Atomlarning kvant xususiyatlari

NAVOIY DAVLAT KONCHILIK VA TEXNOLOGIYALAR UNIVERSITETI
__________________________________________ FAKULTETI

____________________________________________
fanidan

MUSTAQIL ISH


Guruh: _________________________
Bajardi: _________________________
Qabul qildi: ______________________


Navoiy-2023


MAVZU: Atom va molekulalarning kvant xususiyatlari. Kvant sonlari.


Reja:

1. Atomlarning kvant xususiyatlari

2. Molekulalarning kvant xususiyatlari.

3. 
   Kvant sonlari haqida umumiy tushuncha.
   
4. 
   Pauli prinsipi va Gund qoidasi.
   

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.
Kvant sonlari. Atom tuzilishini yanada chuqurroq tekshirish elektronning ikki xil tabiati borligini ko'rsatdi. Unda zarracha xususiyati ham, to'lqin xususiyati ham bor ekan. Elektron muayyan massali va katta tezlik bilan harakatlanadigan zarrachadir. Shu bilan birga elektron to'lqin xossalariga ham ega, u atomning butun hajmi bo'ylab harakatlanadi va atom yadrosi atrofidagi fazaning istalgan qismida bo'la oladi.
Elektronning atomdagi holatini belgilaydigan kattalik uning energiyasidir. Elektron energiyasining kattaligi butun sonlar bilan ifodalanib, bular 1,2,3,4,5,… va xokazo sonlar bo'lib, bu sonlar bosh kvant sonlar (n)deb ataladi
Bosh kvant sonlar qiymatiga tegishli 1,2,3,4,5,6,… energiya qavatlari bo'lib, ular kvant qavatlari deyiladi va ba'zan K, L, M, N, O, P, Q harflari bilan belgilanadi. Bitta kvant qavatining o'zidagi barcha elektronlar uchun energiya zonasi bir xil bo'ladi; bunday holda elektronlar bitta energetik daraja qavat (pog'ona) da turibdi deyiladi.
Energetik pog'onalar pog'onachalarga (s - birinchi, p - ikkinchi, d - uchinchi, f - to'rtinchi pog'onaga) bo'linadi. Birinchi energetik pog'onaga 1ta s va 3 ta p pog'onacha, uchinchi energetik pog'onaga 1 ta s 3 ta p va 5 ta d pog'onacha, to'rtinchi energetik pog'onaga esa 1 ta s pog'onacha, ikkinchi energetik pog'onachaga 1 ta s va 3 ta p va 5 ta d pog'onacha to'g'ri keladi, to'rtinchi energetik pog'onada esa s, p, d, f pog'onachalar mavjud. Ikkinchi kvant son – orbital kvant son (l) bo'lib, u elektronning ayni hajmda bo'lib turish ehtimolligining fazodagi shaklini (ya'ni elektron bulut shaklini) ifodalovchi funksiya bilan aloqador kattalik. l ning qiymati 0 dan (l –1) ga qadar butun sonlar bilan ifodalanadi. l0 holatga d-orbital, l3 holatga esa f— orbital muvofiq keladi.
Bir pog'onachada joylashgan elektronning energetik holati ham bir-biridan farq qiladi; uchinchi kvant son magnit kvant son (m) deb ataladi. Magnit kvant son – elektron harakat moqdori vektorining harakat miqdori biror yo'nalishga nisbatan proyeksiyasini ifodalaydi, u olishi mumkin bo'lgan qiymatlar soni 2l1 ga teng (m2 l; 0; -l).
Demak, s - pog'onachada bitta, p - pog'onachada uchta, d- pog'onachada beshta, f - pog'onachada yettita elektron holat bo'lishi mumkin.
Masalan: Birinchi kavatda fakat bitta s-orbital (m=0) bo’ladi. Ikkinchi kavatda bitta s-orbital (m = 0) va uchta p-orbital (m = +1;0;-1) bo’ladi. Uchinchi kavatda bitta s-orbital (m=0) uchta p-orbital (m=+1;0;-1) va 5ta d-orbital (m=+2; +1;0;-1;-2) bo’ladi.
n va l uzgarmas bulsa, m ning energiyasi xam uzgarmasdir. Masalan: 5d-orbitallarning fazoda joylashishi (turli uklarda) uzgarsa xam, energiyasi bir xildir.
Har qaysi elektron yadro maydonida harakat qilishi bilan birga, o'zining ichki harakatiga ham ega; u spin kvant son - ms bilan harakterlanadi. Spin kvant son ikkita qiymatga ega bo'la oladi: biri 12, ikkinchisi – 12. Shunday qilib, atomdagi har qaysi elektron 4 ta kvant son bilan harakterlanadi.
Pog'onadagi elektronlarning maksimal soni Nq2n2 bilan ifodalanadi.
Elektron pog'onachalardagi elektronlarning maksimal soni quyidagicha ifodalanadi: s - pog'onachada 2 ta elektron (s2), p - pog'onachada 6 ta elektron (p 6), d- pog'onachada 10 ta elektron (d 10), f - pog'onachada 14 ta elektron (f 14). Klechkovskiy qoidasi. Pauli prinsipi va Gund qoidasi. Ko'p elektronli atomlarda elektronlarning joylashishi quyidagicha: avval eng kam energiyali orbital, shundan so'ng energiyasiko'proq bo'lgan orbital elektronlar bilan to'lib boradi. Klechkovskiyning 1-qoidasiga muvofiq (1n) yig'indisi kichiq bo'lgan orbital birinchi navbatda to'ladi. Masalan, 3d-orbital uchun (nl) yig'indisi 325 ga teng. 4s-orbital uchun nl404 ga teng. Demak birinchi 3d-orbital emas, balki, 4s- orbital elektronlar bilan to'lib boradi.
Klechkovskiyning 1 - qoidasi. Ikki xolatdan qaysi biri uchun (nl)ning yig'indisi kichiq bo'lsa, shu xolatda to’rgan elektronning energiyasi minimal qiymatga ega bo'ladi.
Klechkovskiyning 2 - qoidasi. Agar berilgan ikki holat uchun (nl) yig'indisi teng qiymatga ega bo'lsa, bosh kvant soni kichiq bo'lgan xolat minimal energiya qiymatiga ega bo'ladi. Elektronlarning energetik pog'onasi va orbitalari buylab joylashishi elementning elektron konfigurasiyasi deb ataladi. Atomda elektronlarning pog'onachalarga taqsimlashda quyidagi uch qoida nazarda tutiladi.
1.Har qaysi elektron minimal energiyaga muvofiq keladigan holatni olishga intiladi.
2.Bunda minimal energiyali orbital 1s bo'lgani uchun dastlab 1s so'ngra 2s va hokazo holatda pog'onachalar elektronlar bilan to'lib boradi. Elektronlarning joylashishi Pauli prinsipiga zid kelmasligi lozim. Pauli prinsipi quyidagicha ta'riflanadi: "Bir atomda to'rttala kvant sonining qiymati bir xil bo'lgan ikkita elektron bo'lishi mumkin emas". Agar bir atomda n, m, l kvant sonlarining qiymati bir xil ikkita elektron bo'lsa, ular to'rtinchi spin kvant son ms spinlari qarama qarshi yo'nalishga ega bo'lishi bilan farq qiladi. 3.Ayni pog'onachada to’rgan elektronlar mumkin qadar ko'proq orbitallarni band qilishga intiladi (Gund qoidasi). Elementlar atomlaridagi energetik pog'onalar soni davriy sistemadagi davrlar raqamiga, elektronlar soni esa tartib raqamiga teng bo'ladi. Masalan:
Natriy atomining elektron tuzilishi (elektron konfigurasiyasi) quyidagicha: 11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Atomlar elektron qavatlarining tuzilishi ko'pincha, energetik yacheykalar (katakchalar) shaklida ifodalanadi. Atom murakkab sistema bo`lib, mikroolam qonunlariga buysunadigan, harakatdagi zarrachadir. Atom-kimyoviy elementning kichik zarrachasi bo`lib, o`zida elementning ma'lum xossalarini mujassamlashtirgan bo`ladi. Atom erkin yoki birikma xolatida bo`ladi. XX asr boshlarigacha atom moddaning oxirgi bo`linish darajasi deb kelindi. Bunday tasavvurlarning bir tomonlama va cheklanmaganligini ayrim olimlar tushunar edi. Masalan XIX asrning boshida Moskva Davlat universitetining professori G. M. Pavlov atomning tuzilishi murakkab, uning tuzilishida manfiy va musbat elektr zaryadi ishtirok etadi, degan fikrni ilgari surdi. Ulug` rus olimi A. M. Butlerov 1886 yilda quyidagicha yozgan edi: "Hozirgi vaqtda ba'zi elementlarning "atomlar" deb ataladigan zarrachalari, asl mohiyati bilan aytganda, balki kimyoviy yo`l bilan bo`linish xususiyatiga egadir, ya'ni ular o`z tabiati jihatidan bo`linmaydigan zarrachalar bo`lmay, balki hozirgi bizga ma'lum bo`lgan vositalar bilangina ajratib bo`lmaydigan zarrachalardir. XX asr boshida katod nurlarining tabiatini fotoeffekt va termoemissiya, elektroliz, radioaktivlikni o`rganish va boshqa ishlar bilan atom tuzilishining murakkab, diskret tuzilganligi isbotlandi. Atomning ichki tuzilishini bir-biridan massalari, ulchamlari, zaryadi, yashash vaqti bilan farq qiladigan mayda zarrachalar tashkil qiladi. Bu zarrachalar elementar zarrachalar deyiladi. Hozirgi vaqtda bunday zarrachalardan 200 ga yaqini ma'lum.
Katod nurlari. Atomning murakkabligini tasdiqlovchi dastlabki tajribama'lumotini 1879 yilda, siyraklashtirilgan gazlarda elektr razryadi hosil bo`lish hodisasini tekshirish natijasida qo`lga kiritildi. Agar ichidagi havosi surib olingan shisha nayning bir uchiga katod, ikkinchi uchiga anod kavsharlanib unga yuqori chastotali tok ulansa, katoddan nur tarqala boshlaydi. Bu nurlar katod nurlari 10 deyiladi. Elektr va magnit maydonida bu nurlar dastlabki yo`nalishdan musbat qutbga ogadi (1-rasm).
Bu esa ularning manfiy zaryadlanganligini ko`rsatadi. Katod nurlari kata tezlik bilan harakat qilayotgan manfiy zarrachalar oqimidir. Bu zarrachalar keyinchalik elektronlar deb ataldi. Katod nurlari. Elektron elementar zarracha bo`lib, u ye-Har fi bilan belgilanadi. Uning massasi me=9. 1•10 -28 ga yoki 5. 49•10 -4 u. b ga teng. Bu esa vodorod atomining 1/1836 birlik qismidir. Uning zaryadi e=4. 8•10 -10 el. birlik yoki 1. 6•10 -19 kulonga, radiusi r=2. 8•10 -13 sm, tezligi V=150000 km/sek ga tengdir. Rentgen nurlari. 1895 yilda nemis olimi Rentgen shishaning katod nurlari ostida shu'lalanishini tekshirar ekan, nurlanishning yangi turini -X- nurlarni kashf etdi. Bu nurlar keyinchalik rentgen nurlari deb ataldi. Rentgen nurlari elektr va magnit maydonida o`z yo`nalishini o`zgartirmaydi, demak, ular elektroneytral zarrachalardir. Rentgen nurlarining asosiy xossalaridan biri - karton, yog`och, mato va inson organizmidan, yengil metall plastinkalardan o`tib ketadi. Ular faqat og`ir metallarda yaxshi ushlanib qoladi. Bu ham atomning murakkab tuzilganligini aniq isbotlab berdi. Element atomlarining tashqi valent pog`onachalaridagi elektronlar ishtirokida moddalarda kimyoviy jarayonlar sodir bo`ladi. Atom tuzilish nazariyasi kvant (to`lqin) mexaniqasi qonuniyatlariga asoslangan.
Unda energiyaning kvantlanishi, mikrozarrachalar (atom, elektronlar) harakatining to`lqin xususiyatiga ega bo`lishi va ularda elektronlarning yadroga nisbatan fazoviy xolati extimollik nazariyasi asosida ifodalanadi.
N– + 11 Energiya (E)ning kvantlanish xususiyati 1900 yilda M. Plank tomonidan ta’riflandi va 1905 yilda A. Eynshteyn uni asoslab berdi. Energiyaning bir jismdan ikkinchisiga uzatilishi, yutilishi, tarqalishi uzlukli (diskret) xolda, ayrim-ayrim kvantlar ishtirokida yuz beradi. Mikrozarrachalar energiyasi ham kvantlardan tashkil topgan. Mikrozarrachalarning kvant energiyasi to`lqin tabiatli bo`lgani uchun elektromagnit to`lqin chastotasi (υ) bilan quyidagicha bog`langan:
E = hυ bu erda h — Plank doimiysi (h=6. 626 . 10 -34 J
s). Bu tenglikka binoan mikrozarracha tarkatayotgan yoki yutayotgan nur chastotasi qanchalik katta bo`lsa, kvant energiyasi ham shuncha katta bo`ladi. Har qanday elektromagnit nurlanish (yorug`liq γ, rentgen nurlari)ning diffraksiyasi ularning to`lqin tabiatli ekanligini tasdiqdaydi. Shu bilan birga elektromagnit to`lqin fotonlar oqimidan iborat. Boshqacha aytganda, har qanday mikrozarracha harakati to`lqinsimondir. Lui de Broyl (1924 yil) taklifiga binoan massasi m, harakat tezligi v bo`lgan mikrozarrachaning to`lqin uzunligi λ quyidagicha ifodalanadi: mvh 
V. Geyzenbergning noaniqlik prinsipiga binoan mikrozarrachaning ayni vaqtda fazodagi urnini va uning tezligini aniq topish mumkin emas, yoki boshqacha aytganda, zarracha xolati aniq topilganda ham uning tezligini aniqlashda yo`l quyilgan xato kattalashadi va aksincha. Кvant mexaniqasining asosiy xolatlari (energiyaning kvantlanishi, mikrozarrachaning to`lqin tabiatga ega bo`lishi, ular tezligini va fazodagi xolatini bir vaqtning uzida juda aniq topib bulmasligi) asosida elektron yadro atrofidagi fazoning ma’lum xajmida bo`lish extimolligi to`g`risida fikr yuritish mumkin. Elektron harakati to`lqin xususiyatiga ega bo`lganligi sababli kvant mexanikasi uning harakatini to`lqin funksiyasi ψ yordamida ifodalaydi. Fazoning turli nuqtalarida bu funksiya turli qiymatlarni qabul qiladi. Bu funksiyaning kvadrati -12 ψ 2 atom yadrosi atrofidagi fazoning ma’lum qismida elektron bo`lish extimolligini aks ettiradi.
Elektron yadro atrofidagi fazoni bir tekisda ishg`ol etmaydi, yadroga yaqin masofada elektron bulutining zichligi kam, ma’lum masofagacha elektron bulut zichligi maksimal qiymatgacha ortib boradi (fazoning bu qismlarida elektronning bo`lish extimolligi 1 ga intiladi), masofa ortib borishi bilan elektron bulut zichligi yana kamaya boradi. l-rasmda vodorod atomida yagona elektron uzoq vaqt davomida bo`lgan xolatlari nuqtalar orqali (bulut) va 2-rasmda 1s-, 2s- va 3s- orbitallarda ψ 2 dv ning yadro oraliq masofasi ortib borishi bilan bog`lanishi aks ettirilgan. Har safar atom orbitallarining shaklini bulut zichligi sifatida ifodalash noqulay bo`lganligi sababli, bulut yuzasini uzluksiz chiziq (orbita) bilan ifodalash qabul qilingan.