Monday, January 19, 2009

Атомын бүтэц

1.1 Атомын бүтэц
Эртний Грекийн гүн ухаантан Демокрит МЭӨ 400 жилийн тэртээ бодисын хуваагдлын хязгаар болох хамгийн жижг хэсгийг атом гэж нэрлэжээ. Английн химич Дальтон 1808 онд атомын онолоор томьёолж бүх бодис нь шинээр бий болгож ч болохгүй ,оргүй устгаж ч болохгүй ,үл хуваагдах атом хэмээх жижиг хэсгүүдээс тогтдог гэжээ. Дальтон химийн элемент бүрийн атом нь тодорхой ,тогтмол масстай байна гэж баталж байлаа.
Орчин үеийн судалгаагаар атом нь 3*10-10м буюу 0,2 нм орчим диаметртэй, 10-27оос 10-25кг орчим масстай болох нь тогтоогджээ. Түүнийг ихэвчлэн массын атом нэгжээр /1м.а.н=1,66*10-27/ илэрхийлдэг. Физикчид 1900 оны орчим атом нь нарийн нийлмэл бүтэцтэй болохыг тогтоожээ. Английн эрдэмтэн Крукс 1895 онд сийрэг хий дундуур цахилгаан дамжуулдаг, сөрөг цэнэгтэй жижиг хэсгүүд катод хийсэн металлын атомаас ялгарч байгааг нээж катодын туяа нэж нэрлэжээ.
Английн физикч Ж.Томсон катодын туяаг судлаад тэр нь сөрөг цэнэгтэй жижиг хэсгийн урсгал болохыг тогтоож тэр жижиг хэсгийг электрон гэж нэрлэжээ. Америкийн физикч Милликен 1909-1917 онуудад хийсэн туршилтаараа электрон нь 1,6*10-19кулон цэнэгтэй 9,11*10-31кг масстай болохыг тогтоожээ. Германы физикч Рентген 1895 онд катодын туяа нь шилэн хоолойн ханыг мөргөж шинэ маягийн туяа цацрагдаж байгааг нээж Х туяа гэж нэрлэжээ.
Хожим нь түүнийг ойролцоогоор 10-10м орчим урттай цахилгаан соронзон долгион болохыг тогтоосон бөгөөд рентген туяа гэж нэрлэжээ. Францын эрдэмтэн А.Беккерель 1896 онд зарим бодис үл үзэгдэх туяа цацруулдаг бөгөөд тэр туяа фото зургийн хальсийг харлуулж, агаарыг иончилдог болохыг нээж цацраг идэвхжил гэж нэрлэжээ. Энэ үзэгдлийг Пери Кюри, Мари Кюри нар цааш нь нарийвчлан судалжээ. Энэ туяа нь сорнзон оронд гурав задардаг бөгөөд эерэг цэнэгтэйг альфа α , сөрөг цэнэгтэйг β ,цэнэггүйг γ , гэж нэрлэв. Хожим нь α туяа нь гелийн атомын цөмийн , β туяа нь электроны урсгал, γ туяа нь цахилгаан соронзон долгион болохыг тогтоожээ.
Английн физикч Мозли янз бүрийн металлын ялгаруулж буй рентген туяаны уртыг харьцуулан судалж түүний уртын квадрат язгуур нь үелэх систем дэхь тэр металлын дэс дугаартай нь урвуу хамааралтай болохыг тогтоожээ. Хожим нь химийн элементийн үелэх систем дэх дугаар нь түүний атом дахь протоны тоо буюу цөмийн цэнэгтэй тэнцүү болохыг тогтоожээ. Резерфордын туслах ажилтан Чедвик 1932 онд атомын цөмд цахилгаан саармаг жижиг хэсэг нейтрон байдгийг илрүүлжээ. Ийнхүү атом нь цөм нь протон ба нейтроноос тогтдог болох нь тодорхой болжээ. Протон ,нейтрон , электроныг нийтэд нь эгэл бөөмс гэж нэрлэдэг.
Протон ба нейтроны нийлбэрийг нуклоны тоо буюу массын тоо гэж нэрлэдэг.
Эгэл бөөм Цэнэг Харьцангуй эгэл цэнэг Масс/кг/ Масс/м.а.н/
Протон +1,6*10-19 +1 1,67*10-27 1,0
Нейтрон 0 0 1,67*10-27 1,0
Электрон -1,6*10-19 -1 9,1*10-31 5,5*10-4
Ямар ч атомын бүтцийн нэгжийг нуклид гэх бөгөөд нэг элементийн нуклидуудыг изотоп гэнэ. Өөрөөр хэлбэл цөмийн цэнэгийн хэмжээгээр ижил атом массаараа өөр нэг элементийн атомуудыг изотоп гэнэ. Байгаль дахь химийн элементүүд нь изотопуудын хольц учир атом массыг бутархай утгаар өгдөг. Химийн элементийн шинж чанар нь цөмийн цэнэг , электрон давхрааны бүтцээс хамаардаг учраас ихэвчлэн изотопуудын хими шинж нь ижил байдаг. Харин устөрөгчийн изотопууд бусад элементүүдийг бодвол химийн шинжээрээ нэлээд ялгаатай байдаг. Атомын массыг английн физикч Астон 1919 онд бүтээсэн масс-спектрометр гэдэг багажаар хэмждэг. Химийн элементийн дундаж атом массыг тодорхойлохдоо байгаль дахь изотоп бүрийн эзлэх хувь ба массын тооны үржвэрийн дунджыг авч үздэг.
Зарим элементийн атмо нь хэвийн нөхцөлд тогтворгүй бөгөөд аяндаа задарч түүнээс хөнгөн цөм бүхий атом үүсч энэ үедээ протон, нейтрон, электрон, болон энерги ялгаруулдаг. Үүнийг цацраг идэвхт задрал, ингэж задардаг элементийг цацраг идэвхт элемент гэнэ. Цацраг идэвхт элементүүд задрах хугацаа харилцан адилгүй байдаг. Түүнийг хагас нь задрах хугацаагаар нь илэрхийлдэг.(хагас задралын үе). Одоогоор 10 гаруй элемент ,олон тооны изотопыг цөмийн реакторт зохиоилоор гарган авч шинжлэх ухаан, техникийн салбарт өргөн ашиглаж байна.
1.2 Атомын загварууд
1.Атомын бүтцийн үзэмтэй талхан загвар 1887 он.Атомын бүтцийн үзэмтэй талхны загварыг Английн физикч Ж.Томсон дэвшүүлсэн бөгөөд тэрээр атом нь түүний эзэлхүүнийг бүхэлд нь эзлэх нэмэх цэнэгтэй гомоген хэсэг болон энэ гоиоген хэсгийн дотор шигтгэсэн сөрөг цэнэгтэй электроноос тогтох цахилгаан саармаг тонтолцоо гэж үзжээ. Томсоны загварыг ихэвчлэн үзэмтэй талхаар төсөөлүүлэн ойлгодог. Атомын эерэг цэнэгтэй гоиоген хэсгийн дотор орших сөрөг цэнэгтэй электронууд нь оршин байгаа орчиндоо хэлбэлзэх хөдөлгөөн хийж байдаг. Атомд эерэг сөрөг цэнэгийн тоо ижилхэн байдаг.Энэ нь атомын бүтцийг тайлбарлах анхны алхам бөгөөд бодит байдалтай нийцэхгүй байв.

Үзэмтэй талхан загвар
2.Атомын бүтцийн гараган загвар 1911 он. Английн физикч Резерфорд атомын бүтцийг тодорхойлохын тулд нэгэн туршлага хийжээ. Тэрээр металл нимгэн ялтсыг эерэг цэнэг бүхий α бөөмсөөр бөмбөгдөж, α бөөмсийнтуулсан замыг судалжээ. Ийнхүү α бөөмсийн туулсан замыг нарийвчлан судалсны үр дүнд атомын төвд түүний массын ихэнхийг агуулсан маш бага эзэлхүүнтэй эерэг цэнэгтэй цөм орших ба цөмөө тойроод сөрөг цэнэгтэй электронууд дурын замаар эргэлдэнэ гэж үзсэн. Энэ загварыг нарны аймгийн тогтолцоотой зүйрлэн атомын бүтцийн гараган загвар гэдэг. Энэхүү загвар нт атомын бүтцийн байгууламжийг танин мэдэхэд маш чухал алхам болсон боловч атомын тогтвортой оршин байдаг болон атомын спектрын зүй тогтлын тухай бодит баримтыг тайлбарлахад хүрэлцэхгүй байв.

Гарагин загвар
3.Атомын бүтцийн хагас квант загвар 1913 он.Данийн эрдэмтэн Нильс Бор атомын бүтцийг тайлбарласан хагас квант загвараа 1913 онд боловсруулжээ. Тэрээр Д.Резерфордын гараган загварыг үндсэнд нь хүлээн зөвшөөрч түүний зарим санааг улам гүнзгийрүүлэн тайлбарлаж дараах тулгуур зарчмыг томьёолсон.
1.Электрон нь цөмөө тойрон дурын биш харин энергийн хувьд зөвшөөрөгдсөн , тодорхой радиус бүхий тогтвортой орбитоор эргэнэ. Атом дахь тэдгээр орбитуудыг 1,2,3...араб тоогоор ба K.L.M…гэсэн латин үсгээр тэмдэглэнэ.
2.Тухайн n дүгээр тогтвортой орбит дээр оршиж байгаа электрон нь тодорхой энергитэй байх бөгөөд цахилгаан соронзон долгионыг цацруулах буюу шингээхгүй.
3.Хэрвээ электрон нэг орбитоос нөгөө орбитод шилжихэд цахигаан соронзон долгионыг шингээх буюу царуулана.
Энэхүү загвар нь Резерфордын тайлбарлаж чадаагүй олон зүйлсийг тайлбарласан ч олон электронтой атомын бүтцийг тайлбарлахад хүрэлцэхгүй байв.

Хагас квант загвар
4.Атомын бүтцийн долгионы(квант) механикийн загвар. Эрдэмтэд өнөөгийн байдлаар 300 гаруй эгэл бөөмсийг нээжээ. Эдгээр эгэл бөөмс, тухайлбал электроны хөдөлгөөн, шинж чанар нь сонгодог механикийн онолоор бүрэн тайлбарлагдаагүй байна. Электрон нь биетээс гэдна долгионлог шинж хүчтэй илэрч хоёрдмол шинжтэй болсон байдаг. Атомын орон зайд электрон хаана, ямар хурдтай хөдөлж байгааг нэгэн зэрэг тодорхойлж болдоггүй, мөн түүний энерги нь багц багцаар өөрчлөгддөг зэрэг нь электрон бол физик биетээс ялгагдах өвөрмөц шинж чанартай эгэл бөөм болохыг харуулна. Физикийн шинжлэх ухаанд 1930 аад оны үеэс эхлэн долгионы буюу механик хэмээх салбар үүсэн хөгжсөн бөгөөд орчин үед атомын бүтэц байгууламжыг энэ онолоор тайлбарлаж байна. Атомын бүтцийн долгионы механикийн загвар ёсоор атомын төвд массын ихэнхийг агуулсан эерэг цэнэгтэй цөм оршино. Цөмийн орон зайд электрон нь тодорхой магадлалаар тодорхойлогдох электрон үүл хэлбэрээр оршино.


Долгионы механикийн загвар

1 comment: