Eelmise sajandi keskpaik tähistas inimkonna ajaloos uue ajastu sündi. Kunagi asendus kiviaeg pronksiajaga, siis järgnesid järgemööda raua, auru ja elektri valitsemisperioodid. Oleme praegu aatomi ajastu alguses. Isegi kõige pealiskaudsemad teadmised aatomituuma ehituse vallas avavad inimkonnale enneolematud horisondid.
Mida me teame aatomituuma kohta? Asjaolu, et see moodustab 99,99% kogu aatomi massist ja koosneb osakestest, mida tavaliselt nimetatakse nukleonideks. Mis on nukleonid, kui palju neid, mis nad on, teab nüüd iga keskkooliõpilane, kellel on füüsikas kindel neli.
Kuidas me kujutame ette aatomi struktuuri
Paraku ei ilmu niipea tehnika, mis võimaldab teil näha osakesi, millest koosneb aatom, aatomituum. Küsimusi selle kohta, kuidas mateeria on paigutatud, on tuhandeid, samuti on palju elementaarosakeste ehituse teooriaid. Tänaseks on teooria, etvastab enamikule küsimustele, on aatomi ehituse planetaarmudel.
Selle järgi tiirlevad negatiivselt laetud elektronid ümber positiivselt laetud tuuma, mida hoiab elektriline külgetõmme. Mis on nukleonid? Fakt on see, et tuum ei ole monoliitne, see koosneb positiivselt laetud prootonitest ja neutronitest - nulli laenguga osakestest. Need on osakesed, millest aatomituum on ehitatud, ja neid on tavaks nimetada nukleonideks.
Kust see teooria pärit on, kui osakesed on nii väikesed? Teadlased jõudsid järeldusele aatomi planeedi struktuuri kohta, suunates mitmesuguste mikroosakeste kiired kõige õhematele metallplaatidele.
Millised on selle mõõtmed
Teadmised aatomi struktuuri kohta ei ole täielikud, kui te ei kujuta ette selle elemente skaalal. Tuum on isegi aatomi endaga võrreldes äärmiselt väike. Kui kujutate ette aatomit, näiteks kulda, tohutu õhupalli kujul, mille läbimõõt on 200 meetrit, siis on selle tuum lihts alt … sarapuupähkel. Kuid mis on nukleonid ja miks nad mängivad nii olulist rolli? Jah, kasvõi sellepärast, et kogu aatomi mass on koondunud neisse.
Kristallvõre pesades paiknevad kullaaatomid üsna tihed alt, nii et meie poolt vastuvõetud skaalal on naaber "pähklite" vaheline kaugus umbes 250-300 meetrit.
Proton
Teadlased on pikka aega kahtlustanud, et aatomi tuum ei ole mingi monoliitne aine. Massi ja laengu suurused, mis kasvasid "sammude kaupa" ühest keemilisest elemendist teise, olid valus alt rabavad. See oli loogiline eeldadaet on teatud kindla positiivse laenguga osakesed, millest “kogutakse kokku” kõikide aatomite tuumad. Kui palju positiivselt laetud nukleoneid on tuumas, on see selle laeng.
Eeldused aatomituuma keeruka ehituse kohta tehti Mendelejevi elementide perioodilise tabeli koostamise perioodil. Tehnilisi võimalusi oletusi eksperimentaalselt kinnitada aga tol ajal veel ei olnud. Alles 20. sajandi alguses tegi Ernest Rutherford katse, mis kinnitas prootoni olemasolu.
Radioaktiivsete metallide kiirgusega kokkupuutel ainega ilmus aeg-aj alt mõni osake – vesinikuaatomi tuuma koopia. Sellel oli sama kaal (1,67 ∙ 10-27 kg) ja aatomlaeng +1.
Neutron
Järeldus vajaduse kohta otsida teist osakest, mida tagaselja nimetatakse neutroniks, tuli kiiresti. Kuna küsimus, mitu nukleonit tuumas on ja mis need on, seisneb massi ja laengu ebaühtlases kasvus koos elemendi järjekorranumbri muutumisega. Rutherford tegi oletuse nulllaenguga prootonkaksiku olemasolu kohta, kuid ta ei suutnud oma oletust kinnitada.
Üldiselt oli tuumateadlastel juba hea ettekujutus sellest, mis on nukleonid ja milline on aatomituumade kvantitatiivne koostis. Ja tabamatu osake, mida keegi veel eksperimentaalselt ei avastanud, ootas tiibades. Selle avastajaks peetakse James Chadwicki, kes suutis isoleerida "nähtamatu" ainest,pommitades seda ülisuurtele kiirustele kiirendatud heeliumi tuumadega (α-osakesed). Osakese mass osutus ootuspäraselt võrdseks varem avastatud prootoni massiga. Kaasaegsete uuringute kohaselt on neutron veidi raskem.
Natuke lähem alt aatomituuma "tellistest"
Arvutage, mitu nukleoni keemilise elemendi tuumas või selle isotoobis on, on lihtne. Selleks on vaja kahte asja: perioodilisustabelit ja kalkulaatorit, kuigi saate arvutada oma mõtetes. Näiteks on kaks tavalist uraani isotoopi: 235 ja 238. Need numbrid tähistavad aatommassi. Uraani seerianumber on 92, see tähistab alati tuuma laengut.
Nagu teate, võivad aatomi tuumas olevad nukleonid olla kas positiivselt laetud prootonid või sama massiga neutronid, kuid ilma laenguta. Seerianumber 92 tähistab arvu prootonite tuumas. Neutronite arv arvutatakse lihtsa lahutamise teel:
- - uraan 235, neutronite arv=235 – 92=143;
- - uraan 238, neutronite arv=238 – 92=146.
Ja kui palju nukleoneid saab korraga kokku viia? Arvatakse, et piisava massiga tähtede teatud eluetapis, kui termotuumareaktsioon ei suuda enam gravitatsioonijõudu ohjeldada, suureneb rõhk tähe soolestikus nii palju, et see "kleepub" elektronid külge. prootonid. Selle tulemusena muutub laeng nulliks ja prootoni-elektroni paarist saab neutron. Saadud aine, mis koosneb "pressitud" neutronitest, on äärmiselt tihe.
Meie Päikesel kaaluv täht muutub palliksläbimõõduga mitukümmend kilomeetrit. Üks teelusikatäis sellist "neutronputru" võib Maal kaaluda mitusada tonni.
