ISTRUKTURA NG NUCLEAR NG ATOM

Noong 1932 matapos ang pagtuklas ng proton at neutron ng mga siyentipiko na si D.D. Ivanenko (USSR) at W. Heisenberg (Germany) ay hinirang modelo ng proton-neutron ng atomic nucleus.

Ayon sa modelong ito:
- ang nuclei ng lahat ng elemento ng kemikal ay binubuo ng mga nucleon: mga proton at neutron
- ang singil ng nucleus ay dahil lamang sa mga proton
- ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng atomic number ng elemento
- ang bilang ng mga neutron ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mass number at bilang ng mga proton (N=A-Z)

Simbolo ng kernel atom ng isang kemikal na elemento:

X - simbolo ng elemento ng kemikal

Ang A ay ang mass number, na nagpapakita ng:
- ang masa ng nucleus sa buong atomic mass units (a.m.u.)
(1a.m.u. = 1/12 ng masa ng isang carbon atom)
- bilang ng mga nucleon sa nucleus
- (A = N + Z), kung saan ang N ay ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng isang atom

Z - numero ng pagsingil, na nagpapakita ng:
- ang singil ng nucleus sa elementarya na mga singil sa kuryente (e.c.)
(1e.e.z. \u003d electron charge \u003d 1.6 x 10 -19 C)
- bilang ng mga proton
- bilang ng mga electron sa isang atom
- serial number sa periodic table

Ang masa ng nucleus ay palaging mas mababa kaysa sa kabuuan ng natitirang masa ng mga libreng proton at neutron na bumubuo dito.
Ito ay dahil ang mga proton at neutron sa nucleus ay napakalakas na naaakit sa isa't isa. Kailangan ng maraming trabaho para paghiwalayin sila. Samakatuwid, ang kabuuang lakas ng pahinga ng nucleus ay hindi katumbas ng natitirang enerhiya ng mga nasasakupang particle nito. Ito ay mas kaunti sa dami ng trabaho upang madaig ang mga puwersang nuklear na pang-akit.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng masa ng nucleus at ang kabuuan ng masa ng mga proton at neutron ay tinatawag na mass defect.

Tandaan ang paksang "Atomic Physics" para sa grade 9:

Radioactivity.
radioactive na pagbabago.
Ang komposisyon ng atomic nucleus. Mga puwersang nuklear.
Enerhiya ng komunikasyon. masa depekto.
Fission ng uranium nuclei.
Nuclear chain reaction.
Nuclear reactor.
thermonuclear reaksyon.

Iba pang mga pahina sa paksang "Atomic Physics" para sa mga baitang 10-11:

PAANO PAG-ARALAN ANG ATOM

Ang atom ay isang nucleus ng mga proton at neutron kung saan umiikot ang mga electron. Ang mga sukat ng mga atom ay ikasalibo ng isang micron. Ngunit mayroong higit pa higanteng "atoms" humigit-kumulang 10 kilometro ang lapad. Sa kauna-unahang pagkakataon ang gayong "atom" ay natuklasan noong 1967, at ngayon ay mayroong higit sa isang libo sa kanila. Ito ay mga neutron na bituin- mga labi ng supernova, na talagang malaking atomic nuclei, na binubuo ng 90% neutron at 10% proton, at napapalibutan ng isang "atmosphere" ng mga electron.
___

Noong 1920s, isang batang pisiko ang sinanay ni E. Rutherford. Pagkalipas ng dalawang buwan, inanyayahan siya ni Rutherford sa kanyang lugar at sinabing walang mangyayari. "Bakit? Tutal, 20 hours a day ang trabaho ko!?" ganti ng binata. "Ito ay masama! Ikaw walang oras na natitira Magisip! sagot ni Rutherford.

Noong 1908 ang sikat na physicist Ernest Rutherford Sinabi niya na marami na siyang naharap na pagbabago sa kalikasan, ngunit hindi niya mahuhulaan ang gayong panandaliang pagbabago. - Mula physicist hanggang chemist! Noong 1908, tumanggap si E. Rutherford Nobel Prize sa Chemistry para sa kanyang trabaho sa pag-aaral ng atom. Sa mga taong iyon, ang pananaliksik sa istruktura ng atom at radyaktibidad ay inuri bilang kimika.

DEPINISYON

Atom Binubuo ito ng isang positibong sisingilin na nucleus, sa loob nito ay mga proton at neutron, at ang mga electron ay gumagalaw sa mga orbit sa paligid nito. nucleus ng atom matatagpuan sa gitna at halos lahat ng masa nito ay puro dito.

Tinutukoy ng singil ng nucleus ng isang atom ang kemikal na elemento kung saan kabilang ang atom na ito.

Ang pagkakaroon ng atomic nucleus ay pinatunayan noong 1911 ni E. Rutherford at inilarawan sa isang akdang tinatawag na "Scattering of α and β-rays and the structure of the atom." Pagkatapos nito, ang iba't ibang mga siyentipiko ay naglagay ng maraming mga teorya ng istraktura ng atomic nucleus (drop (N. Bohr), shell, cluster, optical, atbp.).

Ang elektronikong istraktura ng atomic nucleus

Ayon sa mga modernong ideya, ang atomic nucleus ay binubuo ng mga proton na may positibong sisingilin at mga neutral na neutron, na kung saan ay tinatawag na mga nucleon. Ang mga ito ay gaganapin sa nucleus dahil sa malakas na pakikipag-ugnayan.

Ang bilang ng mga proton sa nucleus ay tinatawag na numero ng singil (Z). Maaari itong matukoy gamit ang Periodic Table ng D. I. Mendeleev - ito ay katumbas ng serial number ng elementong kemikal kung saan kabilang ang atom.

Ang bilang ng mga neutron sa isang nucleus ay tinatawag na isotopic number (N). Ang kabuuang bilang ng mga nucleon sa nucleus ay tinatawag na mass number (M) at ito ay katumbas ng relatibong atomic mass ng isang atom ng isang kemikal na elemento, na ipinahiwatig sa Periodic Table ng D. I. Mendeleev.

Ang nuclei na may parehong bilang ng mga neutron ngunit magkaibang bilang ng mga proton ay tinatawag na isotones. Kung ang nucleus ay may parehong bilang ng mga proton, ngunit ibang bilang ng mga neutron - isotopes. Sa kaso kapag ang mga numero ng masa ay pantay, ngunit ang komposisyon ng mga nucleon ay naiiba - isobars.

Ang nucleus ng isang atom ay maaaring nasa isang stable (ground) na estado at nasa isang excited na estado.

Isaalang-alang ang istraktura ng atomic nucleus gamit ang halimbawa ng elementong kemikal na oxygen. Ang oxygen ay may serial number 8 sa Periodic Table ng D. I. Mendeleev at isang relatibong atomic mass na 16 a.m.u. Nangangahulugan ito na ang nucleus ng oxygen atom ay may singil na katumbas ng (+8). Ang nucleus ay naglalaman ng 8 proton at 8 neutron (Z=8, N=8, M=16), at 8 electron ang gumagalaw sa 2 orbit sa paligid ng nucleus (Fig. 1).

kanin. 1. Schematic na representasyon ng istraktura ng oxygen atom.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

HALIMBAWA 2

Mag-ehersisyo	Ilarawan sa pamamagitan ng mga quantum number ang lahat ng mga electron na nasa 3p sublevel.
Desisyon	Mayroong anim na electron sa p-sublevel ng 3rd level:

Tulad ng nabanggit na, ang isang atom ay binubuo ng tatlong uri ng elementarya na mga particle: mga proton, neutron at mga electron. Ang atomic nucleus ay ang gitnang bahagi ng atom, na binubuo ng mga proton at neutron. Ang mga proton at neutron ay may karaniwang pangalan na nucleon, sa nucleus maaari silang maging isa't isa. Ang nucleus ng pinakasimpleng atom, ang hydrogen atom, ay binubuo ng isang elementary particle, ang proton.

Ang diameter ng nucleus ng isang atom ay humigit-kumulang 10 -13 - 10 -12 cm at 0.0001 ng diameter ng isang atom. Gayunpaman, halos ang buong masa ng isang atom (99.95 - 99.98%) ay puro sa nucleus. Kung posible na makakuha ng 1 cm 3 ng purong nuclear matter, ang masa nito ay magiging 100 - 200 milyong tonelada. Ang masa ng nucleus ng isang atom ay ilang libong beses na mas malaki kaysa sa masa ng lahat ng mga electron na bumubuo sa atom.

Proton- isang elementarya na particle, ang nucleus ng isang hydrogen atom. Ang masa ng isang proton ay 1.6721x10 -27 kg, ito ay 1836 beses ang masa ng isang elektron. Ang electric charge ay positibo at katumbas ng 1.66x10 -19 C. Coulomb - isang yunit ng electric charge, katumbas ng dami ng kuryente na dumadaan sa cross section ng conductor sa isang oras na 1 s sa isang pare-parehong kasalukuyang lakas ng 1A (ampere).

Ang bawat atom ng anumang elemento ay naglalaman ng isang tiyak na bilang ng mga proton sa nucleus. Ang numerong ito ay pare-pareho para sa isang partikular na elemento at tinutukoy ang mga katangiang pisikal at kemikal nito. Iyon ay, ang bilang ng mga proton ay nakasalalay sa kung anong kemikal na elemento ang ating kinakaharap. Halimbawa, kung ang isang proton sa nucleus ay hydrogen, kung ang 26 na proton ay bakal. Tinutukoy ng bilang ng mga proton sa atomic nucleus ang singil ng nucleus (charge number Z) at ang serial number ng elemento sa periodic system ng mga elemento D.I. Mendeleev (atomic number ng elemento).

Hneutron- isang electrically neutral na particle na may mass na 1.6749 x10 -27 kg, 1839 beses ang mass ng isang electron. Ang isang neuron sa isang libreng estado ay isang hindi matatag na particle; ito ay nakapag-iisa na nagiging isang proton na may paglabas ng isang electron at isang antineutrino. Ang kalahating buhay ng mga neutron (ang oras kung kailan nabubulok ang kalahati ng orihinal na bilang ng mga neutron) ay humigit-kumulang 12 minuto. Gayunpaman, sa isang nakatali na estado sa loob ng matatag na atomic nuclei, ito ay matatag. Ang kabuuang bilang ng mga nucleon (proton at neutron) sa nucleus ay tinatawag na mass number (atomic mass - A). Ang bilang ng mga neutron na bumubuo sa nucleus ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga numero ng masa at singil: N = A - Z.

Elektron- isang elementarya na butil, ang carrier ng pinakamaliit na masa - 0.91095x10 -27 g at ang pinakamaliit na electric charge - 1.6021x10 -19 C. Ito ay isang negatibong sisingilin na particle. Ang bilang ng mga electron sa isang atom ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus, i.e. ang atom ay neutral sa kuryente.

Positron– isang elementarya na particle na may positibong electric charge, isang antiparticle na may kinalaman sa isang electron. Ang masa ng isang elektron at isang positron ay pantay, at ang mga singil sa kuryente ay pantay sa ganap na halaga, ngunit kabaligtaran sa tanda.

Ang iba't ibang uri ng nuclei ay tinatawag na nuclides. Ang nuclide ay isang uri ng atom na may ibinigay na bilang ng mga proton at neutron. Sa kalikasan, mayroong mga atomo ng parehong elemento na may iba't ibang atomic na masa (mass number): 17 35 Cl, 17 37 Cl, atbp. Ang nuclei ng mga atom na ito ay naglalaman ng parehong bilang ng mga proton, ngunit ibang bilang ng mga neutron. Ang mga uri ng mga atomo ng parehong elemento na may parehong nuclear charge ngunit iba't ibang mass number ang tinatawag isotopes . Ang pagkakaroon ng parehong bilang ng mga proton, ngunit naiiba sa bilang ng mga neutron, ang mga isotopes ay may parehong istraktura ng mga shell ng elektron, i.e. halos magkatulad na mga katangian ng kemikal at sumasakop sa parehong lugar sa periodic table ng mga elemento ng kemikal.

Ang mga isotopes ay tinutukoy ng simbolo ng kaukulang elemento ng kemikal na may index A na matatagpuan sa kaliwang tuktok - ang numero ng masa, kung minsan ang bilang ng mga proton (Z) ay ibinibigay din sa kaliwang ibaba. Halimbawa, ang radioactive isotopes ng phosphorus ay 32 P, 33 P, o 15 32 P at 15 33 P, ayon sa pagkakabanggit. Kapag nagtatalaga ng isotope nang hindi ipinapahiwatig ang simbolo ng elemento, ang numero ng masa ay ibinibigay pagkatapos ng pagtatalaga ng elemento, halimbawa, posporus - 32, posporus - 33.

Karamihan sa mga elemento ng kemikal ay may ilang isotopes. Bilang karagdagan sa hydrogen isotope 1 H-protium, kilala ang heavy hydrogen 2 H-deuterium at superheavy hydrogen 3 H-tritium. Ang uranium ay may 11 isotopes, sa mga natural na compound mayroong tatlo sa kanila (uranium 238, uranium 235, uranium 233). Mayroon silang 92 proton at 146.143 at 141 neutron, ayon sa pagkakabanggit.

Sa kasalukuyan, higit sa 1900 isotopes ng 108 elemento ng kemikal ang kilala. Sa mga ito, ang mga natural na isotopes ay kinabibilangan ng lahat ng stable (mayroong humigit-kumulang 280 sa kanila) at mga natural na isotopes na bahagi ng mga radioactive na pamilya (mayroong 46 sa kanila). Ang natitira ay artipisyal, ang mga ito ay nakuha nang artipisyal bilang isang resulta ng iba't ibang mga reaksyong nuklear.

Ang terminong "isotopes" ay dapat lamang gamitin kapag tumutukoy sa mga atomo ng parehong elemento, halimbawa, carbon isotopes 12 C at 14 C. Kung ang ibig sabihin ay mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal, inirerekomendang gamitin ang terminong "nuclides", para sa halimbawa, radionuclides 90 Sr, 131 J, 137 Cs.

Academician A. F. Ioffe. "Agham at Buhay" No. 1, 1934

Ang artikulong "The Nucleus of the Atom" ni Academician Abram Fedorovich Ioffe ay nagbukas ng unang isyu ng journal na "Science and Life", na bagong nilikha noong 1934.

E. Rutherford.

F. W. Aston.

KALIKASAN NG BAGAY

Sa simula ng ika-20 siglo, ang atomistic na istraktura ng bagay ay tumigil na maging isang hypothesis, at ang atom ay naging parehong katotohanan bilang ang mga katotohanan at phenomena na karaniwan sa atin ay totoo.

Ito ay lumabas na ang atom ay isang napaka-komplikadong pormasyon, na walang alinlangan na may kasamang mga singil sa kuryente, at marahil ay mga singil lamang sa kuryente. Samakatuwid, natural, ang tanong ay lumitaw tungkol sa istraktura ng atom.

Ang unang modelo ng atom ay na-modelo pagkatapos ng solar system. Gayunpaman, ang ideyang ito ng istraktura ng atom sa lalong madaling panahon ay naging hindi mapagkakatiwalaan. At ito ay natural. Ang ideya ng atom bilang isang solar system ay isang purong mekanikal na paglipat ng larawan na nauugnay sa astronomical na mga kaliskis sa rehiyon ng atom, kung saan ang mga kaliskis ay daang-milyong bahagi lamang ng isang sentimetro. Ang ganitong matalim na pagbabago sa dami ay hindi maaaring magsama ng isang napaka makabuluhang pagbabago sa mga katangian ng husay ng parehong phenomena. Ang pagkakaibang ito ay pangunahing makikita sa katotohanan na ang atom, hindi katulad ng solar system, ay dapat na itayo ayon sa mas mahigpit na mga tuntunin kaysa sa mga batas na iyon na tumutukoy sa mga orbit ng mga planeta sa solar system.

Nagkaroon ng dalawang kahirapan. Una, ang lahat ng mga atom ng isang partikular na uri, ng isang partikular na elemento ay eksaktong pareho sa kanilang mga pisikal na katangian, at samakatuwid ang mga orbit ng mga electron sa mga atom na ito ay dapat na eksaktong pareho. Samantala, ang mga batas ng mekanika na namamahala sa galaw ng mga celestial na katawan ay talagang walang batayan para dito. Depende sa paunang bilis, ang orbit ng planeta ay maaaring, ayon sa mga batas na ito, ganap na arbitrary, ang planeta ay maaaring umikot sa bawat oras na may kaukulang bilis sa anumang orbit, sa anumang distansya mula sa Araw. Kung ang parehong mga arbitrary na orbit ay umiral sa mga atomo, kung gayon ang mga atomo ng parehong sangkap ay hindi maaaring magkapareho sa kanilang mga katangian, halimbawa, hindi sila maaaring magbigay ng isang mahigpit na magkaparehong spectrum ng luminescence. Isa itong kontradiksyon.

Ang isa pa ay ang paggalaw ng isang electron sa paligid ng isang atomic nucleus, kung ang mga batas ay ilalapat dito, na pinag-aralan nating mabuti sa isang malaking sukat ng mga eksperimento sa laboratoryo o kahit na astronomical phenomena, ay kailangang samahan ng patuloy na paglabas ng enerhiya. Dahil dito, ang enerhiya ng atom ay kailangang patuloy na maubos, at muli, ang atom ay hindi maaaring mapanatili ang pareho at hindi nagbabago na mga katangian sa paglipas ng mga siglo at millennia, at ang buong mundo at lahat ng mga atom ay kailangang makaranas ng patuloy na pagpapahina, isang patuloy na pagkawala ng enerhiya na nakapaloob sa kanila. Ito rin, ay sa anumang paraan ay hindi tugma sa mga pangunahing katangian ng mga atomo.

Ang huling kahirapan ay partikular na talamak. Tila pinamunuan nito ang buong agham sa isang hindi malulutas na dead end.

Tinapos ng namumukod-tanging pisisista na si Lorentz ang aming pag-uusap sa paksang ito tulad ng sumusunod: "Ikinalulungkot ko na hindi ako namatay limang taon na ang nakalilipas, nang ang kontradiksyon na ito ay wala pa. natural na phenomena."

Kasabay nito, noong tagsibol ng 1924, si de Broglie, isang batang mag-aaral ng Langevin, ay nagpahayag sa kanyang disertasyon ng isang ideya na, sa karagdagang pag-unlad nito, ay humantong sa isang bagong synthesis.

Ang ideya ni De Broglie, nang maglaon ay lubos na nagbago, ngunit higit na napanatili, ay ang paggalaw ng isang electron na umiikot sa paligid ng nucleus sa isang atom ay hindi lamang ang paggalaw ng isang bola, gaya ng naisip dati, na ang paggalaw na ito ay sinamahan ng ilang alon na naglalakbay kasama ang gumagalaw na elektron. Ang isang elektron ay hindi isang bola, ngunit ang ilang mga de-koryenteng sangkap ay malabo sa kalawakan, ang paggalaw nito ay kasabay ng pagpapalaganap ng isang alon.

Ang ideyang ito, pagkatapos ay pinalawak hindi lamang sa mga electron, kundi pati na rin sa paggalaw ng anumang katawan - at isang elektron, at isang atom, at isang buong koleksyon ng mga atomo - ay nagsasaad na ang anumang paggalaw ng isang katawan ay naglalaman ng dalawang panig, kung saan makikita natin. lalo na sa mga indibidwal na kaso malinaw ang isang panig, habang ang isa ay hindi napapansin. Sa isang kaso, nakikita natin, kumbaga, nagpapalaganap ng mga alon at hindi napapansin ang paggalaw ng mga particle, sa kabilang kaso, sa kabaligtaran, ang mga gumagalaw na particle mismo ay nauuna, at ang alon ay nakatakas sa ating pagmamasid.

Ngunit sa katunayan, ang magkabilang panig na ito ay palaging naroroon, at, sa partikular, sa paggalaw ng mga electron ay hindi lamang ang paggalaw ng mga singil mismo, kundi pati na rin ang pagpapalaganap ng alon.

Hindi masasabi na walang paggalaw ng mga electron sa mga orbit, ngunit mayroon lamang pulsation, mga alon lamang, iyon ay, iba pa. Hindi, mas tama kung sabihin ito: hindi namin itinatanggi ang paggalaw ng mga electrodes, na inihalintulad namin sa paggalaw ng mga planeta sa paligid ng Araw, ngunit ang paggalaw na ito mismo ay may katangian ng isang pulsation, at hindi ang katangian ng paggalaw ng globo sa paligid ng Araw.

Hindi ko ilalarawan dito ang istraktura ng atom, ang istraktura ng shell ng elektron nito, na tumutukoy sa lahat ng mga pangunahing pisikal na katangian - pagkakaisa, pagkalastiko, capillarity, mga katangian ng kemikal, atbp. Ang lahat ng ito ay resulta ng paggalaw ng shell ng elektron, o, gaya ng sinasabi natin ngayon, pulsations atom.

ANG PROBLEMA NG NUCLEAR

Ang nucleus ay gumaganap ng pinakamahalagang papel sa atom. Ito ang sentro sa paligid kung saan umiikot ang lahat ng mga electron at ang mga katangian sa huli ay tumutukoy sa lahat ng iba pa.

Ang unang bagay na matututunan natin tungkol sa nucleus ay ang singil nito. Alam namin na ang isang atom ay naglalaman ng isang bilang ng mga negatibong sisingilin na mga electron, ngunit ang atom sa kabuuan ay walang electric charge. Nangangahulugan ito na dapat mayroong kaukulang mga positibong singil sa isang lugar. Ang mga positibong singil na ito ay puro sa nucleus. Ang nucleus ay isang positibong sisingilin na particle, sa paligid kung saan ang atmospera ng elektron ay pumipintig, na nakapalibot sa nucleus. Tinutukoy ng singil ng nucleus ang bilang ng mga electron.

Ang mga electron ng bakal at tanso, salamin at kahoy ay eksaktong pareho. Hindi masama sa isang atom na mawala ang ilan sa mga electron nito, o kahit na mawala ang lahat ng electron nito. Hangga't nananatili ang isang positibong sisingilin na nucleus, ang nucleus na ito ay makakaakit ng maraming mga electron mula sa iba pang nakapalibot na mga katawan ayon sa kailangan nito, at ang atom ay mapangalagaan. Ang isang iron atom ay nananatiling bakal hangga't ang core nito ay buo. Kung nawalan ito ng ilang mga electron, kung gayon ang positibong singil ng nucleus ay magiging mas malaki kaysa sa kabuuan ng natitirang mga negatibong singil, at ang buong atom sa kabuuan ay magkakaroon ng labis na positibong singil. Pagkatapos ay tinatawag namin itong hindi isang atom, ngunit isang positibong iron ion. Sa isa pang kaso, ang atom ay maaaring, sa kabaligtaran, makaakit ng mas maraming negatibong mga electron sa sarili nito kaysa sa mga positibong singil nito - pagkatapos ito ay magiging negatibong sisingilin, at tinatawag natin itong negatibong ion; ito ang magiging negatibong ion ng parehong elemento. Dahil dito, ang indibidwalidad ng isang elemento, ang lahat ng mga katangian nito ay umiiral at tinutukoy ng nucleus, ang singil ng nucleus na ito, una sa lahat.

Dagdag pa, - ang masa ng isang atom sa napakatinding bahagi nito ay tiyak na tinutukoy ng nucleus, at hindi ng mga electron, - ang masa ng mga electron ay mas mababa sa isang libong bahagi ng masa ng buong atom; higit sa 0.999 ng kabuuang masa ay ang masa ng nucleus. Ito ay higit na mahalaga dahil isinasaalang-alang namin ang masa bilang isang sukatan ng reserbang enerhiya na taglay ng isang sangkap; ang masa ay ang parehong sukatan ng enerhiya gaya ng erg, kilowatt hour, o calorie.

Ang pagiging kumplikado ng nucleus ay ipinahayag sa kababalaghan ng radyaktibidad, natuklasan sa ilang sandali pagkatapos ng X-ray, sa gilid ng ating siglo. Nabatid na ang mga radioactive elements ay patuloy na naglalabas ng enerhiya sa anyo ng alpha, beta at gamma ray. Ngunit ang gayong tuluy-tuloy na radiation ng enerhiya ay dapat may ilang pinagmulan. Noong 1902, ipinakita ni Rutherford na ang tanging pinagmumulan ng enerhiyang ito ay ang atom, sa madaling salita, enerhiyang nuklear. Ang kabilang panig ng radyaktibidad ay ang paglabas ng mga sinag na ito ay naglilipat ng isang elemento na matatagpuan sa isang lugar ng periodic system patungo sa isa pang elemento na may iba't ibang katangian ng kemikal. Sa madaling salita, ang mga radioactive na proseso ay nagsasagawa ng pagbabagong-anyo ng mga elemento. Kung totoo na ang nucleus ng isang atom ay tumutukoy sa kanyang sariling katangian, at na hangga't ang nucleus ay buo, hangga't ang atom ay nananatiling isang atom ng isang partikular na elemento, at hindi ng anumang iba pa, kung gayon ang paglipat ng isang elemento sa ang isa pa ay nangangahulugan ng pagbabago sa mismong nucleus ng atom.

Ang mga sinag na inilabas ng mga radioactive substance ay nagbibigay ng unang diskarte sa pagkuha ng ilang pangkalahatang ideya kung ano ang nilalaman ng nucleus.

Ang mga alpha ray ay helium nuclei, at ang helium ay ang pangalawang elemento sa periodic table. Samakatuwid, maaaring isipin ng isa na ang komposisyon ng nucleus ay kinabibilangan ng helium nuclei. Ngunit ang pagsukat ng mga bilis kung saan lumilipad ang mga alpha rays ay agad na humahantong sa isang napakaseryosong kahirapan.

TEORYANG RADIOACTIVITY NI GAMOV

Ang nucleus ay positibong sisingilin. Kapag papalapit dito, ang anumang sinisingil na butil ay nakakaranas ng puwersa ng pagkahumaling o pagtanggi. Sa isang malaking sukat sa mga laboratoryo, ang mga pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente ay tinutukoy ng batas ng Coulomb: ang dalawang singil ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa na may puwersa na inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan ng mga ito at direktang proporsyonal sa magnitude ng isa at ng iba pang mga singil. Sa pag-aaral ng mga batas ng pagkahumaling o pagtanggi na nararanasan ng mga particle kapag lumalapit sa nucleus, nalaman ni Rutherford na hanggang sa mga distansyang napakalapit sa nucleus, sa pagkakasunud-sunod na 10 -12 cm, ang parehong batas ng Coulomb ay may bisa pa rin. Kung ito ang kaso, madali nating makalkula kung gaano karaming trabaho ang dapat gawin ng nucleus sa pamamagitan ng pagtulak sa positibong singil palayo sa sarili nito habang lumalabas ito sa nucleus at itinapon palabas. Ang mga particle ng alpha at sisingilin na helium nuclei, na lumilipad palabas ng nucleus, ay gumagalaw sa ilalim ng nakakasuklam na pagkilos ng singil nito; at ngayon ang kaukulang pagkalkula ay nagpapakita na, sa ilalim ng pagkilos ng pagtanggi lamang, ang mga particle ng alpha ay dapat na naipon ng isang kinetic energy na tumutugma sa hindi bababa sa 10 o 20 milyong electron volts, ibig sabihin, ang enerhiya na nakukuha kapag dumaan sa isang singil na katumbas ng singil ng isang electron, potensyal na pagkakaiba ng 20 milyong volts. Ngunit sa katunayan, kapag iniwan nila ang atom, lumalabas sila na may mas kaunting enerhiya, 1-5 milyong electron volts lamang. Pero bukod sa,

natural na asahan na ang nucleus, na nagtatapon ng alpha particle, ay nagbibigay dito ng iba pang karagdagan. Sa sandali ng pagbuga, ang isang bagay na tulad ng isang pagsabog ay nangyayari sa nucleus, at ang pagsabog na ito mismo ay nagbibigay ng ilang uri ng enerhiya; ang gawain ng mga puwersang salungat ay idinagdag dito, at lumalabas na ang kabuuan ng mga enerhiyang ito ay mas mababa kaysa sa dapat ibigay ng isang pagtanggi. Ang kontradiksyon na ito ay tinanggal sa sandaling iwanan natin ang mekanikal na paglipat sa lugar na ito ng mga view na binuo sa karanasan ng pag-aaral ng malalaking katawan, kung saan hindi natin isinasaalang-alang ang likas na alon ng paggalaw. Si G. A. Gamov ang unang nagbigay ng tamang interpretasyon ng kontradiksyon na ito at lumikha ng wave theory ng nucleus at radioactive na proseso.

Ito ay kilala na sa sapat na malalaking distansya (higit sa 10 -12 cm) ang nucleus ay nagtataboy ng isang positibong singil mula sa sarili nito. Sa kabilang banda, walang alinlangan na sa loob mismo ng nucleus, kung saan maraming positibong singil, sa ilang kadahilanan ay hindi sila nagtataboy sa isa't isa. Ang mismong pag-iral ng nucleus ay nagpapakita na ang mga positibong singil sa loob ng nucleus ay kapwa umaakit sa isa't isa, at sa labas ng nucleus sila ay nagtataboy sa isa't isa.

Paano mailalarawan ng isang tao ang mga kondisyon ng enerhiya sa nucleus mismo at sa paligid nito? Ginawa ni Gamow ang sumusunod na pagganap. Ipapakita namin sa diagram (Larawan 5) ang halaga ng enerhiya ng isang positibong singil sa isang lugar sa pamamagitan ng distansya mula sa pahalang na linya PERO.

Habang papalapit tayo sa nucleus, tataas ang enerhiya ng singil, dahil ang gawain ay gagawin laban sa puwersang nakatutuwa. Sa loob ng nucleus, sa kabaligtaran, ang enerhiya ay dapat na bumaba muli, dahil dito walang mutual repulsion, ngunit mutual attraction. Sa mga hangganan ng nucleus, nangyayari ang isang matalim na pagbaba sa halaga ng enerhiya. Ang aming pagguhit ay inilalarawan sa isang eroplano; sa katunayan, ang isa ay dapat, siyempre, isipin ito sa kalawakan na may parehong pamamahagi ng enerhiya at sa lahat ng iba pang direksyon. Pagkatapos ay nakuha namin na sa paligid ng nucleus ay mayroong isang spherical layer na may mataas na enerhiya, na parang ilang uri ng energy barrier na nagpoprotekta sa nucleus mula sa pagtagos ng mga positibong singil, ang tinatawag na "Gamow barrier".

Kung tumayo tayo sa punto ng view ng karaniwang mga pananaw sa paggalaw ng katawan at kalimutan ang tungkol sa likas na alon nito, kung gayon dapat nating asahan na ang gayong positibong singil lamang ang maaaring tumagos sa nucleus, ang enerhiya na kung saan ay hindi bababa sa taas ng barrier. Sa kabaligtaran, upang umalis sa nucleus, ang singil ay dapat munang maabot ang tuktok ng hadlang, pagkatapos nito ang kinetic energy nito ay magsisimulang tumaas habang ito ay lumalayo sa nucleus. Kung sa tuktok ng hadlang ang enerhiya ay katumbas ng zero, pagkatapos kapag ito ay inalis mula sa atom, ito ay makakatanggap ng napaka 20 milyong electron volts na hindi kailanman aktwal na naobserbahan. Ang bagong pag-unawa sa nucleus, na ipinakilala ni Gamow, ay ang mga sumusunod. Ang paggalaw ng isang particle ay dapat ituring bilang isang alon. Dahil dito, ang paggalaw na ito ay apektado ng enerhiya hindi lamang sa puntong inookupahan ng particle, kundi pati na rin sa buong malabong alon ng particle, na sumasaklaw sa isang medyo malaking espasyo. Batay sa mga konsepto ng wave mechanics, maaari nating sabihin na kahit na ang enerhiya sa isang naibigay na punto ay hindi umabot sa limitasyon na tumutugma sa tuktok ng hadlang, ang particle ay maaaring nasa kabilang panig nito, kung saan hindi na ito nakuha sa ang nucleus sa pamamagitan ng mga puwersa ng pang-akit na kumikilos doon.

Ang isang katulad ay ang sumusunod na eksperimento. Isipin na may isang bariles ng tubig sa likod ng dingding ng silid. Mula sa bariles na ito ang isang tubo ay iginuhit, na pumasa sa itaas sa pamamagitan ng isang butas sa dingding at nagbibigay ng tubig; bumubuhos ang tubig sa ilalim. Ito ay isang kilalang aparato na tinatawag na siphon. Kung ang bariles sa gilid na iyon ay inilagay nang mas mataas kaysa sa dulo ng tubo, kung gayon ang tubig ay patuloy na dadaloy dito sa bilis na tinutukoy ng pagkakaiba sa pagitan ng antas ng tubig sa bariles at sa dulo ng tubo. Walang nakakagulat dito. Ngunit kung hindi mo alam ang tungkol sa pagkakaroon ng bariles sa kabilang panig ng dingding at nakita mo lamang ang isang tubo kung saan dumadaloy ang tubig mula sa isang mataas na taas, kung gayon ang katotohanang ito ay tila sa iyo ay isang hindi mapagkakasundo na pagkakasalungatan. Ang tubig ay dumadaloy mula sa isang mahusay na taas at sa parehong oras ay hindi maipon ang enerhiya na tumutugma sa taas ng tubo. Gayunpaman, ang paliwanag sa kasong ito ay malinaw.

Mayroon tayong katulad na kababalaghan sa nucleus. Singilin mula sa normal nitong posisyon PERO tumataas sa isang estado ng mas malaking enerhiya AT, ngunit hindi umabot sa tuktok ng hadlang Sa(Larawan 6).

Wala sa estado AT Ang particle ng alpha, na dumadaan sa hadlang, ay nagsisimulang tumaboy mula sa nucleus hindi mula sa pinakatuktok Sa, at mula sa mas mababang taas ng enerhiya B1. Samakatuwid, kapag lumabas, ang enerhiya na naipon ng butil ay hindi nakasalalay sa taas Sa, ngunit mula sa isang mas maliit na taas na katumbas ng B1(Larawan 7).

Ang qualitative reasoning na ito ay maaari ding bigyan ng quantitative form at maaaring magbigay ng batas na tumutukoy sa probabilidad ng alpha particle na dumaan sa barrier bilang function ng energy na iyon. AT, na mayroon ito sa nucleus, at, dahil dito, mula sa enerhiya na matatanggap nito kapag umalis ito sa atom.

Sa tulong ng isang serye ng mga eksperimento, isang napakasimpleng batas ang naitatag na nag-uugnay sa bilang ng mga alpha particle na ibinubuga ng mga radioactive substance sa kanilang enerhiya o bilis. Ngunit ang kahulugan ng batas na ito ay ganap na hindi maintindihan.

Ang unang tagumpay ni Gamow ay binubuo sa katotohanan na ang dami ng batas na ito ng paglabas ng mga particle ng alpha ay sumunod sa kanyang teorya nang tumpak at natural. Ngayon ang "Gamow energy barrier" at ang wave interpretation nito ay ang batayan ng lahat ng aming mga ideya tungkol sa nucleus.

Ang mga katangian ng alpha rays ay ipinaliwanag nang mabuti ng teorya ni Gamow sa qualitatively at quantitatively, ngunit alam na ang mga radioactive substance ay naglalabas din ng beta rays - mga stream ng fast electron. Ang modelo ng paglabas ng elektron ay hindi maipaliwanag. Ito ay isa sa mga pinaka-seryosong kontradiksyon sa teorya ng atomic nucleus, na nanatiling hindi nalutas hanggang kamakailan lamang, ngunit ang solusyon nito ay ngayon, tila, nakabalangkas.

ISTRUKTURA NG NUCLEUS

Bumaling tayo ngayon upang isaalang-alang kung ano ang alam natin tungkol sa istraktura ng nucleus.

Mahigit sa 100 taon na ang nakalilipas, ipinahayag ni Prout ang ideya na marahil ang mga elemento ng periodic system ay hindi magkahiwalay, hindi magkakaugnay na mga anyo ng bagay, ngunit mga magkakaibang kumbinasyon lamang ng hydrogen atom. Kung gayon, aasahan ng isa na hindi lamang ang mga singil ng lahat ng nuclei ay magiging integer multiple ng singil ng hydrogen, kundi pati na rin ang mga masa ng lahat ng nuclei ay ipapahayag bilang integer multiple ng masa ng hydrogen nucleus, ibig sabihin, lahat ang mga atomic na timbang ay kailangang ipahayag ng mga buong numero. At sa katunayan, kung titingnan mo ang talahanayan ng mga atomic na timbang, makikita mo ang isang malaking bilang ng mga integer. Halimbawa, ang carbon ay eksaktong 12, nitrogen ay eksaktong 14, oxygen ay eksaktong 16, fluorine ay eksaktong 19. Ito, siyempre, ay hindi isang aksidente. Ngunit mayroon pa ring mga atomic na timbang na malayo sa mga integer. Halimbawa, ang neon ay may atomic na timbang na 20.2, ang klorin ay may atomic na timbang na 35.46. Samakatuwid, ang hypothesis ni Prout ay nanatiling isang bahagyang haka-haka at hindi maaaring maging isang teorya ng istraktura ng atom. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng pag-uugali ng mga sisingilin na ion, lalong madaling pag-aralan ang mga katangian ng nucleus ng isang atom sa pamamagitan ng pagkilos sa kanila, halimbawa, na may isang electric at magnetic field.

Ang pamamaraan batay dito, na dinala sa napakataas na katumpakan ng Aston, ay naging posible upang maitaguyod na ang lahat ng mga elemento na ang mga atomic na timbang ay hindi ipinahayag sa buong mga numero, sa katunayan, ay hindi isang homogenous na sangkap, ngunit isang halo ng dalawa o higit pa - 3 , 4, 9 - iba't ibang uri ng mga atomo. Kaya, halimbawa, ang atomic na timbang ng chlorine, katumbas ng 35.46, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na mayroong aktwal na ilang mga uri ng chlorine atoms. May mga chlorine atoms na may atomic weight na 35 at 37, at ang dalawang uri ng chlorine na ito ay pinaghalo-halo sa proporsyon na ang kanilang average na atomic na timbang ay 35.46. Ito ay lumabas na hindi lamang sa isang partikular na kaso na ito, ngunit sa lahat ng mga kaso, nang walang pagbubukod, kung saan ang mga atomic na timbang ay hindi ipinahayag bilang mga integer, mayroon kaming pinaghalong isotopes, ibig sabihin, mga atomo na may parehong singil, samakatuwid, na kumakatawan sa parehong elemento , ngunit may iba't ibang masa. Ang bawat indibidwal na uri ng atom ay palaging may integer atomic weight.

Kaya, ang haka-haka ni Prout ay agad na nakatanggap ng malaking suporta, at ang tanong ay maaaring ituring na lutasin, kung hindi para sa isang pagbubukod, ibig sabihin, ang hydrogen mismo. Ang katotohanan ay ang ating sistema ng mga atomic na timbang ay hindi nakabatay sa hydrogen, na kinuha bilang isang yunit, ngunit sa atomic na timbang ng oxygen, na may kondisyong kinukuha na katumbas ng 16. Kaugnay ng timbang na ito, ang mga atomic na timbang ay ipinahayag sa halos eksaktong mga integer . Ngunit ang hydrogen mismo sa sistemang ito ay may atomic na timbang hindi isa, ngunit medyo higit pa, lalo na 1.0078. Ang bilang na ito ay lubos na naiiba sa pagkakaisa - sa pamamagitan ng 3/4%, na higit na lumampas sa lahat ng posibleng mga pagkakamali sa pagtukoy ng atomic na timbang.

Napag-alaman na ang oxygen ay mayroon ding 3 isotopes: bilang karagdagan sa nangingibabaw na isa, na may atomic na timbang na 16, isa pang may atomic na timbang na 17, at isang pangatlo na may atomic na timbang na 18. Kung isasangguni natin ang lahat ng atomic na timbang sa isotope 16, kung gayon ang atomic na timbang ng hydrogen ay magiging bahagyang mas malaki kaysa sa pagkakaisa. Pagkatapos ay natagpuan ang pangalawang isotope ng hydrogen - hydrogen na may bigat na atomic na 2 - deuterium, gaya ng natuklasan ng mga Amerikanong ito, o diplogen, bilang tawag dito ng mga British. Mga 1/6000 na bahagi lamang ng deuterium na ito ang pinaghalo, at samakatuwid ang pagkakaroon ng karumihang ito ay may napakakaunting epekto sa atomic na timbang ng hydrogen.

Sa tabi ng hydrogen, ang helium ay may atomic na timbang na 4.002. Kung ito ay binubuo ng 4 na hydrogens, kung gayon ang atomic na timbang nito ay malinaw na kailangang 4.031. Samakatuwid, sa kasong ito mayroon kaming ilang pagkawala sa atomic na timbang, katulad: 4.031 - 4.002 = 0.029. pwede ba? Hangga't hindi natin isinasaalang-alang ang masa bilang isang sukat ng bagay, siyempre, ito ay imposible: ito ay nangangahulugan na ang bahagi ng bagay ay nawala.

Ngunit ang teorya ng relativity ay itinatag nang may katiyakan na ang masa ay hindi isang sukatan ng dami ng bagay, ngunit isang sukatan ng enerhiya na taglay ng bagay na ito. Ang bagay ay sinusukat hindi sa pamamagitan ng masa, ngunit sa pamamagitan ng bilang ng mga singil na bumubuo sa bagay na ito. Ang mga singil na ito ay maaaring magkaroon ng higit o mas kaunting enerhiya. Kapag lumalapit ang magkaparehong singil, tumataas ang enerhiya; kapag lumayo sila, bumababa ang enerhiya. Ngunit ito, siyempre, ay hindi nangangahulugan na ang bagay ay nagbago.

Kapag sinabi natin na ang 0.029 atomic weight ay nawala sa panahon ng pagbuo ng helium mula sa 4 na hydrogens, nangangahulugan ito na ang enerhiya na naaayon sa halagang ito ay nawala. Alam natin na ang bawat gramo ng bagay ay may enerhiya na katumbas ng 9. 10 20 erg. Sa pagbuo ng 4 g ng helium, nawala ang isang enerhiya na katumbas ng 0.029. siyam. 10 20 erg. Dahil sa pagbaba ng enerhiya na ito, 4 na hydrogen nuclei ang magsasama-sama sa isang bagong nucleus. Ang labis na enerhiya ay ilalabas sa nakapalibot na espasyo, at isang koneksyon na may bahagyang mas mababang enerhiya at masa ay mananatili. Kaya, kung ang mga atomic na timbang ay sinusukat hindi eksakto, sa pamamagitan ng mga integer 4 o 1, ngunit sa pamamagitan ng 4.002 at 1.0078, kung gayon ang mga ikasalibo na ito ang nakakakuha ng espesyal na kahalagahan, dahil tinutukoy nila ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng nucleus.

Ang mas maraming enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng nucleus, ibig sabihin, mas malaki ang pagkawala ng atomic na timbang, mas malakas ang nucleus. Sa partikular, ang helium nucleus ay napakalakas, dahil sa panahon ng pagbuo nito, ang enerhiya ay pinakawalan, na tumutugma sa isang pagkawala sa atomic na timbang - 0.029. Ito ay isang napakalaking enerhiya. Upang hatulan ito, pinakamahusay na tandaan ang simpleng ratio na ito: ang isang ikalibo ng isang atomic na timbang ay tumutugma sa halos 1 milyong electron volts. Kaya ang 0.029 ay tungkol sa 29 milyong electron volts. Upang sirain ang isang helium nucleus, upang mabulok ito pabalik sa 4 na hydrogen, kailangan ang napakalaking enerhiya. Ang nucleus ay hindi tumatanggap ng gayong enerhiya, samakatuwid ang helium nucleus ay lubos na matatag, at samakatuwid ito ay tiyak mula sa radioactive nuclei na hindi hydrogen nuclei ang pinakawalan, ngunit ang buong helium nuclei, mga particle ng alpha. Ang mga pagsasaalang-alang na ito ay humahantong sa amin sa isang bagong pagtatasa ng atomic energy. Alam na natin na halos lahat ng enerhiya ng atom ay puro sa nucleus, at, bukod dito, ang enerhiya ay napakalaki. Ang 1 g ng isang substance ay, kung isinalin sa isang mas graphic na wika, ng mas maraming enerhiya na maaaring makuha mula sa pagsunog ng 10 tren ng 100 bagon ng langis. Samakatuwid, ang core ay isang ganap na pambihirang mapagkukunan ng enerhiya. Ikumpara ang 1 g sa 10 tren - ito ang ratio ng konsentrasyon ng enerhiya sa core kumpara sa enerhiya na ginagamit natin sa ating teknolohiya.

Gayunpaman, kung iisipin natin ang mga katotohanan na ngayon ay isinasaalang-alang natin, maaari nating, sa kabaligtaran, makarating sa isang ganap na kabaligtaran na pagtingin sa nucleus. Mula sa puntong ito, ang nucleus ay hindi pinagmumulan ng enerhiya, ngunit ang sementeryo nito: ang nucleus ay ang nalalabi pagkatapos ng paglabas ng isang malaking halaga ng enerhiya, at dito mayroon tayong pinakamababang estado ng enerhiya.

Samakatuwid, kung maaari nating pag-usapan ang posibilidad ng paggamit ng enerhiya ng nucleus, kung gayon sa diwa lamang na, marahil, hindi lahat ng nuclei ay umabot sa pinakamababang posibleng enerhiya: pagkatapos ng lahat, ang parehong hydrogen at helium ay parehong umiiral sa kalikasan, at, dahil dito, hindi lahat ng hydrogen ay pinagsama sa helium, bagaman ang helium ay may mas kaunting enerhiya. Kung maaari nating pagsamahin ang magagamit na hydrogen sa helium, makakakuha tayo ng isang tiyak na halaga ng enerhiya. Hindi ito 10 oil train, ngunit ito ay magiging mga 10 oil wagon. At hindi masyadong masama kung posible na makakuha ng mas maraming enerhiya mula sa 1 g ng isang sangkap kaysa sa pagsunog ng 10 bagon ng langis.

Ito ang mga posibleng reserba ng enerhiya sa muling pagsasaayos ng nuclei. Ngunit ang posibilidad ay, siyempre, malayo sa katotohanan.

Paano maisasakatuparan ang mga posibilidad na ito? Upang masuri ang mga ito, bumaling tayo sa pagsasaalang-alang ng komposisyon ng atomic nucleus.

Masasabi na natin ngayon na sa lahat ng nuclei ay mayroong positibong hydrogen nuclei, na tinatawag na mga proton, ay may isang yunit ng atomic na timbang (mas tiyak na 1.0078) at isang yunit na positibong singil. Ngunit ang nucleus ay hindi maaaring binubuo ng mga proton lamang. Kunin, halimbawa, ang pinakamabigat na elemento, ika-92 sa periodic table, ang uranium, na may atomic na bigat na 238. Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng 238 unit na ito ay binubuo ng mga proton, ang uranium ay magkakaroon ng 238 charges, habang mayroon lamang itong 92 . Dahil dito, alinman sa hindi lahat ng mga particle ay sinisingil doon, o doon, bilang karagdagan sa 238 proton, mayroong 146 na negatibong mga electron. Kung gayon ang lahat ay maayos: ang atomic na timbang ay magiging 238, positibong singil 238 at negatibong 146, samakatuwid, ang kabuuang singil ay 92. Ngunit naitatag na namin na ang pagpapalagay ng pagkakaroon ng mga electron sa nucleus ay hindi tugma sa aming mga ideya: ni sa laki o sa magnetic properties ng mga electron sa core ay hindi maaaring ilagay. Nagkaroon ng ilang kontradiksyon.

PAGTUKLAS NG NEUTRON

Ang kontradiksyon na ito ay nawasak ng isang bagong eksperimentong katotohanan, na natuklasan mga dalawang taon na ang nakalilipas ni Irene Curie at ng kanyang asawang si Joliot (si Irene Curie ay anak ni Marie Curie, na nakatuklas ng radium). Natuklasan nina Irene Curie at Joliot na kapag ang beryllium (ang ikaapat na elemento ng periodic system) ay binomba ng mga particle ng alpha, ang beryllium ay naglalabas ng ilang kakaibang sinag na tumagos sa malalaking kapal ng bagay. Tila na dahil napakadali nilang tumagos sa bagay, hindi sila dapat magdulot ng anumang makabuluhang epekto doon, kung hindi ay mauubos ang kanilang enerhiya at hindi sila tatagos sa bagay. Sa kabilang banda, lumalabas na ang mga sinag na ito, na nagbabanggaan sa nucleus ng ilang atom, ay nagtatapon nito nang may napakalaking puwersa, na parang sa pamamagitan ng epekto ng isang mabigat na butil. Kaya, sa isang banda, dapat isipin ng isa na ang mga sinag na ito ay mabigat na nuclei, at sa kabilang banda, sila ay may kakayahang dumaan sa napakalaking kapal nang walang anumang impluwensya.

Ang paglutas ng kontradiksyon na ito ay natagpuan sa katotohanan na ang particle na ito ay hindi sinisingil. Kung ang butil ay walang electric charge, walang kikilos dito, at ito mismo ay hindi kikilos sa anuman. Tanging kapag, sa panahon ng paggalaw nito, ito ay bumunggo sa isang lugar sa core, ito ay itinatapon ito.

Kaya, lumitaw ang mga bagong uncharged na particle - mga neutron. Ito ay lumabas na ang masa ng particle na ito ay humigit-kumulang kapareho ng masa ng isang hydrogen particle - 1.0065 (isang ikalibo na mas mababa kaysa sa isang proton, samakatuwid, ang enerhiya nito ay humigit-kumulang 1 milyong electron volts na mas mababa). Ang particle na ito ay katulad ng isang proton, ngunit wala lamang ng isang positibong singil, ito ay neutral, ito ay tinatawag na isang neutron.

Sa sandaling naging malinaw ang pagkakaroon ng mga neutron, iminungkahi ang isang ganap na naiibang ideya ng istraktura ng nucleus. Una itong ipinahayag ni D. D. Ivanenko, at pagkatapos ay binuo, lalo na ni Heisenberg, na tumanggap ng Nobel Prize noong nakaraang taon. Ang nucleus ay maaaring maglaman ng mga proton at neutron. Maaaring ipagpalagay na ang nucleus ay binubuo lamang ng mga proton at neutron. Pagkatapos ang buong pagtatayo ng periodic system ay ipinakita sa isang ganap na naiiba, ngunit medyo simpleng paraan. Paano, halimbawa, dapat isipin ng isa ang uranium? Ang atomic na timbang nito ay 238, iyon ay, mayroong 238 na mga particle. Ngunit ang ilan sa kanila ay mga proton, ang ilan ay mga neutron. Ang bawat proton ay may positibong singil, ang mga neutron ay walang singil sa lahat. Kung ang singil ng uranium ay 92, nangangahulugan ito na ang 92 ay mga proton, at lahat ng iba pa ay mga neutron. Ang ideyang ito ay humantong na sa isang bilang ng mga kapansin-pansing tagumpay, agad nitong nilinaw ang isang bilang ng mga katangian ng periodic system, na dati ay tila ganap na misteryoso. Kapag kakaunti ang mga proton at neutron, kung gayon, ayon sa mga modernong konsepto ng mekanika ng alon, dapat asahan ng isa na ang bilang ng mga proton at neutron sa nucleus ay pareho. Ang proton lamang ang may singil, at ang bilang ng mga proton ay nagbibigay ng atomic number. At ang atomic na timbang ng isang elemento ay ang kabuuan ng mga timbang ng mga proton at neutron, dahil pareho silang may isang yunit ng atomic na timbang. Sa batayan na ito, maaari nating sabihin na ang atomic number ay kalahati ng atomic weight.

Ngayon may nananatili pa ring isang kahirapan, isang kontradiksyon. Isa itong kontradiksyon na nilikha ng mga beta particle.

PAGTUKLAS NG POSITRON

Nakarating kami sa konklusyon na walang anuman sa nucleus kundi isang proton na may positibong charge. Ngunit paano kung gayon ang mga negatibong electron ay inilalabas mula sa nucleus, kung walang mga negatibong singil doon? Tulad ng nakikita mo, kami ay nasa isang mahirap na posisyon.

Muli, isang bagong pang-eksperimentong katotohanan, isang bagong pagtuklas, ang humahantong sa atin palabas dito. Ang pagtuklas na ito ay ginawa, marahil sa unang pagkakataon, ni D. V. Skobeltsyn, na, na pinag-aralan ang mga cosmic ray sa loob ng mahabang panahon, ay natagpuan na kabilang sa mga singil na ibinubuga ng mga cosmic ray, mayroon ding mga positibong particle ng ilaw. Ngunit ang pagtuklas na ito ay labis na salungat sa lahat na matatag na itinatag na si Skobeltsyn sa una ay hindi nagbigay ng kanyang mga obserbasyon ng ganoong interpretasyon.

Ang sumunod na nakatuklas ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang American physicist na si Andersen sa Pasadena (California), at pagkatapos niya sa England, sa laboratoryo ni Rutherford, si Blackett. Ang mga ito ay mga positibong electron o, dahil hindi sila masyadong tinatawag, mga positron. Kung ano talaga ang mga positibong electron ay pinakamadaling makita ng kanilang pag-uugali sa isang magnetic field. Sa isang magnetic field, ang mga electron ay pinalihis sa isang direksyon, at ang mga positron sa isa pa, at ang direksyon ng kanilang pagpapalihis ay tumutukoy sa kanilang pag-sign.

Sa una, ang mga positron ay sinusunod lamang sa panahon ng pagpasa ng mga cosmic ray. Kamakailan lamang, natuklasan ng parehong Irene Curie at Joliot ang isang bagong kapansin-pansing phenomenon. Ito ay lumabas na mayroong isang bagong uri ng radyaktibidad, na ang nuclei ng aluminyo, boron, magnesiyo, na hindi radioactive sa kanilang sarili, ay nagiging radioactive kapag binomba ng mga alpha ray. Sa loob ng 2 hanggang 14 minuto, patuloy silang naglalabas ng mga particle nang mag-isa, at ang mga particle na ito ay hindi na alpha at beta ray, ngunit mga positron.

Ang teorya ng mga positron ay nilikha nang mas maaga kaysa sa positron mismo ay natagpuan. Itinakda ni Dirac sa kanyang sarili ang gawain ng pagbibigay ng mga equation ng wave mechanics ng isang anyo na masisiyahan din nila ang teorya ng relativity.

Ang mga equation na ito ng Dirac, gayunpaman, ay humantong sa isang kakaibang kinahinatnan. Ang masa ay pumapasok sa kanila nang simetriko, ibig sabihin, kapag ang tanda ng masa ay baligtad, ang mga equation ay hindi nagbabago. Ang simetrya na ito ng mga equation na may paggalang sa masa ay nagpapahintulot sa Dirac na mahulaan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga positibong electron.

Sa oras na iyon, walang nakakita ng mga positibong electron, at mayroong isang malakas na paniniwala na walang mga positibong electron (maaaring hatulan ito ng isa sa pamamagitan ng pag-iingat kung saan parehong sina Skobeltsyn at Andersen ay lumapit sa isyung ito), kaya tinanggihan ang teorya ni Dirac. Pagkalipas ng dalawang taon, aktwal na natagpuan ang mga positibong electron, at, siyempre, naalala nila ang teorya ni Dirac, na hinulaan ang kanilang hitsura.

"MATERYALISASYON" AT "PAG-ANNIHILATION"

Ang teoryang ito ay nauugnay sa isang bilang ng mga walang batayan na interpretasyon na pumapalibot dito mula sa lahat ng panig. Dito nais kong suriin ang proseso ng materyalisasyon, na pinangalanan sa inisyatiba ni Madame Curie - ang hitsura ng isang pares ng positibo at negatibong mga electron sa panahon ng pagpasa ng gamma ray sa pamamagitan ng bagay. Ang pang-eksperimentong katotohanang ito ay binibigyang kahulugan bilang ang pagbabago ng electromagnetic energy sa dalawang particle ng matter, na hindi pa umiiral noon. Ang katotohanang ito, samakatuwid, ay binibigyang kahulugan bilang ang paglikha at paglaho ng bagay sa ilalim ng impluwensya ng iba pang mga sinag.

Ngunit kung susuriin nating mabuti kung ano talaga ang ating namamasid, madaling makita na ang gayong interpretasyon ng hitsura ng mga pares ay walang batayan. Sa partikular, sa gawain ng Skobeltsyn ito ay ganap na malinaw na ang hitsura ng isang pares ng mga singil sa ilalim ng impluwensya ng gamma ray ay hindi nangyayari sa lahat sa walang laman na espasyo, ang hitsura ng mga pares ay palaging sinusunod lamang sa mga atomo. Dahil dito, narito ang pakikitungo natin hindi sa materyalisasyon ng enerhiya, hindi sa paglitaw ng ilang bagong bagay, ngunit sa paghihiwalay lamang ng mga singil sa loob ng bagay na umiiral na sa atom. Nasaan siya? Dapat isipin ng isang tao na ang proseso ng paghahati ng positibo at negatibong mga singil ay nangyayari hindi malayo sa nucleus, sa loob ng atom, ngunit hindi sa loob ng nucleus (sa medyo hindi masyadong malaking distansya na 10 -10 -10 -11 cm, habang ang radius ng nucleus ay 10 -12 -10 -13 cm ).

Eksaktong pareho ang masasabi tungkol sa reverse na proseso ng "matter annihilation" - ang koneksyon ng isang negatibo at positibong elektron na may paglabas ng isang milyong electron volts ng enerhiya sa anyo ng dalawang quanta ng electromagnetic gamma rays. At ang prosesong ito ay palaging nagaganap sa atom, tila malapit sa nucleus nito.

Dito tayo dumating sa posibilidad na malutas ang kontradiksyon na nabanggit na natin, na nagreresulta mula sa paglabas ng mga beta ray ng mga negatibong electron sa pamamagitan ng isang nucleus, na, tulad ng iniisip natin, ay hindi naglalaman ng mga electron.

Malinaw, ang mga beta particle ay hindi lumilipad palabas ng nucleus, ngunit salamat sa nucleus; dahil sa pagpapalabas ng enerhiya sa loob ng nucleus, isang proseso ng paghahati sa positibo at negatibong mga singil ay nangyayari malapit dito, at ang negatibong singil ay pinalabas, at ang positibo ay iginuhit sa nucleus at nagbubuklod sa neutron, na bumubuo ng isang positibong proton. Ito ang mungkahi na ginawa kamakailan.

Narito ang alam natin tungkol sa komposisyon ng atomic nucleus.

KONGKLUSYON

Sa konklusyon, sabihin natin ang ilang mga salita tungkol sa mga prospect sa hinaharap.

Kung, sa pag-aaral ng mga atomo, naabot na natin ang ilang mga limitasyon, na higit sa kung saan ang dami ng mga pagbabago ay dumaan sa mga bagong katangian ng husay, kung gayon sa mga hangganan ng atomic nucleus, ang mga batas ng wave mechanics na natuklasan natin sa atomic shell ay titigil sa paggana; masyadong malabo na mga balangkas ng isang bago, mas pangkalahatang teorya, na may kaugnayan sa kung saan ang mga mekanika ng alon ay isang panig lamang ng kababalaghan, ang kabilang panig nito ay nagsisimula nang magbukas - at nagsisimula, gaya ng nakasanayan, na may mga kontradiksyon, ay nagsisimula nang mararamdaman sa kaibuturan.

Ang trabaho sa atomic nucleus ay mayroon ding isa pang napaka-kagiliw-giliw na bahagi, malapit na kaakibat ng pag-unlad ng teknolohiya. Ang nucleus ay napakahusay na protektado ng Gamow barrier mula sa mga panlabas na impluwensya. Kung, hindi limitado lamang sa pagmamasid sa pagkabulok ng nuclei sa mga radioactive na proseso, gusto nating pumasok sa nucleus mula sa labas, upang muling itayo ito, kung gayon mangangailangan ito ng napakalakas na epekto.

Ang problema ng nucleus ay agarang nangangailangan ng karagdagang pag-unlad ng teknolohiya, isang paglipat mula sa mga boltahe na pinagkadalubhasaan na ng teknolohiyang may mataas na boltahe, mula sa mga boltahe ng ilang daang libong boltahe, hanggang sa milyun-milyong boltahe. Ang isang bagong yugto ay nilikha din sa teknolohiya. Ang gawaing ito sa paglikha ng mga bagong mapagkukunan ng boltahe, milyun-milyong volts, ay isinasagawa na ngayon sa lahat ng mga bansa - kapwa sa ibang bansa at dito, lalo na sa laboratoryo ng Kharkov, na siyang unang nagsimula sa gawaing ito, at sa Leningrad Institute of Physics and Technology, at sa iba pang lugar.

Ang problema ng nucleus ay isa sa mga pinaka-kagyat na problema ng ating panahon sa pisika; dapat itong gawin nang may sukdulang tindi at tiyaga, at sa gawaing ito ay kailangang magkaroon ng malaking tapang ng pag-iisip. Sa aking paglalahad, nagpahiwatig ako ng ilang mga kaso kung kailan, sa pagpasa sa mga bagong pamantayan, kami ay naging kumbinsido na ang aming mga lohikal na gawi, lahat ng aming mga ideya na binuo sa limitadong karanasan, ay hindi angkop para sa mga bagong phenomena at mga bagong pamantayan. Kinakailangang malampasan itong konserbatismo ng sentido komun na likas sa bawat isa sa atin. Ang sentido komun ay isang puro karanasan ng nakaraan; hindi inaasahan na ang karanasang ito ay ganap na yayakap sa hinaharap. Sa lugar ng nucleus, higit sa anumang iba pa, dapat palaging isaisip ng isa ang posibilidad ng mga bagong katangian ng husay at huwag matakot sa kanila. Para sa akin, tiyak dito na dapat maramdaman ang kapangyarihan ng dialectical na pamamaraan, na wala sa konserbatismo ng pamamaraang ito, na hinulaang din ang buong kurso ng pag-unlad ng modernong pisika. Siyempre, sa pamamagitan ng dialectical na pamamaraan ang ibig kong sabihin dito ay hindi ang kabuuan ng mga pariralang kinuha mula sa Engels. Hindi ang kanyang mga salita, ngunit ang kahulugan nito ay dapat ilipat sa ating gawain; isang dialectical na paraan lamang ang makakapagpasulong sa atin sa isang ganap na bago at advanced na lugar gaya ng problema sa kernel.

« Physics - Grade 11"

Ang istraktura ng atomic nucleus. pwersang nuklear

Kaagad pagkatapos matuklasan ang neutron sa mga eksperimento ni Chadwick, ang pisikong Sobyet na si D. D. Ivanenko at ang siyentipikong Aleman na si W. Heisenberg noong 1932 ay nagmungkahi ng isang proton-neutron na modelo ng nucleus.
Kinumpirma ito ng mga kasunod na pag-aaral ng mga pagbabagong nuklear at ngayon ay karaniwang tinatanggap.

Proton-neutron na modelo ng nucleus

Ayon sa modelo ng proton-neutron, ang nuclei ay binubuo ng mga elementarya na particle ng dalawang uri - mga proton at neutron.

Dahil ang atom sa kabuuan ay neutral sa kuryente, at ang singil ng proton ay katumbas ng modulus ng singil ng electron, ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga electron sa atomic shell.
Samakatuwid, ang bilang ng mga proton sa nucleus ay katumbas ng atomic number ng elemento Z sa periodic system ng mga elemento ng D. I. Mendeleev.

Ang kabuuan ng bilang ng mga proton Z at bilang ng mga neutron N sa nucleus ay tinatawag Pangkalahatang numero at tinutukoy ng titik PERO:

A=Z+N

Ang mga masa ng proton at neutron ay malapit sa isa't isa at ang bawat isa sa kanila ay humigit-kumulang katumbas ng isang atomic mass unit.
Ang masa ng mga electron sa isang atom ay mas mababa kaysa sa masa ng nucleus nito.
Samakatuwid, ang mass number ng nucleus ay katumbas ng relatibong atomic mass ng elemento, na bilugan sa pinakamalapit na integer.
Ang mga numero ng masa ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng tinatayang pagsukat ng masa ng nuclei na may mga instrumento na walang mataas na katumpakan.

Ang isotopes ay mga nuclei na may parehong halaga Z, ngunit may iba't ibang mass number PERO, ibig sabihin, may iba't ibang bilang ng mga neutron N.

pwersang nuklear

Dahil ang nuclei ay napakatatag, ang mga proton at neutron ay dapat panatilihin sa loob ng nucleus sa pamamagitan ng ilang pwersa, at napakalaki.
Hindi ang gravitational forces ang masyadong mahina.
Ang katatagan ng nucleus ay hindi rin maipaliwanag ng mga electromagnetic na pwersa, dahil mayroong electrical repulsion sa pagitan ng mga katulad na sisingilin na proton.
At ang mga neutron ay walang electric charge.

Kaya, sa pagitan ng mga nuclear particle - mga proton at neutron, tinawag sila mga nucleon- may mga espesyal na pwersa na tinatawag pwersang nuklear.

Ano ang mga pangunahing katangian ng mga puwersang nuklear? Ang mga puwersang nuklear ay humigit-kumulang 100 beses na mas malaki kaysa sa mga puwersang elektrikal (Coulomb).
Ito ang pinakamakapangyarihang pwersa sa lahat ng umiiral sa kalikasan.
Samakatuwid, ang mga pakikipag-ugnayan ng mga nuclear particle ay madalas na tinatawag malakas na pakikipag-ugnayan.

Ang malakas na pakikipag-ugnayan ay ipinakikita hindi lamang sa mga pakikipag-ugnayan ng mga nucleon sa nucleus.
Ito ay isang espesyal na uri ng pakikipag-ugnayan na likas sa karamihan ng mga elementarya na particle kasama ng mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan.

Ang isa pang mahalagang katangian ng mga puwersang nuklear ay ang kanilang maikling saklaw.
Ang mga puwersang electromagnetic ay humihina nang medyo mabagal sa pagtaas ng distansya.
Ang mga puwersang nuklear ay kapansin-pansing ipinapakita lamang sa mga distansyang katumbas ng laki ng nucleus (10 -12 -10 -13 cm), na ipinakita na ng mga eksperimento ni Rutherford sa pagkalat ng mga α-particle ng atomic nuclei.
Ang isang kumpletong quantitative theory ng nuclear forces ay hindi pa nabubuo.
Ang makabuluhang pag-unlad sa pag-unlad nito ay nakamit kamakailan - sa huling 10-15 taon.

Ang nuclei ng mga atom ay binubuo ng mga proton at neutron. Ang mga particle na ito ay hawak sa nucleus ng mga puwersang nuklear.

isotopes

Ang pag-aaral ng phenomenon ng radioactivity ay humantong sa isang mahalagang pagtuklas: ang kalikasan ng atomic nuclei ay napaliwanagan.

Bilang resulta ng pagmamasid sa isang malaking bilang ng mga radioactive na pagbabago, unti-unting naging malinaw na may mga sangkap na magkapareho sa kanilang mga kemikal na katangian, ngunit may ganap na magkakaibang mga radioactive na katangian (i.e., pagkabulok sa iba't ibang paraan).
Hindi sila maaaring paghiwalayin ng alinman sa mga kilalang pamamaraang kemikal.
Sa batayan na ito, iminungkahi ni Soddy noong 1911 ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga elemento na may parehong mga katangian ng kemikal, ngunit naiiba, sa partikular, sa kanilang radioactivity.
Ang mga elementong ito ay dapat ilagay sa parehong cell ng periodic system ng D. I. Mendeleev.
Pinangalanan sila ni Soddy isotopes(i.e., sumasakop sa parehong mga lugar).

Ang palagay ni Soddy ay napakatingkad na nakumpirma at malalim na binigyang-kahulugan pagkalipas ng isang taon, nang si J. J. Thomson ay gumawa ng tumpak na mga sukat ng masa ng mga neon ions sa pamamagitan ng pagpapalihis sa kanila sa mga electric at magnetic field.
Natuklasan niya na ang neon ay pinaghalong dalawang uri ng atoms.
Karamihan sa kanila ay may kamag-anak na masa na katumbas ng 20.
Ngunit mayroong isang maliit na bahagi ng mga atom na may kamag-anak na atomic na masa na 22.
Bilang resulta, ang relatibong atomic na masa ng pinaghalong ay kinuha na 20.2.
Ang mga atomo na may parehong mga katangian ng kemikal ay naiiba sa masa.

Ang parehong mga uri ng neon atoms, siyempre, ay sumasakop sa parehong lugar sa talahanayan ng D. I. Mendeleev at, samakatuwid, ay mga isotopes.
Kaya, ang mga isotopes ay maaaring magkakaiba hindi lamang sa kanilang mga radioactive na katangian, kundi pati na rin sa masa.
Iyon ang dahilan kung bakit ang mga singil ng atomic nuclei sa isotopes ay pareho, na nangangahulugan na ang bilang ng mga electron sa mga shell ng mga atomo at, dahil dito, ang mga kemikal na katangian ng isotopes ay pareho.
Ngunit ang masa ng nuclei ay iba.
Bukod dito, ang nuclei ay maaaring parehong radioactive at stable.
Ang pagkakaiba sa mga katangian ng radioactive isotopes ay dahil sa ang katunayan na ang kanilang nuclei ay may iba't ibang masa.

Sa kasalukuyan, ang pagkakaroon ng isotopes sa karamihan ng mga elemento ng kemikal ay naitatag.
Ang ilang mga elemento ay mayroon lamang hindi matatag (i.e., radioactive) isotopes.
Ang mga isotopes ay nasa pinakamabigat sa mga elementong umiiral sa kalikasan - uranium (kamag-anak na masa ng atomic 238, 235, atbp.) at ang pinakamagaan - hydrogen (kamag-anak na masa ng atomic 1, 2, 3).

Ang mga hydrogen isotopes ay partikular na interesado, dahil naiiba ang mga ito sa masa sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng 2 at 3.
Ang isotope na may relatibong atomic mass na 2 ay tinatawag deuterium.
Ito ay matatag (i.e., hindi radioactive) at pumapasok bilang isang maliit na karumihan (1: 4500) sa ordinaryong hydrogen.
Kapag ang deuterium ay pinagsama sa oxygen, ang tinatawag na mabigat na tubig ay nabuo.
Ang mga pisikal na katangian nito ay kapansin-pansing naiiba sa ordinaryong tubig.
Sa normal na atmospheric pressure, kumukulo ito sa 101.2°C at nagyeyelo sa 3.8°C.

Ang isotope ng hydrogen na may atomic mass na 3 ay tinatawag tritium.
Ito ay β-radioactive at may kalahating buhay na humigit-kumulang 12 taon.

Ang pagkakaroon ng isotopes ay nagpapatunay na ang singil ng atomic nucleus ay hindi tumutukoy sa lahat ng mga katangian ng atom, ngunit ang mga kemikal na katangian lamang nito at ang mga pisikal na katangian na nakasalalay sa paligid ng shell ng elektron, halimbawa, ang laki ng atom.
Ang masa ng isang atom at ang mga radioactive na katangian nito ay hindi tinutukoy ng serial number sa talahanayan ng D. I. Mendeleev.

Kapansin-pansin na kapag tumpak na sinusukat ang mga kamag-anak na atomic na masa ng isotopes, ito ay naging malapit sa mga integer.
Ngunit ang mga atomic na masa ng mga elemento ng kemikal ay minsan ay ibang-iba sa mga integer.
Kaya, ang relatibong atomic mass ng chlorine ay 35.5.
Nangangahulugan ito na sa natural na estado, ang isang chemically pure substance ay isang pinaghalong isotopes sa iba't ibang proporsyon.
Ang integer (tinatayang) ng mga relatibong atomic na masa ng isotopes ay napakahalaga para sa pagpapaliwanag ng istruktura ng atomic nucleus.

Karamihan sa mga elemento ng kemikal ay may isotopes.
Ang mga singil ng atomic nuclei ng isotopes ay pareho, ngunit ang mga masa ng nuclei ay iba.