Fysikken til materiens struktur ble først seriøst studert av Joseph J. Thomson. Imidlertid forble mange spørsmål ubesvart. En tid senere var E. Rutherford i stand til å formulere en modell av atomets struktur. I artikkelen vil vi vurdere opplevelsen som førte ham til oppdagelsen. Siden materiens struktur er et av de mest interessante emnene i fysikktimer, vil vi analysere nøkkelaspektene. Vi lærer hva et atom består av, lærer hvordan vi finner antall elektroner, protoner, nøytroner i det. La oss bli kjent med konseptet isotoper og ioner.
Oppdagelse av elektronet
I 1897 studerte den engelske vitenskapsmannen Joseph John Thomson (portrettet hans kan ses nedenfor) elektrisk strøm, det vil si den rettede bevegelsen av ladninger i gasser. På den tiden visste fysikken allerede om materiens molekylære struktur. Det var kjent at alle legemer er laget av materie, som er laget av molekyler, og de sistnevnte er laget av atomer.
Thomson oppdaget at gassatomer under visse forhold avgir partikler med negativ ladning (qel <0). De kalles elektroner. Atomet er nøytr alt, noe som betyr at hvis elektroner flyr ut av det, må det også finnes positive partikler der. Hva er delen av atomet med "+"-tegnet? Hvordan samhandler det med et negativt ladet elektron? Hva bestemmer massen til et atom? En annen forsker kunne svare på alle disse spørsmålene.
Rutherfords eksperiment
I 1911 hadde fysikken allerede den første informasjonen om materiens struktur. Ernest Rutherford oppdaget det vi i dag kaller atomkjernen.
Det er saker som har en merkelig egenskap: de avgir spontant ulike partikler, både positive og negative. Slike stoffer kalles radioaktive. Positivt ladede grunnstoffer Rutherford k alt alfapartikler (α-partikler).
De har en "+"-lading lik to elementære ladninger (qα=+2e). Vekten av grunnstoffene er omtrent lik fire masser av et hydrogenatom. Rutherford tok et radioaktivt preparat som sender ut alfapartikler og bombarderte en tynn film av gull (folie) med strømmen deres.
Han fant ut at de fleste α-elementer knapt endrer retning når de passerer gjennom metallatomer. Men det er svært få som avviker bakover. Hvorfor skjer dette? Når vi kjenner til fysikken til materiens struktur, kan vi svare: fordi innsidengullatomer, som alle andre, er det positive elementer som frastøter alfapartikler. Men hvorfor skjer dette bare med svært få elementer? Fordi størrelsen på den positivt ladede delen av atomet er mye mindre enn seg selv. Rutherford kom til denne konklusjonen. Han k alte den positivt ladede delen av atomet kjernen.
Atomets enhet
Fysikk av materiens struktur: Molekyler er bygd opp av atomer, som inneholder en liten positivt ladet del (kjerne) omgitt av elektroner. Atomets nøytralitet forklares med at den totale negative ladningen til elektronene er lik den positive - kjernen. qcore + qel=0. Hvorfor faller ikke elektroner på kjernen, fordi de er tiltrukket? For å svare på dette spørsmålet foreslo Rutherford at de roterer som planetene beveger seg rundt solen og ikke kolliderer med den. Det er bevegelsen som gjør at dette systemet er stabilt. Rutherfords modell av atomet kalles planetarisk.
Hvis atomet er nøytr alt, og antallet elektroner i det må være heltall, så er ladningen til kjernen lik denne verdien med et plusstegn. qcores=+ze. z er antall elektroner i et nøytr alt atom. I dette tilfellet er den totale ladningen null. Hvordan finne antall elektroner i et atom? Du må bruke det periodiske systemet for grunnstoffer. Dimensjonene til et atom er i størrelsesorden 10-10 m. Og kjernene er 100 tusen ganger mindre - 10-15 m.
La oss tenke oss at vi økte størrelsen på kjernen til 1 meter. I et fast stoff er avstanden mellom atomene omtrent lik størrelsen på seg selv, noe som betyr at dimensjonenevil øke til 105, som er 100 km. Det vil si at atomet er praktisk t alt tomt, og derfor flyr alfapartiklene stort sett gjennom folien nesten uten avbøyning.
Structure of the nucleus
Fysikken til materiens struktur er slik at kjernen består av to typer partikler. Noen av dem er positivt ladet. Hvis vi ser på et atom som har tre elektroner, er det tre partikler med positiv ladning inne i det. De kalles protoner. Andre grunnstoffer har ikke elektrisk ladning – nøytroner.
Massene til protonet og nøytronet er omtrent like. Begge partiklene har en vekt som er mye større enn et elektron. mproton ≈ 1837mel. Det samme gjelder massen til nøytronet. Konklusjonen følger av dette: vekten av positivt og nøytr alt ladede partikler er en faktor som bestemmer massen til et atom. Protoner og nøytroner har et felles navn - nukleoner. Vekten til et atom bestemmes av tallet deres, som kalles massenummeret til kjernen. Vi betegnet antall elektroner i et atom med bokstaven z, men siden det er nøytr alt, må antallet positive og negative partikler samsvare. Derfor kalles z også proton- eller ladningsnummeret.
Hvis vi kjenner masse- og ladningstallet, kan vi finne antall nøytroner N. N=A - z. Hvordan finne ut hvor mange nukleoner og protoner som er i kjernen? Det viser seg at i det periodiske system, ved siden av hvert grunnstoff, er det et tall som kjemikere kaller den relative atommassen.
Hvis vi runder det opp, får vi ikke noe mer ennmassetall eller antall nukleoner i kjernen (A). Atomnummeret til et grunnstoff er antall protoner (z). Når du kjenner A og z, er det lett å finne N - antall nøytroner. Hvis atomet er nøytr alt, er antallet elektroner og protoner likt.
Isotopes
Det finnes varianter av kjernen der antallet protoner er det samme, men antallet nøytroner kan variere (som betyr det samme kjemiske elementet). De kalles isotoper. I naturen er atomer av forskjellige slag blandet, så kjemikere måler gjennomsnittlig masse. Det er derfor i det periodiske systemet den relative vekten til et atom alltid er et brøktall. La oss finne ut hva som skjer med et nøytr alt atom hvis et elektron fjernes fra det, eller omvendt, plasseres et ekstra.
Ions
Tenk på et nøytr alt litiumatom. Det er en kjerne, to elektroner er plassert på det ene skallet og tre på det andre. Tar vi bort en av dem, får vi en positivt ladet kjerne. qcores =3rd. Elektroner kompenserer bare to av de tre elementære ladningene, og vi får et positivt ion. Den er betegnet som følger: Li+. Et ion er et atom der antallet elektroner er mindre enn eller større enn antallet protoner i kjernen. I det første tilfellet er det et positivt ion. Hvis vi legger til et ekstra elektron, blir det fire av dem, og vi får et negativt ion (Li-). Slik er fysikken til materiens struktur. Så et nøytr alt atom skiller seg fra et ion ved at elektronene i det fullstendig kompenserer for ladningen til kjernen.
