Kaikki aine koostuu elementeistä. Mutta miksi kaikki ympärillämme on niin erilaista? Vastaus liittyy pieniin hiukkasiin. Niitä kutsutaan protoneiksi. Toisin kuin elektroneilla, joilla on negatiivinen varaus, näillä alkuainehiukkasilla on positiivinen varaus. Mitä nämä hiukkaset ovat ja miten ne toimivat?
Protonit kaikkialla
Millä alkuainehiukkasella on positiivinen varaus? Kaikki, mitä voidaan koskea, nähdä ja tuntea, koostuu atomeista, pienimmistä rakennuspalikoista, jotka muodostavat kiinteitä aineita, nesteitä ja kaasuja. Ne ovat liian pieniä, jotta niitä voitaisiin tarkastella lähemmin, mutta niistä muodostuu esimerkiksi tietokoneesi, juomasi vesi ja jopa hengittämäsi ilma. On olemassa monenlaisia atomeja, mukaan lukien happi, typpi ja rauta. Jokaista näistä tyypeistä kutsutaan elementeiksi.
Jotkut niistä ovat kaasuja (happea). Nikkelielementti on väriltään hopea. On muitakinominaisuuksia, jotka erottavat nämä pienet hiukkaset toisistaan. Mikä oikeastaan tekee näistä elementeistä erilaisia? Vastaus on yksinkertainen: niiden atomeissa on eri määrä protoneja. Tällä alkuainehiukkasella on positiivinen varaus ja se sijaitsee atomin keskustassa.
Kaikki atomit ovat ainutlaatuisia
Atomit ovat hyvin samank altaisia, mutta protonien eri määrä tekee niistä ainutlaatuisen elementin. Esimerkiksi happiatomeissa on 8 protonia, vetyatomeissa vain 1 ja kultaatomeissa 79. Voit kertoa atomista paljon pelkällä sen protonit laskemalla. Nämä alkuainehiukkaset sijaitsevat itse ytimessä. Alunperin luultiin perushiukkaseksi, mutta viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että protonit koostuvat pienemmistä ainesosista, joita kutsutaan kvarkeiksi.
Mikä on protoni?
Millä alkuainehiukkasella on positiivinen varaus? Tämä on protoni. Tämä on subatomisen hiukkasen nimi, joka on jokaisen atomin ytimessä. Itse asiassa protonien lukumäärä jokaisessa atomissa on atomiluku. Viime aikoihin asti sitä pidettiin perushiukkasena. Uudet tekniikat ovat kuitenkin johtaneet havaintoon, että protoni koostuu pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkeiksi. Kvarkki on aineen perushiukkanen, joka on löydetty vasta äskettäin.
Mistä protonit tulevat?
Alkuainehiukkanen, jolla on positiivinen varaus,kutsutaan protoniksi. Nämä alkuaineet voivat muodostua epävakaiden neutronien ilmaantumisen seurauksena. Noin 900 sekunnin kuluttua ytimestä pomppiva neutroni hajoaa atomin muiksi alkuainehiukkasiksi: protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi.
Toisin kuin neutroni, vapaa protoni on vakaa. Kun vapaat protonit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ne muodostavat vetymolekyylejä. Aurinkomme, kuten useimmat muut maailmankaikkeuden tähdet, on enimmäkseen vetyä. Protoni on pienin alkuainehiukkanen, jonka varaus on +1. Elektronin varaus on -1, kun taas neutronilla ei ole varausta ollenkaan.
Subatomiset hiukkaset: sijainti ja varaus
Elementeille on tunnusomaista niiden atomirakenne, joka koostuu subatomisista alkuainehiukkasista: protoneista, neutroneista ja elektroneista. Kaksi ensimmäistä ryhmää sijaitsevat atomin ytimessä (keskipisteessä) ja niiden massa on yksi atomimassa. Elektronit sijaitsevat ytimen ulkopuolella vyöhykkeillä, joita kutsutaan "kuoriksi". Ne painavat melkein mitään. Atomimassaa laskettaessa huomioidaan vain protonit ja neutronit. Atomin massa on niiden summa.
Summaamalla molekyylin kaikkien atomien atomimassat voidaan arvioida molekyylimassa, joka ilmaistaan atomimassayksiköissä (jota kutsutaan d altoneiksi). Jokainen raskas hiukkanen (neutroni, protoni) painaa yhden atomimassan, joten heliumatomi (He), jokasiinä on kaksi protonia, kaksi neutronia ja kaksi elektronia, se painaa noin neljä atomimassayksikköä (kaksi protonia plus kaksi neutronia). Sijainnin ja massan lisäksi jokaisella subatomisella hiukkasella on ominaisuus nimeltä "varaus". Se voi olla "positiivinen" tai "negatiivinen".
Elementeillä, joilla on sama varaus, on taipumus heijastaa toisiaan, kun taas objektit, joilla on vastakkaiset varaukset, houkuttelevat toisiaan. Millä alkuainehiukkasella on positiivinen varaus? Tämä on protoni. Neutroneilla ei ole lainkaan varausta, mikä antaa ytimelle kokonaisvarauksen. Jokaisella elektronilla on negatiivinen varaus, joka on yhtä suuri kuin protonin positiivinen varaus. Ytimen elektronit ja protonit vetoavat toisiinsa, ja tämä on voima, joka pitää atomin koossa, samanlainen kuin painovoima, joka pitää Kuun kiertoradalla Maan ympäri.
Vakaa subatomipartikkeli
Millä alkuainehiukkasella on positiivinen varaus? Vastaus on tiedossa: protoni. Lisäksi se on suuruudeltaan yhtä suuri kuin elektronin yksikkövaraus. Sen massa levossa on kuitenkin 1,67262 × 10-27 kg, mikä on 1836 kertaa elektronin massa. Protonit yhdessä sähköisesti neutraalien hiukkasten kanssa, joita kutsutaan neutroneiksi, muodostavat kaikki atomiytimet paitsi vety. Jokaisessa tietyn kemiallisen alkuaineen ytimessä on sama määrä protoneja. Tämän alkuaineen atominumero määrittää sen sijainnin jaksollisessa taulukossa.
Protonin löytö
Positiivisen varauksen omaava alkuainehiukkanen on protoni, jonka löytö juontaa juurensa aikaisimpiin atomien rakennetutkimuksiin. Tutkittaessa ionisoituneiden kaasumaisten atomien ja molekyylien virtauksia, joista elektronit poistettiin, määritettiin positiivinen hiukkanen, joka on mass altaan yhtä suuri kuin vetyatomi. Ernest Rutherford (1919) osoitti, että typpi, kun sitä pommitetaan alfahiukkasilla, emittoi vedystä. Vuoteen 1920 mennessä hän eristi vetyytimistä alkuainehiukkasen ja kutsui sitä protoniksi.
Suurenergisen hiukkasfysiikan tutkimus 1900-luvun lopulla paransi rakenteellista ymmärrystä protonin luonteesta subatomisten hiukkasten joukossa. On osoitettu, että protonit ja neutronit koostuvat pienemmistä hiukkasista ja luokitellaan baryoneiksi - hiukkasiksi, jotka koostuvat kolmesta aineen alkuaineyksiköstä, jotka tunnetaan kvarkeina.
Subatomi hiukkanen: kohti suurta yhtenäistä teoriaa
Atomi on pieni pala ainetta, joka on tietty alkuaine. Jonkin aikaa uskottiin, että se oli pienin aine, joka voi olla olemassa. Mutta 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa tiedemiehet havaitsivat, että atomit koostuvat tietyistä subatomisista hiukkasista ja että riippumatta siitä, mikä alkuaine, samat subatomiset hiukkaset muodostavat atomin. Erilaisten subatomisten hiukkasten määrä on ainoa asia, joka muuttuu.
Tutkijat tunnustavat nyt, että subatomisia hiukkasia on monia. Mutta menestyäksesi kemiassa, sinun tarvitsee vain käsitellä kolmea pääasiaa: protonit, neutronit ja elektronit. Aine voidaan varata sähköisesti kahdella tavalla: positiivinen tai negatiivinen.
Miksi kutsutaan positiivisen varauksen omaavaa alkuainehiukkasta? Vastaus on yksinkertainen: protoni, hän kantaa yhden yksikön positiivista varausta. Ja negatiivisesti varautuneiden elektronien läsnäolon vuoksi atomi itse on neutraali. Joskus jotkut atomit voivat saada tai menettää elektroneja ja saada varauksen. Tässä tapauksessa niitä kutsutaan ioneiksi.
Atomin alkuainehiukkaset: järjestetty järjestelmä
Atomilla on systemaattinen ja järjestetty rakenne, joka tarjoaa vakauden ja vastaa kaikenlaisista aineen ominaisuuksista. Näiden subatomisten hiukkasten tutkimus alkoi yli sata vuotta sitten, ja tähän mennessä tiedämme niistä jo paljon. tiedemiehet ovat havainneet, että suurin osa atomista on tyhjä ja harvaan asuttu "elektroneilla". Ne ovat negatiivisesti varautuneita kevyitä hiukkasia, jotka pyörivät keskellä olevan raskaan osan ympärillä, joka on 99,99 % atomin kokonaismassasta. Elektronien luonteen selvittäminen oli helpompaa, mutta lukuisten nerokkaiden tutkimusten jälkeen tuli tiedoksi, että ytimessä on positiivisia protoneja ja neutraaleja neutroneja.
Kaikkeuden universumin jokainen yksikkö koostuu atomeista
Avain useimpien aineen ominaisuuksien ymmärtämiseen on se, että jokainen universumissamme oleva yksikkö koostuu atomeista. Luonnossa esiintyviä atomityyppejä on 92, ja ne muodostavat molekyylejä, yhdisteitä ja muun tyyppisiä aineita luodakseen monimutkaisen maailman ympärillemme. Vaikka nimi "atomi" on johdettu kreikan sanasta átomos, joka tarkoittaa "jakamatonta", nykyaikainen fysiikka on osoittanut, että se ei ole aineen lopullinen rakennuspalikka ja todellakin "jakaa" subatomisiksi hiukkasiksi. Ne ovat todellisia perusolentoja, jotka muodostavat koko maailman.
