Elementar zarralar va harakataning kvant tabiati zarralarning massasi va energiyasi

II BOB. ZARRALARNING MASSASI VA ENERGIYASI
2.1.Elementar zarralrni kuzatish va qayd qilish usullari
Zarralarni qayd qiluvchi asboblarning turlari. Radioaktiv moddalarning nurlanishini o’rganishdan asosiy maqsad – radioaktiv yemirilishda chiqariladigan zarraklarning tabiati, energiyasini va nurlanish intensivligini (radioaktiv modda 1 sekunda chiqaradigan zarralar sonini) aniqlashdan iborat. Ularni qayd qilishining eng keng tarqalgan usullari zarralarnig ionlashishiga va fotohokimyoviy ta’sirlarga asoslangandir. Bu vazifani bajaruvchi asboblar ham ikki turga bo’linadi:
1.Zarralarnifazoning biror qismidan o’tganligini qayd qiluvchi va ba’zi hollarda ularning ba’zi xarakteristikalari, masalan, energiyasini aniqlashga imkon beruvchi asboblar. Bunday asboblarga ssintillyatsion (chaqnovchi) hisoblagich, Chernikov hisoblagichi, gaz zaryadli hisoblagich, yarimo’tkazgichli hisoblagich, yarim o’tkazgichli hisoblagich va impulsli ionlashtiruvchi kamera misol bo’la oladi.
2. Zarraning moddadagi izini kuzatishga, masalan, suratga tushirishga imkon beruvchi asboblar. Bunday asboblarga vilson kamerasi, difuziyali kamera, pufakli kamera, fotoemulsiya usuli misol bo’la oladi. Biz quyida ularning ba’zilari bialn tanishib o’tamiz.
Sintillyatsion hisoblagich. Ish prinsipi tez zarralarning flyuoressiyalanuvchi ekranga tushishida ro’y beradigan chaqnash – sintilyatsiyaning kuzatilishiga asoslangan. Hosil bo’lgan kuchsiz yorug’lik chaqnashi elektr impulslariga aylantiriladi va kuchaytirilib, maxsus apparatlar yordamida qayd qilinadi. α- zarra birinchi marta aynan shunday hisoblagich yordamida (1903- yil) qayd qilingan edi.
Gaz razryadli hisoblagich. Bunday hisoblagich, odatda, gaz to’ldirgan metall silindr (katod) va uning o’qi bo’ylab tortigan ingichka sim (anod)dan iborat bo’ladi. Qayd etiladigan zarra elektrodlar orasidan o’tganda gazni ionlashtiradi. Bu ionlar esa gaz, devor atomlari va molekulalar bilan to’qnashib, ularni ikkilamchi ionlashtiradi. Umuman olganda, ikki xil gaz razryadli hisoblagich mavjud. Birinchisi, proporsional hisoblagich deyilib, unda gaz razryadli nomustaqil bo’ladi. Geyger – Myuller hisoblagichi deb ataluvchi ikkinchi xil hisoblagichda esa gaz razryadli mustaqil bo’ladi. Geyger – Myuller hisoblagichlarining ajrata olish vaqti 10^-3-10^-7 s ni tashkil qiladi, ya’ni shunday vaqt oralig’ida tushgan zarralar qayd qilinadi. Gaz razryadli hisoblagichlarning razryadlangan zarralarni qayd etish unumdorligi 100 % bo’lsa, γ- kvantlar uchun 5% tashkil etadi.
Vilson kamerasi. Kamera 1911- yilda ingiliz fiziigi Ch.Vilson tomonidan yaratilgan. U tez uchib ketayotgan zarralarning bug’simon holatdagi moddadan o’tganida, shu modda molekulalarini ionlashtirishiga asoslangan.
Vilson kameraning ishchi hajmi (l) suvning yoki spirtining to’yingan bug’I bo’lgan havo yoki gaz bilan to’ldirilgan. Porshen (2) pastga qarab tez harakatlanganda 1 hajmidagi gaz adibadik ravishda kengayadi va soviydi. Natijada gaz o’ta to’yingan holatiga keladi. Kameradan uchib o’tgan zarra o’z yo’lida ionlarni vujudga keltiradi va hajm kengayganda kondensatsiyalangan bug’lardan tomchilar hosil bo’ladi. Shunday qilib, zarra orasida ingichka tuman yo’l ko’rinmishidagi iz qoladi. Bu izni kuzatish yoki rasmga tushirish mumkin.
Fotoemulsiya usuli. 1927- yida rus fizigi L.Misovkiy zaryadlangan zarralar izini qayd qilishning oddiy usulini taklif qiladi. Zaryadlangan zarralar fotoemulsiya orqali o’tganda, unda tasvir hosil qiluvchi ionizatsiyani vujudga keltiradi. Surat ochilgandan keyin zaryadlangan zarralarning izlari ko’rinibqoladi. Emulsiya juda qalin bo’lganligi uchun ham zarraning unda qoldirgan izi juda ham qisqa bo’ladi. Shuning uchun, fotoemulsiya usuli juda katta energiyali tezlatkichlardan chiqayotgan zarralar va kosmik nurlar vujudga keltiriladigan reaksiyalarni o’rganish maqsadida ishlatiladi.
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.
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.
Atom yadrosi – nuklonlardan – protonlar (r) va neytronlar (i)dan tash-kil topgan atom o‘zagi. Atom yadrosining xususi-yatlarini o‘rganishda yadro kuchlari katta ahamiyatga ega bo‘ladi. Atom yadrosida gravita-sion va elektromagnit kuchlar ta’siri kam bo‘lsa ham Atom yadrosi xossalariga ta’siri bo‘ladi. Yadro kuchlarining ta’sir radiusi juda kichik, 10~13 sm. Yadro kuchlari yadroning spiniga va izotop spiniga bog‘liq. Atom yadrosining butun xususi-yatlarini o‘z ichiga oladigan yagona nazariya yaratilgan emas, chunki yadro strukturasi va kuchlari to‘liqo‘rganilmagan. Undan tashqari yadrodagi nuklonlar harakatini aniqlovchi tenglamalarni matematika nuqtai nazaridan yechish mumkin emas.
Atom yadrosining xossalarini o‘rganishda turli modellar tatbiq qilinadi. Har qaysi model Atom yadrosining ma’lum xossalarini aks ettirgan holda ba’zi xossalarini tushuntirishda qarama-qarshiliklarga olib keladi. Masalan Atom yadrosining yemirilish xususiyatini gidro-dinamik model bilan yaxshi tushuntiril-sa, magik yadrolar holatlarining xususiyatlarini tushuntirish mumkin emas, aksincha, krbiklar modeli bilan magik yadrolar holatlarini yaxshi tushuntirilsa, yemirilish hodisasini tushuntirish mumkin emas va hokazo (qarang Yadro modellari). Atom yadrosi tuzilishi va xossalarini tajriba yerdamida o‘rganish uchun xilma-xil yadro hodisalari: zarralarning Atom yadrosidan ela-stik va elastikmas sochilishlari, yadro reaksiyalari, tabiiy va sun’iy radio-aktiv nurlanish, yadro yemirilishi va hokazolardan foydalaniladi.
O‘zbekistonda ham atom yadrosini o‘rganishga doir ilmiy tadqiqot ishlari olib bo-riladi. Toshkentda R. B. Bekjonov, A. I. Mo‘minov, T. I. Mo‘minov, Q. Sh. Azimov va boshqalarning mos tushishlar, gam-ma-nurlarning dopplercha kengayishi, gammachiziqlarining shakl o‘zgarishi, yadro holatlarini rezonans uyg‘otish, gamma-nurlarining g‘alayenlangan va g‘alayonlanmagan gammagamma burchak kor-relyatsiyalari va qutblanishi usullaridan foydalanib o‘tkazgan yadro sathlari orasidagi elektromagnit o‘tishlar ehtimolliklariga oid tajribaviy tadqiqotlari atom yadrosining tuzili-shi haqida keng ma’lumotlar olishda juda samarali bo‘ldi. Natijada yadro holatlarining 10~6– 10~17 s oralikdagi yashash vaqtlari va parsial kengli-klari o‘lchandi, spin, juftlik, magnit va elektr momentlari, deformatsiya pa-rametrlari aniqlandi. Oqibatda atom yadrolarining tuzilishiga tegishli ma’lumotlar olindi.
Modda haqidagi dastlabki tushunchalar yunon olimi Demokritga (miloddan avvalgi 460-370 y.) tegishli edi. Unga ko’ra hamma narsalar juda mayda zarrachlar “atom”lardan tashkil topgan. Moddaning eng kichik zarrachasi atom bo’laklarga bo’linmaydi deb qaralgan. Atom so’zi ham yunoncha “bo’limmas bo’lakcha” degan ma’noni bildiradi. Demokritning bu haqda yozgan asari bizgacha yetib kelmagan. Uning fikrlari boshqalarning yozgan asarlarida keltiriladi.
Demokritning bu ta’limotini keyinchalik ko’pgina olimlar rivojlantirdilar. Jumladan, yurtdoshlarimiz bo’lgan buyuk mutafakkirlardan Roziy, Beruniy va Ibn Sinoning ijodida ham bu sohada ishlar mavjud. Abu-bakr Ar-Roziy (865-925) jami 184 ta asar yozib qoldirilgan bo’lib, barcha sohalarda ijod qilgan. U yunon olimlarining atom haqidagi barcha qarashlarini rivojlantirib atom ham bo’linishi mumkinligini aytadi. Atom ichida bo’shliq va bo’lakchalar bo’lib, bu bo’lakchalarning hammasi harakatda bo’ladi. Bundan tashqari, bo’lakchlar orasida o’zaro ta’sir kuchlari mavjud deb hisoblaydi.
Roziyning bunday nazariy qarashlari Abu Rayhon Beruniy va Ibn Sino tomonidan rivojlantirildi.Bu haqda ularning o’zaro bir-biriga y’ollagan maktublarida so’z boradi. Beruniyning Ibn Sinoga yozgan savollaridan birida shunday deyilgan: - “Ba’zi faylasuflar atom bo’linmaydi, undan ham kichikroq bo’lakchalar yo’q deb aytadilar, bu-nodonlikdir. Ikkinchilari esa, atom bo’lina beradi, bo’linishga chegara yo’q, deb qayd qiladilar. Bu esa o’taketgan nodonlikdir. Chunki atom cheksiz bo’linsa, moddiyat yo’q bo’lib ketishi mumkin. Bu bo’lishi mumkin emas, chunki abadiydir. Bu masalada sening fikring qanday? ”- deb so’raydi. Ibn Sino o’zining Beriniyga yo’llagan javobida Arastu va va Ar-Roziyning atomning bo’linishi cheksiz davom etadi deb tushunmaslik kerakligini va bo’linishiga chegara borligini aytib o’tadi. Hozirgi kunda atomning murakkab tuzilganligi to’la tasdiqlangan. Atom yadrodan va elektron qobiqdan iborat. Yadro ham yanada kichikroq bo’lgan zarrachlar- protonlar va neytronlardan tashkil topganligi haqida ma’lumotlar to’planmoqda. Bu bo’linish chegarasi bormi yoki yo’qmi degan savolga kelajakda javob kutamiz.
Molekulalar va ularning o’lchamlari. Sizga ma’lumki, har bir moddaning o’ziga xos xususiyati bor. Masalan, shakar-shirin, tuz-sho’r va h.k. Shakarni olib, hovonchada maydalaylik.shu maydalangan uni yalab ko’rsak, shakar mazasi qolganligini sezamiz. Oldin aytilganidek, uni yanada mayda bo’laklarga bo’lib borsak shirin maza saqlanib qoladimi? Tajribalar ko’rsatadiki, moddaning xossasi uning zarrasi ma’lum o’lchamgacha bo’linsa, saqlanib qoladi. Modda xossasi saqlanib qoladigan eng kichik zarrachaga molekula deyiladi. Molekula (lotincha moles -massa) bitta atomdan yoki bir necha atomdan tashkil topishi mumkin. Masalan, suv molekulasi 3 ta atomdan tashkil topgan. Unda 1 ta kislorod va 2 ta vodorod atomi bor.
Elektr Zaryad
Yunon olimlari tabiatdagi barcha narslar atomlardan tashkil topgan deb hisoblaganlar. (Atom) so’zini yunon mutafakiri DEMOKRIT (mil.av.460-370) kiritgan. Bu so’z “bo’linmas” degan manoni bildiradi. XX asrda olimlar atomning ham bo’linishinini mumkinligini va u murakkab tuzilishiga ega ekanligini aniqladilar. 1911-yilida ingliz fizigi Ernest Rezerford (1871- 1937) tajriba asosida atom tuzilishini modеlini kashf etdi. Bu modulga ko’ra: Atom markazida yadro joylashgan bo’lib, u proton va neytronlardan tashkil topgan. Atom yadrosi atrofida orbita bo’ylab elektronlar harakat qiladi. Protonlar musbat, elekronlar manfiy ishorali elektrlangan zarralardir. Neytronlar-elektrlanmagan (neytral) zarralar atomdagi elektronlar soni protonlar soniga teng bo’ladi. Masalan, vodorod (H) atomning yadrosi faqat 1ga protondan iborat bo’lib, yadro atrofida ham faqat 1 ta electron harakatlanadi. Geliy (He) atomida 2 ta protondan va 2 ta electron, Litiy (Li) atomida esa 3 ta proton va 3 ta electron mavjud. Atomning o’zi elektr jihatdan neytraldir. Ebonit tayoqchani elektrlab, elektrometr sharchasiga tekkizilsa , uning ko’rsatkichi og’adi. Tayoqchani yana bir ishqalab, elektrometr sharchasini yana elektrlasak, uning ko’rsatkichi kattaroq burchaka og’adi. Shu tariqa elektrometr ko’rsatkichini yanada katta burchaka og’dirish mumkin. Demak, jisimning elektrlanginlikning darajasi o’zgarishi mumkin.
Elektrlanganlik darajasini tavsiflovchi fizik katalik ELEKTR ZARYADI deb ataladi va q harfi bilan belgilanadi. Xalqaro birliklar sistemasida uning birligi qilib KULON (C) qabul qilingan. Elektr zaryadi musbat yoki manfiy bo’ladi. Shoyiga ishqalangan shisha tayoqcha musbat zaryadlanadi, shayining o’zi esa manfiy zaryadlanib qoladi. Bunga sabab nima? Sabab shuki, ishqalanish paytida shisha tayoqcha atomlar elektronlarining bir qismi shoyiga o’tadi. Shuning uchun shoyida manfiy zarryadlar ortib ketadi. Natijada shoyi manfiy zaryadlanib qoladi. Shisha tayoqchada esa elektronla nisbatan kamaygani uchun musbat zaryadlar ortib ketadi. Natijada tayoqcha musbat zaryadlashib qoladi. Mo’ynaga ebonit tayoqcha ishqalanganda, mo’yna atomlardagi elektonlarning bir qismi ebonit tayoqchaga o’tganligini sababli tayoqcha manfiy, mo’yna esa musbat zaryadlanadi.
Bitta elektronning zaryadi p e =-1,6*10 -19 C ga bitta protoning zaryadi esa q p =1,6*10 -12 C gat eng. Bu demakki, elektron va protoning zaryadlari miqdor
jihatdan teng bo’lib ular bir-biridan faqat ishorali bilan farq qiladi. Bir jisimda ikkinchi jisimga N ta electron o’tgan bo’lsa birinchi jism +N*1,6*10 -19 C zaryadga, ikkinchi jism esa –N*1,6*10 -19 C zaryadga ega bo’lib qoladi. Bitta elektoning massasi m e =9,1*10 -31 kg gat eng bo’ladi.
Atom va yadro tuzilishi. Atom tuzilishi xaqidagi dastlabki tushunchalar Miloddan avval 460 - 370-yillarda yashagan buyuk yunon mutaffakiri Demokrit tabiatdagi barcha narsalar juda kichik zarralardan - "atom"lardan tashkil topgan va atom bo’linmaydi, deb aytgan. "Atom" so’zi yunoncha suz bulib, "bulinmas"degan ma'noni bildiradi. O'rta asrlarda yashab ijod etgan Markaziy Osiyodan yetishib chiqqan buyuk mutafakkirlar xam atom tuzilishi xakida turli fikrlarni aytib, atom tuzilishi haqidagi xozirgi zamon ta'limotiga katta hissa ko’shganlar. Jumladan, 865 - 925- yillarda yashagan Abu Bakr ar-Roziy atomlar bulinadigan zarrachalar bulib, ularning ichi bo’shliq va mayda bo’lakchalardan iborat buladi, degan fikrni aytgan. Ar- Roziy atomlar doimo xarakatda va ular orasida o'zaro ta'sir kuchlari mavjud deb xisoblagan. XX asrga kelib olimlar atomning bulinishi mumkinligini va u murakkab tuzilishga ega ekanligiga ishonch hosil qilganlar. Olimlar atom tuzilishi haqida turli modellarni ilgari surganlar. Ulardan birinchisi 1903-yilda ingliz fizigi J. Tomson taklif etgan modeldir. Tomsonning fikriga kura, atomning musbat zaryadi atomning butun xajmini egallaydi va bu xajmda bir xil zichlik bilan taqsimlangan. Eng oddiy atom bo’lmish vodorod atomi radiusi 10 -8 sm bulgan musbat zaryadli shardan iborat bulib, bu sharning ichida electron joylashgan. Yana - da murakkab atomlarda musbat zaryadlangan shar ichida bir necha elektron buladi. Bunda atomni keksga uxshatish va elektron unda mayiz singari joylashganini ko’rish mumkin.
Radioaktivlik (radio... va activus — taʼsirchan) — kimyoviy element beqaror izotopining elementar zarralar yoki yadrolar chiqarib oʻz-oʻzidan boshqa element izotopiga aylanish krbiliyati. Tabiiy sharoitlardagi izotoplarda boʻladigan R. tabiiy R., yadro reaksiyalari vositasida olinadigan izotoplarning R.i sunʼiy R. deyiladi. Sunʼiy va tabiiy R. orasida hech qanday farq yoʻq. Ikkala holda yuz beradigan radioaktiv yemirilish jarayoni bir xil qonunlarga boʻysunadi.
Radiaktivlik hodisasini birinchi marta 1896 y.da A. A. Bekkerel kashf qilgan. U uran tuzlaridan nomaʼlum nurlar chiqishini, bu nurlar xuddi rentgen nurlari kabi har xil moddalardan oʻtishini, fotografiya plstinkasini qoraytirishini birinchi boʻlib aniqladi va ularni radioaktiv nurlar deb atadi. Tez orada toriyning R.gi aniqlandi. 1898 y.da esa M. Sklodovskaya Kyuri va P. Kyurilyar ikkita yangi radioaktiv element (poloniy va radiy) ni kashf etdilar. E. Rezerford va yuqorida nomlari zikr etilgan olimlarning kuzatishlari natijasida radioaktiv moddalar oʻzidan uch xil koʻrinishdagi (a, r va u)nurlarni chiqarishi aniqlandi va bu nurlarning tabiati oʻrganildi: anurlar ikkita musbat zaryadga ega boʻlgan geliy atomining yadrosidan iborat; rnurlar manfiy zaryadga ega boʻlgan elektronlardan iborat; unurlar rentgen nurlariga oʻxshaydigan elektromagnit nurlanishdir.
Radioktivlikning maʼlum boʻlgan asosiy turlari quyidagilardan iborat:
1) sxemirilish;
2) remirilish (shu jumladan, Ktutish);
3) protonli R.;
4) ogʻir yadrolarning spontan ravishda boʻlinishi. Radioaktiv yemirilish natijasida hosil boʻlgan yadrolar radioaktiv boʻlishi va ularning yemirilishidan hosil boʻlgan yangi yadrolar ham yana radioaktiv boʻlishi mumkin va h.k.
Tabiatda uchta radioaktiv kator mavjud ekanligi aniqlangan boʻlib, ular uran, toriy va aktinouran elementlaridan boshlanadi. Uchchala holda ham oxirgi mahsulot qoʻrgʻoshin izotoplari, yaʼni birinchi katorda oxirgi mahsulot 206Rv, ikkinchisida 2O8Rv va uchinchisida 207Rv boʻladi. Radioaktiv yemirilish nazariyasi koʻrsatadiki, dt vaqt ichida yemiriladigan yadrolarning soni dN radioaktiv yadrolarning umumiy soni TV ga proporsional boʻlib, radioaktiv yemirilish eksponensial qonun boʻyicha kechadi: N=Noe~x"; bunda N —t paytdagi yemirilmagan yadrolar soni, No — boshlangʻich paytdagi yemirilmagan yadrolar soni va ^.yemirilish doimiysi; yadroning ichki tuzilishiga bogʻliq boʻlgan oʻzgarmas miqdor. Radioaktiv yemirilishning eksponensial qonuni statistik qonun boʻlib, faqat juda katta sondagi atomlar uchun oʻrinlidir. Boshlangʻich paytdagi yadrolar miqdori yarmisining yemirilishiga ketadigan vaqt moddaning yarim yemirilish davri T deyiladi. U yemirilish doimiysi X bilan quyidagicha bogʻlangan: T=0,603 X. Radioaktiv qatorlarni boshlab beruvchi uran nU, torii ^Th va aktinouran 92i elementlarining yarim yemirilish davrlari, mos ravishda 4,51109 yil, 1,391010 yil va 7,13YU8 yilga teng .
Radioktivlik, asosan, kyuri yoki uning ulushlari orqali ifodalanadi. Aktivlik 1 kyuri sifatida radioaktiv moddaning bir sekundda 3,710’° ta yadrosining yemirilishi qabul qilingan.
Radiaktivlik kashf qilinishi fan va texnikaning taraqqiyotiga katta hissa qoʻshdi. U moddalar tuzilishi va xossalarini oʻrganishda yangi davr ochib berdi
Eritmalar — nisbiy miqdorlari keng oraliqda oʻzgarishi mumkin boʻlgan 2. va undan ortiq komponent (tarkibiy qism)lardan tashkil topgan qattiq yoki suyuq gomogen sistemalar. Har qanday eritma erigan modda va erituvchidan iborat; undagi molekula yoki ionlar baravar tarqalgan boʻladi. E.da erituvchi bilan erigan moddalarni bir-biridan farqlash zarur. Odatda, erituvchi sifatida sof holda ham, eritmada ham agregat holati oʻzgarmagan modda olinadi. Mas, biror tuzning suvdagi eritmasidagi erituvchi suv. Agar 2 modda bir-birida erigunicha suyuq agregat holatda boʻlsa, eritmada miqdori koʻproq komponent erituvchi sifatida qabul qilinadi. Suv bilan spirt eritmasida bu moddalarning qaysi biri eritmada moʻlroq boʻlsa, shuni erituvchi deb olinadi. E. tarkibining bir xilligi ularni kimyoviy moddalarga yaqinlashtiradi. Baʼzi moddalar erituvchilarda eriganida issiqlik ajralishi yoki yutilishi ular orasida kimyoviy taʼsir mavjudligiga dalil boʻladi. E. tarkibining oʻzgarib turishi ularning kimyoviy birikmalardan farq qilishini koʻrsatadi. Bundan tashqari, E. tarkibidagi alohida komponentlarning xossalarini aniqlash mumkin, kimyoviy birikmalarda esa buni aniqlab boʻlmaydi. E. tarkibining oʻzgarib turishi ularni mexanik aralashmalarga yaqinlashtirsa, tarkiblarining bir xilligi ulardan farkdantiradi. Shu bois ham E. mexanik aralashmalar bilan kimyoviy birikmalar oraligʻidagi moddalar deb qabul qilinadi.
Kristallning suyuqlikda erib, eritma hosil boʻlishi individual modda molekulalarining oʻzaro taʼsiri buzilib, eritma komponentlari orasida yangi molekulalararo bogʻlanish vujudga kelishi bilan tavsiflanadi. Kristall yuzasidan ajraladigan molekulalar diffuziya tufayli erituvchining butun hajmi boʻylab baravar tarqaladi. Molekulaning qattiq jism yuzasidan ajralishi bir tomondan — erituvchi molekulalari tortishish kuchiga berilishi tufayli roʻy beradi. Mazkur jarayon kristallning butunlay erib tugashiga qadar davom etishi mumkin, lekin bunga ayni vaqtdagi aks jarayon — kristallanishning boshlanishi toʻsqinlik qiladi. Konsentratsiyaning oshishi qayta kristallanishni tezlashtiradi. Maʼlum muddatdan soʻng kristallning erish tezligi qayta kristallanish tezligiga tenglashib dinamik muvozanat vujudga keladi:Erimagan modda <=> eritmadagi modda, yaʼni vaqt birligida qancha molekula erisa, shuncha molekula eritmadan ajralib chiqadi. Eriyotgan modda bilan muvozanatda boʻlgan eritma toʻyingan eritma deb ataladi. Hajm birligidagi konsentratsiyasi toʻyingan eritmanikidan kam boʻlgan eritma toʻyinmagan eritma hisoblanadi. Eritmada kristallanish markazi boʻlmasa, uni shunday sovitish mumkinki, bunda erigan moddaning konsentratsiyasi eruvchanligidan yuqori boʻlib qoladi, natijada eritmaning oʻzi oʻta toʻyingan holatga oʻtadi. Bunday eritma oʻta toʻyingan eritma deyiladi.
Suyuq eritmalarning oʻziga xos xususiyatlarini osmos, toza erituvchi bugʻ bosimining pasayishi, krioskopik va ebulioskopik nuqtalarning oʻzgarishi orqali oʻrganiladi. E.ning tuzilishi uni tashkil qilgan komponentlarning xossalari bilan aniqlanadi. Agar komponentlar kimyoviy tuzilishi, molekulalarning oʻlchami va boshqalar omillar boʻyicha yaqin boʻlsa, tuzilishi prinsip jihatdan sof suyuqliklar tuzilishidan farq qilmaydi. Erituvchining molekulalari bilan oʻzaro taʼsirlashuvi koʻpchilik modda (elektrolit)larda aks jarayon boʻlgan dissotsiatsiya bilan bogʻliq. Tuzlar, kislota va asoslar qutbli erituvchilarda eriganida qisman yoki butunlay ionlarga parchalanadi, bu jarayon E.da zarralar sonining koʻpayishiga sabab boʻladi. Agar erituvchi suv boʻlsa, gidratlar, boshqa modda boʻlsa, solvatlar vujudga keladi. Bu jarayonlar tegishlicha gidratlanish va solvatlanish deyiladi. 1887 yil D,M.Mendeyayeyev oʻzining gidratlanish nazariyasini olgʻa surgan. Uning shogirdi I.A.Kablukov (umrining oxirlarida Toshkentda yashab, ilmiy ishlar olib borgan) oʻz ustozi ishlarini davom etdirdi.