Sredina prošlog stoljeća obilježila je rođenje nove ere u povijesti čovječanstva. Kameno doba je svojevremeno zamijenilo brončano, a zatim su uslijedila razdoblja vladavine željeza, pare i struje. Sada smo na samom početku ere atoma. Čak i najpovršnije znanje u području strukture atomske jezgre otvara čovječanstvu neviđene horizonte.
Što znamo o atomskoj jezgri? Činjenica da čini 99,99% mase cijelog atoma i sastoji se od čestica koje se obično nazivaju nukleoni. Što su nukleoni, koliko ih, što su, sada svaki srednjoškolac koji ima solidnu četvorku iz fizike zna.
Kako možemo zamisliti strukturu atoma
Jao, neće se uskoro pojaviti tehnika koja vam omogućuje da vidite čestice koje čine atom, atomsku jezgru. Postoje tisuće pitanja o tome kako je materija uređena, a postoji i mnogo teorija o strukturi elementarnih čestica. Do danas, teorija daodgovara na većinu pitanja, je planetarni model strukture atoma.
Prema tome, negativno nabijeni elektroni kruže oko pozitivno nabijene jezgre, koju drži električna privlačnost. Što su nukleoni? Činjenica je da jezgra nije monolitna, sastoji se od pozitivno nabijenih protona i neutrona - čestica s nultim nabojem. To su čestice od kojih se gradi atomska jezgra, a uobičajeno ih je zvati nukleoni.
Odakle ova teorija, ako su čestice tako male? Znanstvenici su došli do zaključka o planetarnoj strukturi atoma usmjeravajući zrake raznih mikročestica na najtanje metalne ploče.
Koje su njegove dimenzije
Znanje o strukturi atoma neće biti potpuno ako ne zamislite njegove elemente u mjerilu. Jezgra je iznimno mala, čak i u usporedbi sa samim atomom. Ako zamislite atom, na primjer, zlato, u obliku ogromnog balona promjera 200 metara, tada će njegova jezgra biti samo … lješnjak. Ali što su nukleoni i zašto igraju tako važnu ulogu? Da, makar samo zato što je u njima koncentrirana cijela masa atoma.
U gnijezdima kristalne rešetke atomi zlata nalaze se prilično gusto, tako da će udaljenost između susjednih "oraha" na ljestvici koju smo usvojili biti oko 250-300 metara.
Proton
Znanstvenici dugo sumnjaju da jezgra atoma nije neka vrsta monolitne tvari. Veličine mase i naboja, koje su rasle u "koracima" od jednog kemijskog elementa do drugog, bile su bolno upečatljive. Bilo je logično pretpostavitida postoje određene čestice s fiksnim pozitivnim nabojem, od kojih se "skupljaju" jezgre svih atoma. Koliko je pozitivno nabijenih nukleona u jezgri, to će biti njezin naboj.
Pretpostavke o složenoj strukturi atomske jezgre nastale su još u razdoblju Mendeljejevljeve konstrukcije svog periodnog sustava elemenata. Međutim, u to vrijeme nisu postojale tehničke mogućnosti za eksperimentalno potvrđivanje pretpostavki. Tek početkom 20. stoljeća Ernest Rutherford napravio je eksperiment koji je potvrdio postojanje protona.
Kao rezultat izlaganja tvari zračenju radioaktivnih metala, s vremena na vrijeme se pojavila čestica - kopija jezgre atoma vodika. Imao je istu težinu (1,67 ∙ 10-27 kg) i atomski naboj +1,
Neutron
Zaključak o potrebi traženja druge čestice, u odsutnosti zvane neutron, došao je brzo. Budući da je pitanje koliko je nukleona u jezgri i što su, ležalo u neravnomjernom rastu mase i naboja s promjenom rednog broja elementa. Rutherford je iznio pretpostavku o postojanju protonskog blizanca s nultim nabojem, ali nije uspio potvrditi svoju pretpostavku.
Općenito, nuklearni znanstvenici su već imali dobru ideju o tome što su nukleoni i kvantitativni sastav atomskih jezgri. A neuhvatljiva čestica, koju još nitko nije eksperimentalno otkrio, čekala je u svojim krilima. Njegovim se otkrićem smatra James Chadwick, koji je uspio izolirati "nevidljivo" od tvari,podvrgavajući ga bombardiranju helijevim jezgrama ubrzanim do ultra velikih brzina (α-čestica). Ispostavilo se da je masa čestice, očekivano, jednaka masi prethodno otkrivenog protona. Prema modernim istraživanjima, neutron je nešto teži.
Još malo o "ciglama" atomske jezgre
Lako je izračunati koliko nukleona ima u jezgri nekog kemijskog elementa ili njegovog izotopa. Za to su potrebne dvije stvari: periodni sustav i kalkulator, iako možete izračunati u svom umu. Primjer su dva uobičajena izotopa urana: 235 i 238. Ovi brojevi predstavljaju atomsku masu. Serijski broj urana je 92, on uvijek označava naboj jezgre.
Kao što znate, nukleoni u jezgri atoma mogu biti ili pozitivno nabijeni protoni ili neutroni iste mase, ali bez naboja. Redni broj 92 označava broj u jezgri protona. Broj neutrona se izračunava jednostavnim oduzimanjem:
- - uran 235, broj neutrona=235 – 92=143;
- - uran 238, broj neutrona=238 – 92=146.
A koliko se nukleona može spojiti odjednom? Vjeruje se da se u određenoj fazi života zvijezda s dovoljnom masom, kada termonuklearna reakcija više nije u stanju obuzdati silu gravitacije, tlak u utrobi zvijezde toliko raste da "lijepi" elektrone za protona. Kao rezultat toga, naboj postaje nula, a par proton-elektron postaje neutron. Dobivena tvar, koja se sastoji od "prešanih" neutrona, izuzetno je gusta.
Zvijezda koja teži našem Suncu pretvara se u loptupromjera nekoliko desetaka kilometara. Čajna žličica takve "neutronske kaše" mogla bi težiti nekoliko stotina tona na Zemlji.
