Өнгөрсөн зууны дунд үеэс хүн төрөлхтний түүхэнд шинэ эрин мэндэлсэн. Чулуун зэвсгийн үеийг нэг удаа хүрэл зэвсгийн үеээр сольж, дараа нь төмөр, уур, цахилгаан эрчим хүчний хаанчлалын үеүүд дараалан иржээ. Одоо бид атомын эриний хамгийн эхэнд байна. Атомын цөмийн бүтцийн талаарх хамгийн өнгөц мэдлэг хүртэл хүн төрөлхтөнд урьд өмнө байгаагүй өргөн цар хүрээг нээж өгдөг.
Атомын цөмийн талаар бид юу мэдэх вэ? Энэ нь бүхэл бүтэн атомын массын 99.99% -ийг бүрдүүлдэг бөгөөд нуклон гэж нэрлэгддэг бөөмсөөс бүрддэг. Нуклон гэж юу вэ, тэдгээрийн хэд нь, юу вэ гэдгийг одоо физикийн хичээлээр хатуу дөрөвтэй ахлах ангийн сурагч бүр мэддэг.
Атомын бүтцийг бид хэрхэн төсөөлдөг вэ
Атомыг бүрдүүлдэг бөөмсийг, атомын цөмийг харах боломжийг олгодог техник удахгүй гарч ирэхгүй нь ээ. Бодис хэрхэн зохион байгуулалттай байдаг талаар олон мянган асуултууд байдаг ба энгийн бөөмсийн бүтцийн тухай олон онолууд байдаг. Өнөөдрийг хүртэл онолихэнх асуултад хариулдаг нь атомын бүтцийн гаригийн загвар юм.
Үүний дагуу сөрөг цэнэгтэй электронууд эерэг цэнэгтэй цөмийг тойрон эргэлдэж, цахилгаан таталцлын нөлөөнд автдаг. Нуклон гэж юу вэ? Баримт нь цөм нь цул биш, эерэг цэнэгтэй протон ба нейтроноос бүрддэг - тэг цэнэгтэй бөөмс. Эдгээр нь атомын цөмийг бүрдүүлдэг бөөмс бөгөөд тэдгээрийг нуклон гэж нэрлэдэг заншилтай.
Бөөмс нь тийм жижиг юм бол энэ онол хаанаас гарсан бэ? Эрдэмтэд янз бүрийн бичил хэсгүүдийн цацрагийг хамгийн нимгэн металл ялтсууд руу чиглүүлснээр атомын гаригийн бүтцийн тухай дүгнэлтэд хүрсэн байна.
Түүний хэмжээ ямар байна
Атомын бүтцийн талаархи мэдлэг нь түүний элементүүдийг масштабаар төсөөлөхгүй бол бүрэн дүүрэн байх болно. Цөм нь атомтай харьцуулахад маш жижиг юм. Хэрэв та атомыг, жишээлбэл, алтыг 200 метрийн диаметртэй асар том бөмбөлөг хэлбэрээр төсөөлвөл түүний цөм нь зүгээр л … самар байх болно. Гэхдээ нуклон гэж юу вэ, яагаад ийм чухал үүрэг гүйцэтгэдэг вэ? Тийм ээ, хэрэв атомын масс бүхэлдээ тэдгээрт төвлөрч байгаа юм бол.
Болор торны үүрэнд алтны атомууд нэлээд нягт байрладаг тул бидний баталсан масштабаар хөрш "самар"-ын хоорондох зай 250-300 метр орчим байх болно.
Протон
Атомын цөм нь ямар нэгэн цул бодис биш гэж эрдэмтэд эртнээс сэжиглэж ирсэн. Химийн нэг элементээс нөгөөд шилжих "алхам"-аар нэмэгдэж буй масс ба цэнэгийн хэмжээ үнэхээр гайхалтай байв. Таамаглах нь логик байсанТогтмол эерэг цэнэгтэй тодорхой бөөмс байдаг бөгөөд тэдгээрээс бүх атомын цөмүүд "цуглардаг". Цөмд хэдэн эерэг цэнэгтэй нуклон байгаа бол энэ нь түүний цэнэг болно.
Атомын цөмийн нийлмэл бүтцийн талаарх таамаглалыг Менделеев элементүүдийн үелэх системийг барьж байх үед гаргаж байсан. Гэсэн хэдий ч тэр үед таамаглалыг туршилтаар батлах техникийн боломж байгаагүй. Зөвхөн 20-р зууны эхээр Эрнест Рутерфорд протон байгааг баталсан туршилт хийсэн.
Цацраг идэвхт металлын цацрагаар бодист өртсөний үр дүнд үе үе устөрөгчийн атомын цөмийн хуулбар болох бөөмс гарч ирэв. Энэ нь ижил жинтэй (1.67 ∙ 10-27 кг) ба атомын цэнэг +1.
Нейтрон
Нейтрон гэж нэрлэгддэг өөр бөөмсийг хайх шаардлагатай гэсэн дүгнэлт маш хурдан гарч ирэв. Цөмд хэдэн нуклон байдаг, тэдгээр нь юу вэ гэсэн асуулт нь элементийн дарааллын тоо өөрчлөгдөхөд масс ба цэнэгийн жигд бус өсөлтөд оршино. Рутерфорд тэг цэнэгтэй ихэр протон байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн боловч өөрийн таамаглалыг баталж чадаагүй.
Ер нь цөмийн эрдэмтэд нуклон гэж юу болох, атомын цөмийн тоон найрлагын талаар аль хэдийн сайн ойлголттой байсан. Мөн хэн ч туршилтаар олж илрүүлээгүй, баригдашгүй бөөмс далавчинд хүлээж байв. Жеймс Чадвик бол "үл үзэгдэх" зүйлийг бодисоос тусгаарлаж чадсан түүнийг нээсэн хүн гэж тооцогддог.түүнийг хэт өндөр хурдтай (α-бөөмс) хүртэл хурдасгасан гелийн цөмөөр бөмбөгдөж байна. Бөөмийн масс нь таамаглаж байсанчлан өмнө нь нээсэн протоны масстай тэнцүү болж хувирав. Орчин үеийн судалгаагаар нейтрон бага зэрэг хүнд байдаг.
Атомын цөмийн "тоосго"-ны талаар бага зэрэг дэлгэрэнгүй
Химийн элемент эсвэл түүний изотопын цөмд хэдэн нуклон байдгийг хялбархан тооцоол. Үүнд хоёр зүйл хэрэгтэй: тогтмол хүснэгт, тооны машин, гэхдээ та оюун ухаандаа тооцоолж чаддаг. Жишээлбэл, ураны хоёр нийтлэг изотоп: 235 ба 238. Эдгээр тоо нь атомын массыг илэрхийлдэг. Ураны серийн дугаар нь 92 бөгөөд энэ нь үргэлж цөмийн цэнэгийг илэрхийлдэг.
Таны мэдэж байгаагаар атомын цөм дэх нуклонууд нь эерэг цэнэгтэй протон эсвэл ижил масстай нейтрон байж болох ч цэнэггүй. 92 серийн дугаар нь протоны цөм дэх тоог илэрхийлнэ. Нейтроны тоог энгийн хасах аргаар тооцоолно:
- - уран 235, нейтроны тоо=235 – 92=143;
- - уран 238, нейтроны тоо=238 – 92=146.
Нэг дор хэдэн нуклон нэгтгэж болох вэ? Хангалттай масстай оддын амьдралын тодорхой үе шатанд термоядролын урвал нь таталцлын хүчийг дарах боломжгүй болсон үед одны гэдэс доторх даралт маш их нэмэгдэж, электронуудыг "наалддаг" гэж үздэг. протонууд. Үүний үр дүнд цэнэг тэг болж, протон-электрон хос нь нейтрон болно. "Дарагдсан" нейтронуудаас бүрдэх бодис нь маш нягт юм.
Манай наранд жинтэй од бөмбөг болж хувирдагхэдэн арван километрийн диаметртэй. Ийм "нейтрон будаа"-ны нэг халбага дэлхий дээр хэдэн зуун тонн жинтэй байж болно.
