Atom

Helium atomunun sadələşdirilmiş modeli: İki protondan (qırmızı) və iki neytrondan (yaşıl) ibarət bir nüvə ətrafında fırlanan iki elektron (sarı).

Atom (yunanca ἄτομος (ὕλη) átomos (hýle) - "bölünməz") - kimyəvi elementin, bu elementə aid xüsusiyyətlərini saxlayan ən kiçik zərrəciyidir. Elmin inkişaf tarixi böyunca müxtəlif atom modelləri təklif olunmuşdur. İlk dəfə olaraq b.e.ə. V əsrdə Demokrit abstrakt şəkildə atom haqqında fikir söyləmişdir.

Atom modelləri

• Atom materiyanın bir hissəsidir. Demokrit hesab edirdi ki, istənilən əşyanın xarakteri – onun kütləsi, forması və s. onun atomlarınn xassələri ilə təyin olunur. Məsələn, alovda atomlar daha itidir, buna görə də o yanma qabiliyyətinə malikdir. Bərk cisimlərdə onlar kələ-kötürdülər, ona görə də, onlar bir-biri ilə möhkəm əlaqədə olurlar, suda onlar hamardırlar, bu da suyun axmasına imkan verir. İnsan qəlbi də Demokritə görə atomlardan təşkil olunmuşdur
• Tomson modeli. O atomu içərisində yüklənmiş elektron olan cisim kimi təsvir edir. Bu model atomun xassələrini açmırdı.
• Saturn modeli. 1904-cü il. Burada atom ətrafında orbit üzrə elektronlar fırlanan kiçik müsbət yüklü nüvədən ibarətdir.
• Planetar model. 1911-ci il. Ernst Rezerford bir çox təcrübələrdən sonra qərara gəlir ki, atom planetar quruluşa malikdir. Burada elektronlar atomun mərkəzində yerləşmiş müsbət yüklü nüvə ətrafında fırlanırlar. Belə təsvir klassik mexanikanın prinsipləri ilə uzlaşmırdı. Yəni fırlanan yük özündən elektromaqnit dalğaları buraxaraq enerjini itirməlidirlər. Hesablamalar göstərmişdir ki, elektronun nüvəyə düşməsi vaxtı çox qısadır. Atomların stabilliyini sübut etmək üçün Nils Bor belə bir postulat söyləyir ki, atomlarlarda elektronlar müəyyən enerji vəziyyətində olaraq şüalanırlar. Borun postulatı göstərmişdir ki, atomu təsvir etmək üçün klassik mexanika kifayət deyil. Atomların sonrakı tədqiqatı kvant mexanikasının yaranmasına gətirib çıxarmışdır. Bu sahə bir çox müşahidə olunan faktların izahını mümkün etmişdir.

Atomun kəşfinin xronologiyası

• J. J. Thomson (Cozef Con Tomson) 1897-ci ildə atomun korpuskul adalndırdığı hissəsini kəşf etdiyini elan etdi. Başqa fiziklər yeni hissəciyi elektron adlandırmağı təklif etdilər.
• E. Rutherford (Rezerford) 1919-cu ildə atomun müsbət yüklü hissəciyini kəşf etdi. O bu hissəciyi "proton" (yunan: birinci) adlandırdı.
• J. Chadwick (Çedvik) 1932-ci ildə, ona qədər Rezerfordun mövcudiyyətini təxmin etdiyi neytronu kəşf etdiyini bildirdi.

Atomun quruluşu

Atom nüvədən və onun ətrafında hərəkət edən elektronlardan ibarətdir. Atomun nüvəsi öz növbəsində protonlardan və neytronlardan ibarətdir. Elektron -1 elektrik yükünə, proton +1 elektrik yükünə malikdir, neytron elektrik yükü daşımır. Bütün elementlərin atomları eyni elektron, eyni proton və eyni neytronlardan yaranmışdır. Lakin elementlər atomlarındakı protonların sayı ilə fərqlənirlər. Nüvədəki protonların sayı elementin atom nömrəsini təşkil edir. Proton və neytron ikisi birlikdə nukleon, yəni "nüvəyə (ingilis: nucleus) aid olan" adlanırlar.

Atomun ölçüsü

Atom (yunanca ἄτομος (ὕλη) átomos (hýle) "bölünməz") kimyəvi elementin, bu elementə aid xüsusiyyətlərini saxlayan ən kiçik zərrəciyidir. Elmin inkişaf tarixi böyunca müxtəlif atom modelləri təklif olunmuşdur. İlk dəfə olaraq b.e.ə. V əsrdə Demokrit abstrakt şəkildə atom haqqında fikir söyləmişdir.

Atom təqribən 0.2 - 0.5 mm ölçüyə malikdir. Buna görə də onun adi işıqda və adi mikroskop vasitəsilə görünməsi mümkün deyil. Lakin müxtəlif təcrübələr atomun mövcudiyyətini aşkar etməyə imkan verir.[2] Son onilliklərdə subnanometr miqyasda görüntü əldə etmək imkanı verən mikroskoplar işlənib hazırlanmışdır, bunların vasitəsilə atomları izləmək mümkündür. Belə mikroskoplardan biri 1984-cü ildə İsveçrədə IBM laboratoriyasında hazırlanmışdır və onun yaradıcıları (Gerd Binning və Heinrich Rohrer) bu icada görə Nobel mükafatına layiq görülmüşlər.

Atom materiyanın bir hissəsidir. Demokrit hesab edirdi ki, istənilən əşyanın xarakteri – onun kütləsi, forması və s. onun atomlarınn xassələri ilə təyin olunur. Məsələn, alovda atomlar daha itidir, buna görə də o yanma qabiliyyətinə malikdir. Bərk cisimlərdə onlar kələ-kötürdülər, ona görə də, onlar bir-biri ilə möhkəm əlaqədə olurlar, suda onlar hamardırlar, bu da suyun axmasına imkan verir. İnsan qəlbi də Demokritə görə atomlardan təşkil olunmuşdur

Tomson modeli. O atomu içərisində yüklənmiş elektron olan cisim kimi təsvir edir. Bu model atomun xassələrini açmırdı.

Saturn modeli. 1904-cü il. Burada atom ətrafında orbit üzrə elektronlar fırlanan kiçik müsbət yüklü nüvədən ibarətdir.

Planetar model. 1911-ci il. Ernst Rezerford bir çox təcrübələrdən sonra qərara gəlir ki, atom planetar quruluşa malikdir. Burada elektronlar atomun mərkəzində yerləşmiş müsbət yüklü nüvə ətrafında fırlanırlar. Belə təsvir klassik mexanikanın prinsipləri ilə uzlaşmıdrı. Yəni fırlanan yük özündən elektromaqnit dalğaları buraxaraq enerjini itirməlidirlər. Hesablamalar göstərmişdir ki, elektronun nüvəyə düşməsi vaxtı çox qısadır. Atomların stabilliyini sübut etmək üçün Nils Bor belə bir postulat söyləyir ki, atomlarlarda elektronlar müəyyən enerji vəziyyətində olaraq şüalanırlar. Borun postulatı göstərmişdir ki, atomu təsvir etmək üçün klassik mexanika kifayət deyil. Atomların sonrakı tədqiqatı kvant mexanikasının yaranmasına gətirib çıxarmışdır. Bu sahə bir çox müşahidə olunan faktların izahını mümkün etmişdir.

İonlar və izotoplar

Atomlar normal halda elektroneytral olur. Bu zaman protonların və elektronların sayı bərabər olur. Atomda bu balans pozulduqda o iona çevrilir. Bu çevrilməyə ionlaşma deyilir. Atom əlavə elektron alırsa bu zaman atom mənfi yüklənmiş olur və anion adlanır. Atom bir və ya bir neçə elektron itirdikdə o müsbət yüklənmiş olur və kation adlanır.

Bir kimyəvi elementin atomları fərqli sayda neytrona malik ola bilir. Atomda protonların sayı əvvəlki kimi qalıb, neytronların sayı dəyişdikdə alınan atom izotop (Yunan dilindən: iso - bərabər, topos - yer deməkdir) adlanır. Protonların sayı dəyişməz qaldığı üçün izotoplar orijinal elementlərin növləri sayılırlar.

Hidrogen atomunun nüvəsi bir protondan ibarətdir. Bu formada o, hidrogenin ən çox yayılmış Hidrogen-1 izotopudur, başqa sözlə həm də protium adlanır. Bu elementin digər növü Hidrogen-2 izotopu və ya deyteriumdur. Hidrogen-2 bir protona və bir neytrona malikdir. Bu izotop radioaktiv və zəhərli deyil. İki deyterium atomunun bir oksigen atomu ilə birləşməsindən yaranan su ağır su adlanır. Bunlardan başqa hidrogenin daha beş izotopu var, bunlardan sonuncusu - Hidrogen-7-nin nüvəsi bir protondan və altı neytrondan ibarətdir.

Atom orbitalı

Elektronun bir enerji səviyyəsindən digərinə keçərkən foton verdiyini əks etdirən Bor modeli

Elektronlar nüvənin ətrafında orbital və ya qabıq adlanan sahələrdə hərəkət edirlər. Orbitallar və ya qabıqlar başqa sözlə enerji səviyyələri də adlanırlar.

Nüvənin ətrafında bir və ya bir neçə orbital olur. Bu orbitallar nüvəyə yaxın orbitaldan başlayaraq sayılırlar. Nüvəyə daha yaxın olan orbital daha aşağı enerji səviyyəsinə malikdir. Elektronlar bir orbitaldan digərinə keçə bilirlər. Elektron yüksək enerji səviyyəli orbitaldan aşağı enerji səviyyəli orbitala keçdikdə foton verir. Aşağı enerji səviyyəli orbitaldan yüksək enerji səviyyəli orbitala keçmək üçün elektron foton udur. Helium atomunun nüvəsinin ətrafında bir orbital var və bu orbitalda iki elektron hərəkət edir. Oksigenin nüvəsinin ətrafında iki orbital var. Bunlardan birincisində iki elektron, ikincisində qalan altı elektron hərəkət edir.

Elektronlar orbitallarda daim bir istiqamətdə dönmürlər. Onlar ən müxtəlif istiqamətlərdə hərəkət edə bilirlər. Bu səbəbdən müəyyən vaxtda elektronun orbitaldakı yerini dəqiq demək mümkün deyil.

Əslində orbitallar çox vaxt sferadan fərqli formalarda olurlar. Ən sadə formaya malik hidrogen atomunda elektron sferik formalı orbitalda hərəkət edə bilər. Lakin daha yüksək enerji səviyyəli atomlarda orbitallar halqa, dilim kimi şəkillər ala bilirlər.[4]

Subatomik hissəciklər

Proton: iki yuxarı kvark, bir aşağı kvark və onları birləşdirən qluonlar

Atomun nüvəsini təşkil edən protonlar və neytronlar elementar hissəciklərdən - kvarklardan, daha doğrusu onların iki növündən ibarətdir. İndiyə qədər aparılmış tədqiqatlar elektronun daha kiçik hissəciklərdən ibarət olduğunu sübut edə bilməmişdir. Buna görə hələ ki, elektron elementar hissəcik hesab olunur.

Proton iki yuxarı kvark, bir aşağı kvark və onları birləşdirən qluonlardan təşkil olunmuşdur. Neytron iki aşağı kvark, bir yuxarı kvark və onları birləşdirən qluonlardan təşkil olunmuşdur.

Ədəbiyyat

• Бете Г., Солпитер Э.Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами.М. Физматгиз, 1960.
• Бейдер Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория. М.: Мир, 2001. — 532 c.
• Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. Том 1 — М.: ГИТТЛ, 1956.
• Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. Том 2 — М.: ГИТТЛ, 1956.
• Шпольский Э. В. Атомная физика. Том 2. Основы квантовой механики и строение электронной оболочки атома 4-е изд. — М.: Наука, 1974.

ingilis dilində

• Michael F. L’Annunziata. 2003. Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press.
• H. F. Beyer, V. P. Shevelko. 2003. Introduction to the Physics of Highly Charged Ions. CRC Press.