Бодисын найрлагыг судалж үзээд эрдэмтэд бүх бодис молекул, атомаас тогтдог гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Удаан хугацааны туршид атомыг (грек хэлнээс "хуваашгүй" гэж орчуулсан) материйн хамгийн жижиг бүтцийн нэгж гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч дараагийн судалгаагаар атом нь нарийн төвөгтэй бүтэцтэй бөгөөд эргээд жижиг хэсгүүдийг агуулдаг болохыг харуулсан.
Атом юунаас бүтдэг вэ?
1911 онд эрдэмтэн Рутерфорд атом нь эерэг цэнэгтэй төв хэсэгтэй гэж үзсэн. Атомын цөм гэдэг ойлголт анх ингэж гарч ирсэн.
Гаригуудын загвар гэж нэрлэгддэг Рутерфордын схемийн дагуу атом нь цөм ба сөрөг цэнэгтэй энгийн бөөмсөөс бүрддэг - гарагууд Нарыг тойрон эргэдэгтэй адил электронууд цөмийг тойрон хөдөлдөг.
1932 онд өөр нэг эрдэмтэн Чадвик цахилгаан цэнэггүй бөөмс болох нейтроныг нээсэн.
Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу атомын цөмийн бүтэц нь Рутерфордын санал болгосон гаригийн загвартай тохирч байна. Цөмийг дотор нь авч явдагатомын массын ихэнх хэсэг. Мөн эерэг цэнэгтэй. Атомын цөм нь протоныг агуулдаг - эерэг цэнэгтэй бөөмс ба нейтрон - цэнэггүй бөөмс. Протон ба нейтроныг нуклон гэж нэрлэдэг. Сөрөг цэнэгтэй бөөмс - электронууд - цөмийг тойрон эргэдэг.
Цөм дэх протоны тоо тойрог замд хөдөлж буй электронуудын тоотой тэнцүү байна. Тиймээс атом өөрөө цэнэггүй бөөмс юм. Хэрэв атом бусдын электроныг барьж авах эсвэл өөрийн электроныг алдвал эерэг эсвэл сөрөг болж ион гэж нэрлэгддэг.
Электрон, протон, нейтроныг хамтад нь субатомын бөөмс гэж нэрлэдэг.
Атомын цөмийн цэнэг
Цөм нь Z цэнэгийн дугаартай. Энэ нь атомын цөмийг бүрдүүлдэг протоны тоогоор тодорхойлогддог. Энэ хэмжээг олж мэдэх нь маш энгийн: Менделеевийн үечилсэн системд хандахад л хангалттай. Атомын хамаарах элементийн атомын дугаар нь цөм дэх протоны тоотой тэнцүү байна. Тиймээс хэрэв хүчилтөрөгчийн химийн элемент нь серийн дугаар 8-тай тохирч байвал протоны тоо мөн наймтай тэнцүү байх болно. Атом дахь протон ба электроны тоо ижил тул найман электрон бас байх болно.
Нейтроны тоог изотопын тоо гэж нэрлэх ба N үсгээр тэмдэглэнэ. Нэг химийн элементийн атомд тэдгээрийн тоо өөр байж болно.
Цөм дэх протон ба электронуудын нийлбэрийг атомын массын тоо гэж нэрлэх ба үүнийг А үсгээр тэмдэглэнэ. Иймд массын тоог тооцоолох томъёо дараах байдалтай байна: A=Z+N.
Изотопууд
Элементүүд ижил тооны протон ба электронтой, харин өөр тооны нейтронтой бол тэдгээрийг химийн элементийн изотопууд гэж нэрлэдэг. Нэг буюу хэд хэдэн изотоп байж болно. Тэдгээрийг үечилсэн системийн нэг нүдэнд байрлуулна.
Изотопууд нь хими, физикийн шинжлэх ухаанд чухал ач холбогдолтой. Жишээлбэл, устөрөгчийн изотоп - дейтерий нь хүчилтөрөгчтэй хослуулан цоо шинэ бодис үүсгэдэг бөгөөд үүнийг хүнд ус гэж нэрлэдэг. Энэ нь ердийнхөөс өөр буцалгах, хөлдөх цэгтэй байдаг. Мөн дейтерийг устөрөгчийн өөр изотоп - тритийтэй хослуулах нь термоядролын нэгдлийн урвалд хүргэдэг бөгөөд үүнийг ашиглан асар их хэмжээний энерги үүсгэх боломжтой.
Цөм болон субатомын бөөмсийн масс
Атом болон субатомын бөөмсийн хэмжээ, масс нь хүний ойлголтод маш бага байдаг. Цөмийн хэмжээ нь ойролцоогоор 10-12см байна. Атомын цөмийн массыг физикт атомын масс гэж нэрлэгддэг нэгжээр хэмждэг - amu
Нэг амугийн төлөө нүүрстөрөгчийн атомын массын арван хоёрны нэгийг авна. Хэмжилтийн ердийн нэгжийг (килограмм ба грамм) ашиглан массыг дараах байдлаар илэрхийлж болно: 1 a.m.u.=1, 660540 10-24г. Үүнийг ингэж илэрхийлбэл үнэмлэхүй атомын масс гэнэ.
Атомын цөм нь атомын хамгийн том бүрэлдэхүүн хэсэг хэдий ч түүнийг хүрээлж буй электрон үүлтэй харьцуулахад түүний хэмжээ маш бага.
Цөмийн хүчин
Атомын цөмүүд маш тогтвортой байдаг. Энэ нь цөмд протон ба нейтроныг зарим нэг хүчээр барьж байна гэсэн үг. Бишцахилгаан соронзон хүч байж болно, учир нь протонууд нь ижил цэнэгтэй бөөмс бөгөөд ижил цэнэгтэй бөөмсүүд бие биенээ түлхэж байдаг нь мэдэгдэж байна. Таталцлын хүч нь нуклонуудыг хамтад нь барихад хэтэрхий сул байна. Иймээс бөөмс цөмд өөр харилцан үйлчлэлээр буюу цөмийн хүчнүүдээр баригддаг.
Цөмийн харилцан үйлчлэл нь байгальд байдаг хамгийн хүчтэй нь гэж тооцогддог. Тиймээс атомын цөмийн элементүүдийн хоорондын ийм төрлийн харилцан үйлчлэлийг хүчтэй гэж нэрлэдэг. Энэ нь олон тооны энгийн тоосонцор болон цахилгаан соронзон хүчинд байдаг.
Цөмийн хүчний онцлог
- Богино үйлдэл. Цөмийн хүч нь цахилгаан соронзон хүчнээс ялгаатай нь цөмийн хэмжээтэй дүйцэхүйц маш бага зайд л илэрдэг.
- Цэнэглэх хараат бус байдал. Энэ онцлог нь цөмийн хүчнүүд протон, нейтрон дээр адилхан үйлчилдэгт илэрдэг.
- Наалт. Цөмийн нуклонууд нь зөвхөн тодорхой тооны бусад нуклонуудтай харилцан үйлчилдэг.
Үндсэн холбох энерги
Өөр нэг зүйл бол хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголттой нягт холбоотой байдаг - цөмийн холболтын энерги. Цөмийн холболтын энерги гэдэг нь атомын цөмийг бүрдүүлэгч нуклонуудад хуваахад шаардагдах энергийн хэмжээ юм. Энэ нь бие даасан бөөмсөөс цөм үүсгэхэд шаардагдах энергитэй тэнцүү юм.
Цөмийн холболтын энергийг тооцоолохын тулд субатомын бөөмсийн массыг мэдэх шаардлагатай. Тооцооллоос харахад цөмийн масс нь түүнийг бүрдүүлэгч нуклонуудын нийлбэрээс үргэлж бага байдаг. Массын согог нь хоорондын ялгаа юмцөмийн масс ба протон ба электронуудын нийлбэр. Масс ба энергийн хамаарлын тухай Эйнштейний томьёог ашиглан (E=mc2) цөм үүсэх явцад үүссэн энергийг тооцоолж болно.
Цөмийн холболтын энергийн хүчийг дараах жишээгээр дүгнэж болно: Хэд хэдэн грамм гелий үүсэх нь хэдэн тонн нүүрсийг шатаахтай тэнцэх хэмжээний энерги үүсгэдэг.
Цөмийн урвал
Атомын цөм нь бусад атомын цөмтэй харилцан үйлчилж болно. Ийм харилцан үйлчлэлийг цөмийн урвал гэж нэрлэдэг. Хоёр төрлийн хариу үйлдэл байдаг.
- Хуваалтын урвал. Тэд харилцан үйлчлэлийн үр дүнд хүнд цөмүүд хөнгөн болж задрахад үүсдэг.
- Синтезийн урвал. Энэ үйл явц нь хуваагдлын урвуу: цөмүүд мөргөлдөж, улмаар илүү хүнд элементүүдийг үүсгэдэг.
Бүх цөмийн урвал нь эрчим хүчний ялгаралт дагалддаг бөгөөд үүнийг дараа нь үйлдвэр, цэрэг, эрчим хүч гэх мэт салбарт ашигладаг.
Атомын цөмийн бүтэцтэй танилцсанаар бид дараах дүгнэлтийг хийж болно.
- Атом нь протон, нейтрон агуулсан цөм ба түүний эргэн тойронд электронуудаас тогтдог.
- Атомын массын тоо нь цөмийн нуклонуудын нийлбэртэй тэнцүү байна.
- Нуклонууд нь хүчтэй хүчний нөлөөгөөр нэгдмэл байдаг.
- Атомын цөмийг тогтвортой байлгадаг асар их хүчийг цөмийн холболтын энерги гэнэ.
