Материйн бүтцийн физикийг анх Жозеф Ж. Томсон нухацтай судалжээ. Гэсэн хэдий ч олон асуулт хариултгүй хэвээр байв. Хэсэг хугацааны дараа Э. Рутерфорд атомын бүтцийн загварыг гаргаж чадсан. Нийтлэлд бид түүнийг нээлтэд хүргэсэн туршлагыг авч үзэх болно. Материйн бүтэц нь физикийн хичээлийн хамгийн сонирхолтой сэдвүүдийн нэг тул бид түүний гол талуудад дүн шинжилгээ хийх болно. Бид атом нь юунаас бүрддэгийг сурч, доторх электрон, протон, нейтроны тоог хэрхэн олохыг сурдаг. Ингээд изотоп ба ионы тухай ойлголттой танилцацгаая.
Электроныг нээх
1897 онд Английн эрдэмтэн Жозеф Жон Томсон (түүний хөрөг зургийг доороос харж болно) цахилгаан гүйдэл, өөрөөр хэлбэл хий дэх цэнэгийн чиглэсэн хөдөлгөөнийг судалжээ. Тэр үед физик нь материйн молекулын бүтцийг аль хэдийн мэддэг байсан. Бүх бие нь молекулуудаас тогтдог материас, харин сүүлийнх нь атомуудаас бүрддэг гэдгийг мэддэг байсан.
Томсон тодорхой нөхцөлд хийн атомууд сөрөг цэнэгтэй бөөмс ялгаруулдаг болохыг олж мэдсэн (qel <0). Тэдгээрийг электрон гэж нэрлэдэг. Атом нь төвийг сахисан байдаг бөгөөд энэ нь хэрэв электронууд түүнээс нисч байвал эерэг хэсгүүд тэнд байх ёстой гэсэн үг юм. "+" тэмдэгтэй атомын хэсэг юу вэ? Энэ нь сөрөг цэнэгтэй электронтой хэрхэн харьцдаг вэ? Атомын массыг юу тодорхойлдог вэ? Энэ бүх асуултад өөр эрдэмтэн хариулж чадна.
Рутерфордын туршилт
1911 онд физикт материйн бүтцийн талаарх анхны мэдээлэл аль хэдийнээ байсан. Эрнест Рутерфорд өнөөдөр бидний атомын цөм гэж нэрлэдэг зүйлийг нээсэн.
Хачирхалтай шинж чанартай бодисууд байдаг: тэдгээр нь эерэг сөрөг аль аль нь янз бүрийн бөөмсийг аяндаа ялгаруулдаг. Ийм бодисыг цацраг идэвхт бодис гэж нэрлэдэг. Эерэг цэнэгтэй элементүүдийг Рутерфорд альфа бөөмс (α-бөөмүүд) гэж нэрлэдэг.
Тэд хоёр үндсэн цэнэгтэй тэнцэх "+" цэнэгтэй (qα=+2e). Элементүүдийн жин нь ойролцоогоор устөрөгчийн атомын дөрвөн масстай тэнцүү байна. Рутерфорд альфа тоосонцор ялгаруулдаг цацраг идэвхт бэлдмэл авч, тэдгээрийн урсгалаар нимгэн алтны хальсыг (тугалган цаас) бөмбөгдөв.
Тэрээр ихэнх α-элементүүд металлын атомуудыг дайран өнгөрөхдөө чиглэлээ бараг өөрчилдөггүйг олж мэдсэн. Гэхдээ хойшоо хазайдаг хүн тун цөөхөн. Яагаад ийм зүйл болж байна вэ? Материйн бүтцийн физикийг мэддэг тул бид хариулж чадна: учир нь доторалтны атомууд нь бусадтай адил альфа тоосонцорыг няцаах эерэг элементүүдтэй байдаг. Гэхдээ яагаад энэ нь маш цөөхөн элементтэй байдаг вэ? Учир нь атомын эерэг цэнэгтэй хэсгийн хэмжээ өөрөөсөө хамаагүй бага байдаг. Рутерфорд ийм дүгнэлтэд хүрсэн. Тэрээр атомын эерэг цэнэгтэй хэсгийг цөм гэж нэрлэсэн.
Атомын төхөөрөмж
Бодисын бүтцийн физик: Молекулууд нь электроноор хүрээлэгдсэн эерэг цэнэгтэй өчүүхэн хэсэг (цөм) агуулсан атомуудаас бүрддэг. Атомын төвийг сахисан байдлыг электронуудын нийт сөрөг цэнэг эерэг буюу цөмтэй тэнцүү байгаатай холбон тайлбарладаг. qгол + qel=0. Яагаад электронууд цөм дээр унадаггүй вэ, яагаад гэвэл тэд татагддаг вэ? Энэ асуултад хариулахын тулд Рутерфорд гаригууд нарны эргэн тойронд эргэлдэж, түүнтэй мөргөлддөггүйтэй адил эргэдэг гэж санал болгосон. Энэ нь энэ системийг тогтвортой байлгах боломжийг олгодог хөдөлгөөн юм. Рутерфордын атомын загварыг гаригийн гэж нэрлэдэг.
Хэрэв атом нь саармаг бөгөөд түүний доторх электронуудын тоо бүхэл тоо байх ёстой бол цөмийн цэнэг нь нэмэх тэмдэгтэй энэ утгатай тэнцүү байна. qцөм=+ze. z нь төвийг сахисан атом дахь электронуудын тоо юм. Энэ тохиолдолд нийт төлбөр тэг болно. Атом дахь электронуудын тоог хэрхэн олох вэ? Та элементүүдийн үечилсэн хүснэгтийг ашиглах хэрэгтэй. Атомын хэмжээсүүд нь 10-10 м, цөмүүд нь 100 мянга дахин жижиг - 10-15 м.
Цөмийн хэмжээг 1 метр хүртэл нэмэгдүүлсэн гэж төсөөлье. Хатуу биетэд атомуудын хоорондох зай нь өөрсдийнхөө хэмжээтэй ойролцоогоор тэнцүү байдаг бөгөөд энэ нь хэмжээсүүд гэсэн үг юм100 км болох 105 болж нэмэгдэнэ. Өөрөөр хэлбэл, атом бараг хоосон байдаг тул альфа бөөмс нь ихэвчлэн тугалган цаасаар бараг ямар ч хазайлтгүйгээр нисдэг.
Цөмийн бүтэц
Материйн бүтцийн физик нь цөм нь хоёр төрлийн бөөмсөөс тогтдог. Тэдний зарим нь эерэг цэнэгтэй байдаг. Хэрэв бид гурван электронтой атомыг авч үзвэл түүний дотор эерэг цэнэгтэй гурван бөөмс байдаг. Тэднийг протон гэж нэрлэдэг. Бусад элементүүдэд цахилгаан цэнэг байхгүй - нейтрон.
Протон ба нейтроны масс ойролцоогоор тэнцүү байна. Хоёр бөөмс хоёулаа электроноос хамаагүй их жинтэй. mпротон ≈ 1837мel. Энэ нь нейтроны массад хамаарна. Эндээс дүгнэлт гарч байна: эерэг ба саармаг цэнэгтэй бөөмсийн жин нь атомын массыг тодорхойлдог хүчин зүйл юм. Протон ба нейтронууд нийтлэг нэртэй байдаг - нуклонууд. Атомын жинг тэдгээрийн тоогоор тодорхойлдог бөгөөд үүнийг цөмийн массын тоо гэж нэрлэдэг. Бид атом дахь электронуудын тоог z үсгээр тэмдэглэсэн боловч энэ нь төвийг сахисан тул эерэг ба сөрөг бөөмсийн тоо таарч байх ёстой. Тиймээс z-г протон буюу цэнэгийн тоо гэж нэрлэдэг.
Хэрэв бид масс ба цэнэгийн тоог мэддэг бол N нейтроны тоог олох боломжтой. N=A - z. Цөмд хэдэн нуклон, протон байгааг яаж мэдэх вэ? Үелэх системд элемент бүрийн хажууд химичүүдийн харьцангуй атомын масс гэж нэрлэдэг тоо байдаг нь харагдаж байна.
Бөөрөнхийлвөл бидэнд үүнээс өөр юу ч гарахгүймассын тоо буюу цөм дэх нуклонуудын тоо (A). Элементийн атомын дугаар нь протоны тоо (z) юм. A ба z-ийг мэдсэнээр N - нейтроны тоог олоход хялбар байдаг. Хэрэв атом саармаг байвал электрон ба протоны тоо тэнцүү байна.
Изотопууд
Протоны тоо ижил боловч нейтроны тоо өөр байж болно (ижил химийн элемент гэсэн үг) цөмийн сортууд байдаг. Тэднийг изотоп гэж нэрлэдэг. Байгальд янз бүрийн төрлийн атомууд холилдсон байдаг тул химич нар дундаж массыг хэмждэг. Тийм ч учраас үелэх системд атомын харьцангуй жин үргэлж бутархай тоо байдаг. Төвийг сахисан атомаас электрон салгах юм уу эсрэгээрээ нэмэлт нэгийг байрлуулахад юу болохыг олж мэдье.
Ионууд
Төвийг сахисан литийн атомыг авч үзье. Цөм байдаг, хоёр электрон нэг бүрхүүл дээр, гурав нь нөгөө дээр байрладаг. Хэрэв бид тэдгээрийн аль нэгийг нь авч хаявал эерэг цэнэгтэй цөмтэй болно. qцөм =3-р. Электронууд гурван энгийн цэнэгийн хоёрыг л нөхдөг бөгөөд бид эерэг ион авдаг. Үүнийг дараах байдлаар тодорхойлсон: Li+. Ион гэдэг нь электронуудын тоо нь цөм дэх протоны тооноос бага эсвэл их байдаг атом юм. Эхний тохиолдолд энэ нь эерэг ион юм. Хэрэв бид нэмэлт электрон нэмбэл тэдгээрийн дөрөв нь байх ба сөрөг ион (Li-) авна. Материйн бүтцийн физик ийм л байна. Тэгэхээр төвийг сахисан атом нь ионоос ялгаатай нь түүний доторх электронууд цөмийн цэнэгийг бүрэн нөхдөг.
