Kogu mateeria koosneb elementidest. Aga miks on kõik meie ümber nii erinev? Vastus on seotud väikeste osakestega. Neid nimetatakse prootoniteks. Erinev alt elektronidest, millel on negatiivne laeng, on neil elementaarosakestel positiivne laeng. Mis need osakesed on ja kuidas need toimivad?
Prootonid kõikjal
Millisel elementaarosakel on positiivne laeng? Kõik, mida saab puudutada, näha ja tunda, koosneb aatomitest, väikseimatest ehitusplokkidest, mis moodustavad tahkeid aineid, vedelikke ja gaase. Need on liiga väikesed, et neid lähem alt vaadata, kuid need moodustavad näiteks arvuti, joogivee ja isegi sissehingatava õhu. Aatomeid on mitut tüüpi, sealhulgas hapnik, lämmastik ja raud. Kõiki neid tüüpe nimetatakse elementideks.
Mõned neist on gaasid (hapnik). Nikli element on hõbedast värvi. On ka teisiomadused, mis eristavad neid pisikesi osakesi üksteisest. Mille poolest need elemendid tegelikult erinevad? Vastus on lihtne: nende aatomites on erinev arv prootoneid. Sellel elementaarosakel on positiivne laeng ja see asub aatomi keskpunktis.
Kõik aatomid on ainulaadsed
Aatomid on väga sarnased, kuid erinev prootonite arv muudab need ainulaadseks elemenditüübiks. Näiteks hapnikuaatomitel on 8 prootonit, vesinikuaatomitel vaid 1 ja kullaaatomitel 79. Aatomi kohta saate palju teada, kui loete selle prootoneid. Need elementaarosakesed asuvad tuumas endas. Algselt peeti põhiosakeseks, kuid hiljutised uuringud on näidanud, et prootonid koosnevad väiksematest koostisosadest, mida nimetatakse kvarkideks.
Mis on prooton?
Millisel elementaarosakel on positiivne laeng? See on prooton. See on subatomilise osakese nimi, mis on iga aatomi tuumas. Tegelikult on prootonite arv igas aatomis aatomnumber. Kuni viimase ajani peeti seda põhiosakeseks. Uued tehnoloogiad on aga viinud avastuseni, et prooton koosneb väiksematest osakestest, mida nimetatakse kvarkideks. Kvark on aine põhiosake, mis avastati alles hiljuti.
Kust prootonid tulevad?
Positiivse laenguga elementaarosake,nimetatakse prootoniks. Need elemendid võivad tekkida ebastabiilsete neutronite ilmnemise tulemusena. Umbes 900 sekundi pärast laguneb tuum alt tagasi põrkuv neutron aatomi teisteks elementaarosakesteks: prootoniks, elektroniks ja antineutriinoks.
Erinev alt neutronist on vaba prooton stabiilne. Kui vabad prootonid interakteeruvad üksteisega, moodustavad nad vesiniku molekule. Meie päike, nagu enamik teisi universumi tähti, koosneb enamasti vesinikust. Prooton on väikseim elementaarosake, mille laeng on +1. Elektroni laeng on -1, samas kui neutronil puudub laeng.
Subatomilised osakesed: asukoht ja laeng
Elemente iseloomustab nende aatomstruktuur, mis koosneb subatomilistest elementaarosakestest: prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Esimesed kaks rühma asuvad aatomi tuumas (keskmes) ja nende mass on üks aatommass. Elektronid asuvad väljaspool tuuma, tsoonides, mida nimetatakse "kesteks". Nad ei kaalu peaaegu midagi. Aatommassi arvutamisel pööratakse tähelepanu ainult prootonitele ja neutronitele. Aatomi mass on nende summa.
Molekuli kõigi aatomite aatommassi liitmisel saab hinnata molekulmassi, mida väljendatakse aatommassi ühikutes (nn d altoniteks). Iga raske osake (neutron, prooton) kaalub ühe aatommassi, seega heeliumi aatom (He), mison kaks prootonit, kaks neutronit ja kaks elektroni, kaalub umbes neli aatommassi ühikut (kaks prootonit pluss kaks neutronit). Lisaks asukohale ja massile on igal subatomilisel osakesel omadus, mida nimetatakse "laenguks". See võib olla "positiivne" või "negatiivne".
Sama laenguga elemendid kipuvad üksteist peegeldama, samas kui vastupidise laenguga objektid meelitavad üksteist. Millisel elementaarosakel on positiivne laeng? See on prooton. Neutronitel puudub laeng, mis annab tuumale üldise positiivse laengu. Igal elektronil on negatiivne laeng, mis on tugevuselt võrdne prootoni positiivse laenguga. Tuuma elektronid ja prootonid tõmbuvad üksteise poole ning see on jõud, mis hoiab aatomit koos, sarnaselt gravitatsioonijõule, mis hoiab Kuud ümber Maa orbiidil.
Stabiilne subatomiline osake
Millisel elementaarosakel on positiivne laeng? Vastus on teada: prooton. Lisaks on see suuruselt võrdne elektroni ühiklaenguga. Selle mass puhkeolekus on aga 1,67262 × 10-27 kg, mis on 1836 korda suurem elektroni massist. Prootonid koos elektriliselt neutraalsete osakestega, mida nimetatakse neutroniteks, moodustavad kõik aatomituumad, välja arvatud vesinik. Antud keemilise elemendi igas tuumas on sama arv prootoneid. Selle elemendi aatomnumber määrab selle positsiooni perioodilisustabelis.
Prootoni avastamine
Positiivse laenguga elementaarosake on prooton, mille avastamine pärineb aatomi struktuuri varasematest uuringutest. Uurides ioniseeritud gaasiaatomite ja molekulide voogusid, millest elektronid eemaldati, määrati positiivne osake, mis on massilt võrdne vesinikuaatomiga. Ernest Rutherford (1919) näitas, et alfaosakestega pommitades eraldab lämmastik vesinikku. 1920. aastaks eraldas ta vesiniku tuumadest elementaarosakese, nimetades seda prootoniks.
Kõrgeenergia osakeste füüsikauuringud 20. sajandi lõpus parandasid subatomaarsete osakeste rühma prootoni olemuse struktuurset arusaamist. On näidatud, et prootonid ja neutronid koosnevad väiksematest osakestest ja klassifitseeritakse barüoniteks – osakesteks, mis koosnevad kolmest aineelemendist, mida nimetatakse kvarkideks.
Subatomiline osake: suure ühtse teooria poole
Aatom on väike aineosa, mis on konkreetne element. Mõnda aega usuti, et see on väikseim ainetükk, mis võib eksisteerida. Kuid 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses avastasid teadlased, et aatomid koosnevad teatud subatomilistest osakestest ja et olenemata elemendist, moodustavad samad subatomilised osakesed aatomi. Erinevate subatomiliste osakeste arv on ainus, mis muutub.
Teadlased mõistavad nüüd, et subatomilisi osakesi on palju. Kuid selleks, et olla keemias edukas, peate tegelikult tegelema ainult kolme peamisega: prootonid, neutronid ja elektronid. Aine saab elektriliselt laetud kahel viisil: positiivne või negatiivne.
Kuidas nimetatakse positiivse laenguga elementaarosakest? Vastus on lihtne: prooton, see on see, kes kannab ühte positiivse laengu ühikut. Ja negatiivselt laetud elektronide olemasolu tõttu on aatom ise neutraalne. Mõnikord võivad mõned aatomid saada või kaotada elektrone ja saada laengu. Sel juhul nimetatakse neid ioonideks.
Aatomi elementaarosakesed: korrastatud süsteem
Aatomil on süstemaatiline ja korrastatud struktuur, mis tagab stabiilsuse ja vastutab aine igasuguste omaduste eest. Nende subatomiliste osakeste uurimine algas üle saja aasta tagasi ja praeguseks teame neist juba palju. teadlased on leidnud, et suurem osa aatomist on tühi ja hõred alt asustatud "elektronidega". Need on negatiivselt laetud kerged osakesed, mis tiirlevad ümber keskse raske osa, mis moodustab 99,99% aatomi kogumassist. Elektronide olemuse väljaselgitamine oli lihtsam, kuid pärast arvukaid geniaalseid uuringuid sai teatavaks, et tuum sisaldab positiivseid prootoneid ja neutraalseid neutroneid.
Iga üksus universumis koosneb aatomitest
Aine enamiku omaduste mõistmise võti seisneb selles, et meie universumi iga üksus koosneb aatomitest. Looduslikult esinevaid aatomeid on 92 ja need moodustavad molekule, ühendeid ja muud tüüpi aineid, et luua meie ümber keeruline maailm. Kuigi nimi "aatom" tuletati kreekakeelsest sõnast átomos, mis tähendab "jagamatut", on kaasaegne füüsika näidanud, et see pole mateeria lõplik ehitusplokk ja tõepoolest "jaguneb" subatomilisteks osakesteks. Nad on tõelised põhiüksused, mis moodustavad kogu maailma.
