Ang kalagitnaan ng huling siglo ay minarkahan ang pagsilang ng isang bagong panahon sa kasaysayan ng sangkatauhan. Ang Panahon ng Bato ay minsang pinalitan ng Panahon ng Tanso, pagkatapos ay sumunod ang mga panahon ng paghahari ng bakal, singaw at kuryente. Nasa pinakasimula na tayo ngayon ng panahon ng atom. Kahit na ang pinaka-mababaw na kaalaman sa larangan ng istruktura ng atomic nucleus ay nagbubukas ng mga hindi pa nagagawang abot-tanaw para sa sangkatauhan.
Ano ang alam natin tungkol sa atomic nucleus? Ang katotohanan na ito ay bumubuo ng 99.99% ng masa ng buong atom at binubuo ng mga particle na karaniwang tinatawag na mga nucleon. Ano ang mga nucleon, ilan sa kanila, kung ano sila, ngayon alam na ng bawat high school student na may solid apat sa physics.
Paano natin maiisip ang istruktura ng atom
Naku, hindi magtatagal na may lalabas na technique na magbibigay-daan sa iyong makita ang mga particle na bumubuo sa isang atom, isang atomic nucleus. Mayroong libu-libong mga katanungan tungkol sa kung paano nakaayos ang bagay, at mayroon ding maraming mga teorya ng istraktura ng mga elementarya na particle. Sa ngayon, ang teorya nasumasagot sa karamihan ng mga tanong, ay ang planetaryong modelo ng istruktura ng atom.
Ayon dito, ang mga electron na may negatibong charge ay umiikot sa isang nucleus na may positibong charge, na hawak ng electrical attraction. Ano ang mga nucleon? Ang katotohanan ay ang nucleus ay hindi monolitik, binubuo ito ng mga positibong sisingilin na proton at neutron - mga particle na may zero charge. Ito ang mga particle kung saan nabuo ang atomic nucleus, at nakaugalian na itong tawaging mga nucleon.
Saan nagmula ang teoryang ito, kung napakaliit ng mga particle? Ang mga siyentipiko ay dumating sa konklusyon tungkol sa planetaryong istraktura ng atom sa pamamagitan ng pagdidirekta ng mga sinag ng iba't ibang microparticle sa pinakamanipis na metal plate.
Ano ang mga sukat nito
Ang kaalaman tungkol sa istruktura ng atom ay hindi magiging kumpleto kung hindi mo maiisip ang mga elemento nito sa isang sukat. Ang nucleus ay napakaliit, kahit na kumpara sa atom mismo. Kung naisip mo ang isang atom, halimbawa, ginto, sa anyo ng isang malaking lobo na may diameter na 200 metro, kung gayon ang core nito ay magiging … isang hazelnut. Ngunit ano ang mga nucleon at bakit sila gumaganap ng isang mahalagang papel? Oo, kung dahil lamang sa kanila na ang buong masa ng atom ay puro.
Sa mga pugad ng kristal na sala-sala, ang mga gintong atomo ay matatagpuan nang medyo makapal, kaya ang distansya sa pagitan ng mga kalapit na "nut" sa sukat na pinagtibay namin ay mga 250-300 metro.
Proton
Matagal nang pinaghihinalaan ng mga siyentipiko na ang nucleus ng isang atom ay hindi isang uri ng monolithic substance. Ang magnitude ng masa at singil, na lumalaki sa "mga hakbang" mula sa isang elemento ng kemikal patungo sa isa pa, ay masakit na kapansin-pansin. Ito ay lohikal na ipagpalagayna mayroong ilang mga particle na may isang nakapirming positibong singil, kung saan ang nuclei ng lahat ng mga atom ay "nakolekta". Kung gaano karaming mga nucleon na may positibong charge ang nasa nucleus, ito ang magiging singil nito.
Ang mga pagpapalagay tungkol sa kumplikadong istraktura ng atomic nucleus ay ginawa noong panahon ng pagtatayo ni Mendeleev ng kanyang periodic table ng mga elemento. Gayunpaman, ang mga teknikal na posibilidad para sa eksperimento na kumpirmahin ang mga haka-haka ay hindi umiiral sa oras na iyon. Sa simula lamang ng ika-20 siglo, gumawa si Ernest Rutherford ng isang eksperimento na nagpapatunay sa pagkakaroon ng proton.
Bilang resulta ng pagkakalantad sa sangkap sa pamamagitan ng radiation ng mga radioactive na metal, paminsan-minsan ay lumilitaw ang isang particle - isang kopya ng nucleus ng hydrogen atom. Pareho itong timbang (1.67 ∙ 10-27 kg) at atomic charge na +1.
Neutron
Ang konklusyon tungkol sa pangangailangang maghanap ng isa pang particle, in absentia na tinatawag na neutron, ay mabilis na dumating. Dahil ang tanong kung gaano karaming mga nucleon ang nasa nucleus at kung ano ang mga ito, ilagay sa hindi pantay na paglaki ng masa at singil na may pagbabago sa ordinal na numero ng elemento. Gumawa si Rutherford ng pagpapalagay tungkol sa pagkakaroon ng isang proton twin na may zero charge, ngunit nabigo siyang kumpirmahin ang kanyang haka-haka.
Sa pangkalahatan, nagkaroon na ng magandang ideya ang mga nuclear scientist kung ano ang mga nucleon at ang quantitative na komposisyon ng atomic nuclei. At ang mailap na butil, ngunit eksperimento na natuklasan ng walang sinuman, ay naghihintay sa mga pakpak. Si James Chadwick ay itinuturing na nakatuklas nito, na nagawang ihiwalay ang "hindi nakikita" mula sa sangkap,ipaiilalim ito sa pambobomba ng helium nuclei na pinabilis sa napakataas na bilis (α-particle). Ang masa ng butil, gaya ng inaasahan, ay naging katumbas ng masa ng naunang natuklasang proton. Ayon sa modernong pananaliksik, ang neutron ay bahagyang mas mabigat.
Kaunti pa tungkol sa "mga brick" ng atomic nucleus
Kalkulahin kung gaano karaming mga nucleon sa nucleus ng isang kemikal na elemento o isotope nito ang madali. Nangangailangan ito ng dalawang bagay: isang periodic table at isang calculator, bagama't maaari mong kalkulahin sa iyong isip. Ang isang halimbawa ay ang dalawang karaniwang isotopes ng uranium: 235 at 238. Ang mga numerong ito ay kumakatawan sa atomic mass. Ang serial number ng uranium ay 92, palagi itong nagsasaad ng singil ng nucleus.
Tulad ng alam mo, ang mga nucleon sa nucleus ng isang atom ay maaaring mga proton na may positibong charge o neutron ng parehong masa, ngunit walang bayad. Ang serial number 92 ay tumutukoy sa numero sa nucleus ng mga proton. Ang bilang ng mga neutron ay kinakalkula sa pamamagitan ng simpleng pagbabawas:
- - uranium 235, bilang ng mga neutron=235 – 92=143;
- - uranium 238, bilang ng mga neutron=238 – 92=146.
At ilang nucleon ang maaaring pagsama-samahin sa isang pagkakataon? Ito ay pinaniniwalaan na sa isang tiyak na yugto sa buhay ng mga bituin na may sapat na masa, kapag ang thermonuclear reaction ay hindi na kayang pigilan ang puwersa ng grabidad, ang presyon sa bituka ng bituin ay tumataas nang labis na ito ay "didikit" ng mga electron sa mga proton. Bilang resulta, ang singil ay nagiging zero, at ang pares ng proton-electron ay nagiging isang neutron. Ang nagreresultang bagay, na binubuo ng "pinisil" na mga neutron, ay sobrang siksik.
Ang isang bituin na tumitimbang sa ating Araw ay nagiging bolailang sampu-sampung kilometro ang lapad. Ang isang kutsarita ng naturang "neutron porridge" ay maaaring tumimbang ng ilang daang tonelada sa Earth.
