Modda xosalarini o‘rganishda dinamik, statik va termodinamik usullar. Mikroskopik tizimlarning xarakterli tomonlari

Modda xosalarini o‘rganishda dinamik, statik va termodinamik usullar. Mikroskopik tizimlarning xarakterli tomonlari

Reja:

1. 
   Atom, molekula va ularning xossalari to‘g‘risida umumiy tushunchalar.
   
2. 
   Moddalarni xosalarini o‘rganishdagi dinamik, statik va termodinamik usullar.
   
3. 
   Mikroskopik tizimlarning xarakterli tomonlari.
   
4. 
   Xulosa.
   

Molekulyar fizikada nihoyatda ko‘p zarralar ta’sirida vujudga keladigan hodisalarni tekshirishga to‘g‘ri keldi. Xususan, bir kub santimetr hajmdagi gazda (normal sharoitda) dona molekula mavjud bo‘lib, ular bir sekund davomida boshqa molekulalar bilan taxminan 10¹⁰ marta to‘qnashadi.

Tabiatdagi barcha moddalar yuzdan ortiq ximiyaviy elementlardan tashkil topgan. Elementning barcha xossasini o‘zida mujassamlashtirgan eng kichik zarrasiga atom deyiladi. Hozirgi vaqtda ma’lumki, atomning o‘zi ham kichik elementar zarralar: yadrodagi proton va neytronlar hamda ular atrofida ma’lum orbitalar bo‘ylab harakatlanuvchi elektronlardan iborat. Turli xil atomlarda proton, neytron va elektronlar soni turlicha bo‘lganligi sababli ularning xossalari bir-biridan keskin farq qiladi. Eng sodda element bu vodorod atomidir. Vodorod atomining yadrosi bitta elektrondan iborat.

Hamma ximiyaviy elementlardagi musbat zaryadli protonlar soni, manfiy zaryadlar elektronlar soniga teng bo‘lib, ularning miqdori shu elementning davriy sistemadagi egallangan tartibi-o‘rni bilan aniqlanadi.

Bu zarralar moddiy bo‘lganligi uchun massaga ega. Elektronning massasi kg va zaryadi. Kl. Protonning massasi elektron massasidan 1836 marta katta: kg va zaryadi elektron zaryadiga teng.

Atomda bor bo‘lgan neytronlar soni shu elementning massa sonidan davriy sistemada egallangan tartibni ayirmasiga teng: bu yerda Z=16 atom massa soni, uning davriy sistemasidagi tartib nomeri esa N=8 ga teng. Demak kislorod atomida 8ta proton va 16-8=8 ta neytron bor. Tabiatda ko‘pgina moddalar atom holda emas, molekula holida uchraydi. Modda molekulasi bir, ikki yoki undan ortiq sondagi atomlardan va shuningdek bir xil atomlardan yoki bir necha xil atomlardan tashkil topgan bo‘lishi mumkin. M: O gazi molekulasi О₂ –ikkita kislorod atomidan iborat. Suv molekulasi (Н₂О)- uchta atom: ikkita vodorod va bitta kislorod atomidan iborat. Sulfat kislotasi molekulasi esa uch xil atomlardan tashkil topgan bo‘lib, uning molekulasidagi (H₂SO₄) atomlar soni yettitaga teng.

Yuqori birikmali moddalarda (polimerlarda) molekuladagi atomlar soni hatto bir necha mingdan iborat bo‘lishi mumkin. Molekula so‘zini fanga birinchi bo‘lib 1658 yilda fransuz olimi N.Gassendi kiritgan. Uning haqiqatdan mavjud ekanligi tajribada 1906 yilda fransuz olimi J.Pirren tomonidan isbotlangan.

Molekulaga berilgan ta’rifni quyidagi hayotiy misollarda tushuntirish mumkin. Moda qanday agregat holatida bo‘lishidan qat’iy nazar uni mayda bo‘laklarga bo‘lish mumkin. Masalan, bir bo‘lak osh tuzini mayda bo‘laklarga bo‘lsak, u bo‘laklarda ham osh tuzi xossasi namoyon bo‘ladi. Bo‘linishni yana davom ettiraversak, osh tuzining xossalari saqlanib qoladimi? Uning xossalari molekulyar bo‘laklarga bo‘linguncha saqlanib qoladi. Osh tuzi molekulasi natriy (Na) va xlor (Cl) atomlardan tashkil topgan bo‘lib, uning xossasi molekulaning parchalanishi boshlanguncha saqlanib qoladi.

Har bir modda molekulasi o‘ziga xos xossalarga ega bo‘lib, atomlarning birikib molekula tashkil qilishi asosan ikki xil bog‘lanish asosida hosil bo‘ladi: ionli va kovalent bog‘lanish davriy sistemadagi har bir davrda joylashgan elementlar soni bilan aniqlanadi. Bu bog‘lanishlarning hosil bo‘lish tartibi bilan tanishaylik. Atomdagi elektronlar yadro atrofida ma’lum qobiqli orbitalar bo‘ylab harakatlanib, qobiqdagi elektronlar soni ma’lum tartibda bo‘yso‘nadi. Atomlarning molekulalarga birikishida tashqi qobiqdagi elektronlar soni asosiy rol o‘ynaydi. Bu elektronlarga valent elektronlar deyiladi. Davriy sistemadagi bir xil gruppa elementlarining tashqi valent elektronlarining soni o‘za’ro teng. M: birinchi gruppadagi Vodorod , Litiy , Natriy , Kaliy va h.q. kabi elementlarning tashqi qobiqdagi bittadan valent elektronlari mavjud bo‘lsa, yettinchi gruppadagi Ftor , Xlor , Brom kabi elementlarning yettitadan valent elektronlari bor. Atomdagi umumiy elektronlar soni atomning davriy sistemadagi tartib nomeriga teng bo‘lib, tashqi valent elektronlar soni gruppa tartibi bilan aniqlanadi.

Atomlarning molekulaga birikishida tashqi qobiqdagi elektronlar asosiy rol o‘ynaydi. Bu elektronlarga valent elektronlar deyiladi. Tashqi valent elektronlar soni gruppa tartibi bilan aniqlanadi. Sakkizinchi gruppadagi elementlarning tashqi qobig‘i valent elektronlar bilan to‘lgan bo‘lib, eng turg‘un atomlarni tashkil etadi. Bu element atomlari inertdir. Shuning uchun ular inert gazlar deyiladi, bularga Geliy, Neon, Argon, Kripton, Ksenonlar kiradi. Ionli va valent bog‘lanish asosida molekula hosil bo‘lishida tashqi elektronlar asosiy rol o‘ynaydi.

a) Ionli bog‘lanish. Ionli bog‘lanish asosida molekula hosil bo‘lishini osh tuzi misolida ko‘rib o‘taylik. Atriy atomining tashqi orbitasida bitta elektron bor. Agar shu elektronni boshqa bir atomga bersa, uning atomi inert elementlar atomi kabi turg‘un atomga aylanadi. Xlor atomining tashqi orbitasida yettita elektron bo‘lib, boshqa element atomidan sakkizinchi elektronni olsa ham turg‘un atomga aylanadi. Shunday qilib, natriy atomi tashqi elektronni Xlor atomiga berib musbat ionga, Xlor atomiga esa elektronni qabul qilib manfiy ionga aylanadi. Musbat va manfiy zaryadlangan ionlar o‘za’ro elektrostatik tortishadi va natijada turg‘un osh tuzi molekulasi hosil bo‘ladi(2.1-rasm).

2.1-rasm
. Ionlarning tashqi elektron qobiqlari ma’lum masofagacha o‘za’ro yaqinlashishi mumkin. Agar yaqinlashish shu r_o masofadan kichraysa, u holda elektron qobiqlarning ta’siri tufayli itarishi yuzaga keladi. Odatda tashqi valent elektronlari to‘rttadan ortiq bo‘lgan elementlar boshqa element elektronlarini olib, manfiy zaryadlangan ionlarga (anionlar) aylanishsa, davriy sistemaning boshlang‘ich gruppalaridagi elementlar esa elektronlarini berib, musbat ionlar (kationlar) ga aylanisha intiladi. Atomlar orasidagi elektron almashinuvi ma’lum energiya hisobga bo‘ladi va elektronlar almashinuvi qancha ko‘p bo‘lsa, shuncha ko‘p energiya talab qiladi.

b) Kovalent bog‘lanish. Vodorod, Kislorod, Azot molekulasi hosil bo‘lishini ionli bog‘lanish asosida tushuntirib bo‘lmaydi. Bunday molekulalar atomlarning kovalent bog‘lanishi asosida bo‘ladi.

Kovalent bog‘lanish asosida hosil bo‘lgan molekula atomlaridagi tashqi bittadan valent elektronlar har ikkala atomi uchun ham umumiy bo‘lib, inert gazlar elektron qobig‘i strukturasini eslatadi. Masalan, xlor molekulasining hosil bo‘lishini ko‘raylik.

Xlor atomida yettita tashqi valent elektron mavjud. Molekuladagi har bir xlor atomiga oltitadan elektron umumiy bog‘lanish hosil qilishda qatnashadi. (2.2-rasm)

2.2-rasm

Tashqi orbitada sakkizta elektron bo‘lgan atom turg‘un bo‘lganligi tufayli elor molekulasi ham turg‘undir.

Bunday bog‘lanishning hosil bo‘lishni metan molekulasi misolida yanada yaqqolroq tasavvur qilish mumkin. Uglerodning tashqi qobig‘ida to‘rttadan valent elektroni mavjud. Bu elektronning har qaysi to‘rtta vodorod atomidagi elektronlar bilan, juft hosil qilib, metan molekulasi СН₄ ni tashkil etadi. (2.3-rasm)

2.3-rasm

Kovalent bog‘lanish tabiati kvant mexanikasi nuqtai nazaridan yanada aniqroq tushuntiriladi. Kovalent bog‘lanish hosil bo‘lishida har doim juft elektronlar qatnashadi. Shuning uchun xam bo‘nday bog‘lanishga kovalent (juft) bog‘lanish deyiladi.

Agar molekula bir tipdagi atomlardan tashkil topgan bo‘lsa, geomopolyar, turli tipdagi atomlardan kabi tashkil topgan bo‘lsa geteropolyar molekulalar deyiladi. Diametri d=0,1 mm bo‘lgan suv tomchisida 10¹⁶ dona suv molekulasi mavjud. Normal sharoitda T=273 K temperatura, P=105pa atmosfera bosimli 1sm³ havoda 2,7 10¹⁹ dona havo molekulasi mavjud. Buni birinchi marta 1865 yilda Avstraliyalik olim I.Loshmidt aniqlaganligi uchun uning nomi bilan Loshmidt soni deyiladi. Har bir havo molekulasining harakat qonunlarini o‘rganish uchun uchtadan tenglama tuzish lozimligini hisobga olsak bunday tenglamalar sistemasining eng zamonaviy EHM mashinalarida yechish ham amrimahol ekanligini aniqlash qiyin emas. Molekulalararo ta’sir hisobga olinsa, bu masala yanada murakkablashadi. Qattiq jismlarning 1см³ xajmdagi zarralar soni esa undan ham bir necha barobar katta bo‘lganligi uchun masala yanada og‘irlashadi. Shuning uchun ham ko‘p sondagi zarralar sistemasi bilan ish ko‘rganda bevosita mexanika(dinamika) qonunlarini qo‘llab bo‘lmaydi. Masalan: - ularning o‘rtacha tezliklari, o‘rtacha energiyasi va shunga o‘xshash o‘rtacha kattaliklarini aniqlash bilan cheklanish mumkin. Bu usulga statik usul deyiladi. Bu usul ko‘p sondagi zarralar sistemasi bilan bir qatorda kvantomexanik hisoblashlarda ham keng qo‘llaniladi.

Molekulalar fizikada. Statik usul bir-biriga o‘xshagan nihoyat ko‘p, lekin bir-biridan mustaqil bo‘lgan xodisalar to‘plamini tekshirish uchun qo‘llaniladi. Umuman, molekulyar fizikaning miqdoriy qonuniyatlarini aniqlashda foydalaniladigan statistik usulda (molekulyar kinetik usul deb ham yuritiladi) ehtimollik nazariyasiga asoslangan matematik hisoblashlar (Masalan, turli kattaliklar o‘rtacha qiymatlarini hisoblash) keng qo‘llaniladi. Statistik usul makrojismlarning molekulyar tuzilishi va ayrim molekulalarning o‘za’ro ta’sirini o‘rganish asosida makrojismlardagi jarayonlarning sodir bo‘lishiga oid qonuniyatlarni aniqlaydi. Ammo mikroskop jismlar xossalarini ularni ichki tuzilishlarini e’tiborga olmasdan ham tekshirish mumkin. Bunda makrosistemalarning energetik xarakteristikalari va turlari makroskopik kattaliklar orasidagi bog‘lanishlar o‘rganiladi.

Molekulyar fizikada energiyaning bir turdan boshqa turlarga aylanish jarayonlari bilan bog‘liq usulga Termodinamik usul deb ataladi. Bu usulda sistemani tashkil etuvchi zarralarning ichki strukturasi, tuzilishi bilan qiziqmasdan, butun sistema xolatini xarakterlovchi parametrlar bosim, hajm, temperatura o‘zgarishi e’tiborga olinadi. Termodinamik usul termodinamikada qonunlarga tayanib, uning xulosalari tajriba dalillarini umumlashtiruvchi prinsiplarga asoslangan, ko‘p zarrali sistemalarni o‘rganishda Termodinamik usul va statistik usullar bir-birini to‘ldiradi. Chunki termodinamikada sistema bir butun, to‘liq olib qaralsa, statistik fizikada shu sistema ichida bo‘ladigan jarayonlar sistemani tashkil etuvchi zarralarning umumiy xossalari orqali o‘rganiladi.masalan ideal gaz qonunlari matematik statistikani eng soda modelidir.