Pitanja "Od čega se sastoji materija?", "Koja je priroda materije?" oduvek je zaokupljala čovečanstvo. Od davnina su filozofi i naučnici tražili odgovore na ova pitanja, stvarajući kako realistične tako i potpuno nevjerovatne i fantastične teorije i hipoteze. Međutim, bukvalno prije jednog stoljeća, čovječanstvo je bilo što bliže razotkrivanju ove misterije otkrivanjem atomske strukture materije. Ali kakav je sastav jezgra atoma? Od čega je sve napravljeno?
Od teorije do stvarnosti
Do početka dvadesetog veka, struktura atoma je prestala da bude samo hipoteza, već je postala apsolutna činjenica. Pokazalo se da je sastav jezgra atoma vrlo složen koncept. Sadrži električne naboje. Ali postavilo se pitanje: da li sastav atoma i atomskog jezgra uključuje različite količine ovih naboja ili ne?
Planetarni model
U početku se mislilo da je atom izgrađen vrlo slično našem solarnom sistemu. kako godBrzo se pokazalo da ovo gledište nije sasvim tačno. Problem čisto mehaničkog prijenosa astronomske skale slike na područje koje zauzima milioniti dio milimetra doveo je do značajne i dramatične promjene svojstava i kvaliteta fenomena. Glavna razlika su bili mnogo stroži zakoni i pravila po kojima je atom izgrađen.
Nedostaci planetarnog modela
Prvo, pošto atomi iste vrste i elementa moraju biti potpuno isti u smislu parametara i svojstava, orbite elektrona ovih atoma takođe moraju biti iste. Međutim, zakoni kretanja astronomskih tijela nisu mogli dati odgovore na ova pitanja. Druga kontradikcija leži u činjenici da kretanje elektrona duž orbite, ako se na njega primjenjuju dobro proučeni fizički zakoni, nužno mora biti praćeno trajnim oslobađanjem energije. Kao rezultat, ovaj proces bi doveo do iscrpljivanja elektrona, koji bi na kraju izumro, pa čak i pao u jezgro.
Matinska talasna strukturai
Godine 1924. mladi aristokrata Louis de Broglie iznio je ideju koja je preokrenula ideje naučne zajednice o pitanjima kao što su struktura atoma, sastav atomskih jezgara. Ideja je bila da elektron nije samo pokretna lopta koja se okreće oko jezgra. Ovo je mutna supstanca koja se kreće prema zakonima koji nalikuju širenju talasa u svemiru. Vrlo brzo, ova ideja je proširena na kretanje bilo kojeg tijelaopćenito, objašnjavajući da primjećujemo samo jednu stranu samog ovog pokreta, ali se druga zapravo ne manifestira. Možemo vidjeti širenje valova, a ne primijetiti kretanje čestice, ili obrnuto. U stvari, obje ove strane kretanja uvijek postoje, a rotacija elektrona u orbiti nije samo kretanje samog naboja, već i širenje valova. Ovaj pristup se fundamentalno razlikuje od prethodno prihvaćenog planetarnog modela.
Elementarni temelj
Jezgro atoma je centar. Elektroni se okreću oko njega. Sve ostalo je određeno svojstvima jezgra. O takvom konceptu kao što je sastav jezgre atoma potrebno je govoriti od najvažnije točke - od naboja. Atom sadrži određeni broj elektrona koji nose negativan naboj. Samo jezgro ima pozitivan naboj. Iz ovoga možemo izvući određene zaključke:
- Jezgro je pozitivno nabijena čestica.
- Oko jezgra je pulsirajuća atmosfera koju stvaraju naboji.
- Jezgro i njegove karakteristike određuju broj elektrona u atomu.
Svojstva kernela
Bakar, staklo, gvožđe, drvo imaju iste elektrone. Atom može izgubiti nekoliko elektrona ili čak sve. Ako jezgro ostane pozitivno nabijeno, onda je u stanju privući pravu količinu negativno nabijenih čestica iz drugih tijela, što će mu omogućiti da preživi. Ako atom izgubi određeni broj elektrona, tada će pozitivni naboj na jezgri biti veći od ostatka negativnih naboja. ATU tom slučaju će cijeli atom dobiti višak naboja, a može se nazvati pozitivnim jonom. U nekim slučajevima, atom može privući više elektrona i tada će postati negativno nabijen. Stoga se može nazvati negativnim jonom.
Koliko teži atom?
Masa atoma je uglavnom određena jezgrom. Elektroni koji čine atom i atomsko jezgro teže manje od jedne tisućinke ukupne mase. Budući da se masa smatra mjerom energetske rezerve koju supstanca ima, ova činjenica se smatra nevjerovatno važnom kada se proučava takvo pitanje kao što je sastav atomskog jezgra.
Radioaktivnost
Najteža pitanja su se pojavila nakon otkrića rendgenskih zraka. Radioaktivni elementi emituju alfa, beta i gama talase. Ali takvo zračenje mora imati izvor. Rutherford je 1902. godine pokazao da je takav izvor sam atom, odnosno jezgro. S druge strane, radioaktivnost nije samo emisija zraka, već i pretvaranje jednog elementa u drugi, sa potpuno novim hemijskim i fizičkim svojstvima. To jest, radioaktivnost je promjena u jezgru.
Šta znamo o nuklearnoj strukturi?
Prije skoro stotinu godina, fizičar Prout iznio je ideju da elementi u periodnom sistemu nisu slučajni oblici, već kombinacije atoma vodonika. Stoga bi se moglo očekivati da će i naboji i mase jezgara biti izraženi u vidu cijelih i višestrukih naboja samog vodonika. Međutim, to nije sasvim tačno. Proučavanjem svojstava atomajezgri uz pomoć elektromagnetnih polja, fizičar Aston je ustanovio da su elementi čije atomske težine nisu bile cijele i višekratne, zapravo kombinacija različitih atoma, a ne jedne supstance. U svim slučajevima kada atomska težina nije cijeli broj, opažamo mješavinu različitih izotopa. Šta je to? Ako govorimo o sastavu jezgra atoma, izotopi su atomi istog naboja, ali različite mase.
Einstein i jezgro atoma
Teorija relativnosti kaže da masa nije mjera kojom se određuje količina materije, već mjera energije koju materija posjeduje. Prema tome, materija se ne može mjeriti masom, već nabojom koji čini ovu materiju i energijom naboja. Kada se isti naboj približi drugom istom, energija će se povećati, inače će se smanjiti. To, naravno, ne znači promjenu materije. Shodno tome, s ove pozicije, jezgro atoma nije izvor energije, već ostatak nakon njegovog oslobađanja. Dakle, postoji neka kontradikcija.
Neutroni
Kurijevi su, kada su bombardovani alfa česticama berilija, otkrili neke neshvatljive zrake koje, sudarajući se sa jezgrom atoma, odbijaju ga velikom silom. Međutim, oni su u stanju da prođu kroz veliku debljinu materije. Ova kontradikcija je razriješena činjenicom da se pokazalo da data čestica ima neutralni električni naboj. Prema tome, nazvan je neutron. Zahvaljujući daljim istraživanjima, pokazalo se da je masa neutrona skoro ista kao i masa protona. Uopšteno govoreći, neutron i proton su neverovatno slični. Uz razmatranjeIz ovog otkrića definitivno je bilo moguće utvrditi da sastav jezgra atoma uključuje i protone i neutrone, i to u jednakim količinama. Sve je postepeno sjelo na svoje mjesto. Broj protona je atomski broj. Atomska težina je zbir masa neutrona i protona. Izotop se također može nazvati elementom u kojem broj neutrona i protona neće biti jednak jedni drugima. Kao što je gore objašnjeno, u takvom slučaju, iako element ostaje suštinski isti, njegova svojstva se mogu značajno promijeniti.
