Viime vuosisadan puolivälissä syntyi uusi aikakausi ihmiskunnan historiassa. Kivikausi korvattiin kerran pronssikaudella, jonka jälkeen seurasivat raudan, höyryn ja sähkön hallituskausi. Olemme nyt aivan atomin aikakauden alussa. Jopa pinnallisin tieto atomiytimen rakenteesta avaa ihmiskunnalle ennennäkemättömiä näköaloja.
Mitä tiedämme atomiytimestä? Se, että se muodostaa 99,99% koko atomin massasta ja koostuu hiukkasista, joita kutsutaan yleisesti nukleoneiksi. Mitä ovat nukleonit, kuinka monta niitä, mitä ne ovat, nyt jokainen lukiolainen, jolla on kiinteä neljä fysiikassa, tietää.
Miten kuvittelemme atomin rakenteen
Valitettavasti, vasta pian ilmestyy tekniikka, jonka avulla voit nähdä hiukkaset, jotka muodostavat atomin, atomiytimen. Aineen järjestykseen liittyy tuhansia kysymyksiä, ja myös alkuainehiukkasten rakenteesta on olemassa paljon teorioita. Tähän mennessä teoria, ettävastaa useimpiin kysymyksiin, on planeettamalli atomin rakenteesta.
Sen mukaan negatiivisesti varautuneet elektronit pyörivät positiivisesti varautuneen ytimen ympärillä, jota pitää sähköinen vetovoima. Mitä ovat nukleonit? Tosiasia on, että ydin ei ole monoliittinen, se koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja neutroneista - hiukkasista, joilla on nollavaraus. Nämä ovat hiukkasia, joista atomiydin rakennetaan, ja niitä on tapana kutsua nukleoneiksi.
Mistä tämä teoria tuli, jos hiukkaset ovat niin pieniä? Tutkijat tulivat johtopäätökseen atomin planeettarakenteesta ohjaamalla erilaisten mikrohiukkasten säteitä ohuimmille metallilevyille.
Mitkä ovat sen mitat
Tieto atomin rakenteesta ei ole täydellistä, jos et kuvittele sen elementtejä mittakaavassa. Ydin on erittäin pieni, jopa verrattuna itse atomiin. Jos kuvittelet atomin, esimerkiksi kullan, v altavan ilmapallon muodossa, jonka halkaisija on 200 metriä, sen ydin on vain … hasselpähkinä. Mutta mitä nukleonit ovat ja miksi niillä on niin tärkeä rooli? Kyllä, jos vain siksi, että niihin on keskittynyt koko atomin massa.
Kidehilan pesissä kultaatomit sijaitsevat melko tiheästi, joten naapurimaiden "pähkinöiden" välinen etäisyys valitsemassamme mittakaavassa on noin 250-300 metriä.
Protoni
Tutkijat ovat pitkään epäilleet, että atomin ydin ei ole jonkinlainen monoliittinen aine. Massan ja varauksen suuruudet, jotka kasvoivat "askelittain" kemiallisesta alkuaineesta toiseen, olivat tuskallisen silmiinpistäviä. Oli loogista olettaaettä on tiettyjä hiukkasia, joilla on kiinteä positiivinen varaus ja joista kaikkien atomien ytimet "kerätään". Kuinka monta positiivisesti varautunutta nukleonia ytimessä on, tämä on sen varaus.
Oletuksia atomiytimen monimutkaisesta rakenteesta tehtiin Mendelejevin alkuaineiden jaksollisen taulukon rakentamisen aikana. Tuolloin ei kuitenkaan vielä ollut teknisiä mahdollisuuksia arvelujen kokeelliseen vahvistamiseen. Ernest Rutherford teki vasta 1900-luvun alussa kokeen, joka vahvisti protonin olemassaolon.
Radioaktiivisten metallien säteilyn aiheuttaman aineelle altistumisen seurauksena ajoittain ilmaantui hiukkanen - kopio vetyatomin ytimestä. Sillä oli sama paino (1,67 ∙ 10-27 kg) ja atomivaraus +1.
Neutron
Johtopäätös tarpeesta etsiä toista hiukkasta, jota poissaolevana kutsutaan neutroniksi, tuli nopeasti. Koska kysymys siitä, kuinka monta nukleonia ytimessä on ja mitä ne ovat, piilee massan ja varauksen epätasaisessa kasvussa elementin järjestysluvun muutoksella. Rutherford teki oletuksen protonikaksosen olemassaolosta, jolla on nollavaraus, mutta hän ei vahvistanut olettamustaan.
Yleensä ydintutkijoilla oli jo hyvä käsitys siitä, mitä nukleonit ovat ja atomiytimien kvantitatiivisesta koostumuksesta. Ja vaikeasti löydetty hiukkanen, jota kukaan ei kuitenkaan löytänyt kokeellisesti, odotti siivillä. James Chadwickiä pidetään sen löytäjänä, joka onnistui eristämään "näkymättömän" aineesta,pommittamalla sitä erittäin suuriin nopeuksiin kiihdytetyillä heliumytimillä (α-hiukkasilla). Hiukkasen massa, kuten odotettiin, osoittautui yhtä suureksi kuin aiemmin löydetyn protonin massa. Nykyaikaisen tutkimuksen mukaan neutroni on hieman raskaampi.
Hieman lisää atomiytimen "tiileistä"
Kemiallisen alkuaineen tai sen isotoopin ytimessä olevien nukleonien laskeminen on helppoa. Tämä vaatii kaksi asiaa: jaksollisen taulukon ja laskimen, vaikka voit laskea mielessäsi. Esimerkkinä ovat uraanin kaksi yleistä isotooppia: 235 ja 238. Nämä luvut edustavat atomimassaa. Uraanin sarjanumero on 92, se ilmaisee aina ytimen varausta.
Kuten tiedätte, atomin ytimessä olevat nukleonit voivat olla joko positiivisesti varautuneita protoneja tai samanmassaisia neutroneja, mutta ilman varausta. Sarjanumero 92 tarkoittaa protonien ytimessä olevaa numeroa. Neutronien lukumäärä lasketaan yksinkertaisella vähennyksellä:
- - uraani 235, neutronien lukumäärä=235 – 92=143;
- - uraani 238, neutronien lukumäärä=238 – 92=146.
Ja kuinka monta nukleonia voidaan yhdistää kerralla? Uskotaan, että riittävän massaisten tähtien elämän tietyssä vaiheessa, kun lämpöydinreaktio ei enää pysty hillitsemään painovoimaa, tähden suoliston paine kasvaa niin paljon, että se "tarttuu" elektroneja kiinni. protonit. Tämän seurauksena varauksesta tulee nolla ja protoni-elektroni-parista tulee neutroni. Tuloksena oleva aine, joka koostuu "puristetuista" neutroneista, on erittäin tiheää.
Auringossamme painava tähti muuttuu palloksihalkaisij altaan useita kymmeniä kilometrejä. Yksi teelusikallinen tällaista "neutronipuuroa" voisi painaa useita satoja tonneja maan päällä.
