Удаан хугацааны турш материйн олон шинж чанарууд судлаачдын хувьд нууц хэвээр байв. Яагаад зарим бодис цахилгааныг сайн дамжуулдаг бол зарим нь тийм биш байдаг вэ? Яагаад төмөр нь агаар мандлын нөлөөн дор аажим аажмаар задарч, үнэт металлууд олон мянган жилийн турш төгс хадгалагддаг вэ? Эдгээр асуултын ихэнхийг хүн атомын бүтэц, түүний бүтэц, электрон давхарга бүрийн электронуудын тоог мэдсэний дараа хариулсан. Түүгээр ч барахгүй атомын цөмийн бүтцийн хамгийн үндсийг хүртэл эзэмшсэн нь дэлхийн шинэ эрин үеийг нээж өгсөн.
Материйн анхан шатны тоосго нь ямар элементүүдээс бүтээгдсэн бэ, тэдгээр нь хоорондоо хэрхэн харьцдаг вэ, бид үүнээс юу сурч болох вэ?
Орчин үеийн шинжлэх ухааны үүднээс атомын бүтэц
Одоогоор ихэнх эрдэмтэд материйн бүтцийн гаригийн загварыг баримтлах хандлагатай байна. Энэ загварын дагуу атом бүрийн төвд атомтай харьцуулахад өчүүхэн ч цөм байдаг (энэ нь бүхэл бүтэн цөмөөс хэдэн арван мянга дахин бага).атом). Гэхдээ цөмийн массын талаар ижил зүйлийг хэлж болохгүй. Атомын бараг бүх масс цөмд төвлөрдөг. Цөм эерэг цэнэгтэй.
Электронууд цөмийн эргэн тойронд өөр өөр тойрог замд эргэлддэг бөгөөд нарны аймгийн гаригуудын адил тойрог биш, харин гурван хэмжээст (бөмбөрцөг ба эзлэхүүний найм) хэлбэртэй байдаг. Атом дахь электронуудын тоо нь цөмийн цэнэгтэй тэнцүү байна. Гэхдээ электроныг ямар нэгэн траекторийн дагуу хөдөлдөг бөөмс гэж үзэх нь маш хэцүү байдаг.
Түүний тойрог зам нь өчүүхэн бөгөөд хурд нь бараг гэрлийн туяаныхтай адил тул электроныг тойрог замтай нь нэг төрлийн сөрөг цэнэгтэй бөмбөрцөг гэж үзэх нь илүү зөв юм.
Цөм гэр бүлийн гишүүд
Бүх атомууд нь протон, электрон, нейтрон гэсэн 3 бүрэлдэхүүн элементээс тогтдог.
Протон бол цөмийн гол барилгын материал юм. Түүний жин нь атомын нэгжтэй (устөрөгчийн атомын масс) буюу SI систем дэх 1.67 ∙ 10-27 кг-тай тэнцүү байна. Бөөм нь эерэг цэнэгтэй бөгөөд түүний цэнэгийг энгийн цахилгаан цэнэгийн системд нэгж болгон авдаг.
Нейтрон нь протоны ихэр масс боловч ямар ч цэнэггүй.
Дээрх хоёр бөөмсийг нуклид гэж нэрлэдэг.
Электрон нь цэнэгтэй протоны эсрэг (энгийн цэнэг −1) юм. Харин жингийн хувьд электрон биднийг доош нь буулгаж, масс нь ердөө 9, 12 ∙ 10-31 кг буюу протон нейтроноос бараг 2 мянга дахин хөнгөн.
Хэрхэн "харагдсан"
Хамгийн орчин үеийн техникийн хэрэгсэл ч зөвшөөрөхгүй бол атомын бүтцийг хэрхэн харж чадах вэ?богино хугацаанд түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн зургийг авахыг зөвшөөрөхгүй. Цөм дэх протон, нейтрон, электронуудын тоо, тэдгээрийн байршлыг эрдэмтэд хэрхэн мэдсэн бэ?
Атомын гаригийн бүтцийн талаарх таамаглалыг янз бүрийн тоосонцор бүхий нимгэн металл тугалган цаасыг бөмбөгдсөний үр дүнд үндэслэн хийсэн. Төрөл бүрийн энгийн бөөмсүүд бодистой хэрхэн харьцаж байгааг зураг тодорхой харуулж байна.
Туршилтанд металлаар дамжсан электронуудын тоо тэгтэй тэнцүү байв. Үүнийг энгийнээр тайлбарлавал: сөрөг цэнэгтэй электронууд нь сөрөг цэнэгтэй металлын электрон бүрхүүлээс түлхэгдэнэ.
Протоны цацраг (цэнэг +) тугалган цаасаар дамжсан боловч "алдагдалтай". Зарим нь замд нь саад болсон цөмд түлхэгдэн няцаагдсан (ийм цохилт өгөх магадлал маш бага), зарим нь анхны замаасаа хазайж, аль нэг цөмд хэт ойр ниссэн байна.
Нейтронууд металлыг ялах хамгийн "үр дүнтэй" болсон. Төвийг сахисан цэнэгтэй бөөм нь зөвхөн бодисын цөмтэй шууд мөргөлдсөн тохиолдолд л алга болсон бол нейтроны 99.99% нь металлын зузааныг амжилттай даван туулсан. Дашрамд хэлэхэд, оролт гаралтын нейтроны тоогоор тодорхой химийн элементүүдийн цөмийн хэмжээг тооцоолох боломжтой байсан.
Голж авсан өгөгдлүүд дээр үндэслэн ихэнх асуудлыг амжилттай тайлбарлаж байгаа материйн бүтцийн тухай одоогийн зонхилох онолыг бий болгосон.
Юу, хэр их
Атом дахь электронуудын тоо нь атомын дугаараас хамаарна. Жишээлбэл, энгийн устөрөгчийн атом байдагзөвхөн нэг протон. Нэг электрон тойрог замд эргэлдэж байна. Тогтмол системийн дараагийн элемент болох гелий нь арай илүү төвөгтэй юм. Түүний цөм нь хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрддэг тул атомын масс нь 4.
Серийн дугаар өсөхийн хэрээр атомын хэмжээ, масс өснө. Үелэх систем дэх химийн элементийн серийн дугаар нь цөмийн цэнэгтэй (түүн дэх протоны тоо) тохирч байна. Атом дахь электронуудын тоо протоны тоотой тэнцүү байна. Жишээлбэл, хар тугалганы атом (атомын дугаар 82) цөмдөө 82 протонтой байдаг. Цөмийг тойрон тойрог замд 82 электрон байдаг. Цөм дэх нейтроны тоог тооцоолохын тулд атомын массаас протоны тоог хасахад хангалттай:
207 – 82=125.
Яагаад үргэлж тэнцүү тоо байдаг юм
Манай орчлонгийн бүх систем тогтвортой байдлын төлөө тэмүүлдэг. Атомд хэрэглэхэд энэ нь түүний төвийг сахисан байдлаар илэрхийлэгддэг. Хорвоо ертөнцийн бүх атомууд өөр өөр шинж тэмдэг бүхий өөр өөр хэмжээтэй нэг юмуу өөр цэнэгтэй гэж нэг хором төсөөлвөл дэлхий дээр ямар эмх замбараагүй байдал үүсэхийг төсөөлж болно.
Гэхдээ атом дахь протон ба электронуудын тоо тэнцүү тул "тоосго" бүрийн нийт цэнэг тэг болно.
Атом дахь нейтроны тоо нь бие даасан утга юм. Түүгээр ч барахгүй нэг химийн элементийн атомууд тэг цэнэгтэй эдгээр бөөмсийн өөр тоотой байж болно. Жишээ:
- 1 протон + 1 электрон + 0 нейтрон=устөрөгч (атомын масс 1);
- 1 протон + 1 электрон + 1 нейтрон=дейтерий (атомын масс 2);
- 1 протон + 1 электрон + 2нейтрон=тритиум (атомын масс 3).
Энэ тохиолдолд атом дахь электронуудын тоо өөрчлөгдөхгүй, атом саармаг хэвээр үлдэж, масс нь өөрчлөгддөг. Химийн элементүүдийн ийм өөрчлөлтийг изотоп гэж нэрлэдэг.
Атом үргэлж саармаг байдаг
Үгүй ээ, атом дахь электронуудын тоо протоны тоотой үргэлж тэнцүү байдаггүй. Нэг, хоёр электроныг атомаас хэсэг хугацаанд “зайлуулж” чадахгүй бол цайрдсан зүйл байхгүй болно. Аливаа бодисын нэгэн адил атом нөлөөлж болно.
Атомын гаднах давхаргаас хангалттай хүчтэй цахилгаан орны нөлөөгөөр нэг буюу хэд хэдэн электрон "нисч" болно. Энэ тохиолдолд бодисын бөөм нь саармаг байхаа больж, ион гэж нэрлэдэг. Энэ нь хий эсвэл шингэн орчинд хөдөлж, цахилгаан цэнэгийг нэг электродоос нөгөөд шилжүүлэх боломжтой. Ийм байдлаар батерейнд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулж, зарим металлын хамгийн нимгэн хальсыг бусад металлын гадаргуу дээр (алтаар бүрэх, мөнгөлөг бүрэх, хром бүрэх, никель бүрэх гэх мэт) наах болно.
Цахилгаан гүйдэл дамжуулагч металлуудад электронуудын тоо тогтворгүй байдаг. Гаднах давхаргын электронууд нь атомаас атом руу алхаж, дамжуулагчаар дамжуулан цахилгаан энергийг дамжуулдаг.
