Asosiy kontent

Course: Kimyo > Unit 7

Lesson 1: Atom tuzilishining tarixi

Elektron va yadroning kashf qilinishi

Google sinfxona

Tomsonning katod nurlari tajribasi va Rezerfordning oltin folga tajribasi

Asosiy tushunchalar

J.J. Tomsonning katod nurli trubkalar bilan olib borgan tajribalari shuni koʻrsatdiki, barcha atomlar kichik manfiy zaryadlangan subatom zarrachalardan yoki elektronlardan tashkil topgan.
Tomsonga tegishli atomning olxoʻrili pirog modeliga koʻra manfiy zaryadlangan elektronlar, misoli musbat zaryadlangan "xamir" ichiga joylashtirilgandek edi.
Rezerfordning yupqa oltin folgada olib borgan tajribasida maʼlum boʻldiki, atomning asosiy qismi boʻshliqdan iborat boʻlib, qolgan qismi kichik, zich, musbat zaryadlangan yadrodan iborat.
Bu natijalarga asoslanib Rezerford atomning yadroviy modelini taklif etdi.

Kirish: Daltonning atom nazariyasi davomi

Daltonning atom nazariyasi haqidagi oldingi maqolada quyidagi postulatlar bilan tanishgan edik:

Barcha moddalar hosil qilib yoki parchalab boʻlmaydigan boʻlinmas zarrachalar – atomlardan tarkib topgan.
Ayni bir element atomlari bir xil massa va fizik xossalarga ega.
Birikmalar 2 va undan ortiq elementlar atomlarining kombinatsiyasidan iborat.
Barcha kimyoviy reaksiyalar atomlarning qayta taqsimlanishi natijasidir.

Daltonning fikrlari zamonaviy atomga oid nazariyaning asosi ekanini isbotladi. Biroq keyinchalik uning asos sifatida tanlagan farazlaridan biri notoʻgʻri boʻlgani maʼlum boʻldi. Dalton atomlar

-

materiyaning eng kichik birliklari va bu mayda, qattiq sharchalar bundan-da kichikroq boʻlaklarga boʻlina olmaydi, deb oʻylagan edi. Bu faraz fizika sohasidagi tajribalarda atomning yanada kichikroq qismlardan iborat ekani aniqlanguniga qadar qatʼiy turdi. Biz ushbu maqolada elektron va yadroning kashf etilishiga sabab boʻlgan asosiy tajribalar bilan tanishamiz.

J.J. Tomson va elektronning kashf etilishi

XIX asrning oxirida fizik olim J.J. Tomson katod nurli trubkalar bilan tajribalar qila boshladi. Katod nurli trubkalar havosining koʻp qismi soʻrib olinib, tiqin bilan berkitilgan shisha trubkalardir. Yuqori kuchlanish trubkaning bir tarafidagi ikkita elektrod orqali oʻtadi, bu esa katod (manfiy zaryadlangan elektrod)dan anod (musbat zaryadlangan elektrod)ga tomon yorugʻlik zarralarining oqimini hosil qiladi. Trubkaning katod nurli trubka deb atalishining boisi, yorugʻlik zarralari yoki "katod nuri" aynan katodda vujudga keladi. Nur anoddan keyin trubkaning keng tugash qismidagi boʻyaluvchi fosforessent moddada aks etadi. Katod nuri impulslari taʼsir etgandagina fosforessent modda choʻgʻlanadi yoki yorugʻlik taratadi.

Zarrachalarning xususiyatlarini tekshirish maqsadida Tomson qarama-qarshi zaryadlangan ikkita elektrik plastinani katod nurining atrofiga joylashtirdi. Katod nuri manfiy zaryadlangan elektrik plastinadan uzoqlashib, musbat zaryadlangan plastina tomon oʻz yoʻnalishini oʻzgartirdi. Bu katod nurining manfiy zaryadlangan zarrachalardan iboratligini koʻrsatdi.

Tomson trubkaning ikki tomoniga ikkita magnit ham joylashtirdi va magnit maydon ham katod nurining yoʻnalishini oʻzgartira olishini kuzatdi. Bu tajribalarning natijalari sabab boʻlgan qiziqarli kashfiyot

-

har bir zarrachaning massasi har qanday atomdan ancha kichikroq ekani Tomsonga katod nuri zarrachalarining massa-zaryad nisbatini aniqlashga yordam berdi. Tomson elektrod sifatida turli metallardan foydalanib tajribalarini takrorladi va katod nurining xususiyatlari oʻzgarmay qolishini, ularni hosil qilayotgan katodning materiali ahamiyatga ega emasligini aniqladi. Bu dalillardan Tomson quyidagi xulosalarga keldi:

Katod nuri manfiy zaryadlangan zarrachalardan tashkil topgan.
Zarrachalar atomning bir qismi sifatida mavjud boʻlishi kerak, har bir zarrachaning massasi vodorod atomining faqat $\sim$ ‍ $\frac{1}{2000}$ ‍ qismini tashkil etadi.
Bu subatom zarrachalarni barcha elementlarning atomlari ichidan topish mumkin.

Dastlabki munozarali vaziyatdan keyin Tomsonning kashfiyotlari asta-sekin olimlar tomonidan qabul qilindi. Natijada uning katod nuri zarrachalariga taniqli nom berildi: elektronlar. Elektronning kashf etilishi Daltonning atomga oid nazariyasidagi "atomlar – boʻlinmas" deyilgan qism notoʻgʻriligini isbotladi. Elektronlar mavjudligi hisobga olingani tufayli endi butunlay yangi atom modeliga ehtiyoj tugʻildi.

Nazorat savoli: nega Tomson elektronlarni barcha elementlar atomlari ichidan topish mumkin, deb xulosa qildi?

Olxoʻrili desert modeli

Tomson atomlarning umumiy neytral zaryadga ega ekanini bilardi. Shuning uchun u atom ichida elektronlardagi manfiy zaryadni muvozanatlashtirib turuvchi musbat zaryadning manbai boʻlishi kerakligini fahmladi. Bu esa Tomsonning manfiy zarrachalar bir tekisda musbat zaryadlangan xamir ichida suzib yuradigandek tasvirlash mumkinligi haqidagi taklifiga sabab boʻldi. Bu model mashhur ingliz deserti

-

olxoʻrili desertga juda oʻxshashligi tufayli koʻproq atomning olxoʻrili desert modeli deb yuritiladi (pastdagi rasmga qarang).

Bizga hozir taqdim etilgan atomlarning zamonaviy strukturasi haqiqat ekaniga ishonish qiyinroq. Xayriyatki, olimlar atom strukturasini va Tomsonning olxoʻrili desert modeli toʻgʻriligini tekshirishdan iborat izlanishlarni davom ettirdilar.

Nazorat savoli: Tomson aniq manfiy zaryadlar musbat zaryad "dengiz"i ichida suzib yurishiga asoslangan atom modelini taklif etgan. Siz ham Tomsonning tajriba natijalarini tushuntirib bera oladigan atomning boshqa modelini oʻylab topa olasizmi?

Ernest Rezerford va oltin folgada tajriba

Atom tarixidagi navbatdagi olamshumul tajriba oʻz karyerasining asosiy qismini Angliya va Kanadada yaratgan fizik olim Ernest Rezerford tomonidan amalga oshirildi. Oʻzining mashhur oltin folgadagi tajribasida Rezerford

α

zarrachalar (alfa zarrachalar deyiladi) ning ingichka oqimini juda yupqa boʻlgan toza oltin varogʻi tomon yoʻnaltirdi. Alfa zarrachalar geliyning yadrolari

(_{2}^{4} {He}^{2 +})

boʻlib, ular turli xil radioaktiv parchalanish jarayonlarida ajralib chiqadi. Buning uchun Rezerford kichik tirqishi mavjud boʻlgan qoʻrgʻoshin quti ichiga radiy (radioaktiv metall) boʻlakchasini joyladi. Radiatsiyaning koʻp qismi qoʻrgʻoshinga singib ketadi, biroq

α

zarrachalarning ingichka oqimi tirqish orqali toʻgʻri oltin folga tomon otilib chiqadi. Oltin folga atrofiga detektor ekran joylashtirilgan boʻlib,

α

zarrachalar urilgan payt shu joyda yorugʻlik chaqnashi kuzatiladi.

Ishonasizmi, yoʻqmi, oltin ishlatilishi shunchaki Rezerfordning isrofgarchiligi sababli emasdi. Oltin nihoyat darajada bolgʻalanuvchan boʻlib, uni gʻoyat yupqa varoq shakliga keltirish mumkin. Chin haqiqatki, eng yupqa oltin varoqlari faqatgina bir necha yuz atom qavatiga ega

0,000 04 cm

li qalinlikda boʻlishi mumkin! Rezerford tajribasining muvaffaqiyatli oʻtishi uchun shunday yupqa folga zarur edi. Agar folga ozroq qalin boʻlganda edi,

α

zarrachalar uni teshib oʻta olmasdi.

Tomsonning olxoʻrili desert modeliga asoslanib Rezerford

α

zarrachalarning koʻp qismi toʻgʻridan toʻgʻri oltin folga orqali oʻtib ketishini oldindan taxmin qilgan edi. Bu esa olxoʻrili desert modelida musbat zaryad butun atom hajmi boʻylab har tomonlama bir xil tarqalgan – degan taxmin sabablidir. Shuning uchun musbat zaryadlangan “xamir”ning elektr maydoni katta koʻlamdagi tez harakatlanayotgan

α

zarrachalarning oʻtib ketishiga sezilarli darajada salbiy taʼsir etishi uchun ancha kuchsizlik qilgan boʻlardi.

Biroq tajriba natijalari hayratda qolarli darajada boʻldi. Deyarli barcha

α

zarrachalar oltin folgadan toʻgʻridan toʻgʻri oʻtib ketdi,

α

zarrachalarning oz qismi (taxminan, 20 000 dan 1 ta) esa oʻz yoʻnalishini hatto

90^{\circ}

dan ham koʻproqqa oʻzgartirdi! Rezerfordning oʻzi natijalarni quyidagi oʻxshashlik orqali tasvirlab berdi: “Bu hayotimda sodir boʻlgan ehtimoldan eng uzoq voqea boʻldi. Bu – agar siz qogʻoz boʻlagiga 15-kalibrli oʻq bilan oʻt ochsangiz-u, u qaytib kelib, sizga urilgandek aqlga sigʻmas hodisa edi”.

Atomning olxoʻrili desert modeliga asoslanib oltin atomlari ichida katta koʻlamdagi $α$ ‍ zarrachalar oqimini yoʻnalishidan oʻzgartira oladigan yetarlicha zich va ogʻir hech narsa yoʻqligi taxmin qilingan edi (chapdagi rasm). Biroq Rezerford, gʻayritabiiy boʻlsa-da, uning taxminlari mos kelmasligini (oʻngdagi rasm) va yangi atom modeliga ehtiyoj borligini payqab qoldi!

Atomning yadroviy modeli

Oʻzining tajribaviy natijalariga asoslanib Rezerford atom tuzilishi haqida quyidagi xulosalarga keldi:

Musbat zaryad atom massasining koʻp qismini tashkil etib, atomning juda kichik hajmini egallagan boʻlishi kerak. Bu juda kichik miqdordagi $α$ ‍ zarrachalarning imkon qadar yoʻnalishini oʻzgartirgani orqali izohlanadi, aftidan, oltin yadrolari bilan kamdan kam toʻqnashuv yuz bergan.
$α$ ‍ zarrachalarning koʻp qismi toʻgʻridan toʻgʻri oltin folga orqali oʻtib ketadi, demak, atomning asosiy qismi boʻshliqdan tashkil topgan!

Bu Rezerfordning yadroviy modelni taklif etishiga sabab boʻldi, unga koʻra atom juda kichik, musbat zaryadlangan yadro hamda uning atrofini oʻrab turuvchi manfiy zaryadlangan elektronlardan iborat. Oʻzining tajribasidagi yoʻnalishini oʻzgartirgan

α

zarrachalar soniga tayanib, yadro atom hajmining juda kichik qismini egallashini hisoblab chiqdi.

Yadroviy model Rezefordning tajribaviy natijalarini tushuntirib berdi, ammo bu qoʻshimcha savollarni ham paydo qildi. Masalan, elektronlar atom ichida nima qilayotgandi? Elektronlarni qarama-qarshi zaryadlar tortayotganda ular yadro ichiga qulab tushishdan qanday saqlanib turadi? Xayriyatki, ilm-fan bellashuvga tayyor edi! Nils Bor kabi fizik olimlar atomning yadroviy modelini tekshirish uchun tajribalar rejalashtirishda davom etdilar, bu esa vaqti kelib zamonaviy kvant mexanik modelni rivojlantirdi.

Xulosa

J.J. Tomsonning katod nurli trubkadagi tajribalari koʻrsatdiki, barcha atomlar kichik manfiy zaryadlangan subatom zarrachalar yoki elektronlardan iborat.
Tomson atomning olxoʻrili desert modelini taklif etgan, unga koʻra manfiy zaryadlangan elektronlar musbat zaryadlangan “xamir” orasiga joylashtirilgan.
Rezerfordning oltin folgadagi tajribalari shuni koʻrsatdiki, atom kichik, zich, musbat zaryadlangan yadro va asosan boʻshliqdan tashkil topgan.
Bu natijalarga tayanib, Rezerford atomning yadroviy modelini taklif etdi.

Mavzuga oid manbalar

Ushbu mavzu quyidagi mavzular bilan uzviy bogʻlangan:

“Atom nazariyasining rivojlanishi” Openstax, CC BY 4.0.
"Atom nazariyasi" UC Davis ChemWiki dan, CC BY-NC-SA 3.0 US.

Maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasi asosida litsenziyalangan.

Qoʻshimcha maʼlumotlar

Zumdahl, S.S., and Zumdahl S.A. (2003). Atomic Structure and Periodicity. In Chemistry (6th ed., pp. 290-94), Boston, MA: Houghton Mifflin Company.

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Key Experiments: How Do We Know the Nature of the Atom and Its Components? In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructorʼs Edition (9th ed., pp. 54-55). Stamford, CT: Cengage Learning.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.