Атом құрылысы

ДӘРІС 3

Атом құрылысы

Дәрістің мақсаты: Атом құрылысының кванттық моделін терең ұғыну және оны периодтық  заңмен байланыстыра білуді қалыптастыру.

Дәріс жоспары:

1. Электронның және радиоактивтілік құбылысының ашылуы.  
2. Атом құрылысының күрделілігі.
3. Атом құрылысы жөніндегі алғашқы теориялар.  
4. Атом құрылысының кванттық теориясының негіздері. Электронның кванттық сандары.
5. Электронның энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерге, орбитальдарға орналасу реті. Энергияның минимум болу шарты. Элементтердің электрондық формулалары. Валенттік электрондар.
6. Атом құрылысының кванттық теориясы тұрғысынан элементтердің периодтық заңы. Периодтық заңның қазіргі заманғы анықтамасы.

1811 ж ағылшын ғалымы Джон Дальтон элементтер кішкене ұсақ бөлшектерден - атомдардан тұрады деген гипотезаны ұсынған. ХІХ ғасырдың соңына дейін  атом бөлінбейтін бөлшек деп есептелінген.  1897 ж ағылшын физигі Джон Томсон теріс зарядталған бөлшек - электронды ашып атом құрылысының бірінші теориясын (1904 ж) ұсынған. Томсон бойынша: “Атом біркелкі тығыздықпен орналасқан оң зарядтардан тұратын сфераны құрайды. Электрондар осы оң зарядтар арасында еркін қозғалыста болады. Оң зарядтар мен электрондардың мөлшері бір-бріне тең, сондықтан атомның заряды жок.”   

Электрондар барлық заттарда болады. Электрондар  зат жанғанда жалынында болады, затты қыздырғанда,  жарық және рентген сәулелерімен сәулелендіргенде бөлінеді. Металдардың электрөткізгіштігін электрондар қамтамасыз етеді. Электр тоғы –  электрондардың бір бағыттағы қозғалысы.

Дальтонның теориясын экспериментті түрде 1907 ж ағылшын физигі Эрнст Резерфорд тексерген. Ол үшін ол әдейі құрастырылған приборда жұқа алтын қаңылтыршаны α-бөлшектермен атқылап. α-Бөлшектердің басым бөлігі өзінің траекториясын өзгертпей қаңылтаршадан өтіп кеткен, тек өте аз бөлігі кейін қайтқан, яғни  қаңылтаршаның өң зарядтарымен соқтығысып траекториясын 180о - қа өзгерткен. Резерфорд тәжірибе нәтижелеріне есептеулер жүргізу арқылы  оң зарядтың диаметрі 10-13 см екендігін анықтап,  атом құрылысының екінші теориясын – планетарлық теорияны (1911 ж) ұсынған. Резерфорд бойынша: “Атом оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған электрондардан тұрады. Атом құрылысы күн жүйесіне ұқсас: ядро күн тәрізді  атомның қақ ортасында орналасқан, өте аз көлемді алады.  Атомның массасы ядроның массасына тең.  Электрондар планеталар тәрізді ядродан алшақта айналып жүреді.”

1920 ж  Резерфордтың шәкірті Чэдвик α-бөлшектердің траекториясының әртүрлі элементтердің ядроларымен соқтығысуы нәтижесінде  өзгеруін  зерттеу арқылы  ядроның заряды элементтің периодтық жүйедегі реттік номеріне тең екендігін анықтады. Ядроның заряды протондардың санымен және элементтің реттік номерімен   мынадай байланыста:

    ядро заряды  = протондар саны  = элементтің реттік номері

Ядро оң зарядталған протондардан және нейтрал бөлшек – нейтрондардан тұрады. Протонның массасы нейтронның массасына тең:

m (протон)  =   m (нейтрон)

Ядродағы протондар мен нейтрондардың массаларының қосындысы элемент атомының массасына тең:

m (атом)  = m (ядро)  = [pic 1]m (протондар  + нейтрондар)

Атомның массасына электрондар үлес қоспайды, себебі электронның массасы өте аз шама:

m (электрон) = [pic 2] m (протон);     m (электрон) = [pic 3] m (нейтрон)

Атом электронейтрал бөлшек, себебі - ядро заряды  электрондар санына тең:

            протондар   =    ядро    =    электрондар   =  элементтің реттік

                 саны            заряды              саны                   номері