Atom va molekulalarning kvant mexanikasi

Mavzu-15. Atom tuzilishi va uni xususiyatlari. Atom tuzilishi. Atom va molekulalarning kvant mexanikasi.Vodorod atomi uchun Bor nazariyasi. Vodorodsimon atomlarning spektrlari. Energetik sathlar. Bor postulatlari. Frank va Gers tajribasi
Reja:

1. 
   Atom va molekulalarning kvant mexanikasi.
   
2. 
   Atom tuzilishi. Rezerford tajribalari
   
3. 
   Vodorod atomi uchun Bor nazariyasi va postulotlari.
   
4. 
   Frank va Gers tajribalari.
   
5. 
   Vodorodsimon atomlarning spektrlari. Energetik cathlar..
   

Xulosa


Tayanch iboralar: Atom,Atom tuzilishi, Rezerford tajribasi, Bor postulotlari Redberg doimiysi, vodorod atomi, lazerlarlar, zarra,electron, proton va neytron, energetic sathlar, spin, planetar model

Gazlar kinetik nazariyasini tushuntirishda eng foydali bulgan atom «bulinmas»ligi tushunchasi kup eksperimental faktlarni talkin kilishda X1X asrning oxirlarigacha eng foydali ta’limot bulib kelgan. Lekin X1X asr oxirlariga kelib, katod nurlarining kashf etilishi, birinchi elementar zarracha – elektronni, radioaktivlik xodisasini kashf etilishi va boshka xodisalar atom murakkab tuzilishga ega ekanligi xakida dalolat beradi. Atom modeli birinchi bor Tomson tomonidan urtaga tashlandi.

1. Atomning Tomson modeli. Birinchi atom modelini nazariy yul bilan 1904 yil Tomson kashf kildi. Uning fikriga asosan atom bir tekis musbat zaryadlangan shardan iborat bulib, uning ichida elektronlar xarakat kiladi deyiladi. Tomson xisoblariga asosan bunday atomlarning radiusi taxminan 10^-8sm ~ Å tartibida bulish kerak. Tomson moduliga asosan atomni massasi uning butun xajmi buylab joylashgan. Atomni atrofida va ichida kuchli elektr maydoni yuzaga kelmaydi.
2. Rezerford modeli. Atomning planetar yadroviy modeli. Tomson modelini tugri–notugriligini isbotlash maksadida E. Rezerford 1911 yilda -zarrachalar (-zarrachalar ikki marta ionlashgan geliy atomidir) bilan yupka oltin plastinkasini bombardimon kiladi. Bunda -zarrachalar oltin plastinkadan turli burchaklarga sochiladi. Sochilgan -zarrachalar ichida 180⁰ ga sochilganlari xam buldi. Mana shu sochilishni tadkik kilgan Rezerford kuyidagi xulosalarga keldi:
a). -zarrachalarni bunday burchaklarga sochilishi uchun atom atrofida va asosan ichida kuchli elektr maydon bulishi kerak.
b). -zarrachalarning bunday burchaklarga sochilishi uchun atomni massasi uning butun xajmi buylab tarkalgan emas, balki uning massasi asosan biror bir kichik xajmda tuplangan bulishi kerak va bu xajm musbat zaryadga ega bulishi kerak.
Shu xulosalarga asoslanib Rezerford atomning planetar modelini kashf etdi va Tomson modeli notugri ekanligini isbot kildi. Bu modelga asosan atom markazida musbat yadro va bu yadroning atrofida Kuyosh atrofidagi planetalar aylanishiga uxshash, manfiy zaryadlangan elektronlar aylanadi. Bu modelga misol vodorod atomidir. Atomning kariyb xamma massasi yadroda joylashgan. Sababi elektron proton massasining, ya’ni vodorod atomi yadrosi massasining 1/1840 ulushini tashkil kilib, moddaning atom massasiga deyarli ta’sir etmaydi. Atom elektroneytral zarrachadir, chunki atomda kancha proton bulsa, shuncha elektron xam bor, ya’ni yadroning zaryadi elektronlarning tula zaryadiga teng.
N. Bor Rezerfordning atom modelini kamchiliklarini xisobga olib, Plankning elektromagnit nurlanishlar diskret porsiyalarida ruy berish xakidagi goyasini xisobga olgan xolda atomlarning uzidan nur chikarish va yutishining uzining kuyidagi uchta postulati yordamida tushuntirib berdi.
Atom tuzilishi. Bor nazariyasi va postulotlari. Barcha moddalar ko‘p sonli bo‘linmas zarralardan (atomlardan) tashkil topgan. Juda qadim zamonlarda yunon olimlari Demokrit, Yepikur va Lyukretsiyalar tomonidan atomlar bo‘linmas degan fikrni bildirdilar. (“atom” so‘zi yunoncha “atamos” bo‘linmas degan ma’noni anglatadi).
XVIII- asrga kelib fransuz A. Laviazyu (1743-94), ingliz J.Dalton (1766-1844) italyan Avagadro A. (1776-1856), rus M. Lomonosov(1711-1765) shved U. Bersilius (1779-1848) olimlari kashfiyotlari natijasida atomlarning mavjudligiga shubha qolmadi. D.I. Mendileyev esa 1869 yilda elementar davriy sistemasini yaratib, barcha moddalarning atomlari bir-biriga o‘xshash tuzulishga ega ekanligini ko‘rsatib berdi.
Ingliz fizigi J.Tomson 1903-yilda atomning tuzilishi haqidagi birinchi modelni taklif ildi. Bu modelni inkor etib ingliz fizigi D. Rezerford o‘z tajribalarida atomning planetar modelini taklif etdi. Atom yadrodan (o‘zakdan) va uning atrofida harakatlanuvchi elektronlardan iboratdir. Yadroning o‘zi musbat zaryadlangan proton va neytronlardan iborat. va massasi bo‘lgan zarradan iborat.

Bor nazariyasi va postulotlari: N. Bor atomning nurlanish yoki yorug‘lik yutishi kvantlardan iborat bo‘ladi degan g‘oyani ilgari so‘rib, 1913 yilda Rezerfordning yadroviy modeliga kvant nazariyasini tadbiq etib vadorod atomining nazariyasi yaratildi.
Kattaliklarning istalgan emas, balki ma’lum qoidaga bo‘ysunuvchi tanlangan qiymatlarini qabul ilishi kvantlash ddi. Kvantlanish asosida yaratilgan nazariyaga ega kvant nazariyasi ddi. Bor nazariyasini quyidagi uchta postulot tashkil qiladi
1.Elektronlar atom yadrosi atrofida atomning faqat mumkin bo‘lgan energetik sathlaridan biriga mos kelgan qattiy aniq orbitalar bo‘yicha harakatlanishi mumkin.
2.Elektronlar mumkin bo‘lgan orbitalardan birida harakatlanayotganda atom barqaror holatda bo‘ladi, ya’ni energiya chiqarmaydi ham yutmaydi ham.
3. Elektron mumkin bo‘lgan orbitalarning biridan yadroga yaqinroq bo‘lgan boshqa orbitaga sakrab o‘tganda atom nurlanish ko‘rinishida chiqarayotgan kvantning kattaligi bu ikki holatda atom nurlanish ko‘rinishida energiya kvanti chiqaradi, uning chastotasi Plank formulasidan aniqlanadi.
Bor postulotiga asosan atom bir barqaror holatdan boshqa bir barqaror holatga o‘tishida chiqarayotgan kvantning kattaligi bu ikki holatda atom energiyalarining qiymatlari farqiga teng ekanligi kelib chiqadi.
(1)
Agar bo‘lsa, foton chiqaradi ya’ni elektron katta energiyali holatdan kichikroq energiyali holatga o‘tadi.
Agar bo‘lsa foton yutiladi va kichikroq energiyali holatga o‘tadi. Yadro elektronni o‘zida kulon kuchi bilan tortadi va unga markazga intilma tezlanish deyiladi.
(2)
Bu yerda e-elektron va protonning zaryadi, ε₀-elektr doimiysi.
(3)
n- elektron statsionar orbitasining tatib raqami. Bu Bor radiusi ddi va u quyidagicha
va hakoza qiladi.
Frank va Gers tajribalari: Nemis fiziklari D.Frank va G. Gers elektronlarning gaz atomlari bilan to‘qnashivuni tutuvchi potensiallar usulida o‘rganib 1913 yilda atom energiyasi qiymatlarining deskretligini tajribada isbotladilar.
Tajribada simob bug‘lari bilan to‘ldirilgan havosi so‘rib olingan mayda katod (K), anod (A) va to‘rlar (Т₁va Т₂) bo‘lgan (1-rasm) Katoddan chiqqan va 1 sohada tezlashtirilgan elektronlar 2-sohada simob atomlari bilan to‘qnashadi va simob atomlarini g‘alayonlantiradi.

Simob atomlari bilan elektron to‘qnashganda atomning statsionar hollari orasidagi energiya farqiga teng energiyani yo‘qotadi. Elektronning energiyasi eU=4,86 eV bo‘lguncha u simob atomini g‘alayontira olmaydi va shunda anod toki o‘sa boradi. Elektronning energiyasi simob atomini g‘alayontirshga yetarli bo‘lgandan so‘ng u o‘z energiyasini simob atomiga beradi. Natijada elektron katodga yetib borolmay anod toki keskin kamayadi.(2-rasm)

Bu anod tokining tezlashtiruvchi potensialga bog‘liqligi. Shu tezlashtiruvchi potensialgina simob atomlarini g‘alayonlashtirish qobiliyatiga ega
Frank va Gers tajribalariga ko‘ra simob atomlari bilan to‘qnashgan elektron o‘z energiyasining faqat ma’lum qismini ularga berish mumkin. Bu energiya 4,86 eV tengdir. Bu simob atomi yutishi mumkin bo‘lgan eng kichik energiya porsiyasidir.
3.Redberg doimiysi va uning fizikaviy ma’nosi. Borning ikkinchi postulotiga ko‘ra elektron bir energetik sathdan ikkinchisiga o‘tganda
(4)
Energiyali foton chiqaradi yoki yutadi. Agar elektron 2 chi orbitadan (n₂=2) birinchisiga o‘tsa (n₁=1) foton chiqaradi. Teskari holda esa yutadi. (4) ifodadan chiqariladigan yoki yutiladigan fotonning chastotasi yoki to‘lqin uzunligi


(6)
Bu formulalar seriyalar formulasi ddi. (5) asosan Redberg doimiysi
(7)
R=109 73731,77 м^-1 ga teng. Redberg doimiysining qiymati tajribada topilgan qiymat bilan mos keldi. Bu esa atom uchun Bor nazariyasi to‘g‘riligining yaqqol isbotidir.
Bor nazariyasining kamchiliklari. Bor nazariyasi atom fizikasi rivojlanishiga ulkan hissa qo‘shib, kvant mexanikasining yaratilishiga muhim qadam bo‘lib xizmat qildi. U vodorod va vodorodsimon atomlarning spektrlari va spektral chiziqlarning chastotalarini hisoblashga imkon berdiyu ammo bu chiziqlarning intensivligini aniqlashda va u yoki bu o‘tishlarning ro‘y berishiga sabab nimaligini tushuntirishga ojizlik qildi. Bor nazariyasining yana bir kamchiligi shunda ediki, geliy atomining spektrini tushuntirish yo‘lida urinishlar befoyda bo‘ladi. Borning o‘zi buning sababi-nazariyaning yarmi klassik ekanligida, bir tomondan kvant postulotlari qo‘llanilsa, ikkinchi tomondan klassik fizika qonunlarining qo‘llanilishi deb tan oldi.
Sinov savollari
1. Atomni tuzilishini tushintiring?
2. Bor postulotlarini ta’riflang/
3. Bor postulotlarini mazmuni nimadan iborat.
4. Rezerfopd tajribasini tushintiring?
5. Redberg doimiysini nima?
6. Frank-Gers tajribasini mazmuni nimadan iborat?
7. Lazer deganda nimani tushunasiz?
8. Lazerlarning ishlash prinsipi nimaga asoslangan?