Ilmiybaza.uz ATOM VA ATOM YADROSINING TUZILISHI REJA: 1. Atom tuzilishi. Tomson va Rezerford modellari. 2. Bor postulatlari. 3. Radioaktivlik. Alfa, Beta va Gamma nurlanishlar 4. Radioaktiv yemirilish qonuni 5. Yadro kuchlari 6. Yadro reaksiyalari Ilmiybaza.uz Tayanch iboralar: Atom; yadro; protonlar; neytronlardan; Balmer; Pashen; nurlar; radioaktiv yemirilish; izotoplar; Nuklonlar. 1. Atom tuzilishi. Tomson va Rezerford modellari Atomning murakkab tuzilishga ega ekanligining kashf etilishi hozirgi zamon fizikasining qaror topishida hamda bu fanning keyingi taraqqiyotida ham muhim rol o’ynaydi. Lekin olimlar atom tuzilishi haqidagi to’g’ri tasavvurlarga darxol kelgan emaslar. Biz atom tuzilishi haqidagi ikkita modelni ko’rib o’tamiz. Tomson modeli. Atomning birinchi modeli elektronni kashf qilgan mashhur ingliz olimi Tomson tomonidan taklif qilingan edi. Uning fikriga binoan atomning musbat zaryadi atomning butun hajmini egallaydi va bu hajmda bir xil zichlikda, ya’ni tekis taqsimlangan. Tomsonning modeli tajribalarda o’z isbotini topmadi. Rezerford modeli. Ingliz olimi Rezerford 1911 yil atom tuzilishini o’rganish uchun tajribalar o’tkazdi. U juda yupqa metall plyonkadan tez harakatlanuvchi  zarrachalarning og’ishini kuzatadi. Bu esa musbat zaryadlarning tekis taqsimlanganligi haqidagi Tomson fikrini rad qildi. Buning natijasida Rezerford atomning tuzilishi haqidagi o’zining modelini taklif etdi. Bu modelga ko’ra atom zarralarning murakkab sistemasi bo’lib, uning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan. Yadro atrofida esa elektronlar ma’lum orbitalar bo’ylab aylanadi. Atomning deyarli barcha massasi (99,94%) yadroda to’plangan. Yadroning o’zi protonlar va neytronlardan tuzilgan. Elektronning massasi kg me 10 31 1,9    , protonning massasi esa kg mp ,167 10 27    , neytronning massasi ham shunga yaqin. Rezerford o’z tajribalarida α – zarracha orqaga itqitib yuborilishi uchun atomning musbat zaryadi va uning massasi fazoning juda kichik sohasiga yig’ilgan bo’lishi lozimligini tushungan. Ana shunga ko’ra Rezerford atom yadrosi haqidagi g’oyani – atomning butun massasi va butun musbat zaryad yadroda yig’ilgan, degan g’oyani ilgari surdi. Ilmiybaza.uz Rezerford tajribalaridan atomning planetar modeli bevosita kelib chiqadi. 7. Bor postulatlari. Shvetsariya olimi Balmer 1885 yil vodorodning ko’rinadigan spektridagi chiziqlarga mos keluvchi chastotalarni hisoblaydigan formulani chiqardi. 1 ) 1 ( 2 2 m R n    (1) bu yerda R-Ridberg doimiysi bo’lib, uning son qiymati 1 ,3 28 1015    s R n va m lar butun sonlarni qabul qiladi. Agar n=1 bo’lsa Laylan seriyasi, n=2 bo’lsa Balmer seriyasi, n=3 bo’lsa Pashen seriyasi, n=4 bo’lsa Brekket seriyasi, n=5 bo’lsa Pfund seriyasi hosil bo’ladi. Atom tuzlishi haqidagi Rezerford modeli bunday spektral qonuniyatlarni tushuntira olmaydi. Daniya olimi Nils Bor 1913 yil atomning yangi modelini tuzishga harakat qilib ko’rdi. Shunga asosan u o’zining postulatlarini yaratdi. 1) Elektronlar atomda ixtiyoriy orbitalar bo’yicha emas, balki aniq radiusli orbitalar bo’yicha harakatlanadi. 2) Elektronlarning statsionar orbitalarida harakatlanishida energiya chiqarishi va yutilishi yuz bermaydi. 3) Elektronning bir statsionar orbitadan boshqasiga o’tishi aniq kvant energiya chiqarilishi va yutilishi bilan sodir bo’ladi. 2 1 E E h    (1) bundan h E E 2 1    (2) bunga chastotalar sharti deyiladi. Atomning o’lchami ~ 10 10 m  , yadroning o’lchami esa 14 m 15 10 10    ni tashkil etadi. (1) formulada E1 – atomning birinchi statsionar holatidagi energiyasi, E2 – uning ikkinchi statsionar holatidagi energiyasi. Agar E1>E2 bo’lsa, foton nurlanadi, E1<E2 bo’lsa foton yutiladi. Ilmiybaza.uz 8. Radioaktivlik. Alfa, Beta va Gamma nurlanishlar. Tabiiy radioaktivlik 1896 yil fransuz olimi Bekkerel tomonidan ochilgan. U uran tuzlarining o’z – o’zidan, tashqi faktorlar ta’sirisiz qandaydir nurlar chiqarishini aniqladi. Pier Kyuri, Mariya Kyuri – Skladovskaya, Rezerford va boshqa olimlar o’tkazgan tadqiqotlar ko’rsatdiki, tabiiy radioaktivlik faqat urandagina emas, balki aktiniy, toriy, poloniy va radiyda ham kuzatiladi. Bu elementlar chiqaradigan radioaktiv nurlanish tarkibini alfa (α), beta (β) va gamma (γ) nurlar tashkil qiladi. α nurlar alfa zarrachalar deb ataladigan geliy atomi yadrosidan iborat. Bu nurlar elektr va magnit maydonida og’adi. α-zarracha modda orqali o’tganda, modda atomlarini ionlashtiradi. Bu zarrachalarning ionlashtirish qobiliyati yuqori, lekin o’tuvchanlik qobiliyati uncha katta emas. Masalan, ular qalinligi 0,06 mm bo’lgan alyuminiy qatlamga butunlay yutiladi. β nurlar tez elektronlar oqimidan iborat bo’lib, ular elektr va magnit maydonida og’adi. β-zarrachaning massasi α-zarraga massasidan 7350 marta kichik, o’rtacha tezligi esa 160 000 s km ga teng bo’lib, bu α-zarraga tezligidan 10 marta katta. β-zarrachaning o’tuvchanlik qobiliyati juda katta. masalan u qalinligi 2 sm bo’lgan alyuminiy qatlamdan o’ta oladi. γ nurlar juda katta chastotali (1020гц) fotonlar oqimidan iborat. Bu nurlar elektr va magnit maydonida og’maydi. O’tuvchanlik qobiliyati juda katta bo’lib, ular qalinligi 1 sm bo’lgan qo’rg’oshin qatlamidan ham o’tadi. Bu nurlar elektr va magnit maydonida og’maydi. γ nurlar yadroning uyg’ongan holatidan asosiy, statsionar holatiga o’tganida hosil bo’ladi. Radioaktiv nurlanish jarayonida element yadrolari boshqa element yadrolariga aylanadi. Bunga radioaktiv yemirilish deyiladi. Biror elementni A Z X deb belgilash mumkin. Bu yerda z-protonlar soni, n- neytronlar soni A=z+n massa soni. Radioaktiv yemirilish ikki xil bo’ladi. β-yemirilish va α-yemirilish. Ilmiybaza.uz 1) β-yemirilishda element davriy sistemada massa sonini o’zgartirmagan holda o’ngga bir nomerga siljiydi. e y X A Z A Z 0 1 1      2) α-yemirilishda element davriy sistemada massa sonining 4 ga kamaytirib, chapga ikki nomerga siljiydi. 4 2 4 2 Нe y X A Z A Z       1. Radioaktiv yemirilish qonuni. Radioaktiv moddalarning bir – briga aylanishini o’rganishda Rezerford radioaktiv moddalar aktivligining vaqt o’tishi bilan susayishini tajriba yo’li bilan aniqladi. Masalan, radonning radioaktivligi 1 minutdan keyin ikki marta kamayadi. Har bir radioaktiv modda uchun aniq vaqt intervali mavjud bo’lib, bu vaqt davomida aktivlik ikki marta kamayadi. Bu T vaqtga yarim yemirilish davri deyiladi. Radioaktiv modda aktivligining vaqtga bog’liqlik grafigi 53 – rasmda ko’rsatilgan. Ilmiybaza.uz 53-rasm Grafikdan ko’rinib turibdiki, bu moddaning yarim yemirilish davri T=5sutka ga teng. Radioaktiv yemirilishning asosiy qonuni. T t N N   0 2 (1) bu yerda N0 – radioaktiv atomlarning dastlabki soni, N esa t vaqtdan keyin yemirilmay qolgan radioaktiv atomlarning soni. Yarim yemirilish davri radioaktiv yemirilish tezligini aniqlovchi asosiy kattalikdir. Turli moddalar uchun yarim yemirilish davri turlicha. Masalan uran uchun T=4,5mlrd yilga teng. Radiy uchun esa T=1600yil, poloniy uchun s T 10 4 5,1    . Radioaktiv elementda 1 sek vaqt ichida yemiriladigan atomlar soniga bu elementning aktivligi deyiladi (A). dt A  dN (2) Aktivlikning o’lchov birligi Kyuri sek yemirilish kyuri 1010 7,3 1   Radioaktiv atomlarning o’rtacha yashash vaqti  yarim yemirilish davriga to’g’ri proporsional 4,1 T   5. Yadro kuchlari. Ma’lumki, atom yadrosi protonlar va neytronlardan tashkil topgan. Atom butunicha olib qaralganda neytral zarracha. Chunki yadrodagi protonlar soni atom qobig’idagi elektronlarga teng. Binobarin, yadrodagi protonlar soni elementlarning davriy sistemasidagi atom nomeri z ga teng. Avval aytib o’tilganidek, yadrodagi z protonlar va N neytronlar sonining yig’indisi A ga massa soni deb ataladi N Z A   (1) Ilmiybaza.uz Proton va neytronning massalari bir – biriga yaqin. Elektronning massasi esa protonning, demak yadroning massasidan juda kichik e p m m  1836 (2) Tarkibidagi protonlar soni bir xil, neytronlar soni esa turlicha bo’lgan yadrolarga izotoplar deyiladi. Hozirgi paytda barcha ximiyaviy elementlarda izotoplarning mavjudligi aniqlangan. Ba’zi elementlar nostabil (ya’ni radioaktiv) izotoplarga ega. Tabiatda mavjud bo’lgan eng og’ir element uranda ham (nisbiy atom massalari 238, 235 va h.k), eng yengil element bo’lgan vodorodda ham izotoplar bor (nisbiy atom massalari 1,2,3). Vodorodning nisbiy atom massasi 3 bo’lgan izotopi tritiy deb ataladi. U radioaktiv bo’lib, yarim yemirilish davri 12 yilga teng. Yadro juda barqaror, chunki protonlar va neytronlar yadro ichida nihoyatda katta kuchlar bilan tutib turiladi. Bu garvitasiya kuchi emas. Chunki gravitatsiya kuchi yadro kuchalridan juda kichik. Shuningdek, bu kuchlar elektromagnit kuchlari emas. Chunki bir xil zaryadga ega bo’lgan protonlar orasida faqat itarish kuchi paydo bo’lishi lozim edi. Keyinchalik protonlar va neytronlar ya’ni Nuklonlar orasidagi bu kuchga yadro kuchlari deb nom berildi. Bu kuchlar elektromagnit kuchlardan taxminan 100 marta katta ekanligi aniqlandi. Yadro kuchalrining yana bir xususiyati - ualrning qisqa masofada ta’sir qilishidir. Elektromagnit kuchlar masofa ortishi bilan nisbatan sekin kamayadi. Yadro kuchlari esa yadro o’lchamlari kattaligi tartibidagi ( 15 m 14 10 10    ) masofalardagina sezilarli darajada namoyon bo’ladi. Buni Rezerfordning α- zarrachalarning yadrolar bilan to’qnashgandagi sochilishiga doir tajribalari ko’rsatdi. Hozirgi paytda yadro kuchlari olimlar tomonidan har tomonlama o’rganilmoqda. 6. Yadroning bog’lanish energiyasi. Ilmiybaza.uz Yadroni alohida zarralarga batamom parchalab yuborish uchun zarur bo’lgan energiya yadroning bog’lanish energiyasi deyiladi. Energiyaning saqlanish qonuniga asosan bu fikrni yana shunday ifodalash mumkin: bog’lanish energiyasi alohida zarralardan yadro hosil bo’lishida chiqadigan energiyaga teng. Atom yadrolarining bog’lanish energiyasi juda katta. Istalgan yadroning bog’lanish energiyasini yadroning massasini aniq o’lchash yo’li bilan topish mumkin. Ma’lumki, massa va energiya orasidagi bog’lanish Eynshteyn tenglamasi orqali ifodalanadi. E  mc2 (1) bu yerda C – yorug’likning vakuumdagi tezligi. Yadroning massasini aniq o’lchash natijalari shuni ko’rsatdiki, yadroning tinchlikdagi MЯ massasi uni tashkil etuvchi protonlar bilan neytronlarnin g tinchlikdagi massalari yig’indisidan hamisha kichik bo’ladi. n p Я Nm Zm M   (2) Я n p M Nm Zm M     ) ( (3) ayirmaga massa defekti deyiladi. Massa defekti musbat kattalik. Masalan geliy yadrosining massasi uni tashkil etuvchi ikkita proton va ikkita neytron massasidan 0,75% kichik. Binobarin geliyning bir mol miqdori uchun massa defekti gram M  ,0 03  ni tashkil etadi. Nuklonlardan yadro hosil bo’lishida massaning kamayishi bunda bu zarralar sistemasining energiyasi Ebog’ bog’lanish energiyasi miqdorida kamayishini bildiradi. Quyidagi ifodaga yadroning bog’lanish energiyasi deyiladi. 2 2 ' ) ( С M Nm Zm MC E Я n p bog      (4) Zarralardan yadro hosil bo’lishida zarralar yadro kuchlarining qisqa masofalarda ta’sir qilishi hisobiga bir – biriga qarab nihoyatda katta tezlanish bilan harakatlanadi. Bunda γ kvantlar nurlanadi. Ular Ebog’ energiya va ΔM Ilmiybaza.uz massaga ega. Yadroning bog’lanish energiyasi juda ulkan. Masalan 4g geliy hopsil bo’lishida 2 vagon toshko’mir yongandagi energiya ajraladi. Yadroning bitta nuklonga to’g’ri keladigan bog’lanishi energiyasiga solishtirma bog’lanish energiyasi deyiladi. Ko’pgina yadrolar uchun solishtirma bog’lanish energiyasi nuklon ~ 8 MeV atrofida. 7. Yadro reaksiyalari. Atom yadrolarining elementar zarralar bilan yoki bir – birlari bilan o’zaro ta’sirida o’zgarishlari yadro reaksiyalari deb ataladi. Yadro reaksiyalari zarrachalar yadrolarga taqalib yaqinlashganida va yadroviy kuchlarning ta’sir doirasiga tushganida ro’y beradi. Ma’lumki, bir xil ishora bilan zaryadlangan zarrachalar bir – biridan itariladi. Shuning uchun musbat zaryadli zarrachalarning (yoki yadrolarning yadrolar bilan) yaqinlashishi bu zarrachalarga (yoki yadrolarga) katta kinetik energiya berilgandagina amalga oshadi. Bunday energiya protonlar, deytronlar, α-zarrachalar va boshqa yadrolarga maxsus tezlarkichlar yordamida beriladi. Yadro rekasiyalarini amalga oshirish uchun bu usul radioaktiv elementlar chiqaradigan geliy yadosidan foydalanishga qaraganda ancha samaraliroqdir. Birinchidan tezlatkichlar yordamida zarrachalarga ancha katta – 105MeV dan ham ortiq energiya berish mumkin. Ikkinchidan radioaktiv yemirilish jarayonida paydo bo’lmaydigan protonlardan foydalanish mumikin. Uchinchidan geliy yadrosidan og’irroq bo’lgan yadrolarni ham, tezlatish mumikin. Birinchi yadro reaksiyasi tez protonlar yordamida 1932 yilda amalga oshirilgan edi. Bunda litiy ikkita α-zarrachaga parchalangan edi. He He H Li 4 2 4 2 1 1 7 3    Yadro reaksiyasining energe/tik chiqishi deb yadrolar va zarrachalarning reaksiyasigacha va reaksiyadan keyingi tinchlikdagi energiyalarining farqiga aytiladi. Ilmiybaza.uz 1932 yilda Rezerford ning shogirdi, ingliz olimi Chedvik neytronni kashf etdi. Bu esa yadro reaksiyalarini tadqiq qilishda burilish bosqichi bo’ldi. Neytronlarning zaryadi bo’lmagani uchun ular atom yadrolariga qarshiliksiz kira oladi va ularda o’zgarishlar yuzaga keltiradi. Masalan, quyidagi reaksiya kuzatialdi. He Na n Al 4 2 24 11 1 0 27 13    Italiya fizigi Fermi neytronlar yuzaga keltiradigan reaksiyalarni birinchi bo’lib o’rgandi. Uran yadrolarining bo’linishi jarayonida neytronlar ajralib chiqadi. Uran yadrosining bo’linishida ikki – uchta neytron ajraladi. Bu esa uran bo’linishining zanjir reaksiyasini amalga oshirishga imkon beradi. Zanjir reaksiya vaqtida ulkan energiya ajraladi. Masalan 1 gramm urandagi barcha yadrolar to’liq bo’linganda ajralgan energiya 3 tonna ko’mir yonganda olinadigan energiyaga teng. Nazorat savollari. 1. Atom tuzilishini tushuntiring? 2. Tomson va Rezerford modellarini sanab bering? 3. Alfa, Beta va Gamma nurlanishlar qonunlarini ayting? 4. Radioaktiv yemirilish qonunini aytib bering 5. Yadro reaksiyalari qanday jarayon? 6. α-yemirilish qanday yemirilish? 7. Balmer va Pashen seriyasini ayting?