Tabiiy fanlar fakulteti

Atom tuzilishini klassik va zamonaviy ta’limoti.

Atom tuzilishi haqida klassik ta’limoti. Atom yunoncha so’z bo’lib, “bo’linmas” ma’nosini anglatadi. Lekin atomning murakkab sistema ekanligini M.G.Pavlov 1819-yildayoq aytib o’tgan edi. XIX asrning 80–yillarida B.N. Chi-cherin atom xuddi “Quyosh” sistemasi kabi tuzilgan va uning markaziga musbat zaryadli yadro joylashgan deb, ta’riflagan edi. A.M.Butlerov 1886-yilda “atomlar bizga ma’lum kimyoviy jarayonlarda bo’linmas bo’lib qolsada, keyinchalik kashf etiladigan jarayonlarda albatta bo’linishi kerak.” degan edi [8,9].

1896-yilda A. Bekkerel radioaktivlikni kashf qildi. 1904-yilda Dj.Tomson atomning barcha qismini musbat zaryad band etadi va uni manfiy zaryadli zarra-chalar, elektronlar o’rab turadi, degan fikrni aytdi. Ingliz olimi Ernest Rezerford tadqiqotlari natijasida atom tuzilishi haqida planetar nazariya vujudga keldi. Atom-ga quyidagicha ta’rif berish mumkin:

Atom - kimyoviy elementlarning eng kichik zarrachasi bo’lib, o’zida o’sha elementning barcha kimyoviy xossalarini mujassamlashtiradi.

Atom elektroneytral zarracha bo’lib, u musbat zaryadi yadro va manfiy zaryadli elektrondan iborat. Atomning deyarli barcha massasini yadro massasi tashkil etadi. Atom yadrosi nuklonlardan, ya’ni proton va neytronlardan tuzilgan. Bu nazariya dastlab 1932-yilda D.D.Ivanenko va E.N.Gaponlar tomonidan taklif etilgan [10].

Elektron massasi m₀ = 9,11•10^-31kg; uning zaryadi elektr zaryadining eng kichik miqdorini tashkil etadi, uning kattaligi e = 1,6•10^-19 kl (kulon) ga teng.

Atomning radiusi ham juda kichik: 10^-10m (yoki 10^-9nm). Masalan, vodorod atomining radiusi 0,053 nm (nanometr) bo’lsa, kumush atomining radiusi 0,144nm ga teng. Yadro radiusi esa 10^-4 - 10^-5nm chamasida bo’ladi, ya’ni atomnikidan taxminan 10⁵ marta (100000) kichikdir. Atom tuzilishi nazariyasi yaratilishida kimyoviy elementlarning optik spektrlarini tekshirish katta ahamiyatga ega bo’ldi. 1911-yilda E.Rezerford atom tuzilishi haqida o’zining planetar (yoxud nuklear) nazariyasini taklif qildi. Bu nazariyaga muvofiq atom markazida musbat zaryadli yadro mavjud bo’lib, uning atrofida elektronlar harakat qiladi. E.Rezerfordning tadqiqotlari yadro fizikasining yaratilishiga asos bo’ldi [10,11].

Elektron zaryadi qiymati 1909-yilda R.Malliken aniqladi. Protonning massa-sini esa E.Golshteyn aniqlagan edi. Proton massasi vodorod atomi massasiga teng bo’lib chiqdi. Neytron massasi (1,6747•10^-27kg) 1932-yilda Dj.Chedvik tomonidan aniqlandi.

Rezerfordning atom tuzilishi haqidagi nuklear nazariyasi uning oltin zar qo-g’oziga α - zarrachalar yog’dirish tajribasiga asoslangan. Tajribalar shuni ko’r-satdiki, yog’dirilgan zarrachalarning ko’pchiligi oltin qog’ozdan bemalol o’z yo’li-ni o’zgantirmasdan o’tib ketadi, faqat ba’zilari to’g’ri chiziqli yo’lni o’zgartiradi, buriladi, og’adi, juda oz qismi orqaga qaytadi.

Oltin atomi markazida musbat zaryadli qism, yadro bo’lgandagina yuqorida bayon etilgan hodisa, sodir bo’lishi mumkin. Nuklear nazariyaga ko’ra, elektronlar yadro atrofida (xuddi planetalar quyosh atrofida aylangani kabi) harakat qiladi.

Agar _ orqali markazdan qochish kuchini, _ orqali markazga intilish kuchini ifodalasak,

tenglamaga ega bo’lamiz.

Klassik elektrodinamika talablariga ko’ra bunday sistema barqaror bo’lmas-ligi kerak, chunki elektron musbat zaryadli yadro atrofida egri chiziqli harakat qilib aylanar ekan, u o’zidan uzluksiz energiya chiqara borib, nihoyat yadroga “qulashi”, u bilan birikishi kerak [12].

Atom tuzilishi haqidagi zamonaviy ta’limot. Atom tuzilishi haqidagi zamonaviy ta’limot to’lqin mexanikasi g’oyalariga asoslanadi. To’lqin mexanika mikroob’ektlarning kuch maydoni ta’siridagi harakatini o’rganadi. To’lqin mexanikasi XX asrning 20-yillaridan boshlab rivojlandi. Uning rivojlanishida Lui de Broyl, V.K.Geyzenberg, P.Dirak, E.Shredinger, V.A.Fok va boshqa olimlar katta hissa qo’shdilar [13].

Mikroob’ektlarning xususiyatlari. Kishi ko’zi yordamida ko’rish mumkin bo’lgan barcha zarrachalar makroolamni tashkil qiladi. Mikroolam ob’ektlari esa, ko’z bilan ham, mikroskop yordamida bilan ham ko’rinmaydi. Ular jumlasiga molekula, atom, elektron, proton, neytronlar kabi elementar zarrachalar kiradi. Ular barcha moddalar tuzilishida struktura birliklar bo’ladi. Mikroob’ektlarni eng muhim xsusiyatlari shundaki, ular ham zarracha, ham to’lqin xossalarini namoyon qiladi. masalan, yorug’lik kvantlari fotonlarda zarracha (korpuskulyar) xossalar borligini Stoletov kashf etgan fotoeffekt hodisasi va Komptonning yorug’likning yoyilishi effekti nomli tajriblari asosida isbot qilingan, lekin interferentsiya va difraktsiya hodisalari yorug’likning to’lqin tabiatga ega ekanligini ko’rsatdi.

Makroolam ob’ektlarining xossalari klassik mexanika qonunlari asosida ham izohlanadi, chunki ular aniq o’lchamli radius, aniq o’lchamli tezlik va boshqa xos-salarga ega bo’lib, fazoda aniq o’rin egallaydi. Ularning holatini koordinata o’qlari yordamida aniq belgilash mumkin. Mikroolam ob’ektlarining jismlari, masalan, elektron harakat tezligi, radiuslarining katta kichikligi va holatlarining koordi-natalari ma’lum darajada ehtimollik bilangina tavsiflanishi mumkin. To’lqin mexa-nika asosida ikki printsip yotadi [14].

Birinchisi - “mikroolam zarrachagina emas ular to’lqin hamdir”, bu printsip de Broyl formulasi:

bilan ifodalanadi (bu erda: m – zarracha massasi, V – uning tezligi, h – Plank doimiyligi; h – 6,624•10^-34J•sek, _ – zarrachaga mos keluvchi to’lqin uzunligi).

To’lqinsimon harakat makrosistema jismlari uchun ham taalluqli, lekin ular harakatining to’lqin uzunligi juda katta va chastotasi kichik bo’lishi tufayli bunday harakatni inobatga olmasa ham bo’ladi. Mikroolam zarrachalarining to’lqin o’l-chamlari (uzunligi va chastotasi) makroolam zarrachalarinikiga teskari bo’lib, ular-ni hisobga olmasa bo’lmaydi. Chastota katta bo’lishi ularning energiyasi ham katta bo’lishiga olib keladi.

De Broyl formulasi olib borilgan tadqiqotlar natijasida isbot etildi. Professor P.S.Tartakovskiy elektronlarning difraktsiyaga uchrashi misolida de Broyl formu-lasining to’g’ri ekanligini tasdiqlaydi. Keyinchalik, neytron, proton, geliy atomi, vodorod molekulasi ham difraktsiya hodisasiga uchrashi kuzatildi. Hozirda mikro-olam zarrachalarining to’lqin xususiyatlaridan elektronografiya, neytronografiya va boshqa sohalarda keng foydalanilmoqda.

Ikkinchi printsip - Geyzenbergning noaniqlik printsipi bo’lib, bu printsipga muvofiq, elektronning impulsi yoki tezligi qanchalik aniqlik bilan topilsa uning koordinatlari (fazodagi o’rni) shunchalik noaniqlik bilan o’lchanadi:


Mozli qonuni. Elementlarning rentgen spektrlaridagi xarakterli chiziqlariga to’g’ri keladigan tebranishning kvadrat ildizidan olingan qiymat elementning D.I. Mendeleev sistemasidagi tartib raqamiga bog’liq bo’ladi.


Mozli qonuni D.I.Mendeleev elementlarni davriy jadvalga to’g’ri joylash-tirganini ko’rsatadi.Rentgen nurlari spektrini o’rganish asosida z-72 Re elementi o-chilgan.

Mozli qonuniga ko’ra elementning tartib nomeri bu oddiy nomerlash emas bal-ki atomning musbat zaryadini qiymatini ko’rsatar ekan, atomning asosiy xossalari uning yadro zaryadiga bog’liqdir [14,15].

Masalan, ₁₁Na²³ natriy atomida elektronlar 11 va protonlar 11. Protonlar va neytronlar bir zarracha nuklonlarning ikki holatini ko’rsatadi.

Protonning massasi 1,0073 u.b.ga teng bo’lib, uning zaryadi +1ga teng. Ney-tronning massasi 1,0087 u.b.ga teng,uning zaryadi nolga teng [15].

Neytron ochilgandan so’ng 1932-yil D.I. Ivanenko va Geyzenberg yadro tuzilishini proton–neytron nazariyasini yaratdilar. Bu nazariyaga ko’ra yadroda protonlar va neytronlar turadi.

N = A – Z

N- atomdagi neytronlar soni. A-elementning atom massasi. Z-elementning tartib nomeri.

Be atomining -zarrachalar bilan ta’sirini o’rganib 1932-yilda ingliz fizigi Dj. Chedvik zaryadsiz zarrachalarni aniqladi va ularga neytron nomini berdi (_o¹n).

Yadrodagi protonlar va neytronlarni ushlab turuvchi kuchlar yadro kuchlari deyiladi. Ular juda qisqa masofada ta’sir etadi (10^—16 m).

Yadrodaga protonlar neytronlarga aylanishi yoki teskari jarayon sodir bo’li-shi mumkin.

₀¹n = ₁¹P + _-1⁰e ₁¹P= ₀¹n +₊₁⁰e
_-1⁰e va ₊₁⁰e elektron va pozitron
Izotoplar, izobarlar va izotonlar. Yadro zaryadi bir xil lekin atom massasi turlicha bo’lgan atomlar to’plami izotoplar deyiladi. Bu zarrachalar tarkibida ney-tronlar soni har xil bo’ladi.

₁₇Cl³⁵, ₁₇Cl³⁷ ₁₂Mg²⁴, ₁₂Mg²⁵, ₁₂Mg²⁶

Kimyoviy va biologik jarayonlarda izotop indikatorlar (belgilangan atom-lar) yoki “mechennie” ko’p ishlatiladi. Bunday indicator atomlar sifatida O¹⁸ va C¹³ ishlatilishi mumkin. Masalan, fotosintez hodisasidagi kislorod suvdan olina-dimi yoki CO₂ dan, isbotlash uchun O¹⁸ izotopi (O*) ishlatilgan:

6CO₂^*+12H₂O=C₆H₁₂O₆*+6H₂O*+6O₂
Radiokimyoviy usullar farmatsevtik tahlilda ko’p ishlatiladi. Farmokopiya-dagi radioaktiv preparatlarning sifatini baholash uchun - yoki - zarrachalarning konsentratsiyasi spektrometrlar yordamida o’lchanadi.

Har xil sondagi protonlar va neytronlarga, lekin bir xil sondagi nuklonlar-ga (atom massasiga) ega bo’lgan zarrachalar izobarlar deyiladi.

₁₉K ⁴⁰(18 p, 21 n); ₂₀Са⁴⁰ (20p,20n); ₁₈Ar(18p,22n)

Bir xil sondagi neytronlarga ega bo’lgan zarrachalar izotonlar deyiladi.

₅₄Xe (54p,82n); ₅₅Rb¹³⁷ (55p,82 n); ₅₆Xe¹³⁸(57p,82n).
Turli tog’ jinslari, minerallar va organik tabiatga ega bo’lgan moddalarning yoshini aniqlashda izotoplardan foydalaniladigan bir necha usullar mavjud. Bu u-sullarga qo’rg’oshin, geliy, uglerod izotoplaridan foydalanish kiradi.

Uglerodning C¹⁴ izotopi yarim emirilish davri 5710 yilni tashkil etadi. Bu izotop atmosferada turli kosmik nurlanishlar natijasida hosil bo’lib, organizm uni o’zlashtiradi. Organizm halok bo’lganidan so’ng uning konsentratsiyasi kamaya boshlaydi.

Atmosferadagi uglerod konsentratsiyasi va topilmadagi uglerod konsen-tratsiyasini solishtirib organik topilma yoshini aniqlash mumkin bo’ladi [16].

1.3. Yadro reaksiyalari.

Atom yadrolarida bo’ladigan o’zgarishlar va yadrolarda ketadigan reaksiya-larni yadro kimyosi o’rganadi. Yadro reaksiyalarida atomning yadrosida protonlar va neytronlarning qayta taqsimlanishi natijasida yangi kimyoviy elementlar hosil boladi.

Hozirgi paytda yadro reaksiyalari yordamida davriy jadvaldagi deyarli har qanday elementning radioaktiv izotoplarini olish mumkin. Atomning yadrosiga neytronlar, protonlar, deytronlar, -zarrachalar yoki boshqa element yadrolarini ta’sir etish natijasida yadro reaksiyalari amalga oshiriladi. Yadro reaksiyalari amalga oshihi uchun ta’sir etuvchi zarrachalar juda katta energiya va tezlikka ega bo’lishi kerak. Atomning yadrosi biror bir zarrachani biriktirganda va yangi yadro hosil bo’lganda uning yashash davri 10^-7 sek. atrofida bo’ladi. Bu yangi yadro o’z navbatida atrofga elementar zarrachalar tarqatib, yangi va engilroq yadroga ayla-nishi yoki biror kimyoviy elementni hosil qilishi mumkin [17].

Yadro reaksiyalari birinchi marta 1919-yilda E. Rezerfird tomonidan amalga Oshirilgan. U ₇¹⁴N elementini geliy bilan ta’sirlashtirib ₈¹⁷O elementini sintez gil-gan edi:

₇¹⁴N+ ₂⁴ ₁¹H+₈¹⁷O yoki ₇¹⁴ N (, ₁¹H)₈¹⁷O

Og’ir metallarning atomlarini juda katta energiyali tez harakat qiluvchi zarrachalar oqimi bilan bombardimon qilish orqali qator yangi elementlar kashf etilgan. Agar uran tezlashtirilgan neytronlar bilan bombardimon qilingansa 93- element neptuniy hosil bo’ladi. Bu erda ketme-ket bir necha yadro reaksiyasi sodir bo’ladi. 1939-yilda issiq neytronlar ta’sirida uran yadrosining bo’linish reaksiyasi amalga oshirilgan:

₉₂²³⁵U +_o¹n  ₃₆⁹²Kr+₅₆¹⁴¹ Ba + 2_o¹n

Og’ir yadrolarni o’z-o’zidan ikkiga bo’linishi (ba’zan uch yoki to’rtga) ikki xil yangi yadrolar paydo bo’lishiga olib keladi. Yadrolarning bo’linishi nihoyatda katta energiya chiqishi bilan amalga oshadi. Yuqoridagi reaksiyada 200 MeV energiya ajraladi. Bu energiya qiymati 19,2_*10⁹ kJ/mol ga teng yoki bu energiya qiymati 2 million kg yuqori sifatli tosh ko’mir yonganida chiqadigan energiyaga teng.

Yadro reaksiyalarida bir sarflangan neytrondan yadro reaksiyasida ikki yoki uchta yangi neytronlar hosil bo’lib, ular o’z navbatida zanjir reaksiyasini yuzaga kelishiga sababchi bo’ladi. Bunda juda kuchli portlash sodir bo’lib atom bombasi-ning ta’siri ana shu holatga asoslangan. Uran va plutoniyning boshqariladigan yadro reaksiyalarini amalga oshirish asosida yadro reaktorlari ishlaydi.

Yangi energiya manbalarini izlash bo’yicha boshqariladigan termoyadro reaksiyalari ham juda katta amaliy ahamiyatga ega.Termoyadro reaksiyalari juda yuqori haroratda 10⁷K da boradi. Bu reksiyada vodorod yadrosidan geliy yadrosi-ning sintezi kuzatilib:

4₁¹H  ₂⁴He + 2₊

Termoyadro reaksiyalarida ham juda katta energiya ajralib chiqadi, uni qiy-mati 1 g vodorodga nisbatan 6,87 MeV yoki 644 million kJ/mol qiymatga ega. Bu qiymat yuqori sifatli tosh ko’mir yonganda chiqadigan energiyadan 15 million marta ko’pdir.

Yadro raeksiyalari asosida olingan birinchi kimyoviy element texnisiy hisob-lanadi. Uni olish uchun molibdenga deytronlar ta’sir ettirilgan:
₄₂⁹⁸Mo+₁² H  ₄₃⁹²Tc +₀¹n yoki ₄₂⁹⁸Mo (D,n) ₄₃⁹⁹Tc
Keyinchalik 85-element astat, 61-element prometiy, 87-element fransiy ham olingan.

Transuran elementlari olish uchun yadro reaksiyalarida neytronlar, -zarra-chalar, deytronlar yuqori energiyali holatda ko’p zaryadli ionlar bilan ta’sirlash-tiriladi. Yadro reaktorlarida neytronlarni ta’sir ettirish orqali barcha transuran elementlarining izotoplarini olish mumkin.

Ana shu usuillarda 100-element fermiygacha bo’lgan transuran elementlar izotoplari olingan. Kelejakda yangi elementlar sintezi barqaror og’ir elementlar izotoplarini olish yo’nalashida amalga oshirilsa kerak [18,19].

Radioaktiv preparatlar ko’p kasalliklarni davolashda va kasallik sabablarini aniqlashda keng qo’llanishga ega. Ular bilan ishlashni yaxshi bilmaslik bemorni hamda texnik xizmat ko’rsatuvchilarni hayotiga xavf soladi.

Radiopreparatlar sifatida H³ , C¹¹, C¹⁴, O¹⁵, P³⁰, P³², K⁴³, Fe⁵², Fe⁵⁵, Co⁵⁷, Co⁵⁸, I¹²⁶, Hg²⁰³ izotoplar hozirgi paytda keng ko’lamda ishlatiladi. Radio izotop-larning chinligi va ulardagi qo’shimchalarni aniqlash farmatsevtik tahlilninhg dol-zarb masalalardan biridir.Bu preparatlarning miqdoriy aniqlash uchun yadro spek-trometriya va radiometriya usullari ishlatiladi [20].

Saraton kassaligidagi xavfli o’smalar borligini aniqlash uchun, o’smalardagi to’qimalarning radioaktiv elementlarni yutib qolish xossasidan foydalaniladi.

Masalan, xavfli o’smalarni aniqlashda nishonlangan fosfor-32 izotopi bo’l-gan natriy fosfati ishlatiladi. Agar yod-31 bo’lgan natriy yodid qo’llanilganda qalqonsimon bezdagi kasalliklarni tahlil qilishda foydalaniladi.

Tibbiyot amaliyotida radioaktiv izotoplar turli xavfli o’smalarni davolashda qo’llaninlagan holatlar ham ma’lum. Xronik leykozni davolashda, nishonlangan fosfor-32 izotopi kiritilgan rux-65 va oltin-198 nuklidlari va natriy fosfati buyri-ladi.

Tajribalar asosida radioaktiv nurlanish saraton kassaligida xavfli o’samalar-dagi to’qimalarning rivojlanishini sekinlashtirishi va hatto to’qimalarni parcha-lashi ma’lum.

Shuning uchun ham radioaktiv kobalt-60 izotopi tarqatadigan -nur-lar bilan saraton kasalliklarini davolashda ishlatiladi. Bu izotop tez parcha-langani uchun ham uni organizmga kiritiladi.

Biologik, biokimyoviy va tibbiy tekshiruvlarda mis-64, kumush-110 va ol-tin-198 radionuklidlari organizmdagi moddalar almashinuvi jarayonlarini o’rga-nish uchun radioaktiv indikator sifatida ishlatiladi [21].

N. Borning I – postulati: Elektron orbitada faqat kvant nazariyasi ruxsat etadigan orbitallar bo’ylab xarakat qiladi.


bu erda, m – erkin elektron massasi; v – elektron tezligi, r – orbita radiusi; h – Plank doimiysi.

N. Borning II – postulati: Elektron yadroga uzoq orbitadan yadroga yaqin orbitalarning biriga o’tganida o’zidan energiya chiqaradi.

Mikroolam zarrachagina emas, ular to’lqin xamdir. Geyzenbergning noaniq-lik printsipi:

Elektronning impulsi yoki tezligi qanchalik aniqlik bilan topilsa, uning koor-dinatalari shunchalik noaniqlik bilan o’lchanadi [22].