Ushbu darsda biz atom kontekstida elektronlarning roli va xususiyatlarini o'rganamiz. Elektronlar elementlarning kimyoviy xossalarini aniqlashda hal qiluvchi rol o'ynaydigan asosiy zarralardir. Ularning xulq-atvori, tarqalishi va boshqa atom komponentlari bilan o'zaro ta'sirini o'rganish orqali biz kimyo va fizika asoslari haqida tushunchaga ega bo'lamiz.
Elektronlar manfiy zaryadga ega bo'lgan subatomik zarralar bo'lib, \(e^-\) bilan belgilanadi. Ular proton va neytronlar bilan bir qatorda atomning uchta asosiy komponentidan biridir. Atom yadrosida joylashgan proton va neytronlardan farqli o'laroq, elektronlar yadro atrofida elektron qobiqlar yoki energiya darajalari deb ataladigan hududlarda aylanadilar. Elektronning massasi proton va neytronlarning massasidan sezilarli darajada kichikdir, bu proton massasining taxminan \(\frac{1}{1836}\) ga teng. Bu kichik massa elektronlarga atom massasiga ahamiyatsiz hissa qo'shganiga qaramay, atom maydonining katta hajmini egallashga imkon beradi.
Elektronlar Pauli, Aufbau printsipi va Xund qoidasiga binoan atomning energiya darajalarida yoki qobiqlarida joylashgan. Eng barqaror konfiguratsiyaga elektronlar yuqoriroq darajalarga o'tishdan oldin eng past energiya darajalarini to'ldirganda erishiladi. Bu tartibga solish atomning kimyoviy xossalarini, shu jumladan uning reaktivligini va boshqa atomlar bilan bog'lanish qobiliyatini belgilaydi.
Masalan, bitta elektronga ega bo'lgan vodorod atomining birinchi qobig'ida bu elektron mavjud. Sakkiz elektronli kislorodning birinchi qavatida ikkita elektron, ikkinchi qavatida oltita elektron bor.
Elektronlar kimyoviy bog'lanishlar, molekulalar yoki birikmalardagi atomlarni birga ushlab turadigan o'zaro ta'sirlarning shakllanishida hal qiluvchi rol o'ynaydi. Kimyoviy bog'lanishning asosan uch turi mavjud: ion, kovalent va metall bog'lanishlar, ularning barchasi elektronlarni o'z ichiga oladi. Ion bog'lanishda elektronlar bir atomdan ikkinchisiga o'tadi, natijada musbat va manfiy ionlar bir-birini tortadi. Kovalent bog'lanishlar atomlar o'rtasida elektron juftlarini almashishni o'z ichiga oladi, metall aloqalar esa metall strukturasi bo'ylab erkin harakatlanadigan elektronlarning birlashishi natijasida hosil bo'ladi.
Elektronlarning yadro atrofida ma'lum yo'llar yoki orbitalarda aylanishi kontseptsiyasi birinchi marta Niels Bor tomonidan taklif qilingan. Biroq, zamonaviy kvant mexanikasi orbitallar tushunchasini kiritib, aniqroq tavsifni beradi. Orbitallar - yadro atrofida elektronlar topilishi mumkin bo'lgan fazo hududlari. Bor modelining belgilangan orbitalaridan farqli o'laroq, kvant mexanikasi elektron pozitsiyalarini ehtimollik nuqtai nazaridan tavsiflaydi. Heisenberg noaniqlik printsipi elektronning aniq joylashuvi va tezligini bir vaqtning o'zida aniqlash mumkin emasligini ta'kidlaydi.
Elektronlarning bu kvant harakati eng oddiy vodorod atomidan tashqari atomlarning murakkab tuzilmalarini tushunish uchun juda muhimdir. Kattaroq atomlardagi elektronlar turli shakl va energiya darajalariga ega bo'lgan murakkab orbitallar qatorini egallaydi. Bularga s, p, d va f orbitallar kiradi, ularning har biri o'ziga xos shakli va elektronlarni ushlab turish qobiliyatiga ega.
Valentlik elektronlar atomning eng tashqi qobig'idagi elektronlardir. Ular atomning kimyoviy xossalarini va boshqa atomlar bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatini aniqlashda muhim rol o'ynaydi. Valentlik elektronlar soni s va p bloklari uchun davriy jadvaldagi elementning guruh raqamiga mos keladi. Masalan, 1-guruhdagi elementlar bitta valentlik elektronga ega, 18-guruhdagilar esa sakkizta valentlik elektronga ega (ikkitasi bo'lgan geliydan tashqari).
Valentlik elektronlarining konfiguratsiyasi davriy jadvalda kuzatilgan davriylikni tushuntiradi, bu erda bir guruhdagi elementlar o'xshash kimyoviy xatti-harakatlarni namoyish etadi. Buning sababi shundaki, ular bir xil miqdordagi valentlik elektronlariga ega bo'lib, o'xshash bog'lanish xususiyatlari va reaktsiyalariga olib keladi.
Elektronlar energiyani o'zlashtirishi va yuqori energiya darajalariga sakrashi yoki fotonlar shaklida energiya chiqarishi mumkin. Bu jarayon spektroskopiya fenomeni uchun asos bo'lib, moddaning tarkibini aniqlash uchun chiqarilgan yorug'lik spektrini tahlil qilish mumkin. Ushbu o'tish paytida chiqarilgan yoki yutilgan fotonning energiyasi \(E = h\nu\) tenglamasi bilan ifodalanadi, bu erda \(E\) - fotonning energiyasi, \(h\) - Plank doimiysi va \(\nu\) - fotonning chastotasi.
Bu printsip vodorod emissiya spektrida tasvirlangan bo'lib, u energiya darajalari orasidagi elektronlarning o'tishlariga mos keladigan bir nechta chiziqlardan iborat. Har bir o'tish ma'lum bir to'lqin uzunligidagi fotonni chiqaradi, natijada vodorodga xos bo'lgan chiziq spektri paydo bo'ladi.
Katod nurlari trubkasi tajribasi: Bu elektronlar mavjudligini ko'rsatadigan klassik tajriba. Katod nurlari trubkasida past bosimdagi gazdan elektr toki o'tganda, inson ko'ziga ko'rinadigan nur hosil bo'ladi. Ushbu nurning magnit va elektr maydonlari ta'sirida og'ishi aniqlandi, bu esa manfiy zaryadlangan zarralar mavjudligini ko'rsatadi - keyinchalik elektronlar sifatida aniqlandi.
Neft tomchisi tajribasi: Robert A. Millikan va Xarvi Fletcher tomonidan o'tkazilgan bu tajriba bitta elektronning zaryadini o'lchadi. Kichik yog 'tomchilari ikkita zaryadlangan plastinka orasiga to'xtatildi va ularning elektr maydoni ta'sirida harakati har bir tomchi zaryadini hisoblash imkonini berdi. Bu tajriba elementar zaryadni taxminan \(1.60 \times 10^{-19}\) kulonga tengligini aniqlab, elektr zaryadining kvantlanishini aniqladi.
Ushbu darsda biz atomlar kontekstida elektronlarning asosiy jihatlarini ko'rib chiqdik. Elektronlarning energiya darajasida taqsimlanishidan tortib, kimyoviy bog'lanishlar va kvant xatti-harakatlaridagi roligacha, elementlarning son-sanoqsiz xossalari va reaktsiyalarini tushunish uchun elektronlar juda muhimdir. Elektronlarning atomlar ichida va boshqa atomlar bilan o'zaro ta'sirini bilish kimyo va fizikaning keng sohalari uchun asos yaratadi, molekulalarning tuzilishidan tortib materiallarning xatti-harakatlarigacha hamma narsani tushuntiradi.
