Qarshi davlat universiteti kimyo kafedrasi noorganik kimyo fanidan

Tayanch iboralar: Kimyoviy element, elektron qobig‘i, elektron bulut, atom orbitallar, elektron tuzilishi, davriy qonun, ionlanish potensiali, elektronga moyillik, elektromanfiylik, davriylik, birlamchi va ikkilamchi davriylik, ionlanish energiyasi, bog‘lanish energiyasi, bog‘lanish uzunligi, Poling shkalasi.

1.1. Kimyoviy elementlar. Elementlarni klassifikatsiyasi

Kimyoviy element eng muhim tushuncha bo’lib, bizni o’rab turgan tabiatdagi barcha xilma-xilliklar nisbatan kam kimyoviy elementlarning bir-biri bilan birikishidan iborat. Odam organizmida 70ga yaqin element bor.

“Element” so’zi qayerdan kelib chiqqanligi haqida aniq ma’lumot yo’q. Bir rivoyatga qaraganda, u lotin alfavitining l, m, n, t harflarining ketma-ket aytilishidan hosil bo’lgan. Ular “el”, “em”, “en”, “te” deb o’qiladi. Qadimgi mutafakkirlarning fikricha, so’z harflardan tuzilganidek, “jismlar” elementlardan tashkil topgan.

Turli tarixiy davrlarda “element”tushunchasiga turlicha ma’no berilgan. Qadimgi grek faylasuflari “element” sifatida 4 ta –issiq, sovuq, quruq va namni tan olganlar. Ular juft-juft bo’lib, hamma narsaning “boshlanishi”-olov, havo, suv va yerni hosil qilgan.

Kimyoviy usullar bilan yanada soddaroq jismlarga parchalab bo’lmaydigan oddiy jismlarni elementlar deb atay boshladilar.1787-yilda fransuz ximigi A. Lavuazye “Oddiy jismlar jadvali”ni tuzdi. Bunga o’sha vaqtda ma’lum bo’lgan hamma elementlarni kiritdi (kimyoviy elementlarni kashf etish qadimdan boshlangan. Ayrim elementlar, masalan oltin insoniyatga ming yillar oldin ma’lum bo‘lgan), keyinchalik ularning ba’zilari murakkab moddalar ekanligi ma’lum bo’ldi.

XIX asr boshlarida ingliz olimi J. Dalton har bir elementga miqdoriy tavsif berdi, ya’ni ularning atom og’rligi (atom massasi) ni qo’shib qo’ydi. Elementni kimyoviy individuallik deb qaraldi. 1871 yilda D.I.Mendeleyev “oddiy jism” bilan “element” tushunchalarini aniq chegaralab berdi. “Oddiy jism bir qator fizik belgilar va kimyoviy reaksiyalarga ega bo’lgan modda, metal yoki metalloiddir. Element deganda oddiy yoki murakkab jismga ma’lum fizik va kimyoviy xossalar yig’indisini beradigan material zarrachani tushunish kerak”,-deb yozdi. Mendeleyev uglerodni element, ko’mir, grafit va olmosni oddiy moddalar deb hisobladi. D.I. Mendeleyevga “element” tushunchasi mavhum edi. Bu tushuncha atom modeli ishlab chiqilgandan so’ng aniq bir ta’rifga ega bo’ldi. Endi “kimyoviy element” tushunchasi aniq belgilangan: kimyoviy element-yadro zaryadi bir xil (Z) bo’lgan va elektronlari qobiq va qobiqchalarda bir xil tarqalgan atomlar yig’indisidir. [1]

XVIII asr oxirida 25 ta element ma’lum bulib, XIX asrning birinchi choragida yana 19 element kashf kilindi. Elementlar kashf qilinishi bilan ularning atom massasi, fizik va kimyoviy xossalari o‘rganilib borildi. Bu tekshirishlar natijasida bazi elementlarning avvaldan malum bo‘lgan tabiiy guruhlari (masalan, ishkoriy metallar, ishkoriy-yer metallar, galogenlar) ga o‘xshash element guruhlari shakllana bordi. Elementlar va ularning birikmalari hakidagi malumotlar kimyogarlar oldiga barcha elementlarni guruhlarga ajratish (sinflarga bo‘lish) vazifasini ko‘ydi. 1789 yilda A.Lavuazye kimyoviy elementlarning birinchi klassifikatsiyasini yaratdi, u barcha oddiy moddalarni 4 gurux (metallmaslar, metallar, kislota radikallari va «oksidlar») ga ajratdi.

Elementlarni metallar va metallmaslarga ajratish qabul qilingan. Metallar (masalan temir va mis) qattiq, xarakterli metall yaltiroqlik, plastiklik va bolg‘alanuvchanlikka ega, xona temperaturasida elektr tokini o‘tkazadi. Metallmaslarga asosan gazlar (kislorod) va suyuq (brom), qattiq moddalar ular elektr tokini sezilarli o‘tkazmaydi (oltingugurt). Mana shu sinflanish asosida kimyoviy elementlarning xossalari yotadi:

Metallar metallmaslar bilan uchuvchan bo‘lmagan qattiq moddalar hosil qiladi.( masalan, natriy xlorid).

Metallmaslar bir bir bilan birikib uchuvchan molekulyar birikmalar hosil qiladi. (masalan fosfor uch xlorid)

Ikki va undan ortiq metallarning o‘zaro (yoki aralaashuvi) ta’sirlashuvi natijasida o‘z xossalarini saqlagan qotishmalar hosil bo‘ladi.

Bunday sinflash unchalik aniq bo‘lmasada, haligacha o‘z kuchini yo‘qotmay kelmoqda.

1829 yilda Iogann Volfgang Debereyner uchta-uchta elementdan iborat o‘xshash elementlarning guruhlarini tuzdi va ularni triadalar deb atadi. Har qaysi triadada o‘rtadagi elementning atom massasi ikki chetdagi elementlarning atom massalari yigindisining 2 ga bo‘linganiga teng. O‘sha vaktda malum bo‘lgan elementlardan fakat yettita triada tuzish mumkin bo‘ldi.

Yigirmachi asrning boshlarida kimyo rivojlanib, ularni birikmalardan ajratib olish osonlashdi. Natijada ma’lum bo‘lgan elementlar soni 1800 yilda 31 ta bo‘lsa, 1865 yilda ikki barobarga ortib 63 tani tashkil etdi.

1869 yilda D.I.Mendeleyev Rossiyada va Lotar Mayyer Germaniyada elementlarni klassifikatsiyalashning bir xil sxemasini taklif etishdi. Elementlarning atom massalari ortib borishi bilan ularning kimyoviy va fizikoviy xossari davriy ravishda o‘zgaradi.Olimlar o‘sha paytlarda atom massa to‘g‘risida tasavvurga ega emasdilar.

Mendeleyev shu paytda ma’lum bo‘lgan elementlarni atom massasi ortish tartibi bilan joylashtirdi. Kimyoviy xossalari o‘xshash elementlarning xossalari takrorlanishini aniqladi va ularni bir gruppaga joylashtirdi. Masalan, bir necha elementlarning vodorodli birikmari mavjud edi, ularni formulalariga ko‘ra ikki gruppaga ajratdi.

CH4	N H3
SiH4	P H3
GeH4	AsH3
SH4	SbH3

Shu elementlarning boshqa birikmalari ham formulada gruppaviy o‘xshashlikni namoyish qiladi. Masalan, birinchi gruppada CF₄ va SiF₄ ikkinchida esa NF₃ va PF₃

Mendeleyev o‘zining klassifikatsiyasida elementlarning davriyligini kimyoviy xossalari bo‘yicha tizimga soldi. Ana shu vaqtda nemis olimi L.Mayyer elementlarning fizik xossalarini o‘rganish jarayonida, ushbu xossalar ham atom massa ortishi bilan davriy ravishda o‘zgarishini aniqladi.

Mendellev davriy sistemasida noma’lum elementlarning kimyoviy xossasini oldindan aytishda qo‘llash mumkinligini misollarda keltirdi. Davriy sistema asosida shungao‘uxshash xulosalar hozirgacha noorganik kimyogarlar tomonidan noma’lum birikmalarning sintez usullarini ishlab chiqishda, birikmalarning fizik-kimyoviy xossalarini o‘zgarish qonuniyatlarini tushuntirishda ishlatilmoqda. Masalan, uglerod va kremniy davriy sistemada bir gruppada joylashgan va R2 Si = Si R2 tipdagi yaxshi o‘rganilgan alkenlar R2S = SR2 ga o‘xshash birikma mavjudligi xaqida fikrlash mumkin. Qo‘sh bog‘li birikma kremniy kremniy (disilan etilen) haqiqatdan mavjud bo‘lib, kimyogarlar uning mustahkam qator oilasini faqat 1981 yilda topishdi.

D.I.Mendeleyevdan avval olib borilgan ishlarning hech birida kimyoviy elementlar orasida o‘zaro uzviy bog‘lanish borligi topilmadi. Chuqur ilmiy bashorat va taqqoslashlar asosida D.I .Mendeleyev 1869 yilda tabiatning muhim qonuni - kimyoviy elementlarning davriy qonunini tarifladi. D.I.Mendeleyev tariflagan davriy qonun va uning grafik ifodasi - davriy sistema hozirgi zamon kimyo fanining poydevori bo‘lib qoldi.

D.I.Mendeleyev kimyoviy elementlarning ko‘pchilik xossalari shu elementlarning atom massasiga bog‘lik ekanligini aniqladi. U o‘sha zamonda malum bo‘lgan barcha elementlarni ularning atom massalari ortib borishi tartibida bir qatorga qo‘yganida elementlarning xossalari 7 ta, 17 ta va 31 ta elementdan keyin keladigan elementlarda qaytarilishini, yani davriylik borligini ko‘rdi.

D.I.Mendeleyev o‘zi kashf etgan davriy qonunni quyidagicha tarifladi: oddiy moddalarning (elementlarning) xossalari, shuningdek, elementlar birikmalarining shakl va xossalari elementlarning atom massalariga davriy ravishda bog‘liq bo‘ladi.

Mendeleyev va Meyyer shunday xulosaga kelishdiki elementlarning xossalari davriydir.

D.I.Mendeleyev davriy qonunni kashf etishda elementlarning atom massa qiymatlariga, fizik-kimyoviy xossalariga etibor berdi. U barcha elementlar bo‘ysunadigan davriy qonunni to‘liq namoyon qildi va bazi elementlar (chunonchi, berilliy, lantan, indiy, titan, vanadiy, erbiy, seriy, uran, toriy) ning o‘sha vaqtda qabul qilingan atom massalarini 1,5-2 marta o‘zgartirish, bazi elementlarning (kobalt, tellur, argonning) joylashish tartibini o‘zgartirish lozimligini va nihoyat 11 ta elementning (fransiy, radiy, aktiniy, skandiy, galliy, germaniy, protaktiniy, poloniy, texnetsiy, reniy, astat) kashf qilinishi kerakligini oldindan aytib berdi.

Mendeleyev o‘z g‘oyalarini ishlarini rivojlantirdi. O‘sha paytda noma’lum galliy va germaniyga davriy sistemadan joy qoldirdi. Ularning mavjudligini bashorat qildi. Ularga (ekaalyuminiy va ekasilitsiy) ning barcha kimyoviy va fizik xossalarini batafsil bashorat kildi. Keyinchalik bu elementlarning kashf kilinishi D.I.Mendeleyevning bashoratini tasdikladi. D.I Mendeleyev har qaysi elementning o‘zi tuzgan davriy sistemadagi tartib raqami nihoyatda katta ahamiyatga ega ekanligini ko‘rsatdi.

Davriy qonun va davriy sistema hozirga qadar bosib o‘tgan rivojlanish yo‘lini quyidagi uch davrga bo‘lish mumkin .

I davr. D.I.Mendeleyev elementlarni sinflarga bo‘lishda ularning atom massasi qiymatiga va kimyoviy xossalariga asoslanib, davriy qonunni ta’rifladi.

II davr. D.I.Mendeleyev elementning atom massasi emas, balki uning davriy sistemasidagi tartib raqami (atom raqami) nihoyatda katta ahamiyatga ega ekanligini aniq ko‘rsatib berdi. Keyinchalik boshqa olimlar (Mozli) olib borgan izlanishlar buni to‘g‘riligini tasdiqladi.

III davr. Davriy qonun va davriy sistema 1927 yilda yaratilgan kvant mexanikasi asosida rivoj topdi. Bu davr mobaynida barcha elementlarning atomlarida elektronlarning joylanishi aniqlanib, D.I Mendeleyev aytgan «davriylikning» tom ma’nosi namoyon bo‘ldi.

Rezerfordning atomning yadro modeli taklif etilgandan ikki yil o‘tib ingliz fizigi Mozle (1887-1915) atom tartib raqamlari konsepsiyasini rivojlantirdi. Har bir elementdan chiqadigan rentgen nurlari, shu elementning tartib raqamiga bog‘liq.

Ushbu konsepsiya atom massalardan kelib chiqqan bir qancha muammolarni tushuntirdi. Masalan, argonning atom massasi K ning massasiga teng va uning xossalari Ne va Kr xossalariga o‘xshash. K niki Na va Rb xossalariga o‘xshash. Atom tartib raqamlari ortish bilan ular o‘z joylarida joylashdilar.

Meteoritlar tarkibi va quyoshning ko’rinadigan nuri spektrini o’rganish kosmosda ham Yerdagi kabi kimyoviy elementlar mavjud ekenligini ko’rsatdi. Koinot moddasining aosiy massasini vodorod va geliy tashkil qiladi. Yupiter massasining 80% I va Saturn massasining 60% vodoroddan iborat. Quyosh atmosferasining tarkibida 82% vodorod va 18% geliy bor. Boshqa kimyoviy elementlarning yadrolari yulduzlarning ichki qatlamlarida sodir bo’ladigan turli yadro reaksiyalariga bog’liq. Shuning uchun yulduz va yulduzlar sistemasi o’zining turli bosqichlari evolyusida turli kimyoviy tarkibga ega bo’ladi. Shunday yulduzlar ma’lumki, ularning optic spektrida litiy, magniy, bariy chiziqlari haddan tashqari ravshan ko’rinadi.

Tekshirishlar natijasi Venera atmosferasi ozgina (=0,1%) suv va kislorod qo’shilmasi bo’lgan CO₂ dan tashkil topganligini ko’rsatdi.

Mars atmosferasi ham asosan CO₂ dan iborat. Ozgina miqdorda azot (0,5-5%), argon va suv qoldiqlari qo’shilmasi mavjud. Erkin kislorod miqdori esa CO₂ miqdoriga nisbatan 0,3 %dan ortmaydi.

Kosmik jismlar orasida uzluksiz moddalar almashinib turadi. Har yili Yer yuziga kamida 1*10 ⁴ tonna kosmik chang yog’iladi. Yulduzlararo bo’shliqda ko’pgina elementlarning atomlari va oddiy molekulalar: H₂, O₂, N₂, CO, NH₃ va boshqa 20dan ortiq turli molekulalar, shu jumladan, hatto polimerlar-poliformaldegid va poliasetilen borligi aniqlandi. Kosmik bo’shliqdagi boshqa moddalarning konsentrasiyasiga nisbatan 10-100 mln.marta kam[2].