Въпроси "От какво се състои материята?", "Каква е природата на материята?" винаги е занимавал човечеството. От древни времена философи и учени търсят отговори на тези въпроси, създавайки както реалистични, така и напълно удивителни и фантастични теории и хипотези. Въпреки това, буквално преди един век, човечеството се доближи възможно най-близо до разгадаването на тази мистерия чрез откриване на атомната структура на материята. Но какъв е съставът на ядрото на атома? От какво е направено всичко?
От теория към реалност
До началото на двадесети век атомната структура е престанала да бъде само хипотеза, а се е превърнала в абсолютен факт. Оказа се, че съставът на ядрото на атома е много сложно понятие. Съдържа електрически заряди. Но възникна въпросът: дали съставът на атома и атомното ядро включва различни количества от тези заряди или не?
Планетарен модел
Първоначално се смяташе, че атомът е построен много подобно на нашата слънчева система. въпреки товаБързо се оказа, че тази гледна точка не е съвсем вярна. Проблемът за чисто механично пренасяне на астрономическата скала на картината върху площ, която заема милионни от милиметъра, доведе до значителна и драматична промяна в свойствата и качествата на явленията. Основната разлика беше в много по-строгите закони и правила, по които се изгражда атомът.
Недостатъци на планетарния модел
Първо, тъй като атомите от един и същи вид и елемент трябва да са абсолютно еднакви по отношение на параметрите и свойствата, орбитите на електроните на тези атоми също трябва да са еднакви. Законите за движение на астрономическите тела обаче не можеха да дадат отговор на тези въпроси. Второто противоречие се крие във факта, че движението на електрон по орбитата, ако към него се прилагат добре проучени физически закони, задължително трябва да бъде придружено от постоянно освобождаване на енергия. В резултат на това този процес ще доведе до изчерпване на електрона, който в крайна сметка ще умре и дори ще падне в ядрото.
Вълнова структура на майкатаи
През 1924 г. младият аристократ Луи дьо Бройл излага идея, която преобръща представите на научната общност по въпроси като структурата на атома, състава на атомните ядра. Идеята беше, че електронът не е просто движеща се топка, която се върти около ядрото. Това е замъглено вещество, което се движи по закони, наподобяващи разпространението на вълни в космоса. Доста бързо тази идея беше разширена до движението на всяко тялокато цяло, обяснявайки, че забелязваме само едната страна на това движение, но втората всъщност не се проявява. Можем да видим разпространението на вълните и да не забележим движението на частицата или обратното. Всъщност и двете страни на движение винаги съществуват и въртенето на електрон в орбита е не само движението на самия заряд, но и разпространението на вълни. Този подход е коренно различен от приетия по-рано планетарен модел.
Елементарна основа
Ядрото на атома е центърът. Около него се въртят електроните. Всичко останало се определя от свойствата на ядрото. Необходимо е да се говори за такова понятие като състава на ядрото на атома от най-важната точка - от заряда. Атомът съдържа определен брой електрони, които носят отрицателен заряд. Самото ядро има положителен заряд. От това можем да направим определени изводи:
- Ядрото е положително заредена частица.
- Около ядрото е пулсираща атмосфера, създадена от заряди.
- Това е ядрото и неговите характеристики, които определят броя на електроните в атома.
Свойства на ядрото
Медта, стъклото, желязото, дървото имат едни и същи електрони. Един атом може да загуби няколко електрона или дори всички. Ако ядрото остане положително заредено, то е в състояние да привлече точното количество отрицателно заредени частици от други тела, което ще му позволи да оцелее. Ако един атом загуби определен брой електрони, тогава положителният заряд на ядрото ще бъде по-голям от остатъка от отрицателните заряди. ATВ този случай целият атом ще придобие излишен заряд и може да се нарече положителен йон. В някои случаи един атом може да привлече повече електрони и тогава той ще стане отрицателно зареден. Следователно може да се нарече отрицателен йон.
Колко тежи един атом?
Масата на атома се определя главно от ядрото. Електроните, които изграждат атома и атомното ядро, тежат по-малко от една хилядна от общата маса. Тъй като масата се счита за мярка за енергийния резерв, който веществото има, този факт се счита за изключително важен при изучаването на такъв въпрос като състава на атомното ядро.
Радиоактивност
Най-трудните въпроси възникнаха след откриването на рентгеновите лъчи. Радиоактивните елементи излъчват алфа, бета и гама вълни. Но такова излъчване трябва да има източник. Ръдърфорд през 1902 г. показа, че такъв източник е самият атом, или по-скоро ядрото. От друга страна, радиоактивността е не само излъчване на лъчи, но и превръщане на един елемент в друг, с напълно нови химични и физични свойства. Тоест, радиоактивността е промяна в ядрото.
Какво знаем за ядрената структура?
Преди почти сто години физикът Праут изложи идеята, че елементите в периодичната таблица не са случайни форми, а са комбинации от водородни атоми. Следователно може да се очаква, че както зарядите, така и масите на ядрата ще бъдат изразени чрез цели и множествени заряди на самия водород. Това обаче не е съвсем вярно. Чрез изучаване на свойствата на атомаядра с помощта на електромагнитни полета, физикът Астън установява, че елементите, чиито атомни тегла не са цели числа и кратни, всъщност са комбинация от различни атоми, а не едно вещество. Във всички случаи, когато атомното тегло не е цяло число, наблюдаваме смес от различни изотопи. Какво е? Ако говорим за състава на ядрото на атома, изотопите са атоми с еднакъв заряд, но с различни маси.
Айнщайн и ядрото на атома
Теорията на относителността казва, че масата не е мярка, чрез която се определя количеството материя, а мярка за енергията, която материята притежава. Съответно материята може да бъде измерена не по маса, а по заряда, който съставя тази материя, и енергията на заряда. Когато същият заряд се доближи до друг от същия, енергията ще се увеличи, в противен случай ще намалее. Това, разбира се, не означава промяна на материята. Съответно, от тази позиция, ядрото на атома не е източник на енергия, а по-скоро остатък след неговото освобождаване. Така че има някакво противоречие.
Неутрони
Кюри, когато са бомбардирани с алфа-частици берилий, откриват някои неразбираеми лъчи, които, сблъсквайки се с ядрото на атома, го отблъскват с голяма сила. Те обаче са в състояние да преминават през голяма дебелина на материята. Това противоречие беше разрешено от факта, че дадената частица се оказа с неутрален електрически заряд. Съответно се наричаше неутрон. Благодарение на по-нататъшни изследвания се оказа, че масата на неутрона е почти същата като тази на протона. Най-общо казано, неутронът и протонът са невероятно сходни. С обмислянеОт това откритие определено беше възможно да се установи, че съставът на ядрото на атома включва както протони, така и неутрони, и то в равни количества. Всичко постепенно си дойде на мястото. Броят на протоните е атомният номер. Атомното тегло е сумата от масите на неутрони и протони. Изотоп може да се нарече и елемент, в който броят на неутроните и протоните няма да е равен един на друг. Както беше обсъдено по-горе, в такъв случай, въпреки че елементът остава по същество същият, неговите свойства могат да се променят съществено.
