1. 1* 1. Элементтердің атомдық массасын анықтау әдістерін түсіндіріңіз

Әртүрлі заттардың құрамына кіретін атомдардың массалары бірдей болмайтындықтан элементердің атомдарының массасын өзара салыстырып табу қажеттігі туындайды. Д.Дальтонның ең жеңіл зат сутектің бір атомының массасын оның өлшемі ретінде пайдаланған.1860 жылы француз ғалымы Ж.Стасс оттек атомының массасының өлшем бірлігі ретінде ұсынған. Сонда сутек атомының масасы 1,008 болып шыққан.

1961 жылы халықаралық таза және қолданбалы химия ұсынысымен атом массасының шкаласы ретінде физика ғылымындағыдай ең жеңіл көміртек атомының изотопы 12С қолданыла бастады. Қазіргі пероидтық кестеде атомның атомдық массасы көміртек массасының атомдық бірлігіне 12С/12 бөлігіне шағылып алынған. Табиғи элементтердің атомдық массасы оның изотоптарының салсытырмалы мөлшерін есерке ала отырып табатын орташа шаманы көрсетеді. Табиғи хлор екі изотоптан тұрады: оның 75,53% массасы 34,969 м.а.б тең 35Cl изотопы қалған 24,47 % массасы 36,962 м.а.б. тең 37Cl изотопы. Осы мәліметтерді пайдаланып хлордың орташа атомдық массасын есептеп шығаруға болады:Ar(Cl) (75,53%)(34,969m.a.b)/100+(24,47%)(36,966 m.a.b)/100=26,412 m.a.b.+9,0

45m.a.b=35,457m.a.b.

Қазіргі кезде атомның массасын дәл табу үшін масса спектометр деп аталатын аспап қолданылады. Газ күйіндегі атомдардың немесе молекулалардың шоғыры масса спектометрдің вакуумды камерасына бағытталады. Ондағы жоғары энергиясы бар электрондар ағынымен қиылысып молекула ионданады. Түзілген оң иондар құбырдың сыртынан келіп тұрған жоғары кернеудің әсерінен вакуумы ортада х саңылаудан өтіп молекула күйіндегі қалған газдардан ажырап күшті магнит полюстерінің арасынан өзінің ұшу траекториясын өзгертеді. траекторияның ауытқу дәрежесі әр ионның зарядының массаға қатынасына е/m тәуелді.

Әр элемент атомының үйреншікті масса бірліктерін кг арқылы өлшесек тым аз сан шығар еді. Мысалы сутек атомы массасы mᴴ=1,672*10⁻²⁷кг, оттектікі m=2,667*10⁻²⁷кг көміртектікі m=1б1993*10⁻²⁶

Ar(H)=1,674*10⁻²⁷кг/ 1/12*10⁻²⁶кг=1,0079

Ar(O)= 2,667*10⁻²⁷кг/ 1/12*1,993*10⁻²⁶кг=15,9994

Элементтердің атомдық массасы оның көміртектік бірлікпен көрсетілген атомның массасы.

1* 2.Электронның ашылуы және оның касиеттерін түсіндіріңіз

ХІХ ғасырдың соңы мен ХХ ғасырдың басында ғылымның дамуы бұрында беймәлім болып келген заттың ішкі құрылысының сырларын ашып беруге мүмкіндік туғызды. Табиғат танудағы революция,- деп бұл кезде химия ғылымы үшін аса маңызды қарапайым бөлшек - электронның атом құрамына кіретіні анықталды. Бұл жаңалық 1879 жылы жүргізілген ағылшын ғалымы У.Крустың тәжірибесінен басталды. Крукс ауасын сорып азайтқан шыны балонның екі ұшына электродтар орнатып оларды жоғары кернеулі тоқ көзімен қосқанда (-1000В) катод пластинкадан көзге көрінбейтін сәуле шығатынын байқайды.Бұл сәуле ағыны жолында кездескен ұсақ қағаз қиқымдарын өзімен бірге ілестіре кетіп шыныға тиген жерін қыздырып сәулелендіреді.Демек катод сәулелері деп аталған бұл сәуленің кинетикалық энергиясы,өзіне сай массасы бар.Әрі катод сәулелері электр және магнит өрісінде бағытын өзгертіп,оң полюске қиыстап ,өзінің теріс зарядты бөлшектердін ағыны екенін танытты.Катод әулелерінің бір ерекшелігі катод болып тұрған металдың табиғатына және шыны түтіктің ішіндегі газ түрінде ешбір тәуелсіздігі.Олай болса бұл сәуле кез келген атомнан шығады. Ағылшын физигі Дж.Томсон 1897 ж.катод сәулелеріне байланысты барлық мәліметтерді жинақтай отырып,оны атомның ең кіші теріс зарядты бөлшегі деген қорытындыға келді.Екінші ағылщын ғалымы Стонэйдің ұсынысы бойынша Томсон бұл кіші бөлшекті электрон деп атап,е таңбасымен белгіледі.Қазіргі дәл мәлімет бойынша нейтрон зарядының шамасы е=4.80286*10-10 эл.ст.бір=1/60206*10-19 кулон(к).Магниттән электр өрісінде бұрылған электрон ағынының траеекториясының қисықтығына қарап зарядының массасына қатынасын анықтауға болады.e/m=5.273*1017(дәреже).Бұдан электр зарядын біле отырып оның тыныш күйдегі массасын есептеп шығарса m=9.109*10-28

1* 3. Сутек атомы құрылысының Бор теориясын түсіндіріңіз

Дания физигі Н.Бор 1913 жылы сутек атомының спектрінің түзілу сырын түсіндірумен бірге электрондық құрылысының негізін салды. Жарықтың кванттық теориясы негізінде Бор келесідей қорытынды жасады: атомдағы электрондар энергиясы үздіксіз өзгермейді, секіріс арқылы яғни дискретті өзгереді. Сондықтан атомдағы электрондардың кез келген энергетикалық жағдайлары емес, олардың тек бекітілген жағдайлары болады. Басқаша айтқанда, атомдағы электрондардың энергетикалық жағдайлары квантталған. Бір бекітілген жағдайдан екішісіне өту кезінде электромагниттік сәуле бөлінеді не сіңіріледі. Бор теориясының негізгі қағидаларын постулаттар (постулат – дәлелсіз қабылданатын тұжырымдар) түрінде берді:1. Электрон ядроны айналу кезінде тек белгілі орбиталар бойымен қозғалады. Бұл орбиталар стационарлы деп аталады. 2.Стационарлы орбиталармен қозғалғанда электрон электромагниттік сәулелену бөлмейді. 3.Электрон бір стационар орбитадан екіншісіне ауысқанда сәулелену байқалады. Сол кезде электромагниттік сәуле бөлінеді немесе сіңіріледі, оның энергиясы атомның соңғы және бастапқы күйінің айырмасына тең.Соңғы тұжырымдама біршама түсініктемені қажет етеді. Ядро айнала қозғалатын электрон энергиясы орбита ядросына тәуелді. Ядроға жақын орналасқан орбитада электрон энергиясы аз болады. Электронды ядродан алыс орбитаға ауыстыру үшін, электронның оң зарядталған ядромен тартылыс күшін үзу керек, бұл энергияның жұмсалуын қажет етеді. Аталған үрдісте жарық кванты сіңіріледі. Осыған сәйкес айтылған жағдайда атом энергиясы артады да, қозған күйге ауысады. Электронның кері бағытқа ауысуы (алыс орбитадан жақын орбитаға) атом энергиясының азаюына әкеледі, энергия электромагниттік сәуле кванты түрінде бөлінеді. Электронның ауысу энергиясы келесі теңдеумен өрнектеледі: Е = Еб – Ес , мұндағы Еб – бастапқы (ядродан алыс орналасқан) орбитадағы электрон энергиясы, Ес – соңғы (ядроға жақын орналасқан) орбитадағы электрон энергиясы. Планк теңдеуін ескерсек Е=hv, онда hv=Еб-Ес, бұдан v=(Еб –Ес)/h.Соңғы теңдеу бойынша сәулелердің жиіліктерін немесе толқын ұзындықтарын есептеуге болады, яғни атом спектрін есептеп табуға мүмкіндік бар. Бор теориясы атом спектрлерінің физикалық табиғатын атомдағы электрондардың бір стационарлы орбитадан екіншісіне ауысу нәтижесі ретінде түсіндірді.Электронның энергиясы артық деңгейге ауысуы атом энергияны сіңірген кезде жүзеге асырылады. Электрон энергиясы азайғанда энергия бөлінеді. Энергияның өзгерісі тең болады: ΔЕ1=Е2–Е1=hv1 және ΔЕ2=Е3–Е1=hv2.. ΔΕ2>ΔΕ болғандықтан, онда ν2>ν1. Сәуленің жиілігі электронның ауысуы кезінде бөлінген немесе сіңірілген энергия мәнінен байланысты. Сонымен Бордың атом құрылысы моделі сызықтық спектрлердің пайда болуын және сутегі атомдары бөліну спектрлерінің көріну аймағындағы серияларды түсіндірді.Алайда теорияда ішкі қарама-қайшылықтар болды: механика және электродинамика заңдарына сәйкес келмейтін постулаттармен қатар, Бор теориясында бұл заңдар атомдағы электронға әсер етуші күштерді есептеу үшін қолданылды. Постулатпен байланысты сұрақтар пайда болды; мысалы, электрон бір орбитадан екіншісіне ауысқанда қайда болады? Салыстырмалық теориясына сәйкес, бірде бір физикалық үрдіс жарық жылдамдығынан артық жылдамдықпен жайыла алмайды. Сондықтан электронның жаңа орбитаға ауысу үрдісі қас-қағымда жүре алмайды, ол белгілі бір уақытта жүзеге асады. Осы уақыт ішінде электрон бастапқы және соңғы орбиталардың аралығында болады. Алайда теория осындай “аралық” жағдайларды рұқсат етпейді.Сонымен, Бор теориясына басқа ғалымдар толықтырулар енгізгенімен, электронның атомда тек шеңбер тәріздес орбита бойымен ғана емес, кеңістікте әртүрлі орналасқан эллипс тәріздес орбиталармен қозғалатын мүмкіндігі қарастырылды. Аталған теория көп электронды атомдардағы, тіпті сутегі атомындағы спектрлік сипаттамаларды түсіндіре алмады. Мысалы, сутегі атомы спектріндегі сызықтардың әртүрлі интенсивтігінің мәні түсініксіз болды, атом спектрлері жеке сызықтарының бірнеше бөліктерге ыдырауы түсіндірілмеді.Көпэлектронды атомдардың мөлшерлік есептеулері өте күрделі болды. Теория сутегі атомының магниттік қасиетін қате сипаттап, молекуладағы химиялық байланыстың түзілуін түсіндірмеді. Осының бәріне қарамастан Бор теориясы атом құрылысы туралы түсініктердің дамуында маңызды кезең болды. Планк- Энштейн гипотезасымен қатар теория үлкен денелерге –макроэлемент объектілеріне қолданылатын табиғат заңдарын микроэлементтерге – атомдар, электрондар, фотондар – қолдануға болмайтындығын көрсетті

1* 4. Кванттық механиканың негізгі ұстанымдары: зат табиғатының екіжақтылығын айқындаңыз. Де Бройль гипотезасы және Гейзенберг жұмыстарына сүйеніп электрон бұлты туралы түсіндіріңіз

Қазіргі атом құрылысы теориясы микробөлшектің,яғни электрон,нейтрон,атомдардың екі жақты табиғатын зерттейді,яғни бөлшектік ж/е толқындық табиғатын.

Зат табиғатының екі жақтылығын алғаш рет сәулеге арнап жасаған,жарықтың интерференциясы мен дифракциясын зерттей отырып

1* 5. Квант сандары, олардың мәнін анықтаңыз

Атомдағы электронның күйін толық көрсету үшін үш бірдей бүтін сан қажет. Олардың бәрі квант сандары деп аталып n,l,m деп белгіленеді. Бұл квант сандары электрон қозғалысын физикалық тұрғыдан сипаттайды, әрі электрон бұлтының геометриялық ерекшеліктерін бейнелейді.

Бас квант саны электронның мүмкін болатын ядродан ара қашықтығын, яғни электрон бұлтының орташа көлемін және электронның энергиясын анықтайды. Белгілі бір квант санының мәніне сәйкес келетін электрондардың саны атомда электрондық деңгей түзеді, ал электрондар орналасқан деңгейді электрондық қабат дейді. Бас квант санының мәндері бірден басталатын бүтін сандармен, ал бұларға сәйкес келетін электрондық деңгейлер немесе қабаттар латынша бас әріптермен көрсетіледі.

Бас квнат саны n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…

Энергетикалық деңгей K, L, M, N, O, P, Q…

немесе қабат

Орбиталь квант саны l бас квант санына тәуелді болады және ол электрондардың пішіндерін анықтайды.

Бас квант саны n=1 сәйкес келетін бірінші деңгейде 1s деңгейшесі болады, оның электроны ядроны айналғанда 1=0 сәйкес пішіні шар тәрізді электрон бұлтын немесе орбиталь түзеді.

Магнит квант саны m орбитальдардың кеңістікте орналасуын сипаттайды, анығы, бір пішіндес орбитальдардың жалпы санын және олардың кеңістіктегі орналасу ретін көрсетеді.

Орбиталь квант саны 1=0 сәйкес келетін s деңгейшеде шар пішіндес бір бағытта орналасатын орналасатын бір орбиталь болады. Егер 1=1 сәйкес келетін p-деңгейшеде пішіндері бірдей гантель тәрізді үш орбиталь болады, олар үш күйде, яғни кеңістікте үш түрлі бағытта орналасады. 1=2 магнит квант санының бес мәні сәйкес келеді, d-деңгейшеде әр түрлі бағытта орналасқан пішіндері күлтелі орбиталь болады.