Vprašanja "Iz česa je sestavljena snov?", "Kakšna je narava materije?" že od nekdaj okupira človeštvo. Filozofi in znanstveniki že od antičnih časov iščejo odgovore na ta vprašanja in ustvarjajo tako realistične kot popolnoma neverjetne in fantastične teorije in hipoteze. Vendar pa se je človeštvo dobesedno pred stoletjem čim bolj približalo razkritju te skrivnosti z odkrivanjem atomske strukture snovi. Toda kakšna je sestava jedra atoma? Iz česa je vse narejeno?
Od teorije do realnosti
Do začetka dvajsetega stoletja je atomska struktura prenehala biti le hipoteza, ampak je postala absolutno dejstvo. Izkazalo se je, da je sestava atomskega jedra zelo zapleten koncept. Vsebuje električne naboje. Toda pojavilo se je vprašanje: ali sestava atoma in atomskega jedra vključuje različne količine teh nabojev ali ne?
Planetarni model
Na začetku je veljalo, da je atom zgrajen zelo podoben našemu sončnemu sistemu. VendarHitro se je izkazalo, da ta pogled ni povsem pravilen. Problem povsem mehanskega prenosa astronomskega merila slike na območje, ki zavzema milijoninke milimetra, je pripeljalo do pomembne in dramatične spremembe lastnosti in kakovosti pojavov. Glavna razlika so bili veliko strožji zakoni in pravila, po katerih je zgrajen atom.
Slabosti planetarnega modela
Prvič, ker morajo biti atomi iste vrste in elementa popolnoma enaki glede na parametre in lastnosti, morajo biti tudi orbite elektronov teh atomov enake. Vendar zakoni gibanja astronomskih teles niso mogli dati odgovorov na ta vprašanja. Drugo protislovje je v tem, da mora gibanje elektrona vzdolž orbiti, če se nanj uporabijo dobro preučeni fizikalni zakoni, nujno spremljati trajni sproščanje energije. Posledično bi ta proces vodil do izčrpavanja elektrona, ki bi sčasoma izumrl in celo padel v jedro.
Matinska valovna strukturain
Leta 1924 je mladi aristokrat Louis de Broglie predstavil idejo, ki je spremenila ideje znanstvene skupnosti o vprašanjih, kot so struktura atoma, sestava atomskih jeder. Ideja je bila, da elektron ni le gibljiva krogla, ki se vrti okoli jedra. To je zamegljena snov, ki se giblje v skladu z zakoni, ki spominjajo na širjenje valov v vesolju. Precej hitro se je ta ideja razširila na gibanje katerega koli telesana splošno razlaga, da opazimo samo eno stran prav tega gibanja, druga pa se dejansko ne manifestira. Vidimo lahko širjenje valov in ne opazimo gibanja delca ali obratno. Pravzaprav obe strani gibanja vedno obstajata in vrtenje elektrona v orbiti ni le gibanje samega naboja, ampak tudi širjenje valov. Ta pristop se bistveno razlikuje od prej sprejetega planetarnega modela.
Elementarna osnova
Jedro atoma je središče. Okoli njega se vrtijo elektroni. Vse ostalo je odvisno od lastnosti jedra. O takem konceptu, kot je sestava jedra atoma, je treba govoriti z najpomembnejše točke - od naboja. Atom vsebuje določeno število elektronov, ki nosijo negativen naboj. Samo jedro ima pozitiven naboj. Iz tega lahko sklepamo:
- Jedro je pozitivno nabit delec.
- Okoli jedra je utripajoče ozračje, ki ga ustvarjajo naboji.
- Jedro in njegove značilnosti določajo število elektronov v atomu.
Lastnosti jedra
Baker, steklo, železo, les imajo enake elektrone. Atom lahko izgubi nekaj elektronov ali celo vse. Če jedro ostane pozitivno nabito, potem lahko pritegne pravo količino negativno nabitih delcev iz drugih teles, kar mu bo omogočilo preživetje. Če atom izgubi določeno število elektronov, bo pozitivni naboj jedra večji od preostalih negativnih nabojev. ATV tem primeru bo celoten atom pridobil presežek naboja in ga lahko imenujemo pozitivni ion. V nekaterih primerih lahko atom pritegne več elektronov, nato pa postane negativno nabit. Zato ga lahko imenujemo negativni ion.
Koliko tehta atom?
Maso atoma v glavnem določa jedro. Elektroni, ki sestavljajo atom in atomsko jedro, tehtajo manj kot tisočinko celotne mase. Ker se masa šteje za merilo zaloge energije, ki jo ima snov, se to dejstvo šteje za izjemno pomembno pri preučevanju takšnega vprašanja, kot je sestava atomskega jedra.
Radioaktivnost
Najtežja vprašanja so se pojavila po odkritju rentgenskih žarkov. Radioaktivni elementi oddajajo alfa, beta in gama valove. Toda takšno sevanje mora imeti vir. Rutherford je leta 1902 pokazal, da je tak vir sam atom ali bolje rečeno jedro. Po drugi strani pa radioaktivnost ni le oddajanje žarkov, temveč tudi pretvorba enega elementa v drugega, s popolnoma novimi kemičnimi in fizikalnimi lastnostmi. To pomeni, da je radioaktivnost sprememba v jedru.
Kaj vemo o jedrski strukturi?
Pred skoraj sto leti je fizik Prout predstavil idejo, da elementi v periodnem sistemu niso naključne oblike, ampak so kombinacije atomov vodika. Zato bi lahko pričakovali, da bodo tako naboji kot mase jeder izraženi v obliki celih in večkratnih nabojev samega vodika. Vendar to ni čisto res. S preučevanjem lastnosti atomajeder s pomočjo elektromagnetnih polj je fizik Aston ugotovil, da so elementi, katerih atomska teža ni bila cela in večkratna, pravzaprav kombinacija različnih atomov in ne ena snov. V vseh primerih, ko atomska teža ni celo število, opazimo mešanico različnih izotopov. kaj je to? Če govorimo o sestavi jedra atoma, so izotopi atomi z enakim nabojem, vendar z različnimi masami.
Einstein in jedro atoma
Teorija relativnosti pravi, da masa ni merilo, s katerim se določa količina snovi, temveč merilo energije, ki jo ima snov. V skladu s tem se snovi ne more meriti z maso, temveč z nabojem, ki sestavlja to snov, in energijo naboja. Ko se enak naboj približa drugemu enakemu, se bo energija povečala, sicer se bo zmanjšala. To seveda ne pomeni spremembe zadeve. V skladu s tem s tega položaja jedro atoma ni vir energije, temveč ostanek po njegovem sproščanju. Torej je nekaj protislovja.
nevtroni
Curijevci so ob bombardiranju z alfa delci berilija odkrili nekaj nerazumljivih žarkov, ki ob trku z jedrom atoma odbijejo z veliko silo. Vendar pa lahko prehajajo skozi veliko debelino snovi. To protislovje je bilo razrešeno z dejstvom, da se je izkazalo, da ima dani delec nevtralen električni naboj. V skladu s tem se je imenoval nevtron. Zahvaljujoč nadaljnjim raziskavam se je izkazalo, da je masa nevtrona skoraj enaka masi protona. Na splošno sta si nevtron in proton neverjetno podobna. Z upoštevanjemIz tega odkritja je bilo vsekakor mogoče ugotoviti, da sestava jedra atoma vključuje tako protone kot nevtrone in to v enakih količinah. Vse se je postopoma postavilo na svoje mesto. Število protonov je atomsko število. Atomska teža je vsota mas nevtronov in protonov. Izotop lahko imenujemo tudi element, v katerem število nevtronov in protonov med seboj ne bo enako. Kot je razloženo zgoraj, se lahko v takem primeru, čeprav element ostane v bistvu enak, njegove lastnosti bistveno spremenijo.
