Pytania "Z czego składa się materia?", "Jaka jest natura materii?" zawsze zajmowała ludzkość. Od czasów starożytnych filozofowie i naukowcy szukali odpowiedzi na te pytania, tworząc zarówno realistyczne, jak i całkowicie niesamowite i fantastyczne teorie i hipotezy. Jednak dosłownie sto lat temu ludzkość zbliżyła się do rozwikłania tej tajemnicy, odkrywając atomową strukturę materii. Ale jaki jest skład jądra atomu? Z czego to wszystko jest zrobione?
Od teorii do rzeczywistości
Na początku XX wieku struktura atomowa przestała być tylko hipotezą, ale stała się absolutnym faktem. Okazało się, że skład jądra atomu jest bardzo złożonym pojęciem. Zawiera ładunki elektryczne. Powstało jednak pytanie: czy skład atomu i jądra atomowego zawiera różne ilości tych ładunków, czy nie?
Model planetarny
Początkowo uważano, że atom jest zbudowany bardzo podobnie do naszego Układu Słonecznego. JednakżeSzybko okazało się, że pogląd ten nie do końca był słuszny. Problem czysto mechanicznego przeniesienia skali astronomicznej obrazu na obszar zajmujący milionowe części milimetra doprowadził do znaczącej i dramatycznej zmiany właściwości i jakości zjawisk. Główną różnicą były znacznie bardziej rygorystyczne prawa i zasady, według których zbudowany jest atom.
Wady modelu planetarnego
Po pierwsze, ponieważ atomy tego samego rodzaju i pierwiastka muszą być dokładnie takie same pod względem parametrów i właściwości, orbity elektronów tych atomów również muszą być takie same. Jednak prawa ruchu ciał astronomicznych nie mogły dostarczyć odpowiedzi na te pytania. Druga sprzeczność polega na tym, że ruchowi elektronu po orbicie, jeśli zastosuje się do niego dobrze zbadane prawa fizyczne, musi koniecznie towarzyszyć ciągłe uwalnianie energii. W rezultacie proces ten doprowadziłby do wyczerpania elektronu, który ostatecznie wyginąłby, a nawet wpadł do jądra.
Struktura fali macierzysteji
W 1924 młody arystokrata Louis de Broglie przedstawił pomysł, który zmienił poglądy społeczności naukowej na takie kwestie, jak struktura atomu, skład jąder atomowych. Pomysł polegał na tym, że elektron to nie tylko poruszająca się kula, która krąży wokół jądra. To rozmyta substancja, która porusza się zgodnie z prawami, które przypominają rozchodzenie się fal w przestrzeni. Dość szybko pomysł ten został rozszerzony na ruch dowolnego ciała wogólnie wyjaśniając, że zauważamy tylko jedną stronę tego ruchu, ale druga nie jest tak naprawdę manifestowana. Widzimy propagację fal i nie zauważamy ruchu cząstki lub odwrotnie. W rzeczywistości obie te strony ruchu istnieją zawsze, a obrót elektronu na orbicie to nie tylko ruch samego ładunku, ale także propagacja fal. To podejście zasadniczo różni się od wcześniej akceptowanego modelu planetarnego.
Fundacja podstawowa
Jądro atomu to środek. Elektrony krążą wokół niego. Wszystko inne zależy od właściwości rdzenia. Trzeba mówić o takim pojęciu, jak skład jądra atomu od najważniejszego punktu - od ładunku. Atom zawiera pewną liczbę elektronów, które mają ładunek ujemny. Samo jądro ma ładunek dodatni. Z tego możemy wyciągnąć pewne wnioski:
- Jądro to dodatnio naładowana cząstka.
- Wokół jądra znajduje się pulsująca atmosfera wytworzona przez ładunki.
- To jądro i jego właściwości określają liczbę elektronów w atomie.
Właściwości jądra
Miedź, szkło, żelazo, drewno mają te same elektrony. Atom może stracić kilka elektronów lub nawet wszystkie. Jeśli jądro pozostaje naładowane dodatnio, to jest w stanie przyciągnąć odpowiednią ilość ujemnie naładowanych cząstek z innych ciał, co pozwoli mu przetrwać. Jeśli atom straci pewną liczbę elektronów, to dodatni ładunek na jądrze będzie większy niż pozostała część ładunków ujemnych. WW takim przypadku cały atom nabierze nadmiernego ładunku i można go nazwać jonem dodatnim. W niektórych przypadkach atom może przyciągnąć więcej elektronów, a następnie zostanie naładowany ujemnie. Dlatego można go nazwać jonem ujemnym.
Ile waży atom?
Masę atomu określa głównie jądro. Elektrony tworzące atom i jądro atomowe ważą mniej niż jedną tysięczną całkowitej masy. Ponieważ masa jest uważana za miarę rezerwy energii, jaką posiada substancja, fakt ten jest uważany za niezwykle ważny przy badaniu takiej kwestii, jak skład jądra atomowego.
Radioaktywność
Najtrudniejsze pytania pojawiły się po odkryciu promieni rentgenowskich. Pierwiastki promieniotwórcze emitują fale alfa, beta i gamma. Ale takie promieniowanie musi mieć źródło. Rutherford w 1902 roku wykazał, że takim źródłem jest sam atom, a raczej jądro. Z drugiej strony radioaktywność to nie tylko emisja promieni, ale także przemiana jednego pierwiastka w inny, o zupełnie nowych właściwościach chemicznych i fizycznych. Oznacza to, że radioaktywność to zmiana w jądrze.
Co wiemy o strukturze jądrowej?
Prawie sto lat temu fizyk Prout wysunął ideę, że pierwiastki w układzie okresowym nie są formami przypadkowymi, ale kombinacjami atomów wodoru. Można zatem oczekiwać, że zarówno ładunki, jak i masy jąder będą wyrażone w postaci całkowitych i wielokrotnych ładunków samego wodoru. Nie jest to jednak do końca prawdą. Badając właściwości atomujądra za pomocą pól elektromagnetycznych fizyk Aston ustalił, że pierwiastki, których masy atomowe nie były liczbami całkowitymi i wielokrotnościami, w rzeczywistości są kombinacją różnych atomów, a nie jedną substancją. We wszystkich przypadkach, w których masa atomowa nie jest liczbą całkowitą, obserwujemy mieszaninę różnych izotopów. Co to jest? Jeśli mówimy o składzie jądra atomu, izotopy to atomy o tym samym ładunku, ale o różnych masach.
Einstein i jądro atomu
Teoria względności mówi, że masa nie jest miarą, za pomocą której określa się ilość materii, ale miarą energii, jaką posiada materia. W związku z tym materię można mierzyć nie masą, ale ładunkiem, który ją tworzy, oraz energią ładunku. Kiedy ten sam ładunek zbliży się do innego takiego samego, energia wzrośnie, w przeciwnym razie zmniejszy się. To oczywiście nie oznacza zmiany w materii. W związku z tym z tej pozycji jądro atomu nie jest źródłem energii, ale raczej pozostałością po jego uwolnieniu. Jest więc pewna sprzeczność.
Neutrony
Curie, bombardowani cząsteczkami alfa berylu, odkryli niezrozumiałe promienie, które zderzając się z jądrem atomu, odpychają je z wielką siłą. Są jednak w stanie przejść przez dużą grubość materii. Sprzeczność tę rozwiązał fakt, że dana cząstka okazała się mieć obojętny ładunek elektryczny. W związku z tym nazwano go neutronem. Dzięki dalszym badaniom okazało się, że masa neutronu jest prawie taka sama jak masa protonu. Ogólnie rzecz biorąc, neutron i proton są niesamowicie podobne. Z uwzględnieniemDzięki temu odkryciu z pewnością można było ustalić, że skład jądra atomu zawiera zarówno protony, jak i neutrony w równych ilościach. Wszystko stopniowo się układało. Liczba protonów to liczba atomowa. Masa atomowa to suma mas neutronów i protonów. Izotop można również nazwać pierwiastkiem, w którym liczba neutronów i protonów nie będzie sobie równa. Jak omówiono powyżej, w takim przypadku, chociaż element pozostaje zasadniczo taki sam, jego właściwości mogą się znacznie zmienić.
