Pitanja "Od čega se sastoji materija?", "Koja je priroda materije?" oduvijek zaokuplja čovječanstvo. Od davnina su filozofi i znanstvenici tražili odgovore na ova pitanja, stvarajući kako realistične tako i potpuno nevjerojatne i fantastične teorije i hipoteze. Međutim, doslovce prije jednog stoljeća čovječanstvo je došlo što bliže razotkrivanju ove misterije otkrivanjem atomske strukture materije. Ali kakav je sastav jezgre atoma? Od čega je sve napravljeno?
Od teorije do stvarnosti
Do početka dvadesetog stoljeća, struktura atoma prestala je biti samo hipoteza, već je postala apsolutna činjenica. Pokazalo se da je sastav jezgre atoma vrlo složen koncept. Sadrži električne naboje. No, postavilo se pitanje: uključuju li sastav atoma i atomske jezgre različite količine tih naboja ili ne?
Planetarni model
U početku se mislilo da je atom izgrađen vrlo slično našem Sunčevom sustavu. MeđutimBrzo se pokazalo da ovo stajalište nije sasvim ispravno. Problem čisto mehaničkog prijenosa astronomske skale slike na područje koje zauzima milijunti dio milimetra doveo je do značajne i dramatične promjene svojstava i kvaliteta fenomena. Glavna razlika bila je u mnogo strožim zakonima i pravilima po kojima se atom gradi.
Nedostaci planetarnog modela
Prvo, budući da atomi iste vrste i elementa moraju biti potpuno isti u smislu parametara i svojstava, orbite elektrona ovih atoma također moraju biti iste. Međutim, zakoni gibanja astronomskih tijela nisu mogli dati odgovore na ova pitanja. Druga kontradikcija leži u činjenici da kretanje elektrona duž orbite, ako se na njega primjenjuju dobro proučeni fizikalni zakoni, nužno mora biti popraćeno trajnim oslobađanjem energije. Kao rezultat toga, ovaj proces bi doveo do iscrpljivanja elektrona, koji bi na kraju izumro, pa čak i pao u jezgru.
Valna struktura majkei
Godine 1924. mladi aristokrat Louis de Broglie iznio je ideju koja je preokrenula ideje znanstvene zajednice o pitanjima kao što su struktura atoma, sastav atomskih jezgri. Ideja je bila da elektron nije samo pokretna lopta koja se okreće oko jezgre. Ovo je mutna tvar koja se kreće prema zakonima koji nalikuju širenju valova u svemiru. Vrlo brzo se ova ideja proširila na kretanje bilo kojeg tijelaopćenito, objašnjavajući da primjećujemo samo jednu stranu samog tog pokreta, ali se druga zapravo ne očituje. Možemo vidjeti širenje valova, a ne primijetiti kretanje čestice, ili obrnuto. Zapravo, obje ove strane gibanja uvijek postoje, a rotacija elektrona u orbiti nije samo kretanje samog naboja, već i širenje valova. Ovaj pristup se bitno razlikuje od prethodno prihvaćenog planetarnog modela.
Elementarni temelj
Jezgra atoma je središte. Oko njega se vrte elektroni. Sve ostalo je određeno svojstvima jezgre. O takvom konceptu kao što je sastav jezgre atoma potrebno je govoriti od najvažnije točke - od naboja. Atom sadrži određeni broj elektrona koji nose negativan naboj. Sama jezgra ima pozitivan naboj. Iz ovoga možemo izvući određene zaključke:
- Jezgra je pozitivno nabijena čestica.
- Oko jezgre je pulsirajuća atmosfera koju stvaraju naboji.
- Jezgra i njene karakteristike određuju broj elektrona u atomu.
Svojstva kernela
Bakar, staklo, željezo, drvo imaju iste elektrone. Atom može izgubiti nekoliko elektrona ili čak sve. Ako jezgra ostane pozitivno nabijena, tada je u stanju privući pravu količinu negativno nabijenih čestica iz drugih tijela, što će joj omogućiti da preživi. Ako atom izgubi određeni broj elektrona, tada će pozitivni naboj na jezgri biti veći od ostatka negativnih naboja. NAU tom slučaju cijeli atom će dobiti višak naboja, a može se nazvati pozitivnim ionom. U nekim slučajevima, atom može privući više elektrona i tada će postati negativno nabijen. Stoga se može nazvati negativnim ionom.
Koliko teži atom?
Masa atoma uglavnom je određena jezgrom. Elektroni koji čine atom i atomsku jezgru teže manje od jedne tisućinke ukupne mase. Budući da se masa smatra mjerom rezerve energije koju tvar ima, ova činjenica se smatra nevjerojatno važnom kada se proučava pitanje kao što je sastav atomske jezgre.
Radioaktivnost
Najteža pitanja pojavila su se nakon otkrića X-zraka. Radioaktivni elementi emitiraju alfa, beta i gama valove. Ali takvo zračenje mora imati izvor. Rutherford je 1902. godine pokazao da je takav izvor sam atom, odnosno jezgra. S druge strane, radioaktivnost nije samo emisija zraka, već i pretvorba jednog elementa u drugi, s potpuno novim kemijskim i fizikalnim svojstvima. To jest, radioaktivnost je promjena u jezgri.
Što znamo o nuklearnoj strukturi?
Prije gotovo stotinu godina, fizičar Prout iznio je ideju da elementi u periodnom sustavu nisu slučajni oblici, već kombinacije atoma vodika. Stoga bi se moglo očekivati da će i naboji i mase jezgri biti izraženi kroz cjelobrojne i višestruke naboje samog vodika. Međutim, to nije sasvim točno. Proučavanjem svojstava atomskihjezgre uz pomoć elektromagnetskih polja, fizičar Aston je ustanovio da su elementi čije atomske težine nisu bile cijele i višekratne, zapravo kombinacija različitih atoma, a ne jedne tvari. U svim slučajevima kada atomska težina nije cijeli broj, promatramo mješavinu različitih izotopa. Što je? Ako govorimo o sastavu jezgre atoma, izotopi su atomi istog naboja, ali različite mase.
Einstein i jezgra atoma
Teorija relativnosti kaže da masa nije mjera kojom se određuje količina materije, već mjera energije koju materija posjeduje. Prema tome, tvar se ne može mjeriti masom, već nabojem koji čini ovu materiju i energijom naboja. Kada se isti naboj približi drugom istom, energija će se povećati, inače će se smanjiti. To, naravno, ne znači promjenu materije. Prema tome, s ove pozicije, jezgra atoma nije izvor energije, već ostatak nakon njegovog oslobađanja. Dakle, postoji neka kontradikcija.
Neutroni
Curijevi, bombardirani alfa česticama berilija, otkrili su neke neshvatljive zrake koje, sudarajući se s jezgrom atoma, odbijaju ga velikom snagom. Međutim, oni su u stanju proći kroz veliku debljinu materije. Ta je kontradikcija razriješena činjenicom da se pokazalo da zadana čestica ima neutralni električni naboj. Prema tome, nazvan je neutron. Zahvaljujući daljnjim istraživanjima, pokazalo se da je masa neutrona gotovo ista kao i masa protona. Općenito govoreći, neutron i proton su nevjerojatno slični. Uz razmatranjeIz ovog otkrića definitivno je bilo moguće utvrditi da sastav jezgre atoma uključuje i protone i neutrone, i to u jednakim količinama. Sve je postepeno sjelo na svoje mjesto. Broj protona je atomski broj. Atomska težina je zbroj masa neutrona i protona. Izotop se također može nazvati elementom u kojem broj neutrona i protona neće biti međusobno jednak. Kao što je gore objašnjeno, u takvom slučaju, iako element ostaje u suštini isti, njegova svojstva mogu se bitno promijeniti.
