Kimyo · Atom tuzilishi va davriy qonun · 7-sinf

Atom tuzilishi va izotoplar

Nega xlorning nisbiy atom massasi butun son emas, balki 35,45?

Tajribani ochish

Vaziyat

Osh tuzining har bir donasida natriy va xlor atomlari bor. Davriy jadvalda esa xlorning nisbiy atom massasi 35,45 — butun son emas. Atom nimadan tuzilgan? Unga bitta proton qo‘shilsa nima o‘zgaradi, bitta neytron qo‘shilsachi? Va nega Navoiy viloyatida qazib olinadigan uran milliardlab yillar davomida sekin-asta qo‘rg‘oshinga aylanib boradi?

Mavzu

Atom tuzilishi va izotoplar. Atom konstruktori: proton qo‘shilsa element o‘zgaradi, neytron qo‘shilsa izotop — uglerod-12 va uglerod-14, xlor-35 va xlor-37: nega Ar(Cl) = 35,45

Asosiy tushunchalar

• Proton, neytron, elektron
• Izotoplar
• Nisbiy atom massasi

Formulalar

Massa soni: protonlar ($Z$) va neytronlar ($N$) soni yig‘indisi; demak $N=A-Z$.

Elektronlar soni: neytral atomda $Z$ ta; $q$ zaryadli ionda $Z-q$ ta (Na⁺ da 10, Cl⁻ da 18).

Nisbiy atom massasi — izotoplar massalarining tabiiy ulushlar ($x_i$) bo‘yicha o‘rtachasi.

α-yemirilish: yadro ⁴He yadrosini chiqaradi — $A$ 4 ga, $Z$ 2 ga kamayadi.

β⁻-yemirilish: neytron protonga aylanib, elektron chiqadi — $Z$ 1 ga ortadi, $A$ o‘zgarmaydi.

Nazariya

Atom haqidagi ta’limot

Mil. avv. V asrda Demokrit modda bo‘linmas zarralardan — atomlardan tuzilgan deb taxmin qilgan. Dalton (1803–1808) buni kimyoviy tajribalarga bog‘ladi: har bir element o‘z atomlaridan iborat va ular massasi bilan farq qiladi. Tomson 1897-yilda elektronni kashf qildi va «mayizli puding» modelini taklif qildi (1904). Rezerford α-zarralar oltin folgada sochilishidan (Geyger va Marsden tajribasi, 1909) atom markazida kichik og‘ir yadro borligini topdi (1911). Bor (1913) elektronlar ma’lum qavatlarda harakatlanishini ko‘rsatdi, hozirgi kvant modeli esa elektronni «bulut» (orbital) sifatida tasvirlaydi. «Modellar» rejimida oltita modelni solishtiring; batafsil sochilish tajribasi — fizika bo‘limidagi «Rezerford tajribasi».

Atom tarkibi: proton, neytron, elektron

Atom markazida yadro: musbat protonlar ($p^{+}$, zaryadi $+\mathrm{1,602}\cdot {10}^{-19}$ C, massasi $\mathrm{1,6726}\cdot {10}^{-27}$ kg ≈ 1,0073 u) va zaryadsiz neytronlar ($n^0$, ≈ 1,0087 u). Atrofida — manfiy elektronlar ($e^{-}$, $\mathrm{9,109}\cdot {10}^{-31}$ kg — protondan 1836 marta yengil). Atom o‘lchami ≈ ${10}^{-10}$ m, yadroniki esa ${10}^{-15}$–${10}^{-14}$ m: yadro atomdan taxminan 100 000 marta kichik, lekin massaning 99,9 % idan ko‘prog‘i unda. Tartib raqami $Z$ = protonlar soni; neytral atomda elektronlar ham $Z$ ta. Massa soni $A=Z+N$.

Element, izotoplar, izobarlar, ionlar

Kimyoviy element — protonlari soni bir xil atomlar turi: proton qo‘shilsa, element o‘zgaradi. Izotoplar — $Z$ bir xil, $N$ har xil atomlar: vodorodning protiy ¹H, deyteriy ²H (D) va tritiy ³H (T) izotoplari; ³⁵Cl va ³⁷Cl. Elektronlari bir xil bo‘lgani uchun kimyoviy xossalari deyarli bir xil. Izobarlar — massa soni bir xil, $Z$ har xil: ⁴⁰Ar, ⁴⁰K, ⁴⁰Ca. Izotonlar — neytronlari soni bir xil: ¹³C va ¹⁴N (7 tadan). Atom elektron bersa — musbat kation (Na⁺), elektron olsa — manfiy anion (Cl⁻) hosil bo‘ladi; yadro o‘zgarmaydi. Konstruktordagi $N$–$Z$ xaritasida izotoplar — gorizontal qator, izotonlar — ustun, izobarlar — diagonal.

Nisbiy atom massasi va mass-spektrometr

Atom massa birligi $1\mathrm{u}=m({}^{12}\mathrm{C})/12=\mathrm{1,6605}\cdot {10}^{-27}$ kg. Nisbiy atom massasi $A_r$ — atom massasining 1 u ga nisbati; elementning jadvaldagi $A_r$ i — tabiiy izotoplar aralashmasining o‘rtachasi: $A_r(\mathrm{Cl})=\mathrm{0,7576}\cdot \mathrm{34,969}+\mathrm{0,2424}\cdot \mathrm{36,966}=\mathrm{35,45}$. Izotoplar ulushini mass-spektrometr o‘lchaydi: ionlar $U$ kuchlanishda tezlatiladi va $B$ magnit maydonda radiusi $r=\frac{1}{B}\sqrt{2mU/q}$ bo‘lgan yoy chizadi — og‘ir ionlar kattaroq yoy bo‘ylab uchib, detektorning boshqa joyiga tushadi.

Radioaktivlik va yadro reaksiyalari

Ba’zi yadrolar beqaror: ular o‘z-o‘zidan zarra chiqarib boshqa yadroga aylanadi — radioaktivlik (A. Bekkerel, 1896). α-yemirilishda ⁴He yadrosi chiqadi: $A$ 4 ga, $Z$ 2 ga kamayadi. β⁻-yemirilishda yadrodagi neytron protonga aylanib, elektron chiqadi: $Z$ 1 ga ortadi, $A$ o‘zgarmaydi (siljish qoidasi). Yadrolarning yarmi parchalanadigan vaqt — yarim yemirilish davri $T_{1/2}$: ¹⁴C da ≈ 5730 yil, ²³⁸U da 4,47 mlrd yil. ²³⁸U 8 marta α va 6 marta β⁻-yemirilib, barqaror ²⁰⁶Pb ga aylanadi. Sun’iy yadro reaksiyalari ham bor: Rezerford (1919) ${\phantom{X}}_{\phantom{7}}^{\phantom{14}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{7}7}^{\phantom{2}\phantom{14}14}\mathrm{N}+{\phantom{X}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{2}2}^{\phantom{2}\phantom{4}4}\mathrm{He}\stackrel{}{\to }{\phantom{X}}_{\phantom{8}}^{\phantom{17}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{8}8}^{\phantom{2}\phantom{17}17}\mathrm{O}+{\phantom{X}}_{\phantom{1}}^{\phantom{1}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{1}1}^{\phantom{2}\phantom{1}1}\mathrm{H}$, Chedvik (1932) ${\phantom{X}}_{\phantom{4}}^{\phantom{9}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{4}4}^{\phantom{2}\phantom{9}9}\mathrm{Be}+{\phantom{X}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{2}2}^{\phantom{2}\phantom{4}4}\mathrm{He}\stackrel{}{\to }{\phantom{X}}_{\phantom{6}}^{\phantom{12}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{6}6}^{\phantom{2}\phantom{12}12}\mathrm{C}+{\phantom{X}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}\phantom{0}0}^{\phantom{2}\phantom{1}1}\mathrm{n}$ — neytronning kashf qilinishi. Batafsil: fizika bo‘limidagi «Radioaktivlik, yarim yemirilish» va «Atom yadrosi va bog‘lanish».

Manbalar va model haqida

Zarralar massalari — CODATA 2022; izotoplar massalari — AME2020; tabiiy ulushlar — IUPAC (2013, vakil tarkib); yarim yemirilish davrlari — NUBASE2020. Model: o‘lchamlar sxematik (yadro aslida atomdan 100 000 marta kichik), Bor qobiqlari — soddalashtirilgan rasm. Konstruktorda $Z\le 20$; jadvalda yo‘q protonlar–neytronlar birikmasi «beqaror» deb ko‘rsatiladi. Oltin folga sahnasida orqaga qaytishlar real tajribadagidan (1909-yilda platinada — taxminan 8000 tadan bittasi) ko‘proq ko‘rsatilgan, mass-spektrometrda ionlar harakati juda sekinlashtirilgan, yemirilishlar zanjiri esa vaqt shkalasisiz — har bosishda bitta yemirilish.

Bilasizmi?

• Neytronni 1932-yilda ingliz fizigi Jeyms Chedvik berilliyni α-zarralar bilan nurlantirib kashf qilgan; bu kashfiyot uchun u 1935-yilda fizika bo‘yicha Nobel mukofotini olgan.
• Radiouglerod usuli (Uillard Libbi, kimyo bo‘yicha Nobel mukofoti, 1960) tirik organizm o‘lgach undagi ¹⁴C ulushi har ≈ 5730 yilda ikki marta kamayishiga asoslanadi: u bilan taxminan 50 ming yilgacha bo‘lgan qoldiqlarning yoshi aniqlanadi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

• Elementlar va davriy jadval — 7-sinf
• Elektron qavatlar va orbitallar — 8-sinf