“модда тузилиши” замонавий кимёнинг назарий асоси

ATOM YaDROSINING TUZILIShI. ELEMENTAR ZARRAChALAR

Tabiatdagi mavjud barcha atomlar manfiy zaryadli elektronlar va musbat zaryadga ega bo’lgan yadrolardan iborat ekanligi aniqlangandan keyin fanda ularning tuzilishini o’rganish, elektronlarning atom va molekulalardagi rolini aniqlash masalasi asosiy vazifaga aylandi va bu muammoni fiziklar va kimyogarlar birgalikda xal qilishga kirishdilar. Turli fizikaviy xodisalarni fiziklar o’rganib, (katod nurlari, fotoeffekt, elektroliz va boshqa xodisalar) ular asosida elektronlarning harakati va xolatining o’zgarishi yotishini ko’rsatgan bo’lsa, kimyogarlar turli atomlarning o’zaro birikib molekulalar xosil qilishi, molekulalar tuzilishining xilma-xilligi ularning turlicha xossalarga ega bo’lishining asosiy sababchisi elektronlar ekanligini aniqladilar. Turli xil atomlarning o’zaro birikib molekulalar xosil qilishi, oksidlanish-qaytarilish jarayonlari, moddalarning rangga ega bo’lishi, molekulalarning dissosatsiyalanishi kabi xodisalarning barchasida elektronlarning roli juda katta. Elektronlarning tabiatdagi bunday katta vazifani bajarishi ularning harakat qonunlarini o’rganishni taqozo qildi. Bu muammo kvant mexanikasi tomonidan to’liq xal qilindi. De-Broyl, Geyzenberg, Shredinger ishlari elektronning boshqa mikrozarrachalar kabi (fotonlar boshqa mikrozarrachalar kabi) dualistik tabiatga ega ekanligini elektrondan turli maqsadlarda juda keng foydalanish mumkinligini ko’rsatdi. Elektronografiya, elektron mikroskopiya, elektron tezlatkichlar, rentgen nurlarining xosil qilinishi bularning barcha fikrimizni to’liq tasdiqlaydi.

Shu sababdan kvant mexanikasiga asoslangan mikrosistemalarning xolatini ifoda qiluvchi to’lqin funktsiyasi tuzildi, uni o’z ichiga olgan Shredinger tenglamasining echimi topilib, undan kelib chiqadigan xulosalar asoslandi.

Xozirgi vaqtda fan va texnikaning turli sohalarining taraqqiyotini kvant mexanikasi qonunlariga asoslangan modda tuzilishi nazariyasisiz tasavvur etish qiyin. Kvant mexanika va kvan kimyosi qonuniyatlari barcha kimyoviy muammolar – molekulalarning xosil bo’lish sabablari, ularning fazoviy tuzilishi va simmetriyasi, elektrik, optik va magnit xususiyatlari, molekulalarda kimyoviy bog’larning xosil bo’lish sabablarini asoslab berdi.

Plank va Eynshteyn tenglamalari nurning to’lqin uzunligi bilan foton massasi orasidagi munosabatni tavsiflab berdi. 1900 yilda M.Plank yorug’likning foton deb ataluvchi zarralar oqimidan iborat ekanligini ko’rsatdi.

Foton spini (s=1) birga teng, tinch holatdagi massaga va elektr zaryadiga ega emas (massasi dinamik xususiyatga ega, ya’ni u doimo xarakatda), yorug’lik nuriga teng tezlikda xarakat holatidagina mavjud bo’lishi mumkin. Fotonlar–elektromagnit nurlanish kvantlari bo’lib, zaryadlangan elementar zarrachalar bilan o’zaro ta’sir qiladi.

Zarralar endigina kashf qilina boshlaganda materiyaning eng kichik bo’lakchasi sifatida qabul qilingan va ular haqiqatdan ham elementar (“elementar” so’zi “eng sodda” degan ma’noni anglatadi!) deb hisoblangan, bular asosan elektron, proton va neytron kabi zarralar bo’lib, materiyaning tuzilishini tushuntirishga shularning o’zi etarli edi.

XX asrning 80- yillariga kelib elementar zarrachalarning soni 200 dan ortib ketdi. Hozirgi vaqtda ham ularning yana boshqa turlari kashf etilmoqda, ularning ko’pchiligi nostabil bo’lib, asta-sekin engil zarrachalarga aylanadi.

Shu o’rinda tabiatda mavjud elementar zarralar haqida to’xtalamiz, elementar zarrachalar juda xilma-xil bo’lib, ular hozirda asosan, fotonlar, leptonlar, adronlar (mezonlar va barionlar) guruhiga bo’linadi.

Leptonlar (yunoncha “leptos” – “engil” ma’nosini anglatadi) elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarda ishtirok etadi. Ular o’z-o’zlari va boshqa zarrachalar bilan o’zaro ta’sir qilishi mumkin. Leptonlarga elektron, myuon va tau neytrinosi, elektron, myuon, taulepton va ularning antizarralari kiradi.
Elektron o’z antizarrachasi – pozitron bilan to’qnashib qolsa, ular bir-birini emiradi va elektromagnit nurlanish kvantiga aylanadi, natijada ikkala zarrachaning tinchlikdagi massasiga to’g’ri keladigan energiya ajralib chiqadi. Bu hodisaga annigilyatsiya deyiladi. Faqat elektron va pozitron emas, balki barcha elementar zarrachalar ham o’z antizarralari bilan o’zaro to’qnashganda annigilyatsiya hodisasi ro’y beradi, boshqacha aytganda, ular elektromagnit maydon kvantlari, ya’ni fotonlarga aylanadi.

Annigilyatsiya so’zi lotincha “yo’qolish” degan ma’noni anglatadi, aslida esa zarra va antizarra to’qnashganda hech qanday yo’qolish sodir bo’lmaydi, balki barcha “saqlanish qonun”lariga bo’ysungan holda materiya modda ko’rinishidan elektromagnit maydon ko’rinishiga o’tadi.

Har qanday fermionlar kabi nuklonlarning xam spinlari s=1/2 ga teng. Elementar zarralar spinlarini kvant sonlar yordamida (m_s) belgilanadi. Proton yoki neytronning spini 1G’2 ga teng deyilganda nuklon spinining ixtiyoriy yo’nalishga proektsiyasiga teng ekanligini tushunish lozim:

Proton va neytronlar xususiy magnit momentiga ega, ularning qiymatlarini quydagicha:

ifodalash mumkin. Bu ifodadagi “ya.m.” – o’lchov birligi bo’lib, yadrolar va zarrachalarning magnit momentlarini o’lchash uchun qo’llaniladigan va “yadroviy magneton” deb ataladigan kattalik. Bu tushuncha Bor magnetoniga qiyosan kiritilgan. Agar Bor magnetoni ifodasining maxrajidagi elektron massasi o’rniga proton massasi ni qo’yilsa, yadroviy magnetonning ifodasi hosil bo’ladi:

Atom yadrosini xarakterlovchi kattaliklar haqida so’z yuritilganda davriy jadvaldagi elementlarning tartib raqami (Z) element atomi yadrosining zaryadiga teng ekanligini va bu qiymat yadrodagi protonlar sonini ifodalashini hisobga olish lozim. Barcha yadrolar ichida vodorod atomining yadrosi eng kichik zaryadga ya’ni protonning zaryadi Q1 ga teng, kumushniki Q47, oltinniki Q79, uranniki esa Q92 ga teng va h.k.

Neytronlar zaryadsiz bo’lgani uchun atom yadrosining musbat zaryadi undagi protonlar soniga qarab aniqlanadi. Yadrodagi nuklonlar soni (A) ning yig’indisi yadroning massa sonini belgilaydi: