Қандастар Ассамблея

Атом

05.12.2012 10718
  Атом — материяны құрайтын химиялық элементтердің өзіне тән химиялық  қасиеттерін сақтайтын ең кіші бөлшегі. Грекше  atomos – бөлінбейтін деген ұғымды білдіреді. Атом – бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен радиусы 104 – 105 есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері  ~10 — 8 см, көлденең қимасының ауданы ~10 – 16 см2, көлемі ~10 – 24 см3. Бордың атом теориясында ең қарапайым атом – сутек атомы. Оның радиусының дәл белгілі бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы шамасына тең: а = 0,53Һ10 – 8 см (дәлірек, 0,52917Һ10– 8 см). Атомның массасы негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (атом), яғни протондар мен нейтрондардың жалпы санына (нуклондардың жалпы санына) пропорционал болып ұлғаяды. Атом массасы ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес. Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның ішкі  энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері ғана болады. Атом энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық қасиетінің болуынан атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан (n), атомның импульс моментін анықтайтын, орбиталық кванттық сан (l), ал l-дің берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (ms.). Осы 4 кванттық сан мен Паули принципі атомдағы электрондардың барлық күйлерін сипаттайды. Сонымен бірге кванттық теорияда микробөлшектердің сол 4 кванттық сан анықтайтын күйлерін толқындық функциямен (φ) өрнектейді. Ол функцияның квадраты (|φ|)2 бөлшектердің кеңістік нүктелерінде болу ықтималдығын білдіреді.  Кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы осы ықтималдыққа пропорционал. Кванттық сандардың мәндеріне сәйкес атомдардағы қабықшалар мен қабаттар рет-ретімен толтырылып отырады. Осылайша элементтердің Менделеев кестесіндегі орны анықталады. Алдымен ең кіші n=1 қабат толтырылып, онда болғаны 2 электрон ғана орналасады. Онан кейін n=2 қабат толтырылғанда ядроның заряды өсуіне сәйкес қабаттар ядроға жақындай түседі. 1-қабат 1s қабықшадан, 2-қабат 2s, 2p қабықшалардан, 3-қабат 3s, 3p, 3d қабықшалардан, т.б. тұрады. Әр қабат элементтің периодын анықтайды. Осы период элементтердің химиялық, оптикалық, электрлік және магниттік қасиеттерінің қайталану периоды болып табылады. Осы периодтылық атомның ең сыртқы электрон қабықшаларының қасиетімен анықталады. Мұндай периодтылық иондар қасиетінде де сақталады. Атомның орбиталарында 2 не одан да көп электрондар қозғалып жүрсе, онда мұндай күрделі атомдардағы электрондардың өзара әсерлесуін де еске алу керек. Ол әсерлесулер тек электр статикалық ғана емес, орбиталық магниттік моменттер мен бөлшектердің өзінің ішкі магниттік моменттері де өзара әсерлесуі мүмкін. Мысалы, гелий атомындағы екі электронның негізгі күйдегі әсерлесу энергиясы 78,98 эВ. Көп электронды атомдар құрылысын зерттегенде бұларды есепке алып отырады. Сонымен бірге әр электронның орбита бойымен қозғалысында туатын электрлі магниттік өрісі мен электронның ішкі магниттік моментінің әсерлесуі де қосымша байланыс энергиясын тудырады. Осының нәтижесінде атом спектрінде нәзік түзілісті, ал электрон мен ядроның магниттік моменттерінің өзара әсерлесуінен  аса нәзік түзілісті көреміз. Қазіргі заманғы кванттық электр динамикасында атом электрондарының вакуум құрамындағы виртуальды бөлшектермен әсерлесуін де есептеп атом құрылысының мұнан да күрделі екеніне көз жеткізуге болады.

 

Атом — материяны құрайтын химиялық элементтердің өзіне тән химиялық  қасиеттерін сақтайтын ең кіші бөлшегі. Грекше  atomos – бөлінбейтін деген ұғымды білдіреді. Атом – бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен радиусы 104 – 105 есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері  ~10 — 8 см, көлденең қимасының ауданы ~10 – 16 см2, көлемі ~10 – 24 см3. Бордың атом теориясында ең қарапайым атом – сутек атомы. Оның радиусының дәл белгілі бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы шамасына тең: а = 0,53Һ10 – 8 см (дәлірек, 0,52917Һ10– 8 см). Атомның массасы негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (атом), яғни протондар мен нейтрондардың жалпы санына (нуклондардың жалпы санына) пропорционал болып ұлғаяды. Атом массасы ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес. Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның ішкі  энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері ғана болады. Атом энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық қасиетінің болуынан атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан (n), атомның импульс моментін анықтайтын, орбиталық кванттық сан (l), ал l-дің берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (ms.). Осы 4 кванттық сан мен Паули принципі атомдағы электрондардың барлық күйлерін сипаттайды. Сонымен бірге кванттық теорияда микробөлшектердің сол 4 кванттық сан анықтайтын күйлерін толқындық функциямен (φ) өрнектейді. Ол функцияның квадраты (|φ|)2 бөлшектердің кеңістік нүктелерінде болу ықтималдығын білдіреді.  Кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы осы ықтималдыққа пропорционал. Кванттық сандардың мәндеріне сәйкес атомдардағы қабықшалар мен қабаттар рет-ретімен толтырылып отырады. Осылайша элементтердің Менделеев кестесіндегі орны анықталады. Алдымен ең кіші n=1 қабат толтырылып, онда болғаны 2 электрон ғана орналасады. Онан кейін n=2 қабат толтырылғанда ядроның заряды өсуіне сәйкес қабаттар ядроға жақындай түседі. 1-қабат 1s қабықшадан, 2-қабат 2s, 2p қабықшалардан, 3-қабат 3s, 3p, 3d қабықшалардан, т.б. тұрады. Әр қабат элементтің периодын анықтайды. Осы период элементтердің химиялық, оптикалық, электрлік және магниттік қасиеттерінің қайталану периоды болып табылады. Осы периодтылық атомның ең сыртқы электрон қабықшаларының қасиетімен анықталады. Мұндай периодтылық иондар қасиетінде де сақталады. Атомның орбиталарында 2 не одан да көп электрондар қозғалып жүрсе, онда мұндай күрделі атомдардағы электрондардың өзара әсерлесуін де еске алу керек. Ол әсерлесулер тек электр статикалық ғана емес, орбиталық магниттік моменттер мен бөлшектердің өзінің ішкі магниттік моменттері де өзара әсерлесуі мүмкін. Мысалы, гелий атомындағы екі электронның негізгі күйдегі әсерлесу энергиясы 78,98 эВ. Көп электронды атомдар құрылысын зерттегенде бұларды есепке алып отырады. Сонымен бірге әр электронның орбита бойымен қозғалысында туатын электрлі магниттік өрісі мен электронның ішкі магниттік моментінің әсерлесуі де қосымша байланыс энергиясын тудырады. Осының нәтижесінде атом спектрінде нәзік түзілісті, ал электрон мен ядроның магниттік моменттерінің өзара әсерлесуінен  аса нәзік түзілісті көреміз. Қазіргі заманғы кванттық электр динамикасында атом электрондарының вакуум құрамындағы виртуальды бөлшектермен әсерлесуін де есептеп атом құрылысының мұнан да күрделі екеніне көз жеткізуге болады.