بدراسة تكوين المادة ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن كل المادة تتكون من جزيئات وذرات. لفترة طويلة ، كانت الذرة (تُرجمت من اليونانية "غير قابلة للتجزئة") تعتبر أصغر وحدة هيكلية للمادة. ومع ذلك ، فقد أظهرت دراسات أخرى أن الذرة لها بنية معقدة ، وبدورها ، تشمل جزيئات أصغر.
مما تتكون الذرة؟
في عام 1911 ، اقترح العالم رذرفورد أن الذرة لها جزء مركزي له شحنة موجبة. هكذا ظهر مفهوم النواة الذرية لأول مرة.
وفقًا لمخطط رذرفورد ، المسمى بالنموذج الكوكبي ، تتكون الذرة من نواة وجسيمات أولية بشحنة سالبة - تتحرك الإلكترونات حول النواة ، تمامًا كما تدور الكواكب حول الشمس.
في عام 1932 ، اكتشف عالم آخر ، تشادويك ، النيوترون ، وهو جسيم ليس له شحنة كهربائية.
وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تتوافق بنية النواة الذرية مع النموذج الكوكبي الذي اقترحه رذرفورد. النواة محمولةمعظم الكتلة الذرية. كما أن لها شحنة موجبة. تحتوي النواة الذرية على بروتونات - جسيمات موجبة الشحنة ونيوترونات - جسيمات لا تحمل شحنة. تسمى البروتونات والنيوترونات بالنيوكليونات. الجسيمات سالبة الشحنة - الإلكترونات - تدور حول النواة.
عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات التي تتحرك في المدار. لذلك ، فإن الذرة نفسها عبارة عن جسيم لا يحمل شحنة. إذا التقطت ذرة إلكترونات أشخاص آخرين أو فقدت إلكتروناتها ، فإنها تصبح موجبة أو سالبة وتسمى أيونًا.
يشار إلى الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات مجتمعة باسم الجسيمات دون الذرية.
شحنة النواة الذرية
النواة لها رقم شحنة Z. يتم تحديدها من خلال عدد البروتونات التي تشكل النواة الذرية. معرفة هذا المبلغ بسيط: ما عليك سوى الرجوع إلى النظام الدوري لمندليف. العدد الذري للعنصر الذي تنتمي إليه الذرة يساوي عدد البروتونات في النواة. وبالتالي ، إذا كان العنصر الكيميائي الأكسجين يتوافق مع الرقم التسلسلي 8 ، فسيكون عدد البروتونات أيضًا مساويًا لثمانية. نظرًا لأن عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة هو نفسه ، فسيكون هناك أيضًا ثمانية إلكترونات.
يسمى عدد النيوترونات بالرقم النظيري ويُشار إليه بالحرف N. وقد يختلف عددها في ذرة من نفس العنصر الكيميائي.
يُسمى مجموع البروتونات والإلكترونات في النواة عدد كتلة الذرة ويُشار إليه بالحرف أ. وهكذا ، فإن صيغة حساب العدد الكتلي تبدو كالتالي: A=Z + N.
النظائر
في الحالة التي تحتوي فيها العناصر على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات ، ولكن عددًا مختلفًا من النيوترونات ، يُطلق عليها نظائر عنصر كيميائي. يمكن أن يكون هناك نظير واحد أو أكثر. يتم وضعهم في نفس الخلية من النظام الدوري.
النظائر ذات أهمية كبيرة في الكيمياء والفيزياء. على سبيل المثال ، يعطي نظير الهيدروجين - الديوتيريوم - بالاشتراك مع الأكسجين مادة جديدة تمامًا تسمى الماء الثقيل. لديها درجة غليان وتجميد مختلفة عن المعتاد. ويؤدي الجمع بين الديوتيريوم ونظير آخر للهيدروجين - التريتيوم إلى تفاعل اندماج نووي حراري ويمكن استخدامه لتوليد كمية هائلة من الطاقة.
كتلة النواة والجسيمات دون الذرية
أحجام وكتل الذرات والجسيمات دون الذرية لا تذكر في المفاهيم البشرية. حجم الحبات حوالي 10-12سم. تُقاس كتلة النواة الذرية في الفيزياء فيما يسمى بوحدات الكتلة الذرية - amu
لواحد amu خذ واحدًا على اثني عشر من كتلة ذرة كربون. باستخدام وحدات القياس المعتادة (كيلوغرامات وجرامات) ، يمكن التعبير عن الكتلة على النحو التالي: 1 صباحًا.=1، 660540 10-24ز. معبرا عنها بهذه الطريقة تسمى الكتلة الذرية المطلقة.
على الرغم من حقيقة أن النواة الذرية هي المكون الأكبر للذرة ، إلا أن أبعادها بالنسبة إلى السحابة الإلكترونية المحيطة بها صغيرة للغاية.
القوى النووية
النوى الذرية مستقرة للغاية. هذا يعني أن البروتونات والنيوترونات محتجزة في النواة بواسطة بعض القوى. ليسقد تكون هناك قوى كهرومغناطيسية ، لأن البروتونات هي جسيمات مشحونة ، ومن المعروف أن الجسيمات التي لها نفس الشحنة تتنافر. إن قوى الجاذبية أضعف من أن تجعل النكليونات متماسكة. لذلك ، يتم الاحتفاظ بالجسيمات في النواة عن طريق تفاعل مختلف - القوى النووية.
يعتبر التفاعل النووي أقوى ما هو موجود في الطبيعة. لذلك ، يسمى هذا النوع من التفاعل بين عناصر النواة الذرية قوي. إنه موجود في العديد من الجسيمات الأولية ، وكذلك في القوى الكهرومغناطيسية.
ملامح القوات النووية
- عمل قصير. القوى النووية ، على عكس القوى الكهرومغناطيسية ، تظهر نفسها فقط على مسافات صغيرة جدًا يمكن مقارنتها بحجم النواة.
- استقلالية المسؤول. تتجلى هذه الميزة في حقيقة أن القوى النووية تعمل بالتساوي على البروتونات والنيوترونات.
- التشبع. نواة النواة تتفاعل فقط مع عدد معين من النوكليونات الأخرى.
الطاقة الملزمة الأساسية
شيء آخر مرتبط ارتباطًا وثيقًا بمفهوم التفاعل القوي - طاقة الارتباط للنواة. طاقة الارتباط النووي هي كمية الطاقة المطلوبة لتقسيم نواة الذرة إلى نواة مكونة لها. تساوي الطاقة المطلوبة لتكوين نواة من الجسيمات الفردية.
لحساب طاقة الارتباط للنواة ، من الضروري معرفة كتلة الجسيمات دون الذرية. تظهر الحسابات أن كتلة النواة دائمًا ما تكون أقل من مجموع النوى المكونة لها. عيب الكتلة هو الفرق بينكتلة النواة ومجموع بروتوناتها وإلكتروناتها. باستخدام صيغة أينشتاين حول العلاقة بين الكتلة والطاقة (E=mc2) ، يمكنك حساب الطاقة المتولدة أثناء تكوين النواة.
يمكن الحكم على قوة الطاقة الرابطة للنواة من خلال المثال التالي: ينتج تكوين عدة جرامات من الهيليوم قدرًا من الطاقة مثل احتراق عدة أطنان من الفحم.
تفاعلات نووية
يمكن أن تتفاعل نوى الذرات مع نوى الذرات الأخرى. تسمى هذه التفاعلات التفاعلات النووية. هناك نوعان من ردود الفعل
- تفاعلات الانشطار. تحدث عندما تتحلل النوى الأثقل إلى نوى أخف نتيجة التفاعل.
- تفاعلات التوليف. هذه العملية هي عكس الانشطار: تصطدم النوى مكونة بذلك عناصر أثقل.
جميع التفاعلات النووية مصحوبة بإطلاق الطاقة ، والتي تستخدم لاحقًا في الصناعة والجيش والطاقة وما إلى ذلك.
التعرف على تكوين النواة الذرية ، يمكننا استخلاص الاستنتاجات التالية.
- تتكون الذرة من نواة تحتوي على البروتونات والنيوترونات ، والإلكترونات حولها.
- العدد الكتلي للذرة يساوي مجموع نيوكليونات نواتها.
- Nuclons مرتبطة ببعضها البعض بواسطة القوة القوية.
- القوى الهائلة التي تحافظ على استقرار النواة الذرية تسمى طاقات الارتباط النووي.
