הרכב הגרעין של האטום. גרעין האטום

שאלות "מה זה מורכב?""מה טיבו של החומר?" תמיד כבשו את האנושות. מאז ימי קדם, פילוסופים ומדענים חיפשו תשובות לשאלות אלה, יצירת תיאוריות ריאליסטיות לחלוטין מדהים פנטסטי והשערות. עם זאת, פשוטו כמשמעו לפני מאה שנה, האנושות באה לפתרון תעלומה זו קרוב ככל האפשר, חושפת את המבנה האטומי של החומר. אבל מהו הרכב הגרעין של האטום? על מה כל העניין?

מתיאוריה למציאות

בתחילת המאה העשרים, המבנה האטומיחדלה להיות רק היפותזה, אלא הפכה לעובדה מוחלטת. התברר כי הרכב הגרעין של האטום הוא מושג מורכב מאוד. החדר כולל מטענים חשמליים. אבל השאלה התעוררה: הרכב האטום וגרעין האטום כוללים מספר שונה של האשמות אלה או לא?

מודל פלנטרי

במקור דמיין כי האטום נבנה מאודבדומה למערכת השמש שלנו. אולם עד מהרה התברר כי ייצוג כזה אינו נכון לחלוטין. הבעיה של העברה מכנית גרידא של קנה המידה האסטרונומי של התמונה לאזור שתופס מיליוני חלקים של מילימטר, כרוכה בשינוי משמעותי ודרמטי בתכונות ובאיכויות של תופעות. ההבדל העיקרי היה בחוקים ובכללים נוקשים הרבה יותר, שעליה נבנה האטום.

החסרונות של המודל הפלנטרי

ראשית, מאז אטומים מאותו הסוג ואלמנטעל ידי הפרמטרים והמאפיינים חייבים להיות בדיוק אותו הדבר, אז את מסלולי האלקטרונים של אטומים אלה צריך להיות זהה. עם זאת, חוקי התנועה של גופים אסטרונומיים לא יכול לספק תשובות לשאלות אלה. הסתירה השנייה היא שתנועתו של אלקטרון במסלול, אם נפעיל את החוקים הגופניים הנחקרים היטב, חייבת להיות מלווה בהכרח בשחרור קבוע של אנרגיה. כתוצאה מכך, תהליך זה יוביל דלדול של האלקטרון, אשר בסופו של דבר היה דוהה ואף ליפול על הליבה.

מבנה הגל של האםו

בשנת 1924 האריסטוקרט הצעיר לואי דה ברוליהציג רעיון שהפך את השקפות הקהילה המדעית לנושאים כמו מבנה האטום, הרכב הגרעין האטומי. הרעיון היה כי האלקטרון הוא לא רק כדור נע מסתובבת סביב הגרעין. זהו חומר מטושטש הנע על פי חוקים הדומים להפצת גלים בחלל. מהר מאוד התפשט הרעיון הזה לתנועה של כל גוף, והסביר כי אנו מבחינים רק בצד אחד של תנועה זו עצמה, אך השנייה אינה מתבטאת בפועל. אנו יכולים לראות את התפשטות הגל ולא להבחין בתנועה של החלקיק, או להיפך. למעשה, שני הצדדים של ההצעה תמיד קיים, ואת הסיבוב של האלקטרון לאורך מסלול הוא לא רק את ההעתקה של המטען עצמו, אלא גם את התפשטות הגלים. גישה זו שונה מהותית מהמודל הפלנטרי שאומץ בעבר.

בסיס יסודי

גרעין האטום הוא המרכז. סביב זה לסובב אלקטרונים. המאפיינים של הקרנל נקבעים על ידי כל דבר אחר. לדבר על מושג כזה כמו הרכב הגרעין של אטום יש צורך מן הרגע החשוב ביותר - מן החיוב. מספר מסוים של אלקטרונים הם נצפו בהרכב של אטום, אשר לשאת מטען שלילי. לגרעין עצמו יש מטען חיובי. מכאן ניתן להסיק מסקנות מסוימות:

1. הגרעין הוא חלקיק טעון.
2. סביב הגרעין יש אווירה פועמת שנוצרה על ידי מטענים.
3. זהו הגרעין ומאפייניו הקובעים את מספר האלקטרונים באטום.

תכונות ליבה

נחושת, זכוכית, ברזל, עץ יש את אותו הדבראלקטרונים. אטום יכול לאבד זוג אלקטרונים או אפילו את כל. אם הגרעין נשאר טעון חיובי, אז זה יכול לצייר את הסכום הנכון של חלקיקים טעונים שלילי מגופים אחרים, אשר יאפשר לו לשרוד. אם אטום מאבד מספר מסוים של אלקטרונים, המטען החיובי של הגרעין יהיה גדול משארית החיובים השליליים. במקרה זה, אטום כולו ירכוש תשלום עודף, וזה יכול להיקרא יון חיובי. במקרים מסוימים, אטום יכול למשוך יותר אלקטרונים, ואז זה יהיה שלילי טעונה. כתוצאה מכך, זה יכול להיקרא יון שלילי.

כמה שוקל אטום??

המסה של האטום נקבעת בעיקר על ידי הגרעין. אלקטרונים, שהם חלק אטום הגרעין האטומי, שוקלים פחות מאלף מאסת המסה. מאחר והמסה נחשבת למדוד של מאגר האנרגיה שיש לחומר, עובדה זו נחשבת חשובה ביותר בחקר שאלה כזו כמו הרכב הגרעין של האטום.

רדיואקטיביות

השאלות הקשות ביותר התגלו לאחר הגילויצילומי רנטגן. גורמים רדיואקטיביים פולטים גלי אלפא, ביתא וגאמא. אבל לקרינה כזו יש מקור. Rutherford בשנת 1902 הראה כי מקור כזה הוא האטום עצמו, או ליתר דיוק, את הגרעין. מצד שני, רדיואקטיביות היא לא רק פליטת קרניים, אלא גם תרגום של אלמנט אחד למשנהו, עם תכונות כימיות ופיסיקליות חדשות לגמרי. כלומר, רדיואקטיביות היא שינוי בגרעין.

מה אנחנו יודעים על המבנה הגרעיני?

לפני כמעט מאה שנה הציג הפיסיקאי פרוט את הרעיוןהעובדה כי האלמנטים במערכת תקופתית אינם צורות לא ברורות, אבל הם שילובים של אטומי מימן. לכן, ניתן לצפות כי הן מטענים והן המוני גרעינים יבואו לידי ביטוי במונחים של חיובים שלמים ומרובים של מימן עצמו. עם זאת, זה לא לגמרי נכון. בחקר תכונות הגרעין האטומי באמצעות שדות אלקטרומגנטיים, קבע הפיסיקאי אסטון כי אלמנטים אשר משקלם האטומי אינם אינטגרליים ומרובים, למעשה - שילוב של אטומים שונים, ולא של חומר אחד. בכל המקרים, כאשר המשקל האטומי אינו מספר שלם, אנו מתבוננים בתערובת של איזוטופים שונים. מה זה? אם אנחנו מדברים על הרכב הגרעין של האטום, האיזוטופים הם אטומים עם חיובים זהים, אבל עם המוני שונים.

איינשטיין וגרעין האטום

תורת היחסות אומרת כי המסה היאזה לא מדד שבו כמות החומר נקבעת, אבל למדוד של האנרגיה החשובה יש. לפיכך, החומר ניתן למדוד לא על ידי מסה, אלא על ידי המטען שמרכיב את החומר הזה, ועל ידי האנרגיה תשלום. כאשר אותו מטען מתקרב לאותו דבר, האנרגיה תגדל, במקרה ההפוך - ירידה. זה, כמובן, לא אומר שינוי בחומר. לפיכך, מעמדה זו, גרעין האטום אינו מקור אנרגיה, אלא שאריות לאחר שחרורו. לפיכך, יש סתירה.

נויטרונים

הזוג קארי בהפצצת חלקיקי אלפאבריליום גילה כמה קרניים בלתי נתפסות, אשר, מתנגש עם גרעין האטום, לדחוף אותו בכוח רב. עם זאת, הם יכולים לעבור דרך עובי גדול של החומר. סתירה זו נפתרה על ידי העובדה כי חלקיק נתון התברר יש מטען חשמלי ניטרלי. לפיכך, הוא נקרא נויטרונים. הודות למחקרים נוספים, התברר כי המסה של נויטרונים היא כמעט זהה לזו של פרוטון. באופן כללי, הנויטרונים והפרוטונים דומים להפליא. אם ניקח בחשבון את הגילוי הזה, אפשר בהחלט לקבוע שהפרוטון והנייטרונים נכנסים לגרעין האטומי, ובכמויות שוות. הכל נעשה בהדרגה. מספר הפרוטונים הוא מספר אטומי. משקל אטומי הוא סכום של המוני נויטרונים ופרוטונים. איזוטופ יכול גם להיקרא אלמנט שבו מספר הנייטרונים והפרוטונים לא יהיו שווים זה לזה. כאמור, במקרה זה, למרות שהאלמנט נשאר בעובדות זהה, המאפיינים שלו יכולים להשתנות באופן משמעותי.