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

Aim.uz

Atom tuzilishining modellari. Vodorod atomining bor nazariyasi
4.1-§. Atom tuzilishining modellari
Qadimgi grek faylasuflari Levkipp va Demokritlarning ta’limotiga asosan, atom – moddaning bo‘linmas zarrasi bo‘lib, sezgi organlar seza olmaydigan darajada kichik o‘lchamga ega degan tasavvurlar fanda uzoq vaqtgacha hukm surdi. “Atom” so‘zi grekcha “atomos” so‘zidan olingan bo‘lib, “bo‘linmas” degan ma’noni bildiradi.
XIX asrning oxirlarida o‘tkazilgan bir qator olamshumul tajribalar natijalari atomning murakkab tuzilishga ega ekanligi to‘g‘risidagi fikrlarni oydinlashtirdi.
XX asr boshlarida atomlarning mavjudligi, ularning o‘lchami 10^–8sm tartibda bo‘lgan murakkab elektr tizimidan iboratligi, atomda musbat va manfiy zaryadlar mavjudligi, manfiy zaryadlarni tashuvchilar elektronlar ekanligi aniqlangan edi. Lekin musbat zaryadlarni tashuvchilar (protonlar) hali noaniq, musbat ionlar mavjudligi esa ma’lum edi. Kun tartibida atom tuzilishini aniqlash vazifasi turar edi. Atom tarkibidagi musbat va manfiy zaryadlar o‘zaro kompensasiyalanishi sababli atom bir butun holda neytraldir. Atom tuzilishining ikkita nazariy modeli mavjud edi. Birinchisi 1901-yilda J.Tomson tomonidan taklif qilingan. Bu modelga asosan atom musbat zaryadlangan sfera bo‘lib, manfiy zaryadli elektronlar sfera sirti bo‘ylab taqsimlangan. Elektronlar musbat zaryadlangan sfera elementi bilan Kulon qonuni bo‘yicha o‘zaro ta’sirlashadi. Elektronlar o‘z muvozanati atrofida tebranishida atom energiya nurlaydi. Ikkinchi modelga asosan atom Quyosh tizimi tuzilishi singari tuzilgan. Bu atom tuzilishining planetar modeli edi. Planetar model to‘g‘risidagi dastlabki tasavvurlar 1903-yilda Kelvin va X.Nagaoka tomonidan aytilgan. Bu modelga asosan atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo‘lib, uning atrofida elektronlar planetalar singari harakatlanadi. Elektronlar yadroning Kulon tortishish kuchlari orqali ushlab turiladi. Atomning turg‘unligini tushuntirishda bu har ikki nazariy model ham ma’lum qiyinchiliklarga uchradi. Atom tuzilishi haqiqatan ham qanday ekanligini bilish uchun tajribalar o‘tkazish talab qilindi. Bunday
76

tajribalar 1911 yilda ingliz fiziki E.Rezerford tomonidan o‘tkazildi. Atom tuzilishi to‘g‘risidagi tajribalarga batafsilroq to‘xtaymiz.

4.2-§. Atom tuzilishining Tomson modeli
1897 yilda J.Tomson tomonidan elektron kashf qilindi. 1901 yilda esa Tomson atom tuzilishining birinchi modelini taklif qildi. Tomson modeliga asosan atom musbat zaryadlangan sfera bo‘lib, unda manfiy zaryadlangan elektronlar taqsimlangan. Sferaning yig‘indi musbat zaryadi elektronlarning yig‘indi manfiy zaryadiga teng bo‘lib, atom sistemasi bir butun holda neytraldir.
Musbat zaryadlangan sferaning o‘lchami butun atomning radiusi tartibida, ya’ni 10^–10m. Atomning nurlanishi elektronlarning muvozanat holatlari atrofida kichik tebranishlari natijasida hosil bo‘ladi. Tomson modelida atomga tushgan alfa-() zarra juda kichik

burchakka og‘adi (4.1-rasm).
Bu	esa	Tomson		atomi
ichkarisida		elektr	maydoni–
ning	kuchsiz		ekanligini
ko‘rsatadi.		Bir		tekis
zaryadlangan sfera				ichidagi
maydon		kuchlanganligi
quyidagi		formula		orqali			4.1-rasm
aniqlanadi:
					e
				E(r)=			r (0£ r £ R).	(4.1)
					R^3

Bu formulada e – sfera zaryadi, R – uning radiusi, r – elektronning muvozanat holatdan chetlanishi. Muvozanat holatdan (sfera markazidan) r – oraliqda turgan elektronga ta’sir etadigan kvazielastik kuch quyidagicha ifodalanadi:

f =(-e)E = -

e2

r = -kr

(4.2)

R3

Biror yo‘l bilan muvozanat holatdan chiqarilgan elektron

e^2

 =

k

=

,

(4.3)

m

mR^3

chastota bilan tebranadi.
77

(4.3) formulada m – elektron massasi, R – atom radiusi, e – elektron zaryadi. Tomson modelidan foydalanib atom radiusi (o‘lchami) aniqlangan. (4.3) formuladan:

æ	e	2	ö1/ 3
ç				÷	(4.4)
R =ç			2 ÷^.
è m			ø

Spektrning ko‘rinadigan sohasida λ=6×10^–5sm to‘lqin uzunligiga, =3×10¹⁵s^–1 chastota mos keladi. U vaqtda (4.4)ga asosan atom radiusini hisoblash mumkin (e=1,6×10^–19Kl, m=9,11×10^–31kg).

æ	2,56 ×10^^38					ö1/ 3			10
ç							÷	» 3×10 m.
		31
R =ç	9,11×10		×9	×10	30 ÷
è					ø

R ning bu qiymati atomning gazokinetik o‘lchamiga to‘g‘ri keladi.Buni Tomson modelining tasdig‘i ham deyish mumkin. Keyinchalik Tomson modelining yaroqsizligi aniqlandi. Tomson modeli hozirgi vaqtda atom tuzilishi haqidagi tasavvurlarning rivojlanish bosqichlaridan biri sifatida tarixiy ahamiyatga egadir.
4.3-§. Rezerford tajribalari
1911-yilda Tomsonning sobiq assistenti professor Ernest Rezerford o‘zining shogirdlari Gans Geyger va Ernest Marsdenlar bilan alfa zarralarning yupqa metall folgalarda sochilishi ustida bir qator tajribalar o‘tkazdi. Bunday tajribalar atom tuzilishining Tomson modeli yaroqsiz ekanligini ko‘rsatdi. Bu esa Rezerfordning atom tuzilishi to‘g‘risidagi faraziga asos bo‘ldi: atom diametri juda kichik (10^–14m), atomning barcha musbat zaryadi va massasining katta qismi to‘plangan yadrodan iborat bo‘lib, yadro (yadro – “mag‘iz” degan ma’noni bildiradi) manfiy zaryadlangan elektronlar buluti bilan o‘ralgan. Atomning o‘zining o‘lchami 10^–10m tartibidadir. Atomning neytralligi esa elektronlarning manfiy zaryadi yadroning musbat zaryadiga tengligidan kelib chiqadi. Alfa zarralarning sochilishi ustida o‘tkazilgan tajribalarda Rezerford yupqa oltin folgasini (Z=79) ²¹⁴Po yemirilishida hosil bo‘ladigan alfa zarralar bilan bombardimon qildi. Folgadan o‘tayotganda sochilgan alfa zarralarning sochilish burchagini aniqlagan holda, alfa zarrani sochayotgan nishon atomlarning (oltin atomlarining) tuzilishini
78

4.3-rasm

4.2-rasm
aniqlash mumkin edi. Alfa zarra geliy atomi yadrosi bo‘lib, ikki proton va ikki neytrondan iborat. Rezerford va Tomas Royds 1909 yilda alfa zarra zaryadi 2e ga teng ekanligini aniqlagan edilar. Rezerford o‘z modeli va Tomson modeli asosida sochilish burchagi θ ni nazariy hisobladi. Natijalarini tajriba natijalari bilan taqqosladi. Tomson modelida atomga tushgan alfa zarra dastlabki yo‘nalishidan ahamiyatsiz bo‘lgan juda kichik burchakka og‘adi, bu esa atom ichida elektr maydonining nisbatan kuchsiz ekanligini ko‘rsatadi. Rezerford atomida alfa zarralarning dastlabki yo‘nalishidan og‘ish burchagi kattaligi kuzatiladi. Buning sababi atomning barcha musbat zaryadi +Ze kichik hajmda – yadroda to‘planganligidir.
Rezerford o‘z taj-ribalarida radioaktiv poloniy-214 yemiri-lishida hosil bo‘ladi-gan energiyasi 7,68 MeV bo‘lgan alfa-zarralardan foydalan-di. Alfa-zarralarning parallel dastasi vakuumda qalinligi 6∙10^–7mikron bo‘lgan oltin folgaga yo‘naltirilgan va unda sochilishi kuzatilgan. Rezerford tajribasi sxemasi 4.2-rasmda keltirilgan. Alfa-

zarralar manbai (S) oldiga markazida tirqishi bo‘lgan diafragma (D) qo‘yilgan. Manbadan chiqqan alfa-zarralarning tirqishga tushganlari tirqishdan dasta ko‘rinishida chiqib lyuminessensiyali ekranga (LE) tushadi. Ekran rux sulfidi (ZnS) bilan qoplangan. Ekranning har bir alfa-zarra kelib urilgan joyida yorug‘ dog‘lar-chaqnashlar (ssintillyasiya) hosil bo‘lishi kuzatiladi. Bir sekundda ekranga tushayotgan alfa-zarralar soni juda ko‘p bo‘lganligi uchun ularning hosil qilgan yorug‘ dog‘lari qo‘shilib bir-birini qoplagan markaziy yorug‘ dog‘ni hosil qiladi (4.2a-rasm). Endi ekran oldiga qalinligi 6∙10^–7mikron bo‘lgan oltin folga (OF) joylashtiriladi (4.2b-rasm).

79

Alfa-zarralar oltin folgadan o‘tib ekranga tushadi. Oltin folga bo‘lmaganda ekranda hosil bo‘lgan markaziy yorug‘ dog‘ intensivligi oz bo‘lsada kamayadi. Ekranda alfa-zarralar dastasi hosil qilgan markaziy yorug‘ dog‘dan tashqarida boshqa yorug‘ dog‘lar ham hosil bo‘ladi. Bu yorug‘ dog‘larni oltin folgadan o‘tayotganda o‘z harakat yo‘nalishini o‘zgartirgan, ya’ni oltin folga atomlarida sochilgan alfa-zarralar hosil qiladi. Ekranda hosil bo‘lgan yorug‘ dog‘lar lupa yoki mikroskop (M) orqali kuzatiladi. Bu tajribada quyidagi hollar muhimdir: oltin atomining diametri 3∙ 10^–10m, u vaqtda qalinligi 6∙10^–7m bo‘lgan oltin folgada 3300 atom qatlami bo‘lib, bunda atomlarzich joylashadi. Shuning uchun alfa-zarralar oltin folgadan o‘tganda taqriban 3000 ta oltin atomlari bilan to‘qnashadi. Alfa-zarralarning ko‘pchilik qismi folgadan o‘tganda oltin atomlarida 13 daraja bo‘lgan kichik burchaklarda sochilishi kuzatilgan. Lekin sochilgan alfa-zarralar orasida 150 burchakgacha yetadigan katta burchaklarda sochilgan alfa-zarralar mavjudligi ham aniqlangan. Bunday katta burchaklarda sochiladigan alfa-zarralar soni juda oz bo‘lgan. Masalan, folgaga tushgan 8000 ta alfa-zarradan faqat bitta alfa-zarra 90 dan katta burchakka sochilgan. Katta tezlikdagi alfa -zarrani katta burchakka og‘dirish uchun unga katta kuch bilan ta’sir qilish kerak. Rezerford tajribada kuzatilgan natijalardan quyidagi xulosaga keldi: har bir katta burchakka sochilish, bu qandaydir biror nuqtaviy kuch

markazining unga yaqin masofada uchib o‘tayotgan alfa-zarra bilan yakka ta’sirlashuvi natijasidir. Bunday kuch markazi esa musbat zaryadlangan atom yadrosi edi. Demak, atomga tushgan alfa-zarralarning atomda katta burchakka sochilishi atom ichida musbat zaryadning juda kichik hajmda to‘planganligini va uning kuchli elektr maydonini hosil qilishini ko‘rsatadi. Alfa-zarra o‘zi geliy atomi yadrosidir. Bu ikki yadro orasidagi elektrostatik o‘zaro ta’sirlashuv alfa-zarraning katta burchaklarda

sochilishiga sabab bo‘ladi. Alfa-zarralarning o‘z harakati yo‘nalishidan og‘ishini (sochilishini) ularning Vilson kamerasidagi izlarining fotosuratlaridan ko‘rish mumkin (4.3-rasm).

80

4.4-rasm
Rasmda alfa-zarraning kisloroddagi izi tasvirlangan. Odatda alfa-zarralar izlarining oxiri bir-biridan farq qilmaydi. Lekin rasmdagi izlar orasida oxiri siniq yoki vilka ko‘rinishida bo‘lgan izlar ham kuzatiladi. Bu izlar alfa-zarralarning yadro bilan to‘qnashuvlari natijasida hosil bo‘lgan. To‘qnashish natijasida alfa -zarraning harakat yo‘nalishi keskin o‘zgargan va to‘qnashish tufayli harakatga kelgan yadro esa yangi iz qoldirgan, bu iz alfa-zarra izi bilan vilka hosil qilgan. Bu fotosurat katta og‘ish burchaklari yakka to‘qnashish natijasida hosil bo‘lishini ko‘rsatadi. Atom ichida juda kichik hajmga (o‘lchami 10^–13sm) va katta massaga ega bo‘lgan musbat zaryad – yadro kuchli elektr maydonni hosil qiladi. Demak, atom ichida musbat zaryad kichik hajmga to‘plangan, bu hajm yadro deyiladi. Bu xulosa atom tuzilishining yadroviy modeli edi. Uchib kelayotgan alfa-zarralarning atom ichida yadro hosil qilgan kuchli elektr maydoniga tushganlari maydon ta’sirida o‘z yo‘nalishini o‘zgartiradi, ya’ni katta burchaklarda sochiladi. Agar musbat zaryad atomda katta hajmda taqsimlangan bo‘lganda, atom ichida kuchli elektr maydoni bo‘lmasdi. U vaqtda atomga tushgan alfa -zarralar o‘z yo‘nalishni o‘zgartirmay, sochilmay to‘g‘ri o‘tib ketgan bo‘lardi.

O‘tkazilgan tajribalarning natijalarini Rezerford quyidagicha tushuntirdi: atomning juda kichik hajmida musbat zaryad joylashgan, uning atrofidagi atomning barcha qismi esa manfiy zaryadli elektronlar bulutidan iborat bo‘lib, bu elektronlarning to‘liq manfiy zaryadi kichik hajmdagi musbat zaryadga miqdor jihatidan teng. O‘tkazilgan tajribalarning bunday natijalari Rezerford farazining to‘g‘riligini tasdiqladi. Bunday tajribalar, hisoblashlar natijasida atomning yadroviy modeli yaratildi. Bu model ko‘pincha planetar model deb yuritiladi, chunki atomning yadroviy model asosidagi tuzilishi Quyosh tizimi tuzilishiga o‘xshatiladi, ya’ni yadroni Quyoshga, elektronlar esa planetalarga o‘xshatiladi.