UF

АТОМ (грек. аtomos - бөлінбейтін) - химиялық элементтің өзіне тән химиялық қасиеттерін сақтайтын ең кіші бөлігі. Айналамыздағы табиғаттың неден тұратынын анықтау - ерте дүниеден басталып әлі күнге дейін шешімін таппай келе жатқан өзекті мәселелердің бірі. Ертедегі грек ойшылдары табиғат негізінен төрт элементтен - от пен су, ауа мен топырақтан тұрады десе, Демокрит дүниенің ең қарапайым кірпіші әрі қарай бөлінбейтін бөлшек - атом деп санады. Ертедегі Шығыста, Ежелгі Греция мен Римде, кейіннен араб елдерінде кең таралған атомистикалық ілім, дүниені идеалистік және діни тұрғыдан тануға қарсы бағытталған материалистік ілім болды. Физика мен химияның 17-19 ғасырағы табыстары нәтижесінде атомистикалық ілім ғылыми негізде қайта құрылды. Атом туралы ғылыми болжамдарды жетілдіруге М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон және А. Авогадро елеулі үлес қосты. Д. И. Менделеев ашқан химиялық элементтердің периодтық жүйесі атом құрылысы теориясының ірге тасын қалады. 19 ғасырдың аяқ кезіндегі жарықтың электромагниттік табиғатының айқындалуы, электрон мен радиоактивтіліктің ашылуы тәрізді физикаға түбегейлі өзгерістер енгізген аса ірі жаңалықтар атом теориясының қалыптасуына ықпал жасады. Ауыр элементтер атомында байқалған радиоактивтік ыдырау құбылысы атом өзгермейтін, бөлінбейтін бөлшек деген қағиданы толығымен теріске шығарып, оның күрделі жүйе екендігін дәлелдеді. Электрон мен радиоактивтілікті зерттеудің нәтижелері атом құрылысының схемасын - «атом моделін» жасауға мүмкіндік берді. Дж. Томсон ұсынған алғашқы модель бойынша атом оң зарядпен біркелкі зарядталған шар түрінде кескінделді. Теріс зарядты электрондар осы шар ішінде еркін орналасады деп саналды. Шардың оң зарядының мөлшері электрондардың теріс зарядымен теңгерілетіндіктен, атом бейтарап жүйе ретінде қарастырылды. Томсон моделі негізінде кейбір қарапайым құбылыстардың табиғаты анықталғанмен, атом спектріндегі заңдылықтар тәрізді күрделі процестердің сыры ашылмады. Альфа-бөлшектердің шашырауын бақылауға негізделген Э. Резерфорд тәжірибелерінің нәтижесінде атомның ядролық моделі жасалды. Бұл модель бойынша атомның оң заряды түгелдей атом ядросы деп аталатын оның ішкі бөлігіне шоғырланған. Теріс зарядталған электрондар тұйық орбита бойымен сол ядроны айнала қозғалып жүреді. Оң зарядталған протондар мен бейтарап бөлшек нейтрондардан тұратын ядроның массасы атом массасымен шамалас, ал оның мөлшері (10-12см) атом мөлшерінен (10-8см) әлдеқайда кіші. Резерфорд моделі Күн жүйесіне өте ұқсас болғандықтан, кейде оны атомның планетарлық моделі деп те атайды. Негізгі сипаттамалары қазіргі атом теориясында сақталғанмен, бұл модель бастапқы қабылданған түрінде біраз қиыншылықтарға кездесті. Теріс зарядты электронның тұйық орбита бойымен ядроны айнала қозғалуы нәтижесінде айнымалы электромагниттік өріс пайда болады. Электрон жиілігі әр түрлі электромагниттік толқындардың көзіне айналады. Осы қозғалыс кезінде электрон электромагниттік толқындарды үздіксіз шығаратын болғандықтан, оның энергия қоры да үздіксіз кемиді. Электродинамика заңдары бойынша кинетикалық әнергиясы біртіндеп азайған электрон, ақыр аяғында электр күшінің өсерімен ядроға құлап түсуі керек. Электрондық қабаттардағы электрондарынан айрылған мұндай атом өзіне тән физикалық және химиялық қасиеттерін жоғалтады. Бірақ тәжірибе атомның орнықты жүйе екендігін көрсетеді.

Атомның орнықтылығын түсіндіретін алғашқы теорияның жобасын Н. Бор жасады. Бор постулаттары деп аталатын бұл тұжырымдамалар негізіне атом құрылысын кванттық теория (Кванттық механика) тұрғысынан талқылайтын болжамдар қабылданды. Кейде «ескі кванттық теория» деп те аталатын Бордың бұл атомдық теориясы микродүниеге қатысты құбылыстардың бәрін қамтитын жалпы теория бола алмайды. Ол атом ішіндегі электрон қозғалысының классикалық физикалық шеңберіне сыймайтын ерекшеліктерін постулаттар түрінде рана түсіндіреді. Бұл постулаттар бойынша атомның өзі шығаратын немесе сіңіретін спектрлік сызығына сәйкес келетін жарық толқынының жиілігі (v) мына өрнектен анықталады:  hv=Еi - Ек, мұндағы һ - Планк тұрақтысы, Еі, Ек – жоғарғы және төменгі деңгейлердегі энергия мәндері. Атом тек белгілі мөлшердегі энергияны сіңіреді, немесе шығарады. Сондықтан да әрбір химиялық элементтің атомы өзіне тән спектрлік сызықтар шығарады. Атомның бір энергиялық деңгейден екінші деңгейге ауысуы кезінде байқалатын мұндай жеке спектрлік сызықтар жиыны сызықтық спектрлер болып табылады. Энергияның ең аз мәніне сәйкес келетін әнергиялық деңгей - негізгі не төменгі деңгей деп, ал энергиясы одан жоғары деңгейлер қозған деңгейлер деп аталады. Белгілі мөлшерде энергия үлесіне немесе белгілі жиіліктегі фотонға ие болған атом негізгі деңгейден қозған деңгейлердің біріне ауысады. Атом қозған күйде ұзақ уақыт тұрақтап қала алмайды, өздігінен сыртқа фотон бөліп шығарып, энергиясы төмен басқа деңгейге ауысады. Еркін немесе бір-бірімен әлсіз байланысқан атомдардың жарық шығаруын немесе сіңіруін сипаттайтын атомдық спектрлер атомның әр түрлі энергиялық деңгейлері болатындығын көрсетеді. Франк-Герц тәжірибесі Бор теориясының негізгі қағидаларының дұрыстығын дәлелдеді. Бор теориясының негізіне атомның стационарлық күйдегі энергиясының дискретті мәндерге ие болатындығы алынғанмен, электрон шеңбер не эллипс тәрізді орбита бойымен қозғалатын классикалық бөлшек ретінде қарастырылады. Бұл теорияда 1924 жылы Л. де Бройль ашқан микробөлшектердің толқындық қасиеті ескерілмейді. Атом құрылысының және оның ішінде байқалатын түрлі процестердің теориясы кванттық механика заңдары ашылған соң ғана жасалды. Кванттық механика атомның бұрыннан белгілі және бірсыпыра жаңа қасиеттерін түсіндіріп, оның спектріндегі заңдылықтарды анықтады.

Қазіргі қалыптасқан теория бойынша атом - оң зарядталған атом ядросынан және оны үнемі айнала қозғалатын теріс зарядты электрондардан тұратын күрделі жүйе. Әрбір химиялық элементтің атомы, оның химиялық қасиеттерінің сипаттамасы болып саналатын шама - атом заряды (2е) арқылы анықталады; мұндағы 2 - элементтің периодтық жүйедегі атомдық - нөмірі, е - электрон зарядының мөлшеріне тең элементар заряд. Әрбір атомдағы электрон саны да 2-ке тең. Қалыпты жағдайда атомның бейтарап жүйе болуы да осыдан. Бір не бірнеше электронынан айрылған атом теріс ионға, ал сырттан электрон қосып алған атом оң ионға айналады. Атомның мөлшері оның электрондық қабаттарының шекарасы бойынша анықталады. Әдетте, әрбір атомның электрондық қабаттары басқа атомдармен ұласып жататындықтан, оның мөлшері жуықтап анықталады. Қазіргі мәлімет бойынша атомның сызықтық мөлшері ~ 10-8см, көлденең қимасы ~ 10-16 см2, көл. ~10-24см3.

Бор постулаттарындағы атом күйінің дискретті мәндерінің жиынын Шредингер теңдеуі деп аталатын кванттық механиканың негізгі теңдеуінен де шығарып алуға болады. Кванттық механикада кез келген микробөлшектің күйі толқындық функция (Y) арқылы сипатталады. Бұл функцияның квадраты (Y)2 микробөлшектің берілген нүктеде болу ықтималдығын ғана анықтайды. Кванттық механика микробөлшектің кеңістіктегі қозғалысын белгілі бір орбита бойындағы қозғалыс ретінде қарастыруға болмайтынын көрсетті. Шредингер теңдеуінің шешуі ретінде алынған толқындық функцияның мәндері бойынша атом құрылысы көрнекі түрде кескінделеді. Осы тәсілмен салынған электрон бұлтының (сурет) тығыздығы кеңістіктің берілген нүктесінде электронның болу ықтималдығына пропорционал. Электрон бұлтының тығыз орналасқан жерлері Бор теориясы бойынша есептелген орбиталарға сөйкес келеді. Күрделі микрожүйе болып саналатын атомның кейбір ерекше қасиеттері, оның спинінің болуымен түсіндіріледі. Электронның атом ішіндегі күйі 4 түрлі кванттық санмен анықталады. Бас кванттық сан n энергиялық деңгейлердің ықтимал мәндерін анықтаса, орбиталық кванттық сан (кейде қосымша кванттық сан деп те аталады) l электронның орбиталық қозғалыс мөлшерінің моментін сипаттайды. Осы моменттің магнит өрісі бағытына түсірілген проекциясы магниттік кванттық сан (ms) арқылы өрнектеледі. Спиндік кванттық сан ms электронның меншікті қозғалыс мөлшері моментінің өріс бағытына түсірілген проекциясын анықтайды. Кванттық механиканың негізгі заңдылықтарының бірі Паули принципі бойынша атом ішінде екі электрон бір мезгілде бірдей күйде бола алмайды, басқаша айтқанда, атом ішінде барлық кванттық сандарының мәндері бірдей екі электрон болуы мүмкін емес. Паули принципі Д.И.Менделеев жасаған химиялық элементтердің периодтық жүйесін түсіндіруде шешуші роль атқарды. Ядродан алыс орналасқан қабаттардағы электрондардың жақын қабаттарға ауысуы кезінде атомның энергиясы кемиді. Кеміген энергия мөлшерін атом электромагниттік толқын түрінде сыртқа бөліп шығарады. Атомның сыртқы қабаттарындағы электрондар ауысқанда инфрақызыл, көрінетін және ультракулгін сәулелер шығады. Атомның толық орналасып біткен ішкі қабаттарындағы электрондардың ауысуы кезінде «өткір» электромагниттік сәулелер - рентген сәулелері пайда болады. Атом теориясы заттың көптеген қасиеттерін атомның электрондық қабаттарының ерекшеліктері мен ондағы электрондардың қозғалысы арқылы түсіндіреді. Атом теориясының дамуы материя мен қозғалыс туралы диалектикалық материализмнің негізгі қағидаларын және электрон сырының сарқылмайтындығы туралы көрегендік пікірін толығымен дәлелдеді.

Әдеб.: Шпольский Э. В. Атомная физика. 5 изд., т. 1, М., 1963; Борн М., Современная физика, пер. с нем.. М., 1965.

 

Мәлімет сізге көмек берді ма

  Жарияланған-2020-10-29 15:35:23     Қаралды-524

АРАБ ЖЫЛҚЫСЫ

...

Араб жылқысы - байырғы жылқы тұқымдарының бірі.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

АРХЕОЛОГИЯ ДЕГЕНІМІЗ НЕ?

...

тарих ғылымының бір саласы, алғашқы қауымнан, көне заманнан, орта ғасырдан қалған заттай есқерткіштерді зерттеу арқылы адам қоғамының өткендегі тарихын анықтайды.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

БЕЛБЕУ ТАСТАУ

...

Қазақтың ұлттық ойыны

ТОЛЫҒЫРАҚ »

СОЛТҮСТІК МҰЗДЫ МҰХИТ

...

Жер шарындағы ең кіші мұхит

ТОЛЫҒЫРАҚ »

САРЫАРҚА ҚАТПАРЛЫ АЙМАҒЫ

...

Сарыарқа қатпарлы аймағы - Азиядағы дербес ірі геологиялық құрылымдардың бірі.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

ӘЛЕМДЕГІ ЕҢ ЖЫЛДАМ ҚҰСТАР

...

Құстар - жердің ең жылдам тіршілік иелері, өйткені жануарлар әлемінің құрлық немесе суда жүзетін құстарының бірде-бір өкілі олармен жылдамдығымен салыстыра алмайды.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

АУА

...

Жер атмосферасын құрайтын, негізінен азотпен оттектен тұратын газдар қоспасы. Ауа су мен жер қыртысының құрамында да болады.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

БІРЖАН - САРА АЙТЫСЫ

...

Біржан мен Сараның 1871 жылы қазіргі Талдықорган облысының Қапал - Ақсу өңірінде кездескендегі айтысы.

ТОЛЫҒЫРАҚ »

БІРЖАН-САРА ОПЕРАСЫ

...

Опера тұңғыш рет 1946 жылы 7 қазанда Қазақтың Абай атындағы мемлекеттік опера және балет театрында қойылды.

ТОЛЫҒЫРАҚ »