Atom va yadro fizikasi Reja

Atom va yadro fizikasi

Reja:

1. Atom tuzilishi nazariyasiga kirish

2 Eletron spini. Atom sistemasini xarakterlovchi kvant sonlari. Pauli prinsipi
3. Kvant sonlari haqida tushuncha


1. Atom tuzilishi nazariyasiga kirish
Atom tuzilishi haqidagi yangi tasavvurlar birinchi bor 1904-yilda nazariy yo’l bilan Tomson tomomidan kashf qilingan. Uning hisoblashicha atomning radiusi - 1 Angstrem tartibida ekan.
1911-yilda Rezerford -zarrachalar bilan o’tkazilgan tajriba natijalariga asoslanib, Tomson modelining noto’g’ri ekanligini isbotladi. Rezerford modeliga asosan, atom markazida musbat yadro va bu yadroning atrofida, Quyosh atrofidagi planetalar kabi, manfiy zaryadlangan elektronlar aylanadi, atomning 99 % massasi yadroda jamlangan. Bu modelni atomning planetar modeli deb atalgan. Keyinroq bu modelning ham kamchiliklari borligi aniqlangan.
Bor Rezerford modeli kamchiliklarini hisobga olib, o’zining uchta postulatlarini ta’rifladi.

1. 
   Elektronlar yadro atrofida ma’lum statsionar orbitalarda aylanib, bu orbitalarga diskret energiyalar to’g’ri keladi;
   
2. 
   Atom yoki undagi elektronlar bir statsionar m-holatdan ikkinchi n- holatga o’tganda o’zidan nur chiqaradi yoki nur yutadi. Ushbu nurning chastotasi
   

(1.1)

shartdan topiladi.

3. 
   Orbita bo’ylab yadro atrofida harakatlanayotgan elektronning impuls momenti Plank doimiysiga karralidir:
   

(1.2)

bu yerda butun sonlar, - Plank doimiysi.

Bor o’z postulatlarini eng oddiy atom sistemasi – vodorod atomi nazariyasini yaratish uchun qo’llagan va uning asosida


(1.3)

kattalik – birinchi Bor orbitasining radiusi aniqlangan.

2 Eletron spini. Atom sistemasini xarakterlovchi kvant sonlari. Pauli prinsipi

YAdro atrofida orbita bo’ylab aylanayotgan elektron impuls momentiga ega bo’lib, u orbital moment ( ) deb yuritiladi. Uning modulini

(3.1)

orqali topiladi. Buerdagi l kattalik orbital kvant soni bo’lib, u ( n – bosh kvant soni ) qiymatlarni qabul qiladi.

Elektron orbital momentini Z o’qidagi proeksiyasi uchun


(3.2)

o’rinli bo’ladi. Bu yerdagi m magnit kvant soni deb atalib, u qiymatlarni qabul qiladi.

Energetik sathlarning ajralishini tushuntirish uchun 1925-yilda Gaudsmit va Ulenbeklar elektronlar xususiy orbital moment ( spin – s )ga ega bo’lishi to’g’risidagi farazni ilgari surdilar. Keyinchalik tajribalar elektronning spini mavjudligini isbotladi. Spin


(3.3)

asosida aniqlanadi, bunda s – cpin kvant soni bo’lib, elektron uchun ga teng.

Kvant mexanikasining qonunlaridan yana biri Pauli prinsipi hisoblanadi. Bu prinsip quyidagicha ta’riflanadi: Atomda yoki biron-bir kvant sistemada to’rtta n, l, m ,s kvant sonlariga ega bo’lgan ikkita elektron bitta kvant holatida bo’lishi mumkin emas. Mendeleev davriy sistemasining to’ldirilishida Pauli prinsipi asosiy rol o’ynaydi.

4. 
   Kvant sonlari haqida tushuncha
   

Atomdagi elektron holatlarning tavsiflovchi kvant sonlar s p d f elektronlar. Energetik holat, elektron qobiqcha, atom orbital (AO).

Atom tuzilish nazariyasiga ko’ra elektron zarracha va to’lqin tabiatga ega buni 1927 yili Geyzenburg mikrozarrachalarning ikki xil tabiatli ekanligini o’zining noaniqlik printsipi asosida tushuntirdi. Bu printsipga muvaffaq bir vaqtning o’zida mikrozarrachaning tezligi va o’rni (koordinatlarni) aniqlash mumkin emas. Matematik jihatdan noaniklik quyidagicha ifodalanadi.
Dg xDV · h/4p
DV – noaniqlik mikrozarrachaning topishdagi xato,
Dg – noaniqlik xatosi,
Dg 0 noaniqlik xarakatining mikrozarrachaning tezlikka (Df) ko’paytmasi hech qachon h/4p dan kichik bo’la olmaydi.
Bu tenglikdan zarrachaning koordinatlari qanchalik aniqlik bilan o’lchansa uning tezlikni o’lchashdagi xatosi shuncha katta bo’lib chiqadi. Masalan: e=v 2000 km/sek. 10-10 sm. shu zarrachaning tezligining topishdagi xato 58000 km/sek.ni tashkil qiladi elektronlarning ikki xil tabiatli ekanligi uning xossalaridan namoyon bo’ladi.
1. Elektron ma‘lum kattalikdagi tinch massaga ega, elektronning massasi protonning massasidan 1/1840 marta kichik.
2. Elektron to’lqinchimon harakatga ega.
3. Elektronni amplituda, to’lqin uzunlik, tebranish chastotasi kabi fizikaviy kattaliklar bilan tavsiflash mumkin. shu sababli elektronning xarakatini aniq traektoriya bilan aniqlash mumkin emas. Hozirgi paytda atomdagi elektronning xarakatini aniqlash uchun orbita termini o’rniga orbital termini ishlatiladi. Yadro atrofida fazoda elektronlar bo’lib turish extimolligini quyuq va siyrak sohalarga ega bo’lgan elektron bulut deb qabul qilsak, uning shakli orbital nomli maxsus funktsiyalar bilan tavsiflanadi va hozirgi paytda to’lqin mexanikasi asosida elektronlarning harakati 4 ta kvant sonlari bilan xarakterlanadi.
1. Bosh kvant son – n. Elektron energiyasining kattaligini ko’rsatadi, uning qiymatlari – 1, 2, 3, 4, 4 ga teng butun sonlar bo’ladi. Bosh kvant sonlari bir-biriga teng bo’lgan bir necha elektron atomda elektron qavatni yoki elektron pagonani hosil qiladi. Atom energetik pagonalarini K, L, M, N, O, P, Q harflari bilan ham belgilanadi. Yadroga eng yaqin joylashgan qavat – K qavat bo’lib uning uchun n=1, L qavat uchun n=2, M qavat uchun n=3, N qavat uchun esa n=4 uzoqlikda turadi va x.k. Ayni qavat elektronlari bir-biridan o’zlarining energiyalari bilan farq qiladi va har bir qavat bir yoki bir nechta orbitallarni yoki pagonachalarni hosil qiladi. Bu orbitallar o’z shakllari bilan bir-biridan farq qiladi. Kvant mexanikasida qavat nomeri n – kattalashgan sayin o’sha qavat orbitallarining xilma-xilligi ortadi va Eps= n2 formula bilan ifodalanadi. Bu yerda Eps – ayni energetik qavatdagi pogochalar soni. n – bosh kvant son.
Birinchi qavat 1 ta orbitalga (pogonacha)
Ikkinchi qavat 4 ta orbitalga (pogonacha)
Uchinchi qavat 9 ta orbitalga (pogonacha)
n qavat n2 ta orbitalga tengdir (pogonacha).
Buni sxematik ravishda quyidagicha ko’rsatish mumkin:
Bosh kvant so: n = 1 2 3 4 5 6 7 n
Energetik pogonadagi + 1 4 9 16 25 30
Pogonachalar soni: K, L, M, N, O, P, Q –
Energetik pogonalar:
2. Elektron orbitalining shakli yoki elektron bulutining shakli, orbital (yonaki orbital) yoki azimutal kvant son 1 bilan tasvirlanadi. 1 – ning qiymatlari n-1 gacha bo’lgan sonlarga teng bo’ladi, ya‘ni besh kvant sonning har bir qiymati uchun, orbital kvant soni 0 va n-1 qiymatlarga ega bo’ladi ya‘ni 1=0, 1, 2, 3, , 4, . . . 4 1-ning har bir qiymati uchun ma‘lum bir pogonacha to’g’ri keladi, ular o’zlarining shakllari va energiyalari bilan bir-biridan farq qiladi.
Masalan: 1=0, 1, 2, 3, 4, . . . . .
Pogonacha belgisi: s, p, d, f, g . . . . . . . kabi belgilanadi.
Bosh kvant son bilan orbital kvant son orsida boshliqlik quyidagicha ifodalanadi.

Bosh kvant son-n	Orbital kvant son - 1	Orbital belgisi
1	0	1S
2	0, 1	2S, 2p
3	0, 1, 2	3S, 3p, 3d
4	0, 1, 2, 3	4S, 4p, 4d, 4f
5	0, 1, 2, 3, 4	5S, 5p, 5d, 5f, 5g

3. Elektron orbitallarning fazodagi vaziyatini xarakterlash uchun uchinchi kvant son m1-magnit kvant soni kiritildi. Magnit kvant sonining qiymatlari: - 1, 0, + 1 gacha ya‘ni:

m1 = 0, +1, +2, +3 . . . . . . +L bo’lishi mumkin. me- ayni energetik pagonachada necha xil orbital bor ekanligini va me ularning shaklini ko’rsatadi. Pagonachalardagi orbitallar soni 2l + 1 ga teng bo’ladi. Masalan: Po. C. = 2l +1

Orbital kvant soni 1	Magnit kvant son me	Orbitallar soni
0	0	1
1	-1, 0, +1	3
2	-2, -1, 0, +1, +2	5
3	-3, -2, 1-, 0, +1, +2, +3	7

Demak, s – holatda 1 ta orbital,
p – holatda 3 ta orbital,
d – holatda 5 ta orbital,
f – holatda 7 ta orbital,
g – holatda 9 ta orbital,
h – holatda 11 ta orbital bo’ladi va x.k. zo.
(Ma‘lum energetik qavatdagi orbitallar soni n ga teng bo’ladi). s, p, d – elektronlarning bututlari (orbitallari) fazooda joylanishlari bilan farq qiladi. Kvant mexanik hisoblashlar asosida s – orbital shar shaklida, p- orbital gantel shaklida, d va f - orbitallar ancha murakkab shaklga ega ekanligi isbot qilindi.
Masalan: Elektronning fazodagi holatini belgilash uchun, bosh kvant son orbital kvant sonning belgisi oldiga qoyiladi. Masalan: 4s – bo’lgan elektron n=4, va 1=0 ya‘ni shar shaklini, 2p – elektron esa n=2 va l=1 gantel shaklini beldiradi.
4. Atom spektrlarini tuzilishini o’rganish.
Elektron blutlari bir – biridan o’lchamlari va shakli bilan farq qilib qolmasdan balki spinlari bilan ham farq qilishi aniqlandi. Elektronning o’z o’qi atrofida aylanishi uning spini deyiladi. Spinni xarakterlash uchun to’rtinchi kvant son ms – spin kvant soni qabul qilingan. Uning son qiymatlari +1/2 va – ½ ga teng.