Antik dövrdən 18-ci əsrin ortalarına qədər elmdə atomun parçalana bilməyən maddə zərrəsi olması fikri hakim idi. İngilis alimi, eləcə də təbiətşünas D. D alton atomu kimyəvi elementin ən kiçik komponenti kimi müəyyən etmişdir. M. V. Lomonosov atom və molekulyar nəzəriyyəsində atomu və molekulu müəyyən edə bildi. O, "korpuskullar" adlandırdığı molekulların "elementlərdən" - atomlardan ibarət olduğuna və daimi hərəkətdə olduğuna əmin idi.
D. İ. Mendeleyev hesab edirdi ki, maddi dünyanı təşkil edən maddələrin bu alt vahidi yalnız ayrılmağa məruz qalmadıqda bütün xassələrini saxlayır. Bu yazıda biz atomu mikro dünyanın obyekti kimi təyin edəcəyik və onun xassələrini öyrənəcəyik.
Atomun quruluşu nəzəriyyəsinin yaradılması üçün ilkin şərtlər
19-cu əsrdə atomun bölünməzliyi haqqında müddəa ümumiyyətlə qəbul edilmişdi. Əksər elm adamları bir kimyəvi elementin hissəciklərinin heç bir halda başqa bir elementin atomlarına çevrilə bilməyəcəyinə inanırdılar. Bu fikirlər 1932-ci ilə qədər atomun tərifinin əsasını təşkil etdi. 19-cu əsrin sonlarında elm etdibu baxışı dəyişdirən fundamental kəşflər. İlk olaraq 1897-ci ildə ingilis fiziki J. J. Tomson elektronu kəşf etdi. Bu fakt alimlərin kimyəvi elementin tərkib hissəsinin bölünməzliyi haqqında fikirlərini kökündən dəyişdi.
Atomun mürəkkəb olduğunu necə sübut etmək olar
Hələ elektron kəşf edilməmişdən əvvəl elm adamları yekdilliklə atomların heç bir yükü olmadığını qəbul etdilər. Sonra məlum oldu ki, elektronlar istənilən kimyəvi elementdən asanlıqla ayrılır. Onlar alovda tapıla bilər, onlar elektrik cərəyanı daşıyıcılarıdır, rentgen şüalarının yayılması zamanı maddələr tərəfindən buraxılırlar.
Amma elektronlar istisnasız olaraq bütün atomların bir hissəsidirsə və mənfi yüklüdürsə, o zaman atomda mütləq müsbət yükə malik olan bəzi başqa hissəciklər də vardır, əks halda atomlar elektrik cəhətdən neytral olmazdı. Atomun quruluşunu açmağa kömək etmək üçün radioaktivlik kimi fiziki bir fenomen kömək etdi. O, fizikada, sonra kimyada atomun düzgün tərifini verdi.
Görünməz şüalar
Fransız fiziki A. Bekkerel ilk dəfə müəyyən kimyəvi elementlərin atomlarının, vizual olaraq görünməyən şüaların emissiyası hadisəsini təsvir etmişdir. Onlar havanı ionlaşdırır, maddələrdən keçir, foto lövhələrin qaralmasına səbəb olur. Daha sonra Kürilər və E. Ruterford radioaktiv maddələrin digər kimyəvi elementlərin atomlarına (məsələn, uranın neptunuuma) çevrildiyini aşkar etdilər.
Radioaktiv şüalanma tərkibinə görə qeyri-bərabərdir: alfa hissəcikləri, beta hissəcikləri, qamma şüaları. Belə kiBeləliklə, radioaktivlik hadisəsi dövri sistemin elementlərinin hissəciklərinin mürəkkəb quruluşa malik olduğunu təsdiqlədi. Bu fakt atomun tərifində edilən dəyişikliklərə səbəb oldu. Ruterfordun əldə etdiyi yeni elmi faktları nəzərə alsaq, atom hansı hissəciklərdən ibarətdir? Bu sualın cavabı alimin təklif etdiyi atomun nüvə modeli idi, ona görə elektronlar müsbət yüklü nüvə ətrafında fırlanır.
Rezerford modelinin ziddiyyətləri
Alimin nəzəriyyəsi, görkəmli xarakterinə baxmayaraq, atomu obyektiv təyin edə bilmədi. Onun gəldiyi nəticələr termodinamikanın əsas qanunlarına zidd idi, buna görə nüvə ətrafında fırlanan bütün elektronlar enerjilərini itirirlər və nə olursa olsun, gec-tez ona düşməlidirlər. Bu vəziyyətdə atom məhv olur. Bu, əslində baş vermir, çünki kimyəvi elementlər və onların təşkil olunduğu hissəciklər təbiətdə çox uzun müddətdir mövcuddur. Rezerford nəzəriyyəsinə əsaslanan atomun belə tərifi, həmçinin isti sadə maddələrin difraksiya barmaqlığından keçirildiyi zaman baş verən hadisəni izah etmək mümkün deyil. Axı, nəticədə meydana gələn atom spektrləri xətti bir forma malikdir. Bu, spektrlərin davamlı olması lazım olan Rezerfordun atom modeli ilə ziddiyyət təşkil edirdi. Kvant mexanikasının konsepsiyalarına görə, hazırda nüvədəki elektronlar nöqtə cisimləri kimi deyil, elektron bulud formasına malik olaraq xarakterizə olunur.
Nüvə ətrafındakı müəyyən bir məkanda onun ən yüksək sıxlığı vəzamanın müəyyən nöqtəsində hissəciyin yeri hesab olunur. Atomdakı elektronların qat-qat düzüldüyü də aşkar edilmişdir. D. İ. Mendeleyevin dövri sistemində elementin yerləşdiyi dövrün sayını bilməklə təbəqələrin sayını təyin etmək olar. Məsələn, bir fosfor atomunda 15 elektron var və 3 enerji səviyyəsi var. Enerji səviyyələrinin sayını təyin edən göstərici əsas kvant nömrəsi adlanır.
Təcrübi olaraq müəyyən edilmişdir ki, nüvəyə ən yaxın olan enerji səviyyəsinin elektronları ən aşağı enerjiyə malikdir. Hər bir enerji qabığı alt səviyyələrə bölünür və onlar da öz növbəsində orbitallara bölünür. Müxtəlif orbitallarda yerləşən elektronlar eyni bulud formasına malikdir (s, p, d, f).
Yuxarıda deyilənlərə əsasən belə nəticə çıxır ki, elektron buludunun forması ixtiyari ola bilməz. Orbital kvant sayına görə ciddi şəkildə müəyyən edilir. Onu da əlavə edirik ki, makrohissəcikdəki elektronun vəziyyəti daha iki dəyərlə - maqnit və spin kvant nömrələri ilə müəyyən edilir. Birincisi Şrödinger tənliyinə əsaslanır və dünyamızın üçölçülülüyünə əsaslanaraq elektron buludunun fəza oriyentasiyasını xarakterizə edir. İkinci göstərici spin nömrəsidir, elektronun öz oxu ətrafında saat əqrəbi və ya saat əqrəbinin əksinə fırlanmasını təyin etmək üçün istifadə olunur.
Neytronun kəşfi
D. Çadvikin 1932-ci ildə apardığı iş sayəsində kimya və fizikada atomun yeni tərifi verilmişdir. Təcrübələrində alim sübut etdi ki, poloniumun parçalanması zamanı radiasiya baş verir.yükü olmayan, kütləsi 1,008665 olan hissəciklər. Yeni elementar hissəcik neytron adlanırdı. Onun kəşfi və xassələrinin öyrənilməsi sovet alimləri V. Qapon və D. İvanenkoya proton və neytronları ehtiva edən atom nüvəsinin quruluşunun yeni nəzəriyyəsini yaratmağa imkan verdi.
Yeni nəzəriyyəyə görə, maddə atomunun tərifi belə idi: o, kimyəvi elementin struktur vahididir, tərkibində proton və neytronları olan nüvədən və onun ətrafında hərəkət edən elektronlardan ibarətdir. Nüvədəki müsbət hissəciklərin sayı həmişə dövri sistemdəki kimyəvi elementin atom nömrəsinə bərabərdir.
Daha sonra professor A. Jdanov öz təcrübələrində sərt kosmik şüalanmanın təsiri altında atom nüvələrinin proton və neytronlara parçalandığını təsdiqlədi. Bundan əlavə, bu elementar hissəcikləri nüvədə saxlayan qüvvələrin son dərəcə enerji tutumlu olduğu sübut edilmişdir. Onlar çox qısa məsafələrdə işləyirlər (təxminən 10-23 sm) və nüvə adlanır. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, hətta M. V. Lomonosov da ona məlum olan elmi faktlara əsaslanaraq atom və molekulun tərifini verə bilmişdir.
Hazırda ümumiyyətlə aşağıdakı model tanınır: atom nüvədən və onun ətrafında ciddi şəkildə müəyyən edilmiş trayektoriyalar - orbitallar üzrə hərəkət edən elektronlardan ibarətdir. Elektronlar eyni vaxtda həm hissəciklərin, həm də dalğaların xüsusiyyətlərini nümayiş etdirirlər, yəni ikili təbiətə malikdirlər. Onun demək olar ki, bütün kütləsi atomun nüvəsində cəmləşmişdir. Nüvə qüvvələri ilə bağlanmış proton və neytronlardan ibarətdir.
Bir atom çəkilə bilərmi
Məlum olur ki, hər atomda varkütlə. Məsələn, hidrogen üçün 1,67x10-24g-dir. Bu dəyərin nə qədər kiçik olduğunu təsəvvür etmək belə çətindir. Belə bir obyektin çəkisini tapmaq üçün tərəzidən deyil, karbon nanoborusu olan osilatordan istifadə edirlər. Bir atomun və bir molekulun çəkisini hesablamaq üçün daha əlverişli dəyər nisbi kütlədir. Bu, bir molekulun və ya atomun çəkisinin 1,66x10-27 kq olan karbon atomunun 1/12-dən neçə dəfə böyük olduğunu göstərir. Nisbi atom kütlələri kimyəvi elementlərin dövri sistemində verilmişdir və onların vahidi yoxdur.
Alimlər yaxşı bilirlər ki, kimyəvi elementin atom kütləsi onun bütün izotoplarının kütlə ədədlərinin ortasıdır. Belə çıxır ki, təbiətdə bir kimyəvi elementin vahidləri müxtəlif kütlələrə malik ola bilər. Eyni zamanda, belə struktur hissəciklərin nüvələrinin yükləri eynidir.
Alimlər müəyyən ediblər ki, izotoplar nüvədəki neytronların sayına görə fərqlənir və onların nüvələrinin yükü eynidir. Məsələn, kütləsi 35 olan xlor atomunda 18 neytron və 17 proton, kütləsi isə 37 - 20 neytron və 17 proton var. Bir çox kimyəvi element izotopların qarışığıdır. Məsələn, kalium, arqon, oksigen kimi sadə maddələrin tərkibində 3 müxtəlif izotopu təmsil edən atomlar var.
Atomluğu təyin etmək
Onun bir neçə şərhi var. Kimyada bu terminin nə demək olduğunu düşünün. Hər hansı bir kimyəvi elementin atomları daha mürəkkəb hissəcik - molekul yaratmağa çalışmadan ən azı qısa müddət ərzində ayrı-ayrılıqda mövcud ola bilirlərsə, o zaman belə maddələrinatom quruluşu. Məsələn, çox mərhələli metan xlorlama reaksiyası. Ən vacib halogen tərkibli törəmələri əldə etmək üçün üzvi sintez kimyasında geniş istifadə olunur: diklorometan, karbon tetraklorid. Xlor molekullarını yüksək reaktiv atomlara ayırır. Onlar metan molekulunda siqma bağlarını qıraraq, əvəzetmə zəncirvari reaksiyasını təmin edir.
Sənayedə böyük əhəmiyyət kəsb edən kimyəvi prosesin başqa bir nümunəsi hidrogen peroksidin dezinfeksiyaedici və ağartıcı kimi istifadəsidir. Hidrogen peroksidin parçalanması məhsulu kimi atom oksigeninin təyini həm canlı hüceyrələrdə (katalaza fermentinin təsiri altında), həm də laboratoriya şəraitində baş verir. Atom oksigeni keyfiyyətcə onun yüksək antioksidant xassələri, həmçinin patogen agentləri: bakteriyaları, göbələkləri və onların sporlarını məhv etmək qabiliyyəti ilə müəyyən edilir.
Atom qabığı necə işləyir
Kimyəvi elementin struktur vahidinin mürəkkəb quruluşa malik olduğunu əvvəllər öyrəndik. Elektronlar müsbət yüklü nüvənin ətrafında fırlanır. Nobel mükafatı laureatı Niels Bor işığın kvant nəzəriyyəsinə əsaslanaraq öz doktrinasını yaratdı, burada atomun xüsusiyyətləri və tərifi belədir: elektronlar nüvə ətrafında yalnız müəyyən stasionar trayektoriyalar üzrə hərəkət edir, halbuki onlar enerji yaymırlar. Bor doktrinası sübut etdi ki, atomları və molekulları ehtiva edən mikrokosmosun zərrəcikləri ədalətli qanunlara tabe deyillər.böyük cisimlər üçün - makrokosmik obyektlər.
Makrohissəciklərin elektron qabıqlarının quruluşu Hund, Pauli, Kleçkovski kimi alimlərin kvant fizikası üzrə əsərlərində tədqiq edilmişdir. Beləliklə, məlum oldu ki, elektronlar nüvə ətrafında təsadüfi deyil, müəyyən stasionar traektoriyalar üzrə fırlanma hərəkətləri edirlər. Pauli müəyyən etdi ki, s, p, d, f orbitallarının hər birində bir enerji səviyyəsində elektron hüceyrələrdə əks spin + ½ və - ½ olan ikidən çox mənfi yüklü hissəciklər ola bilməz.
Hund qaydası eyni enerji səviyyəsinə malik orbitalların elektronlarla necə düzgün doldurulduğunu izah edir.
Kleçkovskinin n+l qaydası da adlanan qaydası çoxelektron atomların (5, 6, 7 dövr elementləri) orbitallarının necə doldurulduğunu izah edirdi. Yuxarıdakı nümunələrin hamısı Dmitri Mendeleyev tərəfindən yaradılmış kimyəvi elementlər sistemi üçün nəzəri əsaslandırma rolunu oynayırdı.
Oksidləşmə vəziyyəti
Kimyada fundamental anlayışdır və molekuldakı atomun vəziyyətini xarakterizə edir. Atomların oksidləşmə vəziyyətinin müasir tərifi belədir: bu molekuldakı atomun şərti yüküdür və molekulun yalnız ion tərkibinə malik olması anlayışı əsasında hesablanır.
Oksidləşmə dərəcəsi müsbət, mənfi və ya sıfır qiymətlərlə tam və ya kəsr ədədi kimi ifadə edilə bilər. Çox vaxt kimyəvi elementlərin atomları bir neçə oksidləşmə vəziyyətinə malikdir. Məsələn, azotda -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5 olur. Ancaq flüor kimi bir kimyəvi element, hamısındabirləşmələr -1-ə bərabər olan yalnız bir oksidləşmə vəziyyətinə malikdir. Sadə bir maddə ilə təmsil olunursa, oksidləşmə vəziyyəti sıfırdır. Bu kimyəvi kəmiyyət maddələrin təsnifatı və xassələrinin təsviri üçün istifadə etmək üçün əlverişlidir. Çox vaxt atomun oksidləşmə vəziyyəti kimyada redoks reaksiyaları üçün tənliklər tərtib edilərkən istifadə olunur.
Atomların xassələri
Kvant fizikasının kəşfləri sayəsində D. İvanenko və E. Qapon nəzəriyyəsinə əsaslanan atomun müasir tərifi aşağıdakı elmi faktlarla tamamlanır. Kimyəvi reaksiyalar zamanı atomun nüvəsinin quruluşu dəyişmir. Yalnız stasionar elektron orbitalları dəyişməyə məruz qalır. Onların quruluşu maddələrin bir çox fiziki və kimyəvi xassələrini izah edə bilər. Elektron stasionar orbitdən çıxıb daha yüksək enerji indeksinə malik orbitə gedirsə, belə atom həyəcanlı adlanır.
Qeyd etmək lazımdır ki, elektronlar belə qeyri-adi orbitallarda uzun müddət qala bilməz. Sabit orbitinə qayıdan elektron bir kvant enerji yayır. Kimyəvi elementlərin struktur vahidlərinin elektron yaxınlığı, elektronmənfiliyi, ionlaşma enerjisi kimi xüsusiyyətlərinin öyrənilməsi alimlərə atomu nəinki mikrokosmosun ən mühüm hissəciyi kimi müəyyən etməyə, həm də atomların əmələ gəlmə qabiliyyətini izah etməyə imkan verdi. müxtəlif növ sabit kimyəvi bağların yaradılması sayəsində mümkün olan sabit və enerji baxımından daha əlverişli maddənin molekulyar vəziyyəti: ion, kovalentqütblü və qeyri-qütblü, donor-akseptor (bir növ kovalent bağ kimi) və metal. Sonuncu bütün metalların ən mühüm fiziki və kimyəvi xassələrini müəyyən edir.
Atomun ölçüsünün dəyişə biləcəyi eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir. Hər şey onun hansı molekula daxil olmasından asılı olacaq. X-şüalarının difraksiya analizi sayəsində kimyəvi birləşmədə atomlar arasındakı məsafəni hesablamaq, həmçinin elementin struktur vahidinin radiusunu öyrənmək mümkündür. Dövr və ya kimyəvi elementlər qrupuna daxil olan atomların radiuslarının dəyişmə qanunauyğunluqlarını bilməklə onların fiziki və kimyəvi xassələrini proqnozlaşdırmaq olar. Məsələn, atomların nüvəsinin yükünün artması ilə dövrlərdə onların radiusları azalır (“atomun sıxılması”), buna görə də birləşmələrin metal xassələri zəifləyir, qeyri-metal xüsusiyyətləri isə artır.
Beləliklə, atomun quruluşu haqqında biliklər Mendeleyevin dövri sisteminə daxil olan bütün elementlərin fiziki və kimyəvi xassələrini dəqiq müəyyən etməyə imkan verir.
