Klausimai "Iš ko susideda materija?", "Kokia yra materijos prigimtis?" visada okupavo žmoniją. Nuo senų senovės filosofai ir mokslininkai ieško atsakymų į šiuos klausimus, kurdami ir realistiškas, ir visiškai nuostabias, ir fantastiškas teorijas bei hipotezes. Tačiau pažodžiui prieš šimtmetį žmonija, atradusi atominę materijos struktūrą, kiek įmanoma priartėjo prie šios paslapties išaiškinimo. Bet kokia yra atomo branduolio sudėtis? Iš ko visa tai padaryta?
Nuo teorijos iki realybės
Iki dvidešimtojo amžiaus pradžios atominė struktūra nustojo būti tik hipotezė, bet tapo absoliučiu faktu. Paaiškėjo, kad atomo branduolio sudėtis yra labai sudėtinga sąvoka. Jame yra elektros krūvių. Tačiau iškilo klausimas: ar atomo ir atomo branduolio sudėtis apima skirtingus šių krūvių kiekius, ar ne?
Planetos modelis
Iš pradžių buvo manoma, kad atomas sukurtas labai panašus į mūsų saulės sistemą. TačiauGreitai paaiškėjo, kad toks požiūris nebuvo visiškai teisingas. Grynai mechaninio astronominio paveikslo mastelio perkėlimo į plotą, užimantį milijonines milimetro dalis, problema lėmė reikšmingą ir dramatišką reiškinių savybių ir savybių pasikeitimą. Pagrindinis skirtumas buvo daug griežtesni įstatymai ir taisyklės, pagal kurias kuriamas atomas.
Planetos modelio trūkumai
Pirma, kadangi tos pačios rūšies atomai ir elementas turi būti visiškai vienodi pagal parametrus ir savybes, šių atomų elektronų orbitos taip pat turi būti vienodos. Tačiau astronominių kūnų judėjimo dėsniai negalėjo pateikti atsakymų į šiuos klausimus. Antrasis prieštaravimas slypi tame, kad elektrono judėjimą išilgai orbitos, jei jam taikomi gerai ištirti fizikiniai dėsniai, būtinai turi lydėti nuolatinis energijos išleidimas. Dėl to šis procesas sukeltų elektronų išeikvojimą, kuris ilgainiui išnyktų ir net nukristų į branduolį.
Motinos bangos struktūrair
1924 m. jaunas aristokratas Louis de Broglie iškėlė idėją, kuri pakeitė mokslo bendruomenės idėjas tokiais klausimais kaip atomo sandara, atomų branduolių sudėtis. Idėja buvo ta, kad elektronas nėra tik judantis rutulys, besisukantis aplink branduolį. Tai neryški medžiaga, kuri juda pagal dėsnius, primenančius bangų sklidimą erdvėje. Gana greitai ši idėja buvo išplėsta į bet kurio kūno judėjimąapskritai, aiškinant, kad pastebime tik vieną šio judėjimo pusę, bet antroji iš tikrųjų nepasireiškia. Galime matyti bangų sklidimą ir nepastebėti dalelės judėjimo arba atvirkščiai. Tiesą sakant, abi šios judėjimo pusės egzistuoja visada, o elektrono sukimasis orbitoje yra ne tik paties krūvio judėjimas, bet ir bangų sklidimas. Šis metodas iš esmės skiriasi nuo anksčiau priimto planetinio modelio.
Pagrindinis pagrindas
Atomo branduolys yra centras. Aplink jį sukasi elektronai. Visa kita lemia šerdies savybės. Apie tokią sąvoką kaip atomo branduolio sudėtis reikia kalbėti nuo svarbiausio taško – nuo krūvio. Atomas turi tam tikrą skaičių elektronų, turinčių neigiamą krūvį. Pats branduolys turi teigiamą krūvį. Iš to galime padaryti tam tikras išvadas:
- Branduolys yra teigiamai įkrauta dalelė.
- Šerdyje yra pulsuojanti atmosfera, kurią sukuria krūviai.
- Branduolys ir jo charakteristikos lemia elektronų skaičių atome.
Brandulio ypatybės
Varis, stiklas, geležis, mediena turi tuos pačius elektronus. Atomas gali prarasti porą elektronų ar net visus. Jei branduolys išlieka teigiamai įkrautas, jis gali pritraukti reikiamą kiekį neigiamo krūvio dalelių iš kitų kūnų, o tai leis jam išgyventi. Jei atomas praranda tam tikrą skaičių elektronų, teigiamas branduolio krūvis bus didesnis už likusius neigiamus krūvius. ATTokiu atveju visas atomas įgis perteklinį krūvį, ir jį galima pavadinti teigiamu jonu. Kai kuriais atvejais atomas gali pritraukti daugiau elektronų, tada jis bus neigiamai įkrautas. Todėl jį galima pavadinti neigiamu jonu.
Kiek sveria atomas?
Atomo masę daugiausia lemia branduolys. Elektronai, sudarantys atomą ir atomo branduolį, sveria mažiau nei vieną tūkstantąją visos masės. Kadangi masė laikoma medžiagos turimo energijos rezervo matu, šis faktas laikomas nepaprastai svarbiu nagrinėjant tokį klausimą kaip atomo branduolio sudėtis.
Radioaktyvumas
Sunkiausi klausimai iškilo atradus rentgeno spindulius. Radioaktyvieji elementai skleidžia alfa, beta ir gama bangas. Tačiau tokia spinduliuotė turi turėti š altinį. Rutherfordas 1902 m. parodė, kad toks š altinis yra pats atomas, tiksliau, branduolys. Kita vertus, radioaktyvumas – tai ne tik spindulių išskyrimas, bet ir vieno elemento pavertimas kitu, turinčiu visiškai naujų cheminių ir fizinių savybių. Tai reiškia, kad radioaktyvumas yra branduolio pokytis.
Ką žinome apie branduolinę struktūrą?
Beveik prieš šimtą metų fizikas Proutas iškėlė idėją, kad periodinės lentelės elementai nėra atsitiktinės formos, o yra vandenilio atomų deriniai. Todėl galima tikėtis, kad tiek branduolių krūviai, tiek masės bus išreikšti paties vandenilio sveikaisiais ir daugybiniais krūviais. Tačiau tai ne visai tiesa. Tiriant atomo savybesbranduolius elektromagnetinių laukų pagalba fizikas Astonas nustatė, kad elementai, kurių atominis svoris nebuvo sveikieji skaičiai ir kartotiniai, iš tikrųjų yra skirtingų atomų, o ne vienos medžiagos derinys. Visais atvejais, kai atominė masė nėra sveikas skaičius, stebime skirtingų izotopų mišinį. Kas tai yra? Jei kalbėtume apie atomo branduolio sudėtį, izotopai yra vienodo krūvio, bet skirtingos masės atomai.
Einšteinas ir atomo branduolys
Reliatyvumo teorija teigia, kad masė yra ne matas, pagal kurį nustatomas medžiagos kiekis, o medžiagos turimos energijos matas. Atitinkamai, materiją galima išmatuoti ne pagal masę, o pagal krūvį, sudarantį šią medžiagą, ir krūvio energiją. Kai tas pats krūvis artėja prie kito tokio paties krūvio, energija padidės, priešingu atveju sumažės. Tai, žinoma, nereiškia materijos pasikeitimo. Atitinkamai, iš šios padėties atomo branduolys nėra energijos š altinis, o veikiau likutis po jo išleidimo. Taigi yra tam tikras prieštaravimas.
Neutronai
Kiuriai, bombarduojami berilio alfa dalelėmis, atrado kai kuriuos nesuprantamus spindulius, kurie, susidūrę su atomo branduoliu, atstumia jį su didele jėga. Tačiau jie gali praeiti per didelį medžiagos storį. Šis prieštaravimas buvo išspręstas tuo, kad duotoji dalelė pasirodė turinti neutralų elektros krūvį. Atitinkamai, jis buvo vadinamas neutronu. Tolesnių tyrimų dėka paaiškėjo, kad neutrono masė yra beveik tokia pati kaip protono. Paprastai tariant, neutronas ir protonas yra neįtikėtinai panašūs. Su svarstymuIš šio atradimo tikrai buvo galima nustatyti, kad atomo branduolio sudėtis apima ir protonus, ir neutronus, ir vienodais kiekiais. Viskas pamažu stojo į savo vietas. Protonų skaičius yra atominis skaičius. Atominis svoris yra neutronų ir protonų masių suma. Izotopu taip pat galima vadinti elementą, kuriame neutronų ir protonų skaičius nebus lygus vienas kitam. Kaip aptarta aukščiau, tokiu atveju, nors elementas iš esmės išlieka toks pat, jo savybės gali iš esmės pasikeisti.
