Mijlocul secolului trecut a marcat nașterea unei noi ere în istoria omenirii. Epoca de piatră a fost odată înlocuită cu epoca bronzului, apoi au urmat succesiv perioadele de domnie a fierului, aburului și electricității. Suntem acum la începutul erei atomului. Chiar și cele mai superficiale cunoștințe în domeniul structurii nucleului atomic deschide orizonturi fără precedent pentru umanitate.
Ce știm despre nucleul atomic? Faptul că reprezintă 99,99% din masa întregului atom și este format din particule care sunt denumite în mod obișnuit nucleoni. Ce sunt nucleonii, câți dintre ei, ce sunt, acum știe fiecare elev de liceu care are un patru solid la fizică.
Cum ne imaginăm structura atomului
Vai, nu va apărea curând o tehnică care vă permite să vedeți particulele care alcătuiesc un atom, un nucleu atomic. Există mii de întrebări despre modul în care este aranjată materia și există, de asemenea, o mulțime de teorii ale structurii particulelor elementare. Până în prezent, teoria cărăspunde la majoritatea întrebărilor, este modelul planetar al structurii atomului.
Conform lui, electronii încărcați negativ se rotesc în jurul unui nucleu încărcat pozitiv, ținut de atracție electrică. Ce sunt nucleonii? Faptul este că nucleul nu este monolitic, este format din protoni și neutroni încărcați pozitiv - particule cu sarcină zero. Acestea sunt particulele din care este construit nucleul atomic și se obișnuiește să le numim nucleoni.
De unde a venit această teorie, dacă particulele sunt atât de mici? Oamenii de știință au ajuns la concluzia despre structura planetară a atomului prin direcționarea fasciculelor de diferite microparticule pe cele mai subțiri plăci de metal.
Care sunt dimensiunile sale
Cunoștințele despre structura atomului nu vor fi complete dacă nu vă imaginați elementele sale la scară. Nucleul este extrem de mic, chiar și în comparație cu atomul însuși. Dacă vă imaginați un atom, de exemplu, aur, sub forma unui balon imens cu un diametru de 200 de metri, atunci miezul său va fi doar… o alună. Dar ce sunt nucleonii și de ce joacă ei un rol atât de important? Da, fie doar pentru că în ele este concentrată întreaga masă a atomului.
În cuiburile rețelei cristaline, atomii de aur sunt localizați destul de dens, așa că distanța dintre „nuci” vecine pe scara adoptată de noi va fi de aproximativ 250-300 de metri.
Proton
Oamenii de știință au bănuit de mult că nucleul unui atom nu este un fel de substanță monolitică. Mărimile masei și sarcinii, crescând în „pași” de la un element chimic la altul, au fost dureros de izbitoare. Era logic să presupunemcă există anumite particule cu o sarcină pozitivă fixă, din care sunt „colectate” nucleele tuturor atomilor. Câți nucleoni încărcați pozitiv sunt în nucleu, aceasta va fi sarcina acestuia.
Ipotezele cu privire la structura complexă a nucleului atomic au fost făcute încă din perioada de construcție de către Mendeleev a tabelului său periodic al elementelor. Cu toate acestea, posibilitățile tehnice de a confirma experimental presupunerile nu existau la acel moment. Abia la începutul secolului al XX-lea, Ernest Rutherford a făcut un experiment care a confirmat existența protonului.
Ca urmare a expunerii la substanță prin radiația metalelor radioactive, din când în când a apărut o particulă - o copie a nucleului unui atom de hidrogen. Avea aceeași greutate (1,67 ∙ 10-27 kg) și sarcină atomică +1.
Neutron
Concluzia despre necesitatea de a căuta o altă particulă, în absență numită neutron, a venit rapid. Întrucât întrebarea cu privire la câți nucleoni sunt în nucleu și ce sunt aceștia, se afla în creșterea neuniformă a masei și a sarcinii cu o schimbare a numărului ordinal al elementului. Rutherford a făcut o presupunere despre existența unui geamăn de protoni cu sarcină zero, dar nu a reușit să-și confirme presupunerea.
În general, oamenii de știință nucleari aveau deja o idee bună despre ce sunt nucleonii și compoziția cantitativă a nucleelor atomice. Și particula evazivă, dar descoperită experimental de nimeni, aștepta în aripi. James Chadwick este considerat a fi descoperitorul său, care a reușit să izoleze „invizibilul” de substanță,supunându-l unui bombardament cu nuclee de heliu accelerate la viteze ultra-în alte (particule α). Masa particulei, așa cum era de așteptat, s-a dovedit a fi egală cu masa protonului descoperit anterior. Conform cercetărilor moderne, neutronul este puțin mai greu.
Puțin mai multe despre „cărămizile” nucleului atomic
Calculați câți nucleoni în nucleul unui element chimic sau izotopul acestuia este ușor. Acest lucru necesită două lucruri: un tabel periodic și un calculator, deși puteți calcula în minte. Un exemplu sunt cei doi izotopi comuni ai uraniului: 235 și 238. Aceste numere reprezintă masa atomică. Numărul de serie al uraniului este 92, denotă întotdeauna sarcina nucleului.
După cum știți, nucleonii din nucleul unui atom pot fi fie protoni încărcați pozitiv, fie neutroni de aceeași masă, dar fără sarcină. Numărul de serie 92 indică numărul de protoni din nucleul. Numărul de neutroni se calculează prin scădere simplă:
- - uraniu 235, număr de neutroni=235 – 92=143;
- - uraniu 238, număr de neutroni=238 – 92=146.
Și câți nucleoni pot fi reuniți simultan? Se crede că la o anumită etapă a vieții stelelor cu masă suficientă, când reacția termonucleară nu mai este capabilă să rețină forța gravitațională, presiunea din intestinele stelei crește atât de mult încât „lipește” electronii de protoni. Ca rezultat, sarcina devine zero, iar perechea proton-electron devine neutron. Materia rezultată, constând din neutroni „presați”, este extrem de densă.
O stea care cântărește în Soarele nostru se transformă într-o mingede câteva zeci de kilometri în diametru. O linguriță de astfel de „terci de neutroni” ar putea cântări câteva sute de tone pe Pământ.
