Əsas məsələl
Yüklə 5,01 Kb. Pdf görüntüsü
|
|
9. Atomun quruluşu haqqında müasir fikirlər. Kvant ədədləri Atomda elektronun v əziyyəti və energetik halı 4 - kvant ədədilə xarakteriz ə olunur 1. Ba ş kvant ədədi ( n ) 2. Orbital ( əlavə ) kvant ədədi ( l ) 3. Maqnit kvant ədədi ( m l ) 4. Spin kvan ədədi ( m s ) Elektronlar orbitallarda h ərəkət edərkən elektron səviyyəsi (təbəqəsi) , ba şqa sözlə desək, energetik səviyyələr əmələ gətirir. Bu səviyyələr nüvəyə yaxın t ərəfdən rəqəmlərlə ( 1, 2, 3, …), yaxud latın hərflərilə (K, L, M, N, O, P, G) göst ərilir. Bunlara baş kvant ədədləri deyilir. Baş kvant ədədləri energetik s əviyyələrdə elekronun ümumi enejisini xarakterizə edir. I səviyyənin elektronu - ən az, nüv ədən ən uzaq məsafədə olan elektron isə ən çox enerjiyə malik olur. 10 Energetik s əviyyələrin sayı dövrün nömrəsinə uyğun gəlir. Səviyyələrdə olan elektronların maksimum sayı N= 2n 2 düsturu ilə tapılır ( Pauli). Burada n – dövrün sayıdır n = 1 is ə, N = 2 n = 2 is ə, N = 8 n = 3 is ə, N = 18 n = 4 is ə, N = 32 və s. olar. Energetik s əviyyələr yarımsəviyyələrə bölünür ki, bunlar da latın hərflərilə - s, p, d, f göst ərilir. I energetik s əviyyə 1 yarımsəviyyədən - s II energ. s əv. 2 y.s. - s və p III energ. s əv. 3 y. s. - s, p və d IV energ. s əv. 4 y.s. - s, p, d və f Yarımsəviyyələrin sayı l = n – 1 düstürü ilə tapılır n = 1 is ə, l = n – 1 = 1 – 1 = 0 ( s ) n = 2 is ə, l = 2 – 1 = 1 ( 0, 1 və ya s, p ) n = 3 is ə, l = 3 – 1 = 2 ( 0, 1, 2 və ya s, p, d ) n = 4 is ə, l = 4 – 1 = 3 ( 0, 1, 2, 3 və ya s, p, d, f ) Yarıms əviyyələr də öz növbəsində orbitallara bölünür . S y.s. - bir s orditalından P y.s. - üç p orbitalından : p x , p y, p z D y.s. - be ş d orbitalından F y.s. - yeddi f orbitalından ibar ətdir Orbital kvant ədədi - elektronun hərəkət miqdarı momentini və elektron buludunun formasını xarakteriz ə edir. S - orbital - şar, p – orbital - qantel əbənzər, d – orbital - dördləçəkli çiçəyəbənzər , f- orbital isə daha mür əkkəb formaya malikdir. Yarımsəviyyələrdə elektronların maksimum sayı N = 2 ( 2l + 1 ) düsturu ilə tapılır ( Pauli ). l = 0 is ə, N = 2, s 2 l = 1 is ə, N = 6 p 6 l = 2 is ə, N = 10 d 10 l = 3 is ə, N = 14 f 14 11 Maqnit kvant ədədi - orbitalların fəzada istiqamətini mü əyyən edir. Mü əyyən edilmişdir ki, maqnit və elektrik sahələrində atomun spektral xəttləri(Ştark v ə Zeeman effektləri ) artır. Bu, elektronun maqnit xassəyə malik olmasını göst ərir. Maqnit kvant ədədi m l = 2l + 1 düsturu il ə tapılır l = 0 is ə, m l = 1 l = 1 is ə, m l = 3 l = 2 is ə, m l = 5 l = 3 is ə, m l = 7 Bu r əqəmlər yarımsəviyyələrdə kvant qəfəslərinin sayını göstərir. Belə isə dey ə bilərik : S y.s. – d ə 1 ; P y.s. –də - 3 ; D y.s. –də - 5; F y.s. –də isə 7 kvant qəfəsi var. Elektron atomda n əinki nüvə ətrafında, eləcə də öz oxu ətrafında da saat əqrəbi və onun əksi istiqamətində 180 0 bucaq altında fırlanır : m s = 1/2 Bu, spin kvant ədədi adlanır. Spin kvan ədədini ing. alimləriUlenbek və Qaudsmit k əşf etmişlər. Spin kvant ədədləri ox işarələrilə də göstərilir : 10.Pauli prinsipi, Kleçkovski və Hund qaydaları. Energetik s əviyyələrin elektronlarla dolması Pauli, minimum enerji prinsipl əri, Kleçkovski və Hund qaydaları əsasında gedir. 1925-ci ild ə sveç alimi Pauli öz prinsipini irəli sürür. Prinsipdə deyilir : « Atomda elə iki elektron tapmaq olmaz ki, onların 4 kvant ədədlərinin dördü də eyni olsun». T əbiətdə hər şey dayanıqlı vəziyyətə meyl edir. Bu halda daxili enerji minimum h əddə olur. Kvant s əviyyələrin elektronlarla dolması energetik səviyyələrdə 1-… 7 , yarıms əviyyələrdə isə s p d f ardıcıllığı ilə gedir. Lakin nüvə yükü +19 olan K-dan ba şlayaraq bu ardıcıllıq pozulur ; belə ki, 3d orbital əvəzinə 4 s orbital elektronla dolur. Bu «uy ğunsuzluq» Kleçkovskinin 2 qaydasında öz həllini tapdı. 1. Atomda elektronlarla ilk növbədə n + l cəmi kiçik olan orbitallar dolur. M əs. 3d və 4s orbitallar üçün yazarıq : 3d orbital üçün : n + l = 3 + 2 = 5 4s orbital üçün: n + l = 4 + 0 = 4. Dem əli 4s orbitalında n + l cəmi daha az ( 4 ) olduğundan ilk növbədə bu orbital elektronla dolacaqdır. 12 II. Əgər n + l cəmi hər iki orbital üçün eyni olarsa, ilk növbədə baş kvant ədədinin qiyməti az olan orbital elektronla dolacaqdır. M əs. 3d və 4p orbitalları üçün yazarıq : 3d orbital üçün : n + l = 3 + 2 = 5 4p orbital üçün: n + l = 4 + 1 = 5 Dem əli, 3d orbitalında baş kvant ədədinin qiyməti daha az ( 3 ) olduğundan öncə 3d orbitalı elektronla dolacaqdır. Atom spektrl ərinin , xüsusilə də atomun spektral xəttlərinin maqnit və elektrik sah ələrində parçlanmasının analizinin nəticələrinə əsaslanaraq alman alimi Hund a şağıdakı qaydanı irəli sürür : « Eyni spinli elektronlar maksimum sayda kvant qəfəsləri tutmağa çalışır» . Ba şqa sözlə desək, elektronlar orbitallarda elə yerləşir ki, onların spin kvant ədədlərinin cəmi maksimum olsun. Deməli, elektronlar əvvəlcə orbitalları t ək-tək doldurur, sonra isə əks spinli elektronlar orbitallara daxil olur. 11. Atomun elektron quruluşu. XIX əsrin axırlarınadək atom bölünməz hesab edilirdi. Hələ D.Mendeleyev 1871- ci ild ə uzaqgörənlikdə demişdir : « Hələlik atomun mürəkkəb tərkibə malik olması haqqında tərcübi əsas yoxdur. Lakin tərtib etdiyim dövri asılılıq, çox guman ki, atomun mürəkkəb olması ehtimalını təsdiq edə bilər». Elektronun, elektrolizin, radioaktivliyin, fotoeffekt,qazların elektrik keçirməsi, termoelektron emissiyası v ə s. hadisələrin, eləcə də atom spektrllərinin, rentgen ş üasının k əşfi atomun mürəkkəb quruluşa malik olmasını təsdiq etdi. Bu k əşflərə əsaslanan ing. alimi Stoney 1874-cü ildə nəzəri olaraq bildirdi ki, madd ələrin tərkibinə mənfi yüklü elektrikə malik hissəciklər daxildir. Sonralar alim ( 1891) bu hiss əcikləri elektron adlandırdı. Atomun mür əkkəbliyini təsdiq edən ilk təcrübi faktkatod şüalarının kəşfi oldu. Bü şüalar 1879-cu ildə ing. alimi Kruks tərəfindən kəşf edilmişdir. Alim müəyyən etdi ki, katod şüaları mənfi yüklü hissəciklər selindən ibarətdir. Sonrakı tətqiqatlar göstərdi ki, metalları köz ərtdikdə, hətta qələvi metalları işıqlandırdıqda, onlardan elektrik yüklü hiss əciklər seli ayrılır. 1897-ci ild ə məşhur ing. alimi C.Tomson katod şüaları hissəciklərinin yükünü ( 4,8 . 10 -10 elektrostatik yük vahidi) v ə kütləsini ( 9,11 . 10 -28 q , yaxud 1,602 . 10 -19 kl ) t əyin edərək onu Stoneyin təklifi ilə elektron adlandırdı. 1896-cı ild ə fr. alimi A. Bekkerel uran filizi üzərində fosforessensiya hadis əsini öyrənərkən müşahidə etdi ki, filiz qabaqcadan şüalandırılmadığı halda belə özünd ən şüa buraxır. Bununla Bekkerel atomun mürəkkəbliyini sübut edən yeni bir k əşfə –radioaktivliyin kəşfinə imza atdı. Sonralar bu hadisəni Mariya və Pyer Kürilər daha ətraflı öyrənmişlər. Onlar göstərmişdlər ki, urana yaxın element olan torium da özünd ən şüa buraxır. Uran filizi üzərində geniş tətqiqatlar aparan alimlər 13 tezlikl ə daha güclü ralioaktivliyə malik 2 yeni element - polonium və radiumu kəşf edirl ər. 1920-ci ild ə ing. alimi Rezerford müəyyən edir ki, radioaktiv şüalar elektrik v ə maqnit sahəsində 3 növ şüa ayırır ; alfa, beta və qamma şüaları. Bu şüalar təbiəti etibaril ə bir-birindən kəskin surətdə fərqlənirlər, belə ki, alfa şüalar - müsbət, beta şüalar– mənfi, qamma şüalar isə -yüksüzdür. Alfa şüaların sürəti saniyədə 20.000 km, beta – 100.000 km, qamma şüalarınkı isə daha artıqdır. Kiçik dalğa uzunluğuna malik olan qamma şüaları elektromaqnit dalğalarıdır və olduqca yüksək nüfuzetmə qabiliyy ətlidir. Rezerford mü əyyən etmişdir ki, radioaktiv şüalanma zamanı bir element digər element ə çevrilir. ng. aliml əriF. Soddi və K. Fayans α - v ə β - parçalanma sah əsində t ətqiqatlar apararkən Yerdəyişmə qanununu kəşf edirlər. Onlar müəyyən etmişlər ki, alfa- parçalanma zamanı əmələ gələn yeni elementin sıra nömrəsi dövri sistemdə 2 vahid azalır, beta parçalanma zamanı is ə – bir vahid artır. Qamma parçalanmada elementlərin yükü v ə kütləsində heç bir dəyişiklik baş vermir. 1895-ci ild ə alman alimi Rentgen tərəfindən yeni x- şüaların ( sonralar rentgen şüası adlandıpılmışdır) kəşfi atomun mürəkkəb bir sistem olduğunu bir daha sübuta yetirdi. Rentgen katod şüalarının təbiətini öyrənərkən müəyyən etmişqdir ki, şüşə borunun katod şüası düşən hissəsi özündən yeni şüa buraxır. Rentgen şüaları, dalğa uzunlu ğu görünən işıq şüalarının dalğa uzunluğundan kiçik olan elektromaqnit dalğalarıdır. Katod şüalarının müxtəlif maddə molekullarına çırpılmasından əmələ g ələn rentgen şüalarının dalğa uzunluğu maddələrin müxtəlifliyindən asılı olaraq fərqli olur. Platin v ə volframın buraxdığı şüalar daha intensiv olduğundan onlardan rentgen borularında antikatod kimi istifad ə edirlər. Bütün bu faktlar atomun mür əkkəb bir sistem olduğunu sübut etdi. Elektronun kütl əsi ən yüngül element olan hidrogenin kütləsindən 1840 dəfə kiçikdir. Buradan bel ə bir nəticəyə gəlmək olur ki, atomun kütləsi elektronun kütləsilə mü əyyən oluna bilməz. Deməli, atomun daxilində onun kütləsini mıəyyən edən digər hiss əciklər də olmalıdır. Əlbəttə, bu, alimləri düşündürməyə bilməzdi. Digər tərəfdən atom bütövlükl ə elektroneytral olmaqla yükü sıfra bərabərdir. Atomun mür əkkəbliyi sübut olunduqdan sonra, dünya alimlərini atomun hansı model ə malik olması fikri düşündünməyə başladı. lk dəfə belə bir model 1901-ci ildə Perren (Fransa) t ərəfindən irəli sürüldü. O, atomu miniatür planetlər sisteminə bənzədirdi. Daha sonra Kelvin( 1902, ngilt ərə), Lenard (1903, alman) və Naqaoka( 1904, yapon) öz modell ərini irəli sürdülər. Naqaoka atomu Saturn planetinə bənzədərək göstərirdi ki, atom müsbət yüklü hissəciklərdən ibarət olub, ətrafında elektronlar fırlanır. Özlüyünd ə dəyərli modellər olsa da, bu modellərdən heç biri elementin xassələrinin onun atomunun quruluşu ilə əlaqəsini izah ed ə bilmədi. Bu məsələni 1904-cü ild ə ing. alimi C. Tomson həll etdi. O, elektronun kütləsini və yükünü hesablamağa müvəffəq oldu. 14 1911-ci ildə Rezerford t əcrübə yolu ilə Tomson modelinin həqiqətə uyğun oldu ğunu sübut etdi. O, nazik metal lövhələri alfa-hissəciklərlə bombardman edərkən mü şahidə etdi ki, hissəciklərin əksəriyyəti öz hərəkət istiqamətini dəyəşmədiyi halda, çox az qismi müəyyən bucaq altında öz hərəkət trayektoriyasını dəyişir. Buna alfa- hiss əciklərin səpələnməsi hadisəsi deyilir. Elektronun kütləsi alfa-hissəciyin kütləsindən 7500 d əfə kiçik olduğundan o. alfa hissəciklərin istiqamətini dəyişə bilməz. Odur ki, alfa hiss əciklərin istiqamətini dəyişən hissəcik çox böyük sıxlığa malik müsbət yüklü hissəcik olmalıdır. Alim bu hiss əciyi nüvə adlandırdı. Bütün bunlar haqqında dərindən fikirl əşən dahi alim atomun planetar modelini irəli sürür. Bu modelə görə atomun m ərkəzində müsbət yüklü nüvə yerləşir, onun ətrafında isə elektronlar hərəkət edir. Mü əyyən edilmişdir ki, nüvənin ölçüsü ( 10 -13 sm), atomun ölçüsünd ən ( 10 -8 sm) 100.000 d əfə kiçikdir. Lakin buna baxmayaraq atomun kütləsinin 99,97%-i nüvədə toplanmı şdır. Müqayisə üçün deyək : atomu diametri 100 m olan bir kürə qədər böyüts ək , nüvənin diameri 1mm olar. Nüvə olduqca böyük sıxlığa malikdir. Əgər 1sm 3 nüv əni bir yerə toplamaq mümkün olsaydı onun kütləsi 116 min ton olardı. 1932-ci ild ə ing. alimi Çedvik neytronu kəşf etdikdən sonra, keçmiş sovet aliml əri D. vanenko, E.Qapon və alman alimi Heyzenberqnüvənin proton və neytronlardan ibar ət olduğunu təcrübi faktlarla subuta yetirərək nüvənin proton- neytron nəzəriyyəsini ir əli sürürlər. Proton və neytron birlikdə nuklon adlandırılır. Proton müsb ət yüklüdür və onun mütləq qiyməti elktronun yükünə bərabərdir. Neytron yüksüz hiss əcikdir. Protonla neytronun kütləsi təxminən eyni olub vahidə bərabərdir. Nüv ənin yükü protonların sayı ilə, kütləsi isə proton və neytronların ümumi cəmilə mü əyyən olunur: A = Z + N Burada A– elementin kütl ə ədədi, Z- protonların, N- neytronların sayıdır. Rezerfordun planetar n əzəriyyəsi atomun quruluşunun öyrənilməsində böyük nailiyy ət olsa da, bəzi təcrübi faktları izah edə bilmədi. Belə ki, klassik elektrodinamikanın qanunlarına görə nüvə ətafında fırlanan elektron, fasiləsiz olaraq enerji şüalandırmalıdır. Enerjisi tük ənən elektron ,nəhayat, nüvə üzərinə düşməli və bununla atom öz mövcudlu ğunu itirməli idi. Ancan məlumdur ki, bu haditsə baş vermir. Dig ər tərəfdən planetar model közərdilmiş cisimlərin atom spektrlərinin fasiləli (diskret) xarakter da şımasını da izah edə bilmədi. XX əsrin əvvəllərində tədqiqatlar göstərdi ki, enerji udulanda, yaxud şüalananda fasil əsiz deyil, diskret şəkildə, müəyyən hissələrlə – kvantlarla udulur, şüalanır və s. Bu hadis ə öz izahını 1913-cü ildə Danimarka alimi N. Borun nəzəriyyəsində tapdı. Bor öz n əzəriyyəsini irəli sürərkən Plankın kvant nəzəriyyəsinə (1900), Rezerfordun planetar moldelin ə və atom spetkrlərinə əsaslanmışdır. Kvant nəzəriyyəsinə gör ə atom fasiləsiz yox, müəyyən porsiyalarla – kvantlarla enerji şüalandırır. E = h ν 15 burada, h – Plank sabiti, 6,625 10 -34 C/ san, ν - şüalanma tezliyi, E – enerjidir. Şüa enerjisinin kvantları – fotonlar adlanır. Bor n əzəriyyəsinin 3 postulatı var : I. Elektronlar nüvə ətafında istənilən yerdə yox, ancaq müəyyən stasionar orbitlər üzrə hərəkət edir. Bu orbitl ər kvant orbitləri adlanır. Hər orbitə müəyyən enerji E 1 , E 2 , E 3 v ə s. müvafiq gəlir. I porstulatın riyazi ifad əsi belədir: mvr=n ଶగ burada mvr - elektronun h ərəkət miqdarı momenti, h- Plank sabiti, 2 π - çevr ənin uzunluğu, n – baş kvant ədədi. Tənlikdən belə ifadə çıxır : Elektronun çevrə üzrə hərəkət miqdarı momenti fasiləsiz yox, sıçrayışla dəyişir. II. Elektronlar bu stasionar orbitlərdə hərəkət edərkən, atom enerji ş üalandırmır. III. Atom ancaq o halda enerji şüalandırır , yaxud udur ki, elektron bir orditdən digər orditə keçir E = E 2 – E 1 Elektron nüv ədən nə qədər uzuqda olarsa, atomun enerji ehtiyatı bir o qədər çox olar. Normal halda atom ən az enerjiyə malik olur. Atoma enerji verilərsə, bu halda elektron nüv ədən daha uzaq məsafəyə ötürülür və atom həyəcanlanmış vəziyyətə keçir. Veril ən enerji çox olarsa, bu halda atom ionlaşar. Həyəcanlanmış halda atom çox yaşaya bilm ədiyindən elektron öz əvvəlki vəziyyətinə qayıdır və bu zaman atom özundən enerji şüalandırır. Bor postulatları eksperimental yolla 1913-cü ild ə Frank və Herts tərəfindən t əsdiq edildi. Öz n əzəriyyəsinə əsaslanan Bor, hidrogen atomunun quruluş nəzəriyyəsini işləyib hazırlamış və elektronun enerjisini hesablamışdır. Bor n əzəriyyəsi çoxelektoronlu atomların quruluşunu izah edə bilmədi.Bu məsələni alman alimi Zommerfeldin ( 1916-1925) n əzəriyyəsi həll etdi. Nəzəriyyəyə görə atomda stasionar orbitlər nəinki – dairəvi, hətta elleptik formada olurlar. Bununla o, atomda yarıms əviyyələrin də varlığını, mövcudluğunu irəli sürdü. Atom qurulu şunun müasir nəzəriyyəsi ikili təbiət ( dualistik) təsəvvürlərinə, yəni atomun korpuskulyar-dal ğa təbiətinə malik olmasına əsaslanır. Hələ ilk dəfə 1905-ci ildə dahi Eynşteynişığın ikili təbiətə malik olmasını mü əyyən etmişdir. şığın korpuskulyar xass əsi - fotoeffekt hadisəsilə, yəni metalların qızdırıldıqda və ya şüalandırıldıqda özl ərindən elektron buraxması, dalğa təbiəti isə interferensiyası və difraksiyası ilə sübut olunur. 16 1924-cü ildə de Broyl (Fransa) mü əyyən etdi ki, ikili təbiət tək fotonlar üçün yox, digər maddi hissəciklər üçün də xasdır. O, Plank v ə Eynşteyn tənliklərindən istifad ə etməklə öz tənlyini yaradır h λ = ------ de Broyl t ənliyi mv burada λ - hiss əciyin dalğa uzunluğu ( 10 -8 sm), h – Plank sabiti, m – hiss əciyin kütləsi, v – hissəciyin sürəti. Yuxarıdakılara əsaslanan alman alimi Heyzenberq 1925-ci ildə qeyri- müəyyənlik prinsipini ir əli sürür. Prinsipdə deyilir : « Atomda elektronun sürətini və yerini eyni anda müəyyən etmək qeyri-mümkündür». X V = burada X – elektronun v əziyyəti, V – elektronun sürəti, m – elektronun kütl əsi. 12.Dövri qanun və dövri sistem. H ələ XII əsrə qədər elmə cəmi 11 element: Au, Ag, Sn, Pb, Cu, Zn, Sb, S, C, Fe m əlum idi: XII-XVI əsrlərdə yeni 2 element də əlavə olundu; As və Bi. Artıq 1850-ci ild ə elementlərin sayı 58 oldu. XIX əsrin I yarısından başlayaraq dünya alimləri o dövrdə məlum olan elementlərin fiziki-kimy əvi xassələrini kifayət qədər öyrəndikcə, həmin elementləri sistemləşdirərək t əsnif halına salmağa çalışmışlar. Mendeleyevdən əvvəl bir sıra alimlər, o cümlədən Yüklə 5,01 Kb. Dostları ilə paylaş:
|