أسئلة "مما تتكون المادة؟" ، "ما هي طبيعة المادة؟" لطالما احتلت البشرية. منذ العصور القديمة ، كان الفلاسفة والعلماء يبحثون عن إجابات لهذه الأسئلة ، وخلقوا نظريات وفرضيات واقعية ومذهلة تمامًا ورائعة. ومع ذلك ، قبل قرن من الزمان ، اقتربت البشرية قدر الإمكان من كشف هذا اللغز من خلال اكتشاف التركيب الذري للمادة. لكن ما هو تكوين نواة الذرة؟ مم كل هذا مصنوع؟
من النظرية إلى الواقع
مع بداية القرن العشرين ، لم يعد التركيب الذري مجرد فرضية ، لكنه أصبح حقيقة مطلقة. اتضح أن تكوين نواة الذرة مفهوم معقد للغاية. يحتوي على شحنات كهربائية. لكن السؤال الذي يطرح نفسه: هل يتضمن تكوين الذرة ونواة الذرة كميات مختلفة من هذه الشحنات أم لا؟
نموذج الكواكب
في البداية ، كان يُعتقد أن الذرة مبنية إلى حد كبير مثل نظامنا الشمسي. لكنسرعان ما تبين أن هذا الرأي لم يكن صحيحًا تمامًا. أدت مشكلة النقل الميكانيكي البحت للمقياس الفلكي للصورة إلى منطقة تحتل جزءًا من المليون من المليمتر إلى تغيير كبير ودراماتيكي في خصائص وصفات الظواهر. كان الاختلاف الرئيسي هو القوانين والقواعد الأكثر صرامة التي تُبنى بها الذرة.
عيوب النموذج الكوكبي
أولاً ، نظرًا لأن الذرات من نفس النوع والعنصر يجب أن تكون متطابقة تمامًا من حيث المعلمات والخصائص ، يجب أن تكون مدارات إلكترونات هذه الذرات هي نفسها أيضًا. ومع ذلك ، فإن قوانين حركة الأجرام الفلكية لا تستطيع تقديم إجابات لهذه الأسئلة. يكمن التناقض الثاني في حقيقة أن حركة الإلكترون على طول المدار ، إذا تم تطبيق قوانين فيزيائية مدروسة جيدًا عليه ، يجب بالضرورة أن تكون مصحوبة بإطلاق دائم للطاقة. نتيجة لذلك ، ستؤدي هذه العملية إلى استنفاد الإلكترون ، والذي سينتهي في النهاية وحتى يقع في النواة.
هيكل الموجة الأمو
في عام 1924 ، طرح الأرستقراطي الشاب لويس دي برولي فكرة قلبت أفكار المجتمع العلمي حول قضايا مثل بنية الذرة ، وتكوين النوى الذرية. كانت الفكرة أن الإلكترون ليس مجرد كرة متحركة تدور حول النواة. هذه مادة ضبابية تتحرك وفقًا لقوانين تشبه انتشار الموجات في الفضاء. وبسرعة كبيرة ، امتدت هذه الفكرة إلى حركة أي شخص فيبشكل عام ، موضحًا أننا نلاحظ جانبًا واحدًا فقط من هذه الحركة بالذات ، لكن الجانب الثاني لم يتجلى في الواقع. يمكننا أن نرى انتشار الموجات ولا نلاحظ حركة الجسيم ، أو العكس. في الواقع ، كلا جانبي الحركة موجودان دائمًا ، ودوران الإلكترون في المدار ليس فقط حركة الشحنة نفسها ، ولكن أيضًا انتشار الموجات. يختلف هذا النهج اختلافًا جوهريًا عن نموذج الكواكب الذي تم قبوله مسبقًا.
مؤسسة ابتدائية
نواة الذرة هي المركز. الإلكترونات تدور حوله. كل شيء آخر تحدده خصائص اللب. من الضروري الحديث عن مفهوم مثل تكوين نواة الذرة من النقطة الأكثر أهمية - من الشحنة. تحتوي الذرة على عدد معين من الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة. النواة نفسها لها شحنة موجبة. من هذا يمكننا استخلاص استنتاجات معينة:
- النواة هي جسيم موجب الشحنة.
- حول القلب جو نابض ناتج عن الشحنات.
- النواة وخصائصها هي التي تحدد عدد الإلكترونات في الذرة.
خصائص Kernel
النحاس والزجاج والحديد والخشب لها نفس الإلكترونات. يمكن للذرة أن تفقد إلكترونين أو حتى كل الإلكترونات. إذا ظلت النواة موجبة الشحنة ، فإنها تكون قادرة على جذب الكمية المناسبة من الجسيمات سالبة الشحنة من الأجسام الأخرى ، مما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة. إذا فقدت الذرة عددًا معينًا من الإلكترونات ، فإن الشحنة الموجبة على النواة ستكون أكبر من باقي الشحنات السالبة. فيفي هذه الحالة ، تكتسب الذرة بأكملها شحنة زائدة ، ويمكن أن يطلق عليها أيون موجب. في بعض الحالات ، يمكن للذرة جذب المزيد من الإلكترونات ، ومن ثم تصبح سالبة الشحنة. لذلك يمكن تسميته أيون سالب
كم تزن الذرة ؟
يتم تحديد كتلة الذرة بشكل أساسي بواسطة النواة. تزن الإلكترونات المكونة للذرة والنواة الذرية أقل من واحد في الألف من الكتلة الكلية. نظرًا لأن الكتلة تعتبر مقياسًا لاحتياطي الطاقة الموجود في مادة ما ، فإن هذه الحقيقة تعتبر مهمة للغاية عند دراسة مثل هذا السؤال مثل تكوين النواة الذرية.
نشاط إشعاعي
أصعب الأسئلة ظهرت بعد اكتشاف الأشعة السينية. تنبعث من العناصر المشعة موجات ألفا وبيتا وغاما. لكن يجب أن يكون لهذا الإشعاع مصدر. أظهر رذرفورد في عام 1902 أن هذا المصدر هو الذرة نفسها ، أو بالأحرى النواة. من ناحية أخرى ، فإن النشاط الإشعاعي ليس فقط انبعاث الأشعة ، ولكن أيضًا تحويل عنصر إلى آخر ، بخصائص كيميائية وفيزيائية جديدة تمامًا. أي أن النشاط الإشعاعي هو تغيير في النواة.
ماذا نعرف عن البنية النووية؟
منذ ما يقرب من مائة عام ، طرح الفيزيائي Prout فكرة أن العناصر الموجودة في الجدول الدوري ليست أشكالًا عشوائية ، ولكنها مجموعات من ذرات الهيدروجين. لذلك ، يمكن للمرء أن يتوقع أن يتم التعبير عن كل من الشحنات وكتل النوى من حيث الأعداد الصحيحة والشحنات المتعددة للهيدروجين نفسه. ومع ذلك ، هذا ليس صحيحا تماما. بدراسة الخصائص الذريةنوى بمساعدة المجالات الكهرومغناطيسية ، أثبت الفيزيائي أستون أن العناصر التي لم تكن أوزانها الذرية أعدادًا صحيحة ومضاعفاتها ، في الواقع ، هي مزيج من ذرات مختلفة ، وليست مادة واحدة. في جميع الحالات التي لا يكون فيها الوزن الذري عددًا صحيحًا ، نلاحظ مزيجًا من نظائر مختلفة. ما هذا؟ إذا تحدثنا عن تكوين نواة ذرة ، فإن النظائر هي ذرات لها نفس الشحنة ولكن بكتل مختلفة.
اينشتاين ونواة الذرة
تقول نظرية النسبية أن الكتلة ليست مقياسًا يتم من خلاله تحديد كمية المادة ، ولكنها مقياس للطاقة التي تمتلكها المادة. وفقًا لذلك ، لا يمكن قياس المادة بالكتلة ، ولكن بالشحنة التي تتكون منها هذه المادة وطاقة الشحنة. عندما تقترب الشحنة نفسها من شحنة أخرى ، ستزداد الطاقة ، وإلا ستنخفض. هذا ، بالطبع ، لا يعني تغيير في الموضوع. وبناءً على ذلك ، ومن هذا الموضع ، فإن نواة الذرة ليست مصدرًا للطاقة ، بل هي مخلفات بعد إطلاقها. إذن هناك بعض التناقض
نيوترونات
اكتشف الكوريون ، عندما قصفوا بجزيئات ألفا من البريليوم ، بعض الأشعة غير المفهومة التي تصطدم بنواة الذرة وتصدها بقوة كبيرة. ومع ذلك ، فهي قادرة على المرور من خلال سمك كبير للمادة. تم حل هذا التناقض من خلال حقيقة أن الجسيم المعطى تبين أنه يحتوي على شحنة كهربائية متعادلة. تبعا لذلك ، أطلق عليه اسم النيوترون. بفضل مزيد من البحث ، اتضح أن كتلة النيوترون هي تقريبًا نفس كتلة البروتون. بشكل عام ، النيوترون والبروتون متشابهان بشكل لا يصدق. مع النظرمن هذا الاكتشاف كان من الممكن بالتأكيد إثبات أن تكوين نواة الذرة يشمل كلاً من البروتونات والنيوترونات وبكميات متساوية. كل شيء سقط تدريجيا في مكانه. عدد البروتونات هو العدد الذري. الوزن الذري هو مجموع كتل النيوترونات والبروتونات. يمكن أيضًا تسمية النظير بالعنصر الذي لا يتساوى فيه عدد النيوترونات والبروتونات مع بعضهما البعض. كما نوقش أعلاه ، في مثل هذه الحالة ، على الرغم من أن العنصر لا يزال هو نفسه بشكل أساسي ، إلا أن خصائصه قد تتغير بشكل كبير.
