شهد منتصف القرن الماضي ولادة حقبة جديدة في تاريخ البشرية. تم استبدال العصر الحجري بالعصر البرونزي ، ثم تعاقبت فترات حكم الحديد والبخار والكهرباء. نحن الآن في بداية عصر الذرة. حتى أكثر المعارف السطحية في مجال بنية النواة الذرية تفتح آفاقًا غير مسبوقة للبشرية.
ماذا نعرف عن النواة الذرية؟ حقيقة أنها تشكل 99.99٪ من كتلة الذرة بأكملها وتتكون من جسيمات تسمى عادة نيوكليونات. ما هي النيوكليونات ، كم منها ، وما هي ، الآن يعرف كل طالب في المدرسة الثانوية لديه أربعة في الفيزياء.
كيف نتخيل بنية الذرة
للأسف ، لن يظهر قريبًا تقنية تسمح لك برؤية الجسيمات التي تشكل الذرة ، نواة الذرة. هناك آلاف الأسئلة حول كيفية ترتيب المادة ، وهناك أيضًا الكثير من النظريات حول بنية الجسيمات الأولية. حتى الآن ، نظرية أنيجيب على معظم الأسئلة ، هل النموذج الكوكبي لبنية الذرة.
وفقًا لذلك ، تدور الإلكترونات السالبة الشحنة حول نواة موجبة الشحنة ، ممسوكة بواسطة التجاذب الكهربائي. ما هي النكليونات؟ الحقيقة هي أن النواة ليست متجانسة ، فهي تتكون من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات - جسيمات بدون شحنة. هذه هي الجسيمات التي بنيت منها النواة الذرية ، ومن المعتاد تسميتها بالنوكلونات.
من أين أتت هذه النظرية ، إذا كانت الجسيمات صغيرة جدًا؟ توصل العلماء إلى استنتاج حول البنية الكوكبية للذرة عن طريق توجيه حزم من جزيئات دقيقة مختلفة إلى أنحف الصفائح المعدنية.
ما هي أبعاده
لن تكتمل المعرفة حول بنية الذرة إذا لم تتخيل عناصرها على مقياس. النواة صغيرة للغاية ، حتى بالمقارنة مع الذرة نفسها. إذا تخيلت ذرة ، على سبيل المثال ، ذهب ، على شكل بالون ضخم بقطر 200 متر ، فإن جوهرها سيكون مجرد بندق. ولكن ما هي النيوكليونات ولماذا تلعب مثل هذا الدور المهم؟ نعم ، فقط لأنها تتركز فيها كتلة الذرة بأكملها.
في أعشاش الشبكة البلورية ، توجد ذرات الذهب بكثافة جيدة ، وبالتالي فإن المسافة بين "المكسرات" المجاورة على المقياس المعتمد من قبلنا ستكون حوالي 250-300 متر.
بروتون
لطالما اشتبه العلماء في أن نواة الذرة ليست نوعًا من المواد المتجانسة. كانت مقادير الكتلة والشحنة ، التي تنمو في "خطوات" من عنصر كيميائي إلى آخر ، مذهلة بشكل مؤلم. كان من المنطقي أن نفترضأن هناك جسيمات معينة ذات شحنة موجبة ثابتة ، يتم "تجميع" منها نوى جميع الذرات. كم عدد النكليونات موجبة الشحنة في النواة ، ستكون هذه شحنتها.
تم وضع الافتراضات حول التركيب المعقد للنواة الذرية في فترة بناء مندليف لجدوله الدوري للعناصر. ومع ذلك ، فإن الإمكانيات التقنية لتأكيد التخمينات تجريبياً لم تكن موجودة في ذلك الوقت. فقط في بداية القرن العشرين ، أجرى إرنست رذرفورد تجربة أكدت وجود البروتون.
نتيجة التعرض للمادة بواسطة إشعاع المعادن المشعة ، ظهر من وقت لآخر جسيم - نسخة من نواة ذرة الهيدروجين. كان لها نفس الوزن (1.67 ∙ 10-27kg) والشحنة الذرية + 1.
نيوترون
جاء الاستنتاج بشأن الحاجة للبحث عن جسيم آخر غيابيًا يسمى النيوترون بسرعة. منذ السؤال عن عدد النكليونات الموجودة في النواة وما هي ، تكمن في النمو غير المتكافئ للكتلة وتتحمل مع تغيير في العدد الترتيبي للعنصر. افترض رذرفورد وجود توأم بروتون بدون شحنة ، لكنه فشل في تأكيد تخمينه.
بشكل عام ، كان لدى العلماء النوويين بالفعل فكرة جيدة عن ماهية النوى والتركيب الكمي للنواة الذرية. والجسيم المراوغ ، الذي لم يكتشفه أحد تجريبياً ، كان ينتظر في الأجنحة. يعتبر جيمس شادويك هو مكتشفها ، الذي تمكن من عزل "غير المرئي" عن الجوهر ،تعريضه للقصف بنواة الهيليوم المتسارعة إلى سرعات فائقة (جسيمات ألفا). تبين أن كتلة الجسيم ، كما هو متوقع ، تساوي كتلة البروتون المكتشف سابقًا. وفقا لبحث حديث فإن النيوترون أثقل قليلا
المزيد عن "لبنات" النواة الذرية
احسب عدد النوى في نواة عنصر كيميائي أو نظير سهل. يتطلب هذا شيئين: جدول دوري وآلة حاسبة ، على الرغم من أنه يمكنك الحساب في ذهنك. مثال على ذلك هو النظيران الشائعان لليورانيوم: 235 و 238. هذان الرقمان يمثلان الكتلة الذرية. الرقم التسلسلي لليورانيوم هو 92 ، ودائما ما يدل على شحنة النواة.
كما تعلم ، يمكن أن تكون النيوكليونات في نواة الذرة إما بروتونات موجبة الشحنة أو نيوترونات من نفس الكتلة ، ولكن بدون شحنة. يشير الرقم التسلسلي 92 إلى الرقم الموجود في نواة البروتونات. يتم حساب عدد النيوترونات بالطرح البسيط:
- - اليورانيوم 235 ، عدد النيوترونات=235-92=143 ؛
- - اليورانيوم 238 ، عدد النيوترونات=238-92=146.
وكم عدد النكليونات التي يمكن جمعها معًا في المرة الواحدة؟ من المعتقد أنه في مرحلة معينة من حياة النجوم ذات الكتلة الكافية ، عندما لا يكون التفاعل الحراري النووي قادرًا على كبح قوة الجاذبية ، يزداد الضغط في أحشاء النجم لدرجة أنه "يلتصق" بالإلكترونات. البروتونات. نتيجة لذلك ، تصبح الشحنة صفراً ، ويصبح زوج البروتون والإلكترون نيوترونًا. المادة الناتجة ، المكونة من نيوترونات مضغوطة ، كثيفة للغاية.
نجم يزن في شمسنا يتحول إلى كرةيبلغ قطرها عدة عشرات من الكيلومترات. يمكن أن تزن ملعقة صغيرة من "العصيدة النيوترونية" عدة مئات من الأطنان على الأرض.
