§3.  МЕНДЕЛЕЕВТІҢ  ПЕРИОДТЫҚ  ЗАҢЫ

талдық  қасиеттер  бірте-бірте  кеміп,  металл  емесгік
қасиеттер  біртіндеп  арта  береді.  Мүның  өзі  сандық
өзгерістердің  сапалық  өзгерістерге  ауысатынын  және  бір
элементтен  екшші  элементке  көшкенде  соңғының  сіпа-
лық  қасиеттері  алғашқының  сапалық  қасиеттерін  шыға- 
ратынын  көрсетеді. 
Т
Мысалы,  әрбір  элементте  әрі  металдық,  әрі  металл 
еместік  қасиеттер,  соған  сәйкес  әрі  тотықсыздандыр- 
ғыштық,  әрі  тотықтырғыштық  қасиеттер  болады.  Ъгер 
периодтың  басында  элементтердің  тотықсыздырғыштық 
қасиеттері  басым  болса,  оның  орта  түсындағылардың  ам- 
фотерлік  қасиеттері  болады,  ал  периодтың  соңында 
олардың  тотықтырғыштық  қасиеттері  күшейеді.
„Д-.  И.  Меңделеевтің  периодтық  заңы  мен  периодтық 
жүйесінің  негізшде  ғылыми  болжау  жасау  мүмкін  болды. 
Периодтық  жүйені  пайдаланып  Д. 
И. 
Менделеевтің 
белгісіз  үш  элементтердің  қасиеттерін  сипаттап  кестеден 
орын  тастағаны  және  олардың  ғалымның  тірі  кезіңде 
ашыльш  скандий  (№ 21),  галий  (№ 31)  және  германий
(№ 32)  деп  аталғаны,  ал  олардың  болжаған  қасиеттері 
зерттелген  касиеттерімен  бірдей  болып  шыққаны  бүрын
айтылды  (17).  Периодтық  заңға  сәйкес  кестедегі  № 43,
61,  85,  87  ашылуға  тиісті  элементтерге  орындар  қалды-
рылған  еді,  көп  жылдардан  кейін  және  жер  қыртысында
түрақты  изотоптары  жоқ  технеций  (№ 43),  прометий
(№ 61),  астат  (№ 85),  франций  (№ 87)  ядролық  реакци-
ялардың  жәрдемімен  ашылып  кестеден  өздерінің  заңды
орыңдарын  алуы  периодтық  заңның  жеңісін  ғана  көр-
сетіп  коймай,  материялық  дүниені  тануға  да,  өзгертуге 
де  болатынын  дәлелдеді. 
1» 
'*
Аса  ауыр  элементтерді  синтездеу  (§ 26)  іске  аса  бас- 
тағаннан  кейін  ғалымдардың  алдына  периодтық  жүйенін 
шегі  бар  ма,  жетшші  период  аяқтала  ма,  ал  сегізінші 
периодтың  элементтері  алына  ма  деген  сүрақтар  туады. 
Аса  ауыр  элементгердің  ядроларының  түрақсыз  болып 
келетіні  белгілі.  Тек  протондарының  немесе  нейтронда- 
рының  сандары  “ғажайып”  сандар  болып  келетін,  әсіресе 
протондары  да,  нейтрондары  да  2,  8,  20,  50,  8 2 / 
114, 
126,  164  сияқты  “ғажайып”  сандар  болып  келетін
болады
изо-
Мысалы,  Сиборг  заряды  114,  нейтроны  200  болатын 
№ 114  экоқорғасын  түрақты  болады  деп  есептейді. 
Оның 
болжауы  бойынша  № 114  экоқорғасынның  қасиеттері 
қорғасынға  өте  үқсас  болады,  өйткені  оның  ойынша  VII
периодта  актионоидтардан  (№ 90—103)  кейін  6  және 
7Р
64

2-сурепи
Катод  сәулелері
элементігер  (№104_іія\
сілтілік'  (N
0
  Ц
9
  м0  і7 т  
оризласады.  Одан  соң  жаңа
т - к ь Т ™
*
  жэве  № 1 2 ‘
тар  , .р^аласуы  керек.  Бүдан  сон  ^ т М '   ^ Р ^ т и н о ң д -
/   эл іменттер  орналасып  сегпікті 
№ 168  в?  және
ивбен  аякталуы  қажет.  № 1 іП л е м е ^ Д,  
8 
****** 
*әи«  басқа  да  кешешекте  я пшп 
ен7  экақорғасынның
қаснетг^рін  болжағаңда  С н б о р ^ и м и ^ ^   элементтеРДІч
перкадлмқ  жүйесін  пайдалаңд^  Жя»* 
элементтердің
( ^ е ^ д7ң)еУжа^
^
“  
^ ™
р ^
КҮРДЕЛІЛІП
а » «
 ГГ „ РГ
 
ф“ “   «  
бас  кезінде
6 ~ і» 6 е «   деген  „ікірді  ж о ^ ^ га^
аЛВДТаі’ы  атом
теі іс  зарядталған  бөлшектешіен  тцпяРЫП’  атом  ?ч  және 
бк  *нш  дәлелдеді. 
Тратын  күрделі  түзіліс
■ Л
К *  
* « *   катод  сәулелерін
сьяа  қүйып 
т і к т і ң   екі  & .
ке рнеулі Г ток 
жіберғеңде 
катм  
п  арқылы  «оғарғы 
сә/лелер  шығаратыны  б а й с а ^ г с   пластинкасынан  бір 
т> скен  заттарын  ж ы л ы т а т ^ г л  
урет) •  0 л   сәулелец 
т
 уықтарды  қозғаңды,  яғнн * о л я ^ ^ 3 л Қ0ІІЬІЛ*;ан  зырыл-
кинетикалық  эн ер ™ ы  
бір  ^ссасы
^ с э у л е л е р і  «   а а р
^
а н
^
^
^
*
^
  » -
Гүл  аитылғандардан  катод  сэулщюрИ» 
емес-
аарядты 
және  кез 
к е л г е н ^ ^ І ,  бвлшектері  геріс
күрамды  балшегі  екенін 
" й ? ™ ? .   атомдарынын
ЭТ0МДаРДаН  М№т»  5 - Г - = 5 Г  е Х
3—1443
65

ч
шығады.  Катод  сәулелерінің  ашылуы  атомдар  қүрылысы- 
ның  күрделі  екендігін  көрсететін  ең  алгашқы  дәлел-
дердің  бірі  еді.
Кейінгі  зерттеулер  катод  сәулелерінің  бөлшектері
теріс  электр  ағыны,  яғни  электрондар  екенін  дәлелдеді.
Электролиз  процестерін  зерттеу  және  Фарадей  заңда- 
рының  (электролиз  заңдары)  ашылуы  атомдарының  қү- 
рылысы  күрделі  екенін  көрсетті.  Фарадейдің  екінші  заңы 
бойынша  электродтарда  кез  келген  бір  валентті  эле- 
менттің  атомдарының  бір  молін  бөлу  үшін  96500  кулон 
( Ғ)
  электр  жүмсалады. 
„
Ал  әрбір  элементтің  атомдарының  молінде  6,02  •  10 
атом  болады.  Осы  мәліметтерді  пайдаланып  элекроннын 
(немесе  кез  келген  бір  валентті  ионның)  зарядын  есеп- 
теп  шығаруға  болады.
е
 = 
Ғ
 = —96500 
=   1,6  •  10“19  кулон.  •  109 =
6,02  Ю
=  4,8  •  10'°  эл.  ст.  б.
Электрон  массасы  сутегі  массасының 
бөлігіне
тең. 
Т:’’  ‘
Әр  түрлі  заттардың  атомдарынан  элёктрондар  бөліну 
оларды  қыздырғанда  да  немесе  сәуле  түсінгенде  де  бай- 
қалады.  Мысалы,  сілтілік  және  сілтілік — жер  металда- 
рына  жарық  сәулесін  түсіргенде  олардан  электрондар 
бөлініп  шығады.  Бүдан  электрондар  атомдарының  қүра- 
мына  кіретінін  көреміз.
Атом  қүрылысының  күрделілігі  туралы  көзқарастың 
ары  қарай  дамуына  радиоактивтік  күбылыстың  ашылуы- 
ның  зор  маңызы  болды.
1896  жылы  француз  ғалымы  А.  Беккерель  уран  ру- 
даларының  көзге  көрінбейтін  сәулелер  шығаратынын, 
олардың  фотография  пластинкаларына  әсер  етіп,  ауаны 
иондандыратынын  байқаған.
Мария  Склодовская-Кюри  мен  Пьер  Кюри  өздігінен 
сәуле  шығару  қүбылысын  зерттеп,  уран  рудаларынан 
сәулені  одан  да  күшті  шығаратын  радий  және  полоний 
элементтерін  ашты.  Кейінгі  зерттеулер  Д.  И.  Менделеев 
кестесіндегі  № 83  элементтен  кейін  бәрі  де  өздігінен 
сәуле  шығаратынын  дәлелдеді.
Элементтердің  өздігінен  сәуле  шығару  қүбылысы 
ра- 
диоактивтік
  деп,  өздігінен  сәуле  шығаратын  элемент- 
терді 
радиоактивті  элементтер
  деп  атайды.
66

3-сурет.
Радиоактивті  сәулелер
Өздігінен  сәуле  шығару  қүбылысы  элементтің  жай 
немесе  күрделі  заттың  қүрамыңда  болуына  байланысты 
емес,  заттардың  қүрамындагы  сол  элементтің  мөлшеріне 
ғана  байланысты.  Олай  болса,  радиоактивтік  қүбылыс 
осы  элемент  атомдарының  қасиеті  болып  табылады.
Зерттеулер  радиоактивті  сәулелердің  күрделі  екенін 
көрсетті  (3-сурет).  Электр  және  магнит  өрістерінде  ра- 
диоактивті  сәулелер 
а , (і
  және 
ү
  деп  аталатын  үш
топқа  бөлінеді.  а-сәулелері  теріс  зарядты  пластинкага 
тартылады.  а-сәулелер — атомнан  20000  км/с  жылдам-
дықпен 
үшып 
шығатын 
оң 
зарядталған 
бөлшектер 
ағыны.  Әрбір  бөлшектің  массасы  4  м.  а.  б.  тең,  ал  за-
ряды  2 + .  Баскаша  айтқанда,  а-бөлшектері — екі  оң  за- 
радты  гелий  иондары.  Мысалы,  радий  а-бөлшегін  бөліп 
шығарып  радонға  айналады:
»Ка -  22Кп  + 5Не
^-сәулелері,  катод  сәулелері  сияқты,  оң  зарадталған
пластинкаға 
тартылады. 
/3-бөлшектер 
атомдардан
100000—300000  км/с  жылдамдықпен  үшып  шығатын 
электрондар  ағыны  екені  анықталды.
у-бвлшектер — өте  қысқа  толқынды  электромагниттік
тәрбелістер.  Олардың  массасы  өте  аз,  ал  алектр  заряды 
болмайды.
Радиоактивтік 
қүбылыс 
элементтер 
атомдарының
қүрамына  әр  түрлі  бөлшектер  кіретінін,  яғни  атомдар 
қүрылысының  күрделі  екенін  дәлелдейді.
67

1. * 
Д  м
ч*
Ең  алғаш  рет  ғылыми  тәжірибеге  негізделген  атом 
қүрылысының  моделін  ағылшын  физигі  Э.  Резерфорд 
үсыңды  (1911  ж.).  Ол  мынадай  тәжірибе  жасады.  Радио- 
активті  заттан  үшып  шығатын  а-сәулелерінің  жолына 
өте  жүқа  металл  пластинкасын  орналастырды.  Бүл  пла- 
стинканың 
екі 
экран 
соғылған 
а-бөлшегін 
санауға 
мүмкіндік  берді.  Резерфорд  а-сәулелерін  жүқа  металл 
пластинкасына  бағыттап  жібергенде  а-сәулелерінің  басым 
көпшілігі  одан  өтіп  кеткенін,  кейбірі  бағытын  өзгер- 
тетінін,  ал  осы  соңғылардың  кейбіреуі  кері  қайтатынын 
байқады  (4-сурет).  Резерфорд  массасы  ауыр  (4  м.  а.  б.) 
заряды  оң  радиоактивті  заттан  шашпаң  үшып  шығатын 
(20  000  км/с)  а-бөлшектерінің  кері  қайтуы  оның  атом-
дағы  оң  зарядты,  масасы  ауыр  бөлшектермен  соқты- 
ғысуынан  деп  түсіндірді.  Осы  тәжірибенің  негізінде  Ре- 
зерфорд  атом  қүрылысының  мынадай  моделін  жасады.
Атомның 
барлық 
массасы 
дерлік 
көлемі 
өте 
кішкентай  оң  зарядты  ядроға  жинақталған,  ал  оның 
электрондары 
ядродан 
біраз 
қашықтықта 
үздіксіз 
қозғалып  жүреді  және  электрон  зарядтары  ядро  заряды- 
на  тең  болады.
Кейінірек  кез  келген  атомда  онын  оң  зарядтары  жи- 
нақталған 
ауыр 
ядро 
болатынын 
басқа 
ғалымдар 
дәлелдеді.  Ядроның  диаметрі  1 0 " 13  — 10 “ 14  м,  атомдікі 
10 ~ 10  м,  яғни  ядро  атомнан  100  000  есе  кіші.
8 5.  АТОМ  ҚҮРЫ ЛЫ СЫ НЫ Ң  ЯДРОЛЫ Қ  ТЕОРИЯСЫ
г
8
'
X
1
і
т
сь
т
$
4-сурет 
Резерфорд  тәжірибесі
5-сурет.
Сутегі  атомыньщ  спектрі
©ЯЧ
ро
 
ӨЭлектрон
<*-&мшектерінің жолы
68

Дат  ғалымы  Нильс  бор  Резерфордтың  ядролық  тео- 
риясының  кемшіліктерін  көрсетті.  Шыныңда,  классика-
лық  электродинамика  бойынша  ядроны  айнала  қозғалып
жүрген  электрон  үздіксіз  сәуле  шығарудың  нәтижесінде 
өз  энергиясын  бірте-бірге  азайтып,  ақырында  ядроға 
қүлап  түсу  керек  те,  атом  жойылуы  керек.  Бүл  жағдай 
секундтың  миллиондық  үлесіндей  уақытта  іске  асуы  ке- 
рек.  Бірақ  атом  жойылмайтын  түрақты  жүйе.  Демек, 
электрон  үздіксіз  энергня  шыгарып  отырса,  атомның 
спектрі  түтас  болуы  керек,  ал  шын  мәнінде  ол  сьинктя
тәріздес  (5-сурет).  Спектр  атомның  негізгі  сипаттамала- 
рының  бірі  және  оның  ішкі  қүрылысын  көрсетеді. 
Сөйтіп  Резерфорд  теориясы  атом  спектрінің  п и ы т я  
тәріздес  болу  себебін  де  түсіндіре  алмайды.
1913  жылы  Н.  Бор  Э.  Резерфордтың  ядролық  тео- 
риясын  және  М.  Планктың  сәуле  шығарудың  квантгық 
теориясын  негізғе  ала  отырып  сутегі  атомы  қүрылысы- 
ның  теориясын  жасады.  Неміс  ғалымы  М.  Планктың 
(1900  жылы)  теориясы  бойынша  заттар  энергияны  жеке- 
жеке  порциялар — кванттар  түрінде  сіңіреді  немесе  бөліп 
шығарады.  Квант  энергиясы 
(Е )
  тербелу  жиілігіне  ( V) 
пропорционал  болады:
Е = 
V  •  һ ,
 
( 1 )
мүңдағы 
А — универсал 
Планк 
түрақтысы, 
ол
6,626  •  10 
Дж  •  с-қа  тең.
Келтіршген  теңдеу 
Пллнк  теңдеуі
  деп  аталады  және 
ол  негізгі  табиғат  заңдарьшьщ  біреуінің  көрінісі.  Бүл 
заң  бойынша  дененің  энергиясы  Л-қа  еселі  түрде  өзгерді.
Н. 
Бор  алдымен  атом  қүрылысы  туралы  мәселені 
классикалық 
механика 
түрғысынан 
шешуді 
ойлады. 
Электрон  ядроға  неге  қүлап  түспейді?  Оның  себебі, 
электрон  ядроны  аиналғанда  пайда  болатын  центрден  те-
бу  күіш  оның  ядроға,  ягни 
£2/ г
  центрге  тартылу  күшін 
теңестіріп  түрады:
Ш1,2_   ё 2 
ё 2
—   -  
- 2
 
(2)  немесе 
г = — 2, 
(3)
8 6.  АТОМ  ҚҮРЫЛЫСЫ  ТУРАЛЫ  Н.  БОР  ТЕОРИЯСЫ
мүндағы  т — электрон  массасы,  ё  — электрон  заряды,  і>
электронның  қозғалу  жылдзмдыгы,  г — орбита  радиу-
сы,  т  мен  е-нің  сандық  мәвдері  белгілі,  ал  V  мен  г-дің

Дат  ғалымы  Нильс  бор  Резерфордтың  ядролық  тео- 
риясының  кемшіліктерін  көрсетті.  Шынында,  классика- 
лық  электродинамика  бойынша  ядроны  айнала  қозғалып 
жүрген  электрон  үздіксіз  сәуле  шығарудың  нәтижесінде 
өз  энергиясын  бірте-бірте  азайтып,  ақырында  ядроға 
қүлап  түсу  керек  те,  атом  жойылуы  керек.  Бүл  жағдай 
секундтың  миллиондық  үлесіндей  уақытта  іске  асуы  ке- 
рек.  Бірақ  атом  жойылмайтын  түрақты  жүйе.  Демек, 
электрон  үздіксіз  энергия  шығарып  отырса,  атомның 
спектрі  түтас  болуы  керек,  ал  шын  мәнінде  ол  сызықша 
тәріздес  (5-сурет).  Спектр  атомның  негізгі  сипаттамала- 
рының  бірі  және  оның  ішкі  қүрылысын  көрсетеді. 
Сөйтіп  Резерфорд  теориясы  атом  спектрінің  сызықша 
тәріздес  болу  себебін  де  түсіндіре  алмайды.
1913  жылы  Н.  Бор  Э.  Резерфордтың  ядролық  тео- 
риясын  және  М.  Планктың  сәуле  шығарудың  кванттық 
теориясын  негізге  ала  отырып  сутегі  атомы  қүрылысы-
теориясын  жасады.  Неміс  ғалымы  М.  Планктың 
(1900  жылы)  теориясы  бойынша  заттар  энергияны  жеке- 
жеке  порциялар — кванттар  түрінде  сіңіреді  немесе  бөліп
шьіғарады.  Квант  энергиясы 
(Е )
  тербелу  жиілігіне  ( у )
пропорционал  болады:
8 6.  АТОМ  ҚҮРЫЛЫСЫ  ТУРАЛЫ  Н.  БОР  ТЕОРИЯСЫ
Е
һ,
(
1
)
универсал
ж  •  с-қа  тең.
Планк
түрақтысы
ол
мүндағы 
һ 
6,626  •  10 *34
Келтірілген  теңдеу 
Планк  теңдеуі
  деп  аталады  және 
ол  негізгі  табиғат  заңдарының  біреуінің  көрінісі.  Бүл
бойынша  дененің  энергиясы  Л-қа  еселі  түрде 
Н.  Бор алдымен 
мехаи
атом  қүрылысы
мәселеш
туралы
классикалық 
механика 
түрғысынан 
шешуді 
ойлады
Электрон  ядроға  неге  қүлап  түспейді?  Оның  себебі
электрон  ядроны  аиналғанда  пайда  болатын  центрден  те*
бу  күші  оның  ядроға,  яғни 
/ г
  центрге  тартылу 
теңестіріп  түрады:
е
(2)  немесе
ти 29
(
3
)
мүндағы  т — электрон  массасы,  е — электрон  заряды,  V
электронның  қозғалу  жылдамдығы,  г — орбита  радиу-
сы,  т  мен  е-нің  сандық  мәндері  белплі,  ал  V  мен  г-дің
69

* 
<
Ең  алғаш  рет  ғылыми  тәжірибеге  негізделген  атом 
қүрылысының  моделін  ағылшын  физигі  Э.  Резерфорд 
үсынды  (1911  ж.).  Ол  мынадай  тәжірибе  жасады.  Радио- 
активті  заттан  үшып  шығатын  а-сәулелерінің  жолына
өте  жүка  металл  пластинкасын  орналастырды.  Бүл  пла- 
стинканың 
екі 
экран 
соғылған 
а-бөлшегін 
санауға
мүмкіндік  берді.  Резерфорд 
а
-сәулелерін  жүқа  металл 
пластинкасына  бағыттап  жібергенде  а-сәулелерінін  басым 
көпшілігі  одан  өтіп  кеткенін,  кейбірі  бағытын  өзгер- 
тетінін,  ал  осы  соңғылардың  кейбіреуі  кері  қайтатынын 
байқады  (4-сурет).  Резерфорд  массасы  ауыр  (4  м.  а.  б.) 
заряды  оң  радиоактивті  заттан  шапшаң  үшып  шығатын 
(20  000  км/с)  а-бөлшектерінің  кері  қайтуы  оның  атом-
дағы  оң  зарядты,  масасы  ауыр  бөлшектермен  соқты- 
ғысуынан  деп  түсіндірді.  Осы  тәжірибенің  негізінде  Ре- 
зерфорд  атом  қүрылысының  мынадай  моделін  жасады.
Атомның 
барлық 
массасы 
дерлік 
келемі 
өте 
кішкентай  оң  зарядты  ядрога  жинақталған,  ал  оның 
электрондары 
ядродан 
біраз 
қашықтықта 
үздіксіз 
қозғалып  жүреді  және  электрон  зарядтары  ядро  заряды- 
на  тең  болады.
Кейінірек  кез  келген  атомда  оның  оң  зарядтары  жи- 
нақталған 
ауыр 
ядро 
болатынын 
басқа 
ғалымдар 
дәлелдеді.  Ядроның  диаметрі  10 ~ 15  — 10_ 14  м,  атомдікі
10 ~ 10  м,  яғни  ядро  атомнан  100  000  есе  кіші.
§ 5.  АТОМ  ҚҮРЫ ЛЫ СЫ НЫ Ң  ЯДРОЛЫ Қ  ТЕОРИЯСЫ
сг>
I
Н/»
5-сурет.
Сутегі  атомының  спектрі
© Я ц т о  
ӨЭлөктрон 
< Бвлшектерінің жолы
4-сурет 
Резерфорд  тәжірибесі
6 8

§ 6 .  АТОМ  ҚҮРЫЛЫСЫ  ТУРАЛЫ  Н.  БОР  ТЕОРИЯСЫ
Дат  ғалымы  Нильс  бор  Резерфордтың  ядролық  тео- 
риясының  кемшіліктерін  көрсетті.  Шынында,  классика- 
лық  электродинамика  бойынша  ядроны  айнала  қозғалып 
жүрген  электрон  үздіксіз  сәуле  шығарудың  нәтижесінде 
өз  энергиясын  бірте-бірте  азайтып,  ақырында  ядроға 
қүлап  түсу  керек  те,  атом  жойылуы  керек.  Бүл  жағдай 
секуңдтың  миллиондық  үлесіндей  уақытта  іске  асуы  ке- 
рек.  Бірақ  атом  жойылмайтын  түрақты  жүйе.  Демек, 
электрон  үздіксіз  энергия  шығарып  отырса,  атомның 
спектрі  түгас  болуы  керек,  ал  шын  мәнінде  ол  ш яы ктя 
тәріздес  (5-сурет).  Спектр  атомның  негізгі  сипаттамала- 
рының  бірі  және  оның  ішкі  қүрылысын  көрсетеді. 
Сөйтіп  Резерфорд  теориясы  атом  спектрінің  гияшгптя 
тәріздес  болу  себебін  де  түсіндіре  алмайды.
1913  жылы  Н.  Бор  Э.  Резерфордтың  ядролық  тео-
риясын  және  М.  Планктың  сәуле  шығарудың  кванттық 
теориясын  негізге  ала  отырып  сутегі  атомы  қүрылысы- 
ның  теориясын  жасады.  Неміс  ғалымы  М.  Планктың 
(1900  жылы)  теориясы  бойынша  заттар  энергияны  жеке- 
жеке  порциялар — кванттар  түрінде  сіңіреді  немесе  бөліп 
шығарады.  Квант  энергиясы 
(Е )
  тербелу  жиілігіне  ( V) 
пропорционал  болады:
Е
һ,
(
1
)
Планк
түрақтысы
ол
мүндағы 
һ.
 — универсал 
6,626  •  10“ 34  Дж  •  с-қа  тең.
Келтіршген  теңдеу 
Планк  теңдеуі
  деп  аталады  және 
ол  негізгі  табиғат  заңдарының  біреуінің  көрінісі.  Бүл 
заң  бойынша  дененің  энергиясы  Л-қа  еселі  түрде  өзгерді.
Н.  Бор  алдымен  атом  қүрылысы  туралы  мәселені 
классикалық 
механика 
түрғысынан 
шешуді 
ойлады.
Электрон  ядроға  неге  қүлап  түспейді?  Оның  себебі, 
электрон  ядроны  аиналғанда  пайда  болатын  центрден  те- 
бу  күші  оның  ядроға,  яғни 
Л ?
  центрге  таргылу 
теңестіріп  түрады:
е
(2)  немесе
е
ть
2 »
(
3
)
мүндағы  т — электрон  массасы,  е — электрон  заряды,  V
электрошшң  қозғалу  жылдамдығы,  г — орбита  радиу-
сы,  т  мен  е-нің  сандық  мәндері  белгілі,  ал  V  мен  г-дің

*
41
мәндері  белгісіз.  Екі  белгісізі  бар  теңдеуді  шешуге  бсш-
майды.
Бор  атом  қүрылысы  туралы  мәселені  шешуге  квант-
тық  теорияны  пайдаланды.
Механика  бойынша  электонның  кез  келген  орбитамен 
қозғалғанда  жасайтын  әсері  электронның  массасы 
( т)
оның  жылдамдығы  мен  орбита  шеңберінің  үзындығының 
көбейтіндісіне  тең,  яғни 
ть
  • 
2лг,
  ал  кванттық 
бойынша  электронның  жасайтын  әсері 
п
  бүтін  сандары 
мен 
һ
  “квант”  әрекетінен  түруы  керек.  Олай  болса, 
электрон  орбиталары  мынадай  теңдеуді  қанағаттандыруы 
керек:
ті>
2лг
 = 
пһ
 
(4)
Бүл 
теңдеудегі 
т,  л ,  п,
  һ 
мәндері 
белгілі, 
ал 
бүрынғыдай 
V
  мен  г-дің  мәндері  белгісіз.  Енді  екі 
теңдеуде  екі  белгісіз  болғандықтан,  оларды  бірге  шешуге 
болады,  мысалы  (4)  теңдеуден 
г
  мен  і»-нің  мәнін  таба-
мыз:
п /һ
 
... 
п /һ
V
  = ----- ^
,  (5)
т
2
л г
  ’ 
ть
  • 
Ъі
(
6
)
Бүларды  (2)  теңдеуге  қоямыз:
п
һ
 
V  
т
и
2
г
( А У
\тһ
/
2  ’ 
у
,
/
 
п
ю
  * 
2
л
 
п
г ю
 
•  
2
л
(
8
)
Қысқартқаннан  кейін  теңдеулердің  түрі  мынадай  бо
лады
'
г " =
з
я
'  " 2 ’
<9> 
-   Ь
 
<1 0 >
4л: 
е
 
т
мүндағы 
г„
— кез  келген  орбитаның  радиусы, 
ья
— ондағы 
электронның  қозғалу  жылдамдығы.
Бүл  теңдеулерге 
һ
 =  6,62  •  10-34  Дж.с., 
л
  =  3,14; 
=  4,18  •  Ю10  эл.  ст.  б., 
т
  =  9,106  •  10"“   г  мәндерін
2
арқылы
0,053  •  п  нм, 
(11)
2187  •  -   км/с. 
(12)
Бірінші  түрақгы  орбита  үпгін 
п ш
 1,  олай  болса, 
Г\
  = 0,053
нм,  ал 
У\
  =  2187  км/с,  екінші  түрақты  орбита  үшін 
п
 = 2,
70

олай
болса
нм,  ал 
ьі
гг  •
 0,53  ■ 2  = 0,212 
2187  2  = 1093
км/с
6-сурет.
Сутегі  втомы 
қ урылысыныц  моделі
т. 
с. 
с.
Жоғарыда  келтірілген  теңдеулер 
(11),  (12)  Н.  Бор  теориясының  бі- 
рінші  постулатының  мәнін  көрсе- 
теді.
Бордың 
бірінші 
постулаты.
Электрон  ядроны  кез  келген  орби- 
та  бойынша  емес,  тек  турақты 
( стационар)  орбита  бойынша  ай- 
налып  журеді  Бұл  турақты  орби- 
та  бойынша  айналеанда  электрон 
энергия  бөліп  шыгармайды.
Н.  Бор  теңдеуіне  сәйкес  келетін  орбиталары  квант- 
тық  немесе  энергетнкалық  орбиталар  немесе  пеңгейлер 
дейді,  өйткені  әрбір  орбитадагы  электронньщ  өзіне  тән 
энергия  қоры  болады.  Бордың  бірінші  постулатына  сәй- 
кес  сутегі  атомы  қүрылысыныц  сызба-нүсқасы  көрсетіл-
ген  (б-сурет).
Суреттен  әр  бір  түрақты  орбитаның  немесе  энергети- 
калық  денгейдің  белгілі  радиусы  және  оны  айналатын
электронның  өзіне  тән  энергия  қоры 
(Е ),
  айналу  жыл- 
дамдыгы  (і>)  болатындыгын  көреміз.  Екі  деңгейдін  ара-
сында 
аралық 
деңгей 
болмайды. 
Сутегі 
атомыңда 
электронның  әрбір  түрақты  (кванттық  немесе  энергети- 
калық)  күйіне 
Е\,  Ег, 
Ез
, 
Е*  ...Е„
 
энергия  қорлары 
сәйкес  келеді.  Электронның  энергия  қоры  ең ‘  аз 
Е\ 
күйін 
турақты
  немесе 
негізгі  куйі
  деп  атайды.
Калыпты  күйде  сутегі  атымының  электроны  бірінші 
(п  ~
  1)  кванттық  немесе  энергетикалық  деңгейде  болады, 
ал  барлық  басқа  деңгейлердегі  эл ектроннын  күйі 
қозган 
куйі
  деп  аталады.  Электрон  қалыпты  күйден  қозган 
күйге  көшкенде  энергия  квант  түрінде  сіңіріледі,  ал  ол
козган  күйден  қалыпты  күйге  көшкенде  энергия  бөлініп 
ыгады.
Бордың  екінші  постулаты. 
Электрон  көбірек  қозган 
( жогаргы  деңгейден)  куйден  азырак,  қозган  (төменгі 
деңгейге)  немесе  қалыпты  куйге  көшкенде  өзіне  тән 
тербелу  жиілігі  бар  сәуле  турінде  квант  энергия  бө-
лініп  шыгады.
Бордың  екінші  постулатының  математикалық  өрнегі 
мынадай:
71

Еш
  — Ех  =  Һ
у
 
(13)  немесе  V  =  - *  г-—  ,  (14)
Л
мүндағы  Еа — ядродан  қашық  деңгейдегі  электронның 
энергия  қоры, 
Еж
 — ядродан  жақын  деңгейдегі  электрон- 
ның  энергия  қоры. 
Ел
  пен 
Еж
 — электоронның  қашық 
және  жақын  деңгейдегі  толық  энергиясын  көрсетеді,  ал 
оның  толық  энергиясы 
(Е )
  кинетикалық 
(гт>г/
2),  потен-
циялық 
( —е 2/ г
)  энергияларының  қосындысына  тең:
Е
 = 
+  ( -  ^  ) . 
(15)
Егер  формуладағы  потенциялық  энергиядағы  г-дің 
орнына  (3)  формуладан  мәнін  қойсақ,  мына  теңдеуді 
аламыз:
2 
2 
г  
ти
 
_ 
2
 
то
Е
 = —^----
то
  = ------г—. 
(16)
Енді  осы  формулаға  (10)  формуладан  электрон  жыл- 
дамдығының 
(у)
  мәнін  қойып,  былай  жазуға  болады:
Е  =   -
 
(17)
һ  п
Ең  соңында  (17)  формуладағы  Е-нің  мәнін  (14)  фор- 
муладағы 
Ел
  және 
Еж
  орындарына  қойсақ,  мынадай  фор-
мула  шығады: 
агУів 
2яУт
_  
Ел  — Еж
  _   һ2п2(а) 
һ2п2(ж)  _   4п2е*ті
 
> 
о \
А 
һ 
~
 
лз  ' 
1
  и в ;
мүндағы 
п
 — энергетикалық  деңгейдің  нөмірі.  Осы  фор- 
муланы  пайдаланып  электрон  кез  келген  бір  энергетика- 
л£іқ  деңгейден  екінші  энергетикалық  деңгейге  ауыс- 
қанда  бөлінетін  немесе  сіңірілетін  сәуленің  тербелу  жиі- 
лігін  есептеп  шығарамыз.
Атомдағы  деңгейлерден  электрон  ауысуының  тербелу 
жиілігі  белгілі  болса,  толқын  үзындығын  есептейміз:
Л
т
(19)
мүндағы 
X
 — толқын  үзындығы,  с — жарық  жылдамдығы.
Бүл  формуладан: 
толқын  ұзындыгы  негүрлым  аз 
болса,  тербелу  жиілігі,  соган  сәйкес  кванттық  энер- 
гиясы  көп  болады,  керісіниіе  толқын  ұзындыгы  көп 
болса,  тербелу  жиілігі
  және 
кванттық  энергиясы  аз
72

болады.  Сондықтан  рентген  сәулелерінің  энергиясы  ра- 
диотолқындардың 
энергиясынан 
көп 
болады
 
деген 
қорытынды  шығады.
Бор  теориясы  сутегінің  оптикалық  спектрінің  түзілуін 
түсінуге  мүмкіндік  береді.
Атомдағы  электрондардың  мүмкін  болатын  ауысула- 
рының  барлығына  сутегінің  жалпы  спектрі  сәйкес  келеді. 
Барлық  қапшқ  жатқан  энергетикалық  деңгейлерден  яд- 
роға  жақын  жаткан  тек  бір  деңгейге  электрондар 
ауысканда  спектрлік  серия  түзіледі.  Осы  ядроға  жақын 
жатқан  деңгейге  алысырақ  бір  ғана  деңгейден  электрон- 
дар  ауысатын  болса,  онда  тек  спектрлік  сызықша 
түзіледі.  Бор  теориясы  бойынша  сутегі  спектріндегі 
Бальмер  сериясындағы  спектрлік  сызықтар  әр  түрлі 
қашықтықша 
жатқан 
(
п
.  =  3,4,5,6...<») 
деңгейлерден 
электрондар 
екінші 
энергетикалық 
(
п
ж) 
деңгейге 
ауысқанда  түзіледі.  Яғни  Бор  формуласына  (18) 
пж
 = 2,
ал  /і-ның  орнына  3-тен  бастап  кез  келген  бүтін  сан  қою 
арқылы  олардың  тербелу  жиілігін  және  толқын  үзын- 
дағын  (19)  есептеуге  болады.
Атом  қүрылысы  туралы  Н.  Бор  теориясын  неміс 
ғалымы  Зоммерфельд  дамытты.  Спектрлік  анализдің 
нәтижесі,  спектрлік  жеке  сызық  екі  немесе  одан  да  көп 
сызықшыларға  бөлінетінін  көрсетті.  Бүдан  Зоммерфельд 
энергетикалық  деңгей  деңгейшелерге  бөлінеді,  ал  ол 
деңгейшелердегі  электрондардың  энергия  қоры  әр  түрлі 
болады,  яғни  бір  энергетикалық  дең^ейде  дөңгелек  орби- 
тамен  қатар  эллипс  тәрізді  орбиталар  да  болады  және 
олар  кеңістікте  әр  түрлі  орналасады  деген  қорытынды 
жасады.
Бор  теориясының  зор  жетістіктерімен  қатар  елеулі 
кемшіліктері  болды.  Бор  теориясы  күрделі  атомдардың 
қүрылысын  түсіндіре  алмады.  Өйткені  Бор  теориясы  бір 
жағынан  классикалық  механиканың  заңдарында  (Қулон, 
Ньютон  заңдарына),  екінші  жағынан  кванттық  механика- 
ның 
заңдарына  негізделді. 
Бор  теориясы  бойынша, 
біріншіден  электрон  тек  материялық  бөлшек  деп  қара- 
лады,  екіншіден  электрон  ядро  маңайында  белгілі  бір 
траектория, 
яғни 
жазық  орбита 
бойынша 
яйня днп 
жүреді  деп  қарастырылды.
Әрбір  заңның  қолдану  шегі  болады.  Сондықтан  клас- 
сикалық 
механнканың 
заңдары 
тек 
микроденелерге 
қолданылады, 
ал 
олар 
микроденелердің 
қасиеттерін 
түсіндіре  алмайтын  еді.
73

няри
Атом  электрон  сияқты  мөлшерлері  І О 10 — 1 0 15  м  бо- 
латын  микроденелердің  қүрылысын  тек  кванттық  меха- 
ника  заңдары  түсіндіретін  еді.
8  7.  КВАНТТЫҚ  МЕХАНИКА  ТҰРҒЫСЫНАН
АТОМ  ҚҮРЫЛЫСЫ
Өте  үсақ  бөлшектердің — молекулалардың,  атомдар- 
дьщ,  электрондардың  т.  б.  қүрылыстарын,  қозғалу  заң- 
дылықтарын  кванттық  механика  заңдары  толық  түсін-
діреді.
Қазіргі  кезде  заттардың  қүрылысы  туралы  кванттық 
теория  бойынша  микробөлшектер  (молекулалар,  атомдар, 
электрондар  т.  б.)  бір  мезгілде  әрі  материялық  бөлшек- 
тің,  әрі  толқынның  қасиеттерін  көрсете  алады.
Микробөлшектердің 
толқындық 
қасиеттері. 
1924
жылы  француз  ғалымы  Луи  де  Бройль  корпускулалық 
толқындық  табигат  фотондарга  ғана  тән  емес,  кез  кел- 
ген  материялық  бөлшектердің  бойында  да  болады  деп 
айтты.  Де  Бойльдың  мына  формуласы  бойынша  массасы
т,
  жылдамдыгы 
V
  микробөлшектің  толқын  үзындыгын 
есептеп  шыгаруга  болады:
1 
-1 7 ' -
ть
1927  жылы  К.  Д.  Девиссон  мен  Л.  X.  Джермер 
(АҚШ)  электроңдардың  дифракциясын  зерттеу  кезінде 
олардың  әрі  материялық  бөлшектің,  әрі  толқынның 
қасиеттерін  корсететіні  анықталып,  Луи  де  Бройль  идея- 
сының  дүрыстығы  дәлелденді.
Белгісіздік  принципі.  1927  жылы  неміс  ғалымы  В. 
Г§йзенберг  мынадай  принцип  үсынды:  микробөлшектің 
орны  (координаты)  мен  жылдамдыгын  (немесе  импуль- 
сын 
ц  =  ту)
  бір  мезгілде  анықтауга  болмайды.
Бүл  принциптің  математикалық  өрнектелуі  мынадай:
А   г/А  
V  >
  һ/гп-
Микробөлшектің 
кеңістіктегі 
орны 
мен 
жылдам- 
дығының  көбейтіндісі  еш  уақытта 
һ /т -
нен  кем  болмай- 
ды.
Келтірілген  формуладан  бөлшектің  кеңістіктегі  орны 
(А 
негүрлым  дәлірек  анықтапса,  оның  жылдамдыгы 
(Д 
V
)  белгісіздеу  болып  қала  береді  немесе  керісінше. 
Мысалы, 
электронның 
орны 
10’ 12 
м 
дейін 
дал 
анықталса,  шын  жылдамдығы  2000  км/с-ге  болатын 
электрон  жылдамдығыньің  белгісіздігі  58000  км /с  жетеді.
74

Сондықтан  толқындық  не- 
месе 
кванттық 
механикада 
электрон  белгілі  бір  орбнтамен 
қозгалады  деудің  орнына  атом 
кеңістігінің  белгілі  бір  жерінде 
электронның  қозғалу  мүмкін- 
дігі  деген  түсінік  қолданылады.
Атомдағы  электронның  тол-
қындық  күйін  Австрия  физигі
Э.  Шредингер  теңдеуі  арқылы 
анықтайды.  Э. 
Шредингердің 
күрделі  дифференциал  теңдеуін 
шешу  физика  курсына  жата- 
ды,  сондықтан  ол  келтірілмей 
отыр.  Э.  Шредингер  теңдеуі
арқылы  электрон  қозғалысының  ең  маңызды  сипаттама- 
ларының  бірі — оның  толқындық  функциясы 
<р
  анықта- 
лады,  ал  толқындық  функциясының  квадраты 
<р
  атом 
кеңістігіндегі  электронның  қозғалу  мүмкіндігін  анықтай-
7-сурепи
Сутегі  атомынын 
электрон  бұлты
ДЫ.
Толқындық  функцияның  квадраты
болса,  электорның  кеңістіктің  осы  түсында  болу  мүмкін- 
дігі  де  далірек  болады.  Сонымен 
<р
  кеңістіктің  белгілі 
бір  көлемінде  электорнның  болу  мүмкіндігінің  тығызды- 
ғын  анықтайды.
Толқындық  қасиеті  бар  электрон  ядро  маңайында  өте
шапшаң  қозғалып  теріс  зарядтардың  тығыздықтары  әр 
түрлі  болатын  электрон  бүлтын  түзеді.  Электрон  бүлты 
атомдағы  электронның  кванттық  механика  түрғысынан
қарағандағы  моделі.
Ядроның  маңайындағы  электрон  бүлтының  тығыздағы 
әр  түрлі  болады.  Электронның  болу  мүмкіндігі  дәлірек 
болатын  кеністікте  электрон  бүлтының  тығыздығы  да
болады.
жоғары  оолады.  Сутеп  атомында  ядродан  0,053  нм 
қашықтықта  электрон  көбірек  боЛатындықтан, 
осы  түсындағы  электрон  бүлтының  тығыздығы 
болады.
Электрон 
бүлттары 
бір-бірінен 
өздерінін 
мөлшері,  пішіндері  және  кеңістікте  орналасу 
арқылы  ажыратылады.
Осындай
энергия
бағыты
электрон 
бүлтының
пі
энергия 
мөлшерш, 
шш,  кевдспкте  орналасу  бағытын  көрсететін  модельді 
ждық  электрондық  орбиталь
  деп  атайды  (7-сурет).
75

Электрондық  және  электрондық-графикалық  форму-
лалар.  Әр  элементтің  атомы  өзіне  тән  ядро  зарядымен
және  саны  соған  тең  электрондармен  снпатталады,  ал  ол
электрондар  энергетикалық  деңгейлер  мен  деңгейшелерде
орналасады.  Бүл  электрондар  мнкробөлшектер  болган-
дықтан,  олардың  күйін  төрт  квант  сандарының  мәндері 
сипаттайды.
Бас  квант  саны  п
  электронның  мүмкін  болатын  яд- 
родан  ара  қашықтығын,  ягни  электрон  бүлтының  орташа 
көлемін  және  электронның  энергиясын  анықтайды.  Бел- 
гілі  бір  квант  санының  мәніне  сәйкес  келетін  электрон- 
дардың  саны  атомда  электрондық  деңгей  түзеді,  ал 
электрондар  орналасқан  деңгейді 
электрондық  қабат 
дейді.
Бас  квант  санының  мәндері  бірден  басталатын  бүтін
сандармен, 
ал 
бүларға 
сәйкес 
келетін 
электроңдық
деңгейлер  немесе  қабаттар  латынша  бас  әріптермен 
көрсетіледі.
Бас  квант  саны  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7  ...
Энергетикалық  деңгей 
К,  Ь,  М,  N.  О,  Р,
  С?  ...
немесе  қабат
Бас  квант  санының  мәні,  энергетикалық  деңгейдің 
нөмірін  көрсетеді.  Электронның  энергиясы  оның  ядродан 
қашықтыгына  байланысты  болады.  Сондықтан  электрон 
ядрога  жақын  жатса,  энергиясы  да  көбейе  береді.  Сол 
себепті  бас  квант  санының  мәні  өскен  сайын  оның  энер- 
гиясы  артады.  Мысалы,  бірінші  деңгейге  орналасқан 
электрондарга  қарағанда  бас  квант  санының  мәні 
п = 2 
болатын  екшші  деңгейде  немесе 
Ь
  қабатында  орналасқан 
электрондардың  энергиясы  көп  болады  т.  с.  с.
Орбиталь  квант  саны  I
  бас  квант  санына  тәуелді 
болады  және  ол  электрондардың  пішіндерін  анықтайды, 
сондай-ақ  электронның  энергиясының  бас  квант  санының 
мәніне  сәйкес  келетін  орта  энергиядан  айырмашылығын 
көрсетеді.  Орбиталь  квант  санының  О-ден  1-ге  дейін  бо- 
латын  бүтін  саңдармен  көрсетілген  мәндері  болады,  ал 
ол  мәндерге  латынның  кіші  әріптерімен  бейнелейтін 
деңгейшелер  немесе  қабатшалар  сәйкес  келеді.
/  ...  0,  1,  2,  3  ...  (л -  1)
5,  Р,  сіу  {   ...

жүктеу/скачать 28,51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: