Mitten av forrige århundre markerte fødselen av en ny æra i menneskehetens historie. Steinalderen ble en gang erstattet av bronsealderen, deretter fulgte periodene med jern, damp og elektrisitets regjeringstid etter hverandre. Vi er nå helt i begynnelsen av atomets æra. Selv den mest overfladiske kunnskapen innen atomkjernens struktur åpner for enestående horisonter for menneskeheten.
Hva vet vi om atomkjernen? Det faktum at det utgjør 99,99 % av massen til hele atomet og består av partikler som vanligvis kalles nukleoner. Hva er nukleoner, hvor mange av dem, hva de er, vet nå hver videregående elev som har en solid fireer i fysikk.
Hvordan forestiller vi oss strukturen til atomet
Akk, det vil ikke være snart at det dukker opp en teknikk som lar deg se partiklene som utgjør et atom, en atomkjerne. Det er tusenvis av spørsmål om hvordan materie er ordnet, og det er også mange teorier om strukturen til elementærpartikler. Til dags dato, teorien om atsvarer på de fleste spørsmålene, er planetmodellen for strukturen til atomet.
I følge den dreier negativt ladede elektroner seg rundt en positivt ladet kjerne, holdt av elektrisk tiltrekning. Hva er nukleoner? Faktum er at kjernen ikke er monolitisk, den består av positivt ladede protoner og nøytroner - partikler med null ladning. Dette er partiklene som atomkjernen er bygget av, og det er vanlig å kalle dem nukleoner.
Hvor kom denne teorien fra, hvis partiklene er så små? Forskere kom til konklusjonen om atomets planetariske struktur ved å rette stråler av forskjellige mikropartikler mot de tynneste metallplatene.
Hva er dimensjonene
Kunnskap om strukturen til atomet vil ikke være fullstendig hvis du ikke forestiller deg elementene på en skala. Kjernen er ekstremt liten, selv sammenlignet med selve atomet. Hvis du forestiller deg et atom, for eksempel gull, i form av en enorm ballong med en diameter på 200 meter, vil kjernen bare være … en hasselnøtt. Men hva er nukleoner og hvorfor spiller de en så viktig rolle? Ja, om så bare fordi det er i dem hele atomets masse er konsentrert.
I reirene til krystallgitteret er gullatomer plassert ganske tett, så avstanden mellom nabo-"nøtter" på skalaen vi har tatt i bruk vil være omtrent 250-300 meter.
Proton
Forskere har lenge mistenkt at kjernen til et atom ikke er en slags monolittisk substans. Størrelsen på masse og ladning, som vokste i «trinn» fra ett kjemisk element til et annet, var smertefullt slående. Det var logisk å antaat det er visse partikler med en fast positiv ladning, hvorfra kjernene til alle atomer er "samlet". Hvor mange positivt ladede nukleoner som er i kjernen, vil dette være ladningen.
Antakelser om den komplekse strukturen til atomkjernen ble gjort tilbake i perioden med Mendeleevs konstruksjon av hans periodiske system av grunnstoffer. Imidlertid eksisterte ikke de tekniske mulighetene for å eksperimentelt bekrefte formodninger på den tiden. Først på begynnelsen av 1900-tallet gjorde Ernest Rutherford et eksperiment som bekreftet eksistensen av protonet.
Som et resultat av eksponering for stoffet ved stråling av radioaktive metaller, dukket det fra tid til annen opp en partikkel - en kopi av kjernen til et hydrogenatom. Den hadde samme vekt (1,67 ∙ 10-27 kg) og atomladning +1,
Neutron
Konklusjonen om behovet for å søke etter en annen partikkel, in absentia k alt nøytronet, kom raskt. Siden spørsmålet om hvor mange nukleoner som er i kjernen og hva de er, lå i den ujevn veksten av masse og ladning med en endring i ordensnummeret til elementet. Rutherford kom med en antagelse om eksistensen av en protontvilling med null ladning, men han klarte ikke å bekrefte formodningen sin.
Generelt hadde kjernefysikere allerede en god ide om hva nukleoner er og den kvantitative sammensetningen av atomkjerner. Og den unnvikende partikkelen, men eksperimentelt oppdaget av ingen, ventet i vingene. James Chadwick regnes for å være oppdageren, som klarte å isolere det "usynlige" fra stoffet,utsette den for bombardement med heliumkjerner akselerert til ultrahøye hastigheter (α-partikler). Massen til partikkelen viste seg som forventet å være lik massen til det tidligere oppdagede protonet. I følge moderne forskning er nøytronet litt tyngre.
Litt mer om "klossene" til atomkjernen
Beregn hvor mange nukleoner i kjernen til et kjemisk grunnstoff eller dets isotop som er enkelt. Dette krever to ting: et periodisk system og en kalkulator, selv om du kan regne i tankene dine. Et eksempel er de to vanlige isotoper av uran: 235 og 238. Disse tallene representerer atommassen. Serienummeret til uran er 92, det angir alltid ladningen til kjernen.
Som du vet, kan nukleoner i kjernen til et atom enten være positivt ladede protoner eller nøytroner med samme masse, men uten ladning. Serienummer 92 angir tallet i protonkjernen. Antall nøytroner beregnes ved enkel subtraksjon:
- - uran 235, antall nøytroner=235 – 92=143;
- - uran 238, antall nøytroner=238 – 92=146.
Og hvor mange nukleoner kan samles om gangen? Det antas at på et visst stadium i livet til stjerner med tilstrekkelig masse, når den termonukleære reaksjonen ikke lenger er i stand til å begrense tyngdekraften, øker trykket i stjernens tarm så mye at det "klister" elektroner til protoner. Som et resultat blir ladningen null, og proton-elektronparet blir et nøytron. Det resulterende stoffet, bestående av "pressede" nøytroner, er ekstremt tett.
En stjerne som veier i solen vår blir til en ballflere titalls kilometer i diameter. En teskje slik "nøytrongrøt" kan veie flere hundre tonn på jorden.
