektronlari bilan aniqlanadi. Tashqi elektronlar yadro bilan kuchsiz bog‘langandir. Shuning uchun ularga qo‘shni atomlar tashqi kobiq elektronlarining elektr ta’siri kattaroq bo‘ladi. Atom elektron qobiqlarining tuzilishi va xossalari atom yadrosi elektr maydoni bilan aniqlanadi.
Eng oddiy atom vodorod atomidir. Vodorod atomi yadrosida bir proton va yadroning Kulon elektr maydonida elektron qobig‘ida harakatlanayotgan bir elektrondan iborat (4.6-rasmga qaralsin). Turli moddalar atomlarining o‘lchami turlicha bo‘ladi. Masalan, N (vodorod) atomi o‘lchami O (kislorod) atomi o‘lchamidan kichik, Na (natriy) atomi o‘lchami Cl (xlor) atomi o‘lchamidan kichik, O (kislorod) atomio‘lchamidan esa katta. Atom o‘lchami 10^–10m tartibida bo‘ladi.

Ion elektr zaryadiga ega bo‘lgan zarra bo‘lib, atom yoki molekulaning elektron yo‘qotishi yoki qo‘shib olishi natijasida hosil bo‘ladi. H⁺, Li⁺⁺, Be⁺⁺⁺ ionlar vodorodsimon ionlar bo‘lib, +Ze zaryadga ega bo‘lgan yadrodan va bir elektrondan iborat.

4.8-§. Bor postulatlari. Atom tuzilishining Bor nazariyasi
Klassik fizika qonunlari o‘z mohiyatiga ko‘ra, uzluksiz jarayonlarni ifodalashga qodirdir. Kimyoviy elementlar atomlari nurlanish spektridagi spektral chiziqlarning xarakteri atom ichidagi jarayonlar uzlukli ekanligini ko‘rsatadi. Buni birinchi bo‘lib Nils Bor tushundi va klassik fizika qonunlarini atom ichkarisidagi jarayonlarga tatbiq qilib bo‘lmasligini ko‘rsatdi.
Rezerfordning atom tuzilishi planetar modeli to‘g‘ri hisoblansada, lekin atomning energiya nurlashi jarayonini, atomlarning turg‘unligini tushuntirishda qiyinchiliklarga duch keldi. 1913 yilda Rezerfordning atom tuzilishi modeli daniyalik fizik Nils
93

Bor tomonidan mukammallashtirildi va bu qiyinchiliklar bartaraf qilindi.

Bor Rezerford tajribalarida kuzatilgan, lekin klassik fizika tushuntira olmaydigan natijalarni, qonuniyatlarni tushuntirishda o‘zining vodorod atomi tuzilishi modelini taklif qildi. Bor modeli vodorod atomi tuzilishining birinchi muvaffaqiyatli modeli bo‘lib, atom tuzilishi to‘g‘risidagi tasavvurlarning rivojlanishida muhim o‘rin tutdi. Bor modeli de-Broyl gipotezasining vujudga kelishida ham katta ahamiyatga ega bo‘ldi. Atom nurlanishi spektridagi qonuniyatlar, atomdagi energetik sathlar birinchi marta Bor tomonidan tushuntirildi. Vodorod atomi tuzilishining Bor taklif qilgan modeli uning quyidagi postulatlarida asoslanadi:

1. 
   Atom uzoq vaqt stasionar holatlarda bo‘la oladi. Atom stasionar holatlarda energiyaning E₁,E₂,E₃,...,E_n diskret qiymatlariga ega bo‘ladi. Atom stasionar holatlarda energiya nurlamaydi. Shuning uchun bunday holatlar stasionar holatlar deyiladi. Atomning stasionar holatlariga stasionar orbitalar mos keladi.
   
2. 
   Atomda bo‘lishi mumkin bo‘lgan stasionar orbitalardan elektronning impuls momenti
   

L  mr  nh(n=1,2,3,...)

(4.22)

shartni qanoatlantiradigan stasionar orbitalargina mavjud bo‘ladi. Bunday orbitalar ijozat etilgan stasionar orbitalar deyiladi. Atomdagi stasionar orbitalar kvantlangan bo‘lib, diskret energetik sathlarni hosil qiladi.
3. Elektron energiyasi E_i bo‘lgan orbitadan energiyasi E_f bo‘lgan (E_i>E_f) orbitaga o‘tganda atom energiya chiqaradi. Chiqarilgan

energiya har ikki orbita energiyalari farqiga teng bo‘ladi, ya’ni:
h Ei E f			(4.23)
Bu formuladan:
	Еi Е f	,	(4.24)
	h

(4.24) formulada Ye_i – birinchi orbita energiyasi, Ye_f – ikkinchi orbita energiyasi,  – chiqarilgan energiya chastotasi. (4.23) munosabat atom energiya yutganda ham o‘rinli bo‘ladi. Ye_f>E_i bo‘lganda energiya yutiladi. Bunda atomga tushgan foton energiyasi atomni pastgi energetik holatdan yuqorigi enrgetik holatga o‘tkazadi.
94

Masalan, agar elektron n=5 orbitadan n=4 bo‘lgan orbitaga o‘tsa, u vaqtda atom chastotasi (4.9-rasm)

_=^Е5 ^Е4 _,h

bo‘lgan energiya chiqaradi (chiqarish spektri hosil bo‘ladi). Agar atomga energiyasi h= E₅–E₄ bo‘lgan foton tushsa, bu foton atomda yutiladi va elektron bu foton energiyasi ta’sirida n=4 orbitadan n=5 orbitaga o‘tadi (yutilish spektri hosil bo‘ladi). Demak, atom energiyasi katta bo‘lgan holatdan energiyasi kichik bo‘lgan holatga o‘tsa energiya chiqaradi. Agar atom energiyasi kichik bo‘lgan holatdan energiyasi katta bo‘lgan holatga o‘tsa energiya yutadi. Buning uchun atomga tashqaridan energiya berish kerak. (4.24) ifodaga esa Bor chastotalari qoidasi deyiladi. h – Plank doimiyligi bo‘lib, uning son qiymati quyidagicha: h=6,62∙10^–34J∙s.

h =

h

,

yoki

2

h =

6,62 ×10^^34

=1,05×10

34

J∙s.

2

×3,14

Demak,

atomda

elektronlar

ixtiyoriy

qiymatdagi energiyaga

ega bo‘lmasdan,

balki

energiyaning

aniq

qiymatlarigagina

ega

bo‘ladi, bu energiyalar

qiymatlari

diskret

spektrni

hosil qiladi.

Yuqorida

keltirilgan

postulatlar

asosida

vodorod

atomining

birinchi muvaffaqiyatli

modeli

tuzildi.

Bu

4.9-rasm

modelda

hisoblashlar

doiraviy orbitalar uchun bajariladi.

95

Bor modeli atom stasionar holatda nima uchun energiya nurlamasligini tushuntira olmaydi. Bundan tashqari, elektron yadro atrofida doiraviy orbita bo‘ylab harakatlanishini tajribada ko‘rsatish mumkin emas. Shuning uchun Bor modelining tadbig‘ida ma’lum cheklashlar mavjud. Keyinchalik spektroskopiyada qilinayotgan yangi kashfiyotlarga Bor modeli javob bera olmadi. Bu hol yangi fizikaviy nazariyani ishlab chiqishni talab qilar edi. Bor modeli o‘rniga hozirgi vaqtda Geyzenberg, Shredinger, Diraklar tomonidan yaratilgan atom tuzilishining kvant mexanik modeli kelgan bo‘lsada, Bor modeli stasionar holatlar tushunchalarining kiritilishida ko‘rgazmali model sifatida foydalanildi. Bor modelini keyingi o‘n yilda Zommerfeld, Vilson va boshqalar to‘ldirdilar, aniqliklar kiritdilar. Atomda diskret energetik sathlarning mavjudligi 1914 yilda Frank va Gers tomonidan simob atomlari bilan o‘tkazilgan tajribada tasdiqlandi.