تمت دراسة فيزياء بنية المادة بجدية لأول مرة بواسطة جوزيف جيه طومسون. ومع ذلك ، ظلت العديد من الأسئلة دون إجابة. بعد مرور بعض الوقت ، تمكن إ. رذرفورد من صياغة نموذج لبنية الذرة. في المقال سننظر في التجربة التي قادته إلى الاكتشاف. نظرًا لأن بنية المادة هي أحد أكثر الموضوعات إثارة للاهتمام في دروس الفيزياء ، فسنقوم بتحليل جوانبها الرئيسية. نتعلم ماهية الذرة ، ونتعلم كيفية إيجاد عدد الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات فيها. دعونا نتعرف على مفهوم النظائر والأيونات.
اكتشاف الإلكترون
في عام 1897 ، درس العالم الإنجليزي جوزيف جون طومسون (يمكن رؤية صورته أدناه) التيار الكهربائي ، أي الحركة الموجهة للشحنات في الغازات. في ذلك الوقت ، علمت الفيزياء بالفعل عن التركيب الجزيئي للمادة. كان معروفاً أن كل الأجسام مكونة من مادة مكونة من جزيئات ، والأخيرة مكونة من ذرات.
اكتشف طومسون أنه في ظل ظروف معينة ، تنبعث ذرات الغاز جزيئات ذات شحنة سالبة (qel<0). يطلق عليهم الإلكترونات. الذرة محايدة ، مما يعني أنه إذا خرجت الإلكترونات منها ، فيجب أيضًا احتواء الجسيمات الموجبة هناك. ما هو جزء الذرة الذي به علامة "+"؟ كيف تتفاعل مع الإلكترون سالب الشحنة؟ ما الذي يحدد كتلة الذرة؟ يمكن لعالم آخر الإجابة على كل هذه الأسئلة.
تجربة رذرفورد
في عام 1911 ، امتلكت الفيزياء بالفعل المعلومات الأولية حول بنية المادة. اكتشف إرنست رذرفورد ما نسميه اليوم بالنواة الذرية.
هناك أمور لها خاصية غريبة: فهي تنبعث منها تلقائيًا جزيئات مختلفة ، إيجابية وسلبية. تسمى هذه المواد المشعة. العناصر المشحونة إيجابيا رذرفورد دعا جسيمات ألفا (جسيمات ألفا).
لديهم شحنة "+" تساوي شحنتين أوليتين (qα=+ 2e). وزن العناصر يساوي تقريبًا أربع كتل من ذرة الهيدروجين. أخذ رذرفورد مستحضرًا إشعاعيًا ينبعث منه جسيمات ألفا ويقصف بغشاء رقيق من الذهب (رقائق) مع تيارها.
وجد أن معظم عناصر ألفا بالكاد تغير اتجاهها عند المرور عبر ذرات المعادن. لكن قلة قليلة ممن ينحرفون إلى الوراء. لماذا يحدث هذا؟ بمعرفة فيزياء بنية المادة ، يمكننا الإجابة: لأن الداخلذرات الذهب ، مثل أي ذرات أخرى ، هناك عناصر إيجابية تصد جسيمات ألفا. لكن لماذا يحدث هذا فقط مع عناصر قليلة جدًا؟ لأن حجم الجزء الموجب الشحنة من الذرة أصغر بكثير منه. توصل رذرفورد إلى هذا الاستنتاج. أطلق على الجزء الموجب الشحنة من الذرة اسم النواة.
جهاز الذرة
فيزياء بنية المادة: تتكون الجزيئات من ذرات تحتوي على جزء صغير موجب الشحنة (نواة) محاط بالإلكترونات. يتم تفسير حياد الذرة من خلال حقيقة أن إجمالي الشحنة السالبة للإلكترونات يساوي الموجب - النواة. qcore+ qel=0. لماذا لا تسقط الإلكترونات على النواة لأنها تنجذب؟ للإجابة على هذا السؤال ، اقترح رذرفورد أنها تدور مثلما تتحرك الكواكب حول الشمس ولا تصطدم بها. إنها الحركة التي تسمح لهذا النظام بالاستقرار. يسمى نموذج رذرفورد للذرة كوكبي.
إذا كانت الذرة محايدة ، ويجب أن يكون عدد الإلكترونات فيها عددًا صحيحًا ، فإن شحنة النواة تساوي هذه القيمة بعلامة الجمع. qالنوى=+ ze. z هو عدد الإلكترونات في ذرة محايدة. في هذه الحالة ، إجمالي الشحنة هو صفر. كيف تجد عدد الإلكترونات في الذرة؟ تحتاج إلى استخدام الجدول الدوري للعناصر. أبعاد الذرة في حدود 10-10م والنواة أصغر 100 ألف مرة - 10-15 م.
لنتخيل أننا زدنا حجم اللب إلى متر واحد. في المادة الصلبة ، تكون المسافة بين الذرات مساوية تقريبًا لحجمها ، مما يعني أن الأبعادسيرتفع إلى 105، أي 100 كم. أي أن الذرة فارغة عمليًا ، وهذا هو السبب في أن جزيئات ألفا تطير في الغالب عبر الرقاقة بدون أي انحراف تقريبًا.
هيكل النواة
فيزياء بنية المادة بحيث تتكون النواة من نوعين من الجسيمات. البعض منهم مشحون بشكل إيجابي. إذا اعتبرنا ذرة بها ثلاثة إلكترونات ، فهناك بداخلها ثلاثة جسيمات بشحنة موجبة. يطلق عليهم البروتونات. العناصر الأخرى ليس لها شحنة كهربائية - نيوترونات.
كتل البروتون والنيوترون متساوية تقريبًا. كلا الجسيمين لهما وزن أكبر بكثير من وزن الإلكترون. مبروتون≈ 1837mel. الأمر نفسه ينطبق على كتلة النيوترون. الاستنتاج يتبع من هذا: وزن الجسيمات المشحونة إيجابيا ومحايدة هو العامل الذي يحدد كتلة الذرة. البروتونات والنيوترونات لها اسم شائع - النيوكليونات. يتم تحديد وزن الذرة من خلال عددها ، وهو ما يسمى عدد كتلة النواة. لقد أشرنا إلى عدد الإلكترونات في الذرة بالحرف z ، ولكن نظرًا لأنه محايد ، يجب أن يتطابق عدد الجسيمات الموجبة والسالبة. لذلك ، z يسمى أيضًا رقم البروتون أو رقم الشحن.
إذا عرفنا رقم الكتلة والشحنة ، فيمكننا إيجاد عدد النيوترونات N. N=A - z. كيف تعرف كم عدد النوكليونات والبروتونات في النواة؟ اتضح أنه في الجدول الدوري ، بجانب كل عنصر ، يوجد رقم يسميه الكيميائيون الكتلة الذرية النسبية.
إذا قمنا بتقريبها ، فلن نحصل على أكثر من ذلكالعدد الكتلي أو عدد النوى في النواة (أ). العدد الذري للعنصر هو عدد البروتونات (ض). بمعرفة A و z ، من السهل إيجاد N - عدد النيوترونات. إذا كانت الذرة محايدة ، فإن عدد الإلكترونات والبروتونات متساوي
النظائر
هناك أنواع مختلفة من النواة يتساوى فيها عدد البروتونات ، ولكن قد يختلف عدد النيوترونات (بمعنى نفس العنصر الكيميائي). يطلق عليهم النظائر. في الطبيعة ، تختلط الذرات من أنواع مختلفة ، لذلك يقيس الكيميائيون متوسط الكتلة. هذا هو السبب في أن الوزن النسبي للذرة في الجدول الدوري يكون دائمًا عددًا كسريًا. دعنا نتعرف على ما يحدث للذرة المحايدة إذا تمت إزالة إلكترون منها أو ، على العكس من ذلك ، تم وضع إلكترون إضافي.
ايونات
النظر في ذرة الليثيوم المحايدة. هناك نواة ، يوجد إلكترونان على غلاف واحد وثلاثة على الآخر. إذا أخذنا واحدًا منهم ، نحصل على نواة موجبة الشحنة. qالنوى=الثالث. تعوض الإلكترونات اثنتين فقط من الشحنات الأولية الثلاثة ، ونحصل على أيون موجب. تم تعيينه على النحو التالي: Li+. الأيون هو ذرة يكون فيها عدد الإلكترونات أقل من أو أكبر من عدد البروتونات في النواة. في الحالة الأولى ، إنه أيون موجب. إذا أضفنا إلكترونًا إضافيًا ، فسيكون هناك أربعة منهم ، وسنحصل على أيون سالب (Li-). هذه هي فيزياء بنية المادة. لذلك ، تختلف الذرة المحايدة عن الأيون في أن الإلكترونات الموجودة فيه تعوض تمامًا عن شحنة النواة.
