SəRBƏst iŞ İxtisas: Maşınqayırma və robototexnika mühəndisliyi Kurs

Azərbaycan Respublikası Təhsil Nazirliyi

Azərbaycan Texniki Universiteti



SƏRBƏST İŞ


İxtisas: Maşınqayırma və robototexnika mühəndisliyi

Kurs: I

Fənn: Kimya

Müəllim: Mirzəyeva Gülnaz

Tələbə: Rzazadə Azər

Mövzu: Atomun quruluşu haqqında müasir məlumatlar. Kvant

ədədləri. Atomun elektron quruluşu

BAKI- 2020

ATOMUN QURULUŞU HAQQINDA MÜASİR MƏLUMATLAR.

KVANT ƏDƏDLƏRİ. ATOMUN ELEKTRON QURULUŞU

Təcrübədə alımış nəticələrə əsasən Rezerford 1911-ci ildə atomun planetar modelini təklif etmişdir. Bu modeldə atomun quruluşu Günəş sisteminin quruluşunu xatırladır. Modelə əsasən atomun mərkəzində, planetlər sistemində günəş olduğu kimi, müsbət yüklü nüvə yerləşir, onun ətrafında isə, planetlər günəş ətrafında fırlandığı kimi, elektronlar müxtəli orbitlər üzrə fırlanır.

Atomun demək olar ki, bütün kütləsi nüvədə toplanmışdır. Nüvənin radiusu atomun radiusundan 10⁵ dəfə kiçik olub, 10^-15m tərtibindədir.

Atom quruluşunun Rezerford və Bor modellərində elektronun nüvə ətrafında dairəvi orbit üzrə hərəkəti qəbul edilmişdir. Lakin atomun spektr xətlərinin təbiətininin öyrənilməsi zamanı əldə edilən nəticələrə əsasən alman alimi Zemmerfeld 1915-ci ildə müəyyən etmişdir ki, elektronlar nüvə ətrafında yalnız müəyyən mümkün ellipsvari orbitlər üzrə də hərəkət edə bilər.

Atomda elektronların energetik halı aşağıdakı 4 kvant ədədi ilə müəyyən edilir:

Baş kvant ədədi atomun fundamental kvant xarakteristikası olub, n hərfi ilə işarə olunur. Baş kvant ədədi (BKƏ) kvant səviyyələrinin radiusunu və həmin səviyyələrdə elektronların ümumi enerjisini müəyyən edir. BKƏ artdıqca, energetik səviyyələrin ümumi enerjisi, həm də əsasən potensial enerjisi artır. BKƏ natural qiymətlər alır: n=1, 2, 3...

Bor 1913-cü ildə Rezerford modelinə və Plankın kvant nəzəriyyəsinə əsəslanaraq, hidrogen atomu quruluşunun kvant nəzəriyyəsini işləyib hazırlamışdır.

Bor sübut etdi ki, atomda yalnız müəyyən ciddi orbitlər mövcuddur. Elektronlar həmin orbitlər üzrə hərəkət etdikdə enerji şüalandırmır. Bora görə şüalanma yalnız elektronun bir orbitdən başqa orbitə keçməsi zamanı baş verir. Borun atom quruluşu nəzəriyyəsinə dair işləri əsasən iki postulat şəklində məlumdur.

Borun birinci postulatına əsasən elektron nüvə ətrafında enerji şüalandırmadan yalnız hərəkət miqdarı momenti nh/2π -yə bərabər olan dairəvi orbitlər üzrə hərəkət edə bilər.

Bor tənliyi üzrə müəyyən edilmiş orbitlər stasionar və ya kvant orbitləri adlanır. Lakin hər bir orbitdə elektrona müəyyən enerji müvafiq gəldiyindən, onları energetik və ya kvant səviyyəsi adlandırmaq daha məqsədəuyğundur. Stasionar halın hər birinə müəyyən enerji (E₁, E₂, ... E_n) müvafiq gəlir. Bunlardan ən az enerji ehtiyatına müvafiq gələn hal əsas və ya normal hal adlanır. Atom normal halda davamlı olur.

Borun ikinci postulatına əsasən atomun çox həyəcanlı haldan az həyəcanlı və ya normal hala keçidi zamanı müəyyən rəqs tezliyi ilə səciyyələnən işıq kvantı şəklində enerji ayrılır.

p-elektronlarda (l=1) MKƏ üç qiymətə (2*1+1=3) malik olur: m_l=-1, m_l=0, m_l=+1. d-elektronlarda (l=2) maqnit kvant ədədi beş qiymət alır (2*2+1=5). f-elektronlarda (l=3) MKƏ yeddi qiymət alır (2*3+1=7).

Baş və orbital kvant ədədləri eyni, maqnit kvant ədədi müxtəlif olan elektronlar eyni enerjiyə malikdirlər. Başqa sözlə, BKƏ və OKƏ elektronların enerjisini müəyyən edir, MKƏ isə enerji ilə bağlı deyil.

Spin kvant ədədi (SKƏ) elektroun məxsusi fırlanma momentini göstərməklə, förlanma istiqamətlərindən (saat əqrəbinin hərəkət istiqaməti üzrə və ya əksinə)  asılı olaraq, yalnız iki qiymət alır: +1/2 və -1/2.

BKƏ, OKƏ və MKƏ eyni olan yalnız SKƏ-nə görə fərqlənən iki elektron enerji və elektron sıxlığının paylanması cəhətdən, demək olar ki, fərqlənmir. Başqa sözlə, hər iki elektronunu atom həcminin bütün nöqtələrində müəyyən yerləşmə ehtimalı eynidir. Belə elektronlar elektron cütü əmələ gətirir. Elektron cütü, adətən belə təsvir edilir:   burada kvadrat şərti olaraq, kvant qəfəsini, əks istiqamətli oxlar isə elektronların spin kvant ədədlərinin müxtəlif olmasını göstərir.

Orbital (azimutal və ya əlavə) kvant ədədi (OKƏ) l hərfi ilə işarə olunur və energetik səviyyələrin ayrı-ayrı yarımsəviyyələrə "parçalanmasını" xarakterizə edir. Orbital kvant ədədi n-1 prinsipi üzrə, həmçinin tam müsbət ədədi qiymətlər alır: l=0, 1, 2, 3, ... n-1. Orbital kvant ədədinin ayrı-ayrı hallarda hansı qiymətlər alması BKƏ-dən asılıdır. Məsələn, n=1 olduqda, l yalnız bir qiymət alır: l=0. Beləliklə, n=1 olduğu halda energetik səviyyə (ES) yarımsəviyyələrə "parçalanmır". n=2 olduqda OKƏ iki qiymət alır: l=0, l=1. Buradan aydın olur ki, BKƏ-nin ikinci qiymətində ES iki yarımsəviyyəyə "parçalanır".

Hazırda məlum olan kimyəvi elementlərin atomlarında OKƏ-nin maksimal qiyməti 3-dür (l=3).

Maqnit kvant ədədi (MKƏ) verilmiş koordinat sistemində elektronların "paylanma" variantlarının sayını müəyyənləşdirir, m_l ilə işarə olunur. MKƏ 2l+1 formulu ilə müəyyənləşən sayda, sıfırdan keçməklə -l ilə +l arasındakı bütün tam ədədi qiymətləri qəbul edir. Məsələn, s-elektronda MKƏ sıfra bərabər olur: l=0. Beləliklə, bu halda elektronun "yerləşmə" ehtimalının yalnız bir variantı mümkündür: 2*0+1=1.

Atomlarda bəzi elektronlar nüvəyə daha yaxın məsafədə hərəkət edir. Onlar enerji ehtiyatlarının nisbətən az olmasına baxmayaraq, nüvəyə daha böyük qüvvə ilə cəzb olunur. Həmin elektronlar başqa elektronların nüvəyə cəzb olunmasını zəiflədir və onlar arasında maneə yaradır. Nüvəyə ən yaxın məsafədə hərəkət edən elektronların yaratdığı orbital nüvə ətrafında birinci örtüyü əmələ gətirir. Nisbətən uzaq məsafədə hərəkət edən elektronlar 2-ci, 3-cü  və s. örtüklər əmələ gətirir.

Bir-birindən enerjisinə görə fərqlənən elektron örtüklərinə energetik səviyyələr (və ya elektron təbəqələri) deyilir. Daha yuxarı (və ya nüvədən daha uzaq) energetik səviyyədə yerləşən elektronlar həmişə daha zəif cəzb olunur və onların enerji ehtiyatı böyük olur.

Energetik səviyyələr (elektron təbəqələri) rəqəmlə işarə edilir və “n” hərfi ilə göstərilir  (n=1,2,3,4,5,6,7).

Atomun quruluşunun öyrənilməsinin ilk mərhələlərində bir energetik səviyyədə olan elektronların eyni enerjiyə malik olduğu zənn edilirdi. Sonrakı tədqiqatlar göstərdi ki, eyni energetik səviyyədə olan elektronlar öz enerjisinin qiymətinə görə bir-birindən fəqlənir. Buna əsasən energetik səviyyələri (elektron təbəqələrini) yarım səviyyələrə ayırdılar və enerjisinin qiymətinə görə fərqlən­məyən elektronlar energetik yarımsəviyyələrdə birləşirdilər. Energetik yarımsəviyyələr s, p, d, f, hərfləri ilə işarə olunur. Yəni 1-ci elektron təbəqəsində  bir (s), 2-də iki (s, p), 3-də üç (s, p, d), 4-də dörd (s, p, d, f) yarımsəviyyə olur. 4-dən çox yarımsəviyyə olan elektron təbəqəsi yoxdur.

Müəyyən edilmişdir ki, eyni orbitalı əmələ gətirən iki elektron yalnız spin adlanan xarakteristikasına (elektronun öz oxu ətrafınfa hərəkət miqdarı momenti) görə bir-birindən fərqlənir. Eyni orbitaldakı müxtəlif spinli elektronlar sxematik olaraq bir xanada əks istiqamətli oxlarla göstərilir.

Bir orbitalda (xanada) yalnız əks (antiparalel) spinə malik iki elektron ola bilər. Energetik səviyyənin (elektron təbəqəsinin) nömrəsini göstərən ədəd( n) baş kvant adlanır. Baş kvant ədədi (n) energetik səviyyədə yerləşən elektronların enerjisini və elektron buludunun ölçüsünü xarakterizə edir.

Atomda elektron təbəqələrinin (energetik səviyyələrin) sayı elementin dövri sistemdə yerləşdiyi dövrün nömrəsinə bərabərdir. 1-ci dövr elementlərinin (H, He) bir (n=1), 2-ci dövr elementlərinin (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne) atomlarında iki (n=2), 3-cü dovr elementlərinin (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar) atomlarında üç (n= 3), 4-cü dövr elementlərinin atomlarında dörd və s. elektron təbəqəsi vardır. Hər hansı energetik səviyyədə (elektron təbəqəsində) elektronların maksimum sayı N(e-) max= 2n², orbitalların maksimum sayı N(orbital) max. = n² düsturu ilə hesablanır.