Zaryad soni — atom yadrosining ko‘rsatkichi (sinonimlari: atom raqami, atom soni, tartib raqami, ya’ni kimyoviy elementning davriy jadvaldagi raqami) bo‘lib, yadrodagi protonlar soniga teng. Zaryad soni yadroning elementar zaryad birliklarida ifodalangan zaryadiga, shuningdek, elementning Mendeleyev jadvalidagi tartib raqamigateng bo‘ladi. Uning belgilanishi — Z.
«Atom raqami» yoki «tartib raqami» atamasi odatda atom fizikasida va kimyodaishlatiladi, ayni ma’nodagi «zaryad soni» atamasi esa yadro fizikasidaqo‘llanadi. Ionlashmagan atomning elektronlari uning elektron qobiqlarida joylashgan bo‘lib, ularning soni zaryad soniga teng.
Zaryad soni bir xil, ammo massa soni A (protonlar soni Z va neytronlar soni Nyig‘indisiga teng) turlicha bo‘lgan yadrolar bitta kimyoviy elementning turli izotoplari hisoblanadi. Chunki atomning elektron qobig‘i tuzilishini va, binobarin, uning kimyoviy xossalarini aynan yadro zaryadi belgilaydi. Kimyoviy elementlarning to‘rtdan uch qismidan ko‘prog‘i tabiatda izotoplar aralashmasi ko‘rinishida uchraydi (qarang: Monoizotop element). Muayyan Yer muhitida element izotoplari aralashmasining o‘rtacha izotop massasi ( nisbiy atom massasideb ataladi) elementning standart atom massasini belgilaydi (ilgari «atom og‘irligi» deb atalgan). Tarixan, XIX asrda kimyogarlar aynan elementlarning vodorodga nisbatan olingan shu atom og‘irliklarini o‘lchaganlar.
Proton va neytronlarning massalari taxminan bir xil bo‘lgani (ularning massasiga nisbatan elektronlarning massasi nihoyatda kichik), shuningdek, nuklonlar bog‘lanishidagi massa nuqsoni nuklon massasiga nisbatan doimo kichik bo‘lgani sababli, istalgan atomning atom massa birliklaridamassasi butun songa 1 % aniqlikda yaqin bo‘ladi. Bu son — А.
Tarix
Davriy jadval va har bir elementning tartib raqami
Kimyoviy elementlarning fizik va kimyoviy xossalari bilan atom og‘irligi o‘rtasidagi bog‘liqlikka asoslangan tabiiy tasnifi va tizimlashtirish usulini topishga uzoq vaqt urinib ko‘rilgan. 1860-yillarda ushbu xususiyatlarni bog‘lovchi bir qator ishlar paydo bo‘ldi: Shankurtuaspirali, Nyulendsjadvali, Odling va Meyerjadvallari. Biroq ularning hech biri qonuniyatni aniq va to‘liq izohlab bera olmadi. Buni rus kimyogari D. I. Mendeleyev amalga oshirdi. 6 mart 1869-yil (18-mart 1869-yil) kuni Rossiya kimyo jamiyati yig‘ilishida Mendeleyevning o‘zi kashf etgan kimyoviy elementlar davriy qonuni haqidagi ma’ruzasi o‘qib eshittirildi. Oradan ko‘p o‘tmay, uning «Elementlar xossalarining atom og‘irligi bilan o‘zaro bog‘liqligi» nomli maqolasi quyidagi nashrda chop etildi: «Rossiya fizika-kimyo jamiyati jurnali». O‘sha yili Mendeleyevning davriy jadvali keltirilgan «Kimyo asoslari» darsligining birinchi nashri chiqdi. Olimning 29 noyabr 1870-yil (11-dekabr 1870-yil)sanasida yozilgan va «Rossiya kimyo jamiyati jurnali»da «Elementlarning tabiiy tizimi va uni hali kashf etilmagan elementlarning xossalarini aniqlashda qo‘llash» nomi bilan chop etilgan maqolasida Mendeleyev ilk bor «davriy qonun» atamasini qo‘lladi va hali kashf etilmagan bir nechta element mavjudligini ko‘rsatdi.
Mendeleyev o‘z ishlarida elementlarni atom og‘irliklari bo‘yicha tartiblagan, ammo bu qoidadan ongli ravishda chekinib, tellurni (atom og‘irligi 127,6) yoddan (atom og‘irligi 126,9)oldin joylashtirgan. U buni elementlarning kimyoviy xossalari bilan izohlagan. Elementlarni bunday joylashtirish ularning zaryad soni Zhisobga olinganda to‘g‘ri bo‘ladi; Mendeleyev esa bu qiymatni bilmagan. Atom kimyosining keyingi rivojlanishi olimning taxmini to‘g‘ri ekanini tasdiqladi.
Rezerford–Bor va van den Bruk atom modellari
1911-yilda britaniyalik fizik Ernest Rezerford yangi atom modelini taklif qildi. Bu modelga ko‘ra, atom markazida uning massasining katta qismini o‘zida jamlagan musbat zaryadli yadro joylashgan. Elektron zaryadi birliklarida ifodalangan bu musbat zaryad atomning vodorod atomlari massasiga nisbatan olingan atom og‘irligining taxminan yarmiga teng bo‘lishi kerak edi. Rezerford o‘z modelini oltin (Z = 79, A = 197) haqidagi ma’lumotlar asosida yaratdi. Shundan kelib chiqib, oltin yadrosining zaryadi taxminan 100 bo‘lishi kerak edi (aslida oltinning davriy jadvaldagi tartib raqami 79). Rezerford maqolasi chop etilganidan bir oy o‘tib gollandiyalik havaskor fizik Antonius van den Bruk birinchi bo‘lib yadro zaryadi va atomdagi elektronlar soni davriy jadvaldagi elementning tartib raqamiga (ya’ni Zbilan belgilanadigan atom raqamiga) aynan teng bo‘lishi kerak, degan taxminni ilgari surdi. Bu faraz keyinchalik tasdiqlandi.
Biroq klassik elektrodinamika nuqtayi nazaridan Rezerford modelida yadro atrofida aylanayotgan elektron uzluksiz ravishda nurlanish chiqarib, juda tez energiyasini yo‘qotishi va oxir-oqibat yadroga qulab tushishi kerak edi. Muammoni hal qilish uchun 1913-yilda daniyalik fizik Nils Bor atomning o‘z modelini taklif qildi. Bor atomdagi elektronlar faqat muayyan (statsionar) orbitalar bo‘ylab harakatlana olishi va ularda harakatlanayotganda energiya chiqarmasligi, nurlanish yoki yutilish esa faqat bir orbitadan boshqasiga o‘tish paytida yuz berishini faraz qildi. Statsionar orbita uchun elektronning impuls momenti butun son marta Plank doimiysiga teng bo‘ladi: .
Mozlining 1913-yildagi tajribalari va «yo‘qolgan» kimyoviy elementlar
1913-yilda britaniyalik kimyogar Genri Mozli N. Bor bilan suhbatdan keyin van den Bruk va Bor farazlarini tajribada tekshirishga qaror qildi. Buning uchun Mozli spektral chiziqlarning foton o‘tishlariga mos to‘lqin uzunliklarini (K va L chiziqlari) alyuminiy (Z = 13) hamda oltin (Z = 79) atomlarida o‘lchadi. Bu atomlar rentgen trubkasiichida ketma-ket nishon sifatida ishlatilgan. Ushbu fotonlar (rentgen nurlari) chastotasining kvadrat ildizi nishondan nishonga arifmetik progressiya bo‘yicha ortib borgan. Bu Mozlini shunday xulosaga olib keldi (Mozli qonuni): atom raqami qiymati yadroning hisoblangan elektr zaryadiga, ya’ni Zqiymatiga deyarli mos keladi (Mozli ishida K chiziqlar uchun bir birlikka siljish kuzatilgan). Boshqa natijalar qatori, Mozli tajribalari lantanoidlar qatori ( lantandan boshlab lyutetsiygacha ) aynan 15 ta elementdan iborat bo‘lishi kerakligini, undan kam ham, ko‘p ham emasligini ko‘rsatdi. Bu o‘sha davr kimyogarlari uchun mutlaqo ravshan emas edi.
1915-yilda Mozli vafot etganidan so‘ng uning usuli bilan vodoroddan urangacha (Z = 92) bo‘lgan barcha ma’lum elementlarning atom raqamlari o‘rganildi. Davriy jadvalda yettita kimyoviy element ( Z < 92) yo‘qligi, ular hali kashf etilmagani va atom raqamlari 43, 61, 72, 75, 85, 87 hamda 91 ekani aniqlandi. Bu yettita «yo‘qolgan» elementning barchasi 1918–1947-yillar oralig‘ida kashf etildi: texnetsiy (Z = 43), prometiy (Z = 61), gafniy (Z = 72), reniy (Z = 75), astat (Z = 85), fransiy (Z = 87) va protaktiniy (Z = 91). Shu vaqtga kelib dastlabki to‘rtta transuran elementiham kashf etilgan edi. Shu tariqa davriy jadvalda bo‘shliq qolmay, u kyuriygacha to‘ldirildi (Z = 96).
Proton va «yadro elektronlari» farazi
1915-yilga kelib ilmiy jamoatchilikda quyidagi tasavvur shakllangan edi: Zzaryad sonlari, ya’ni elementlarning tartib raqamlari, vodorod atomi yadrosi zaryadiga karrali bo‘lishi kerakligini tushunib yetgan edilar, ammo buning sababi izohlanmagan edi. 1816-yildayoq ilgari surilgan Praut farazi ga ko‘ra, vodorod dastlabki materiyaning bir turi bo‘lib, boshqa barcha elementlarning atomlari undan qandaydir kondensatsiya jarayonida hosil bo‘lgan. Demak, barcha elementlarning atom og‘irliklari ham, yadro zaryadlari ham butun sonlar bilan ifodalanishi lozim edi. Ammo 1907-yilda Rezerford va Royds[ingl.] tajribalari shuni ko‘rsatdiki, alfa-zarralar +2 zaryadga ega bo‘lib, geliyning atom yadrolari hisoblanadi; ularning massasi vodorod massasidan ikki emas, to‘rt marta katta. Agar Praut farazi to‘g‘ri bo‘lsa, og‘irroq atomlar yadrolarida mavjud vodorod yadrolarining zaryadini nimadir neytrallashi kerak edi.
1917-yilda (natijalari 1919 va 1925-yillarda chop etilgan tajribalarda) Rezerford vodorod yadrosi boshqa yadrolarda ham mavjudligini isbotladi. Bu natija odatda protonlarning kashf etilishideb talqin qilinadi. Tajribalar Rezerford alfa-zarralar havoga (asosan azotdan iborat) yo‘naltirilganda detektorlar odatiy vodorod yadrolarining izlarini qayd etishini payqaganidan so‘ng boshlandi. Keyingi tajribalarda Rezerford havodagi azot bilan reaksiyani o‘rgandi va alfa-zarralar sof gazsimon azotga yo‘naltirilganda ta’sir kuchliroq bo‘lishini aniqladi. 1919-yilda u alfa-zarra azot yadrosidan protonni urib chiqarib, uni uglerodgaaylantiradi, deb taxmin qildi. 1925-yilda Blekket kamerasi tasvirlarini ko‘rgach, Rezerford buning aksi sodir bo‘lishini tushundi: alfa-zarra yutilganidan keyin proton ajralib chiqadi, natijada og‘irroq kislorodhosil bo‘ladi, uglerod emas. Demak, Z kamaymaydi, balki ortadi. Bu ta’riflangan ilk yadro reaksiyasi: 14N + α → 17O + p.
1920-yilda Rezerford yangi og‘ir yadro zarralarini protonlar deb atadi (boshqa nomlar sifatida «prutonlar» va «protilar» ham taklif etilgan). Mozli ishlaridan ma’lum bo‘lishicha, og‘ir atom yadrolari faqat vodorod yadrolaridan tuzilgan deb hisoblanganda kutiladigan massadan ikki baravardan ham ko‘proq massaga ega edi. Shu bois barcha og‘ir yadrolarda mavjud deb taxmin qilingan qo‘shimcha protonlarning zaryadini qanday «neytrallash» mumkinligini tushuntirish zarur bo‘ldi. Shundan kelib chiqib, «yadro elektronlari» deb ataluvchi zarralar haqidagi faraz ilgari surildi. Masalan, geliy yadrosi to‘rtta proton va ulardan ikkitasining zaryadini neytrallaydigan ikkita «yadro elektroni»dan iborat deb hisoblangan. Rezerford ilgari o‘rgangan, atom massasi 197 va zaryadi 79 bo‘lgan oltin atomining yadrosida 118 ta shunday «yadro elektroni» mavjud deb taxmin qilingan.
Neytronning kashf etilishi va uning ahamiyati
«Yadro elektronlari» farazining noto‘g‘riligi keyingi kashfiyot bilan ayon bo‘ldi: neytronning kashf etilishi[ingl.] Jeyms Chedvik tomonidan 1932-yildaamalga oshirildi. Atom yadrolarida neytronlar mavjudligi atom og‘irligi va zaryad soni o‘rtasidagi farqni oson izohladi: masalan, oltin atomida 118 ta yadro elektroni emas, 118 ta neytron bor; yadrodagi musbat zaryad esa to‘liq 79 ta protondan iborat. Shu tariqa 1932-yildan keyin elementning atom raqami Z uning yadrosidagi protonlar soni sifatida qarala boshlandi.
Z belgisi
Zaryad soni odatda Z harfi bilan belgilanadi; bu nemischa atomzahl — «atom soni», «atom raqami» Shartli Z belgisi, ehtimol, nemis tilidagi Atomzahl (atom raqami) so‘zidan kelib chiqqan. Ilgari bu atama elementning davriy jadvaldagi tartib o‘rnini shunchaki bildirgan va elementlarning atom og‘irligi ortib borishi bo‘yicha joylashuviga taxminan (ammo har doim ham emas) mos kelgan. Faqat 1915-yildan so‘ng, Z ham yadro zaryadining miqdori, ham atomning fizik tavsifi ekani isbotlangach, nemischa Atomzahl so‘zi (va uning ingliz tilidagi muqobili ingl. Atomic number) shu ma’noda keng ishlatila boshlandi.
Kimyoviy xossalar
Har bir element o‘ziga xos kimyoviy xossalarga ega. Bu neytral atomdagi elektronlar soniga, ya’ni Z (atom raqamiga) bog‘liq. Elektron konfiguratsiyasi atomda kvant mexanikasi tamoyillariga ko‘ra shakllanadi. Har bir elementning elektron qobiqlaridagi, ayniqsa eng tashqi valent qobig‘idagi elektronlar soni uning kimyoviy bog‘lanishlarini belgilovchi asosiy omildir. Demak, elementning kimyoviy xossalarini faqat atom raqami belgilaydi. Shu sababli elementni atom raqami bir xil bo‘lgan atomlarning istalgan aralashmasidan iborat modda deb ta’riflash mumkin.
Yangi elementlar
Yangi elementlarni izlashda tadqiqotchilar ularning zaryad sonlari haqidagi tasavvurlarga tayanadilar. 2019-yil oxiridagi holatga ko‘ra, zaryad soni 1 dan 118 gacha bo‘lgan barcha elementlar kashf etilgan edi. Yangi elementlar og‘ir elementlarning nishon atomlarini ionlar bilan bombardimon qilish orqali sintez qilinadi. Bunda nishon atom va «snaryad» ionning zaryad sonlari yig‘indisi hosil qilinadigan elementning zaryad soniga teng bo‘ladi. Odatda, yarim yemirilish davri elementning atom raqami ortishi bilan qisqaradi. Biroq proton va neytronlari soni muayyan bo‘lgan, hali o‘rganilmagan izotoplar orasida barqarorroq sohalar mavjud bo‘lishi mumkin; ular «barqarorlik orollari».
