Maddenin yapısının fiziği ilk olarak Joseph J. Thomson tarafından ciddi bir şekilde incelendi. Ancak birçok soru cevapsız kaldı. Bir süre sonra, E. Rutherford atomun yapısının bir modelini formüle edebildi. Makalede onu keşfe götüren deneyimi ele alacağız. Fizik derslerinde maddenin yapısı en ilgi çekici konulardan biri olduğu için, onun temel özelliklerini inceleyeceğiz. Bir atomun nelerden oluştuğunu öğreniyoruz, içindeki elektron, proton, nötron sayısını nasıl bulacağımızı öğreniyoruz. İzotop ve iyon kavramını tanıyalım.
Elektronun keşfi
1897'de İngiliz bilim adamı Joseph John Thomson (portresi aşağıda görülebilir) elektrik akımını, yani yüklerin gazlardaki yönlendirilmiş hareketini inceledi. O zamanlar fizik, maddenin moleküler yapısını zaten biliyordu. Tüm cisimlerin maddeden, moleküllerden, moleküllerin de atomlardan oluştuğu biliniyordu.
Thomson, belirli koşullar altında gaz atomlarının negatif yüklü parçacıklar yaydığını keşfetti (qel <0). Elektronlar denir. Atom nötrdür, yani elektronlar ondan dışarı uçarsa, orada pozitif parçacıkların da bulunması gerekir. Atomun "+" işaretli kısmı nedir? Negatif yüklü bir elektronla nasıl etkileşir? Bir atomun kütlesini ne belirler? Tüm bu soruları başka bir bilim insanı yanıtlayabilir.
Rutherford'un deneyi
1911'de fizik, maddenin yapısıyla ilgili ilk bilgilere zaten sahipti. Ernest Rutherford, bugün atom çekirdeği dediğimiz şeyi keşfetti.
Garip bir özelliği olan maddeler vardır: Kendiliğinden hem pozitif hem de negatif çeşitli parçacıklar yayarlar. Bu tür maddelere radyoaktif denir. Pozitif yüklü elementler Rutherford, alfa parçacıkları (α-parçacıkları) olarak adlandırdı.
İki temel yüke eşit bir "+" yükleri var (qα=+2e). Elementlerin ağırlığı yaklaşık olarak bir hidrojen atomunun dört kütlesine eşittir. Rutherford, alfa parçacıkları yayan ve akışlarıyla ince bir altın (folyo) filmini bombalayan radyoaktif bir preparat aldı.
Çoğu α-elementinin metal atomlarından geçerken yönlerini zar zor değiştirdiğini buldu. Ama geriye doğru sapan çok az kişi var. Bu neden oluyor? Maddenin yapısının fiziğini bilerek cevap verebiliriz: çünkü içeride altın atomları, diğerleri gibi, alfa parçacıklarını iten pozitif elementler vardır. Ama bu neden sadece çok az elementle oluyor? Çünkü atomun pozitif yüklü kısmının boyutu kendisinden çok daha küçüktür. Rutherford bu sonuca vardı. Atomun pozitif yüklü kısmına çekirdek adını verdi.
Atomun aygıtı
Maddenin yapısının fiziği: Moleküller, elektronlarla çevrili küçük, pozitif yüklü bir kısım (çekirdek) içeren atomlardan oluşur. Atomun nötrlüğü, elektronların toplam negatif yükünün pozitif - çekirdeğe eşit olduğu gerçeğiyle açıklanır. qçekirdek + qel=0. Elektronlar çekildikleri için neden çekirdeğe düşmezler? Bu soruyu cevaplamak için Rutherford, gezegenlerin güneş etrafında hareket etmeleri gibi dönmelerini ve onunla çarpışmamalarını önerdi. Bu sistemin kararlı olmasını sağlayan harekettir. Rutherford'un atom modeline gezegen denir.
Atom nötr ise ve içindeki elektronların sayısı tamsayı olmak zorundaysa, çekirdeğin yükü artı işaretiyle bu değere eşittir. qcores=+ze. z, nötr bir atomdaki elektron sayısıdır. Bu durumda toplam yük sıfırdır. Bir atomdaki elektron sayısı nasıl bulunur? Periyodik element tablosunu kullanmanız gerekir. Bir atomun boyutları 10-10 m mertebesindedir ve çekirdekler 100 bin kat daha küçüktür - 10-15 m.
Diyelim ki çekirdeğin boyutunu 1 metreye çıkardık. Bir katıda, atomlar arasındaki mesafe yaklaşık olarak kendi boyutlarına eşittir, yani boyutların100 km olan 105'a yükselecek. Yani atom pratik olarak boştur, bu nedenle alfa parçacıkları çoğunlukla folyodan neredeyse hiç sapma olmadan uçar.
Çekirdeğin yapısı
Maddenin yapısının fiziği öyledir ki, çekirdek iki tür parçacıktan oluşur. Bazıları pozitif yüklüdür. Üç elektronu olan bir atomu düşünürsek, içinde pozitif yüklü üç parçacık vardır. Bunlara proton denir. Diğer elementlerin elektrik yükü yoktur - nötronlar.
Proton ve nötronun kütleleri yaklaşık olarak eşittir. Her iki parçacığın da bir elektrondan çok daha büyük bir ağırlığı vardır. mproton ≈ 1837mel. Aynısı nötronun kütlesi için de geçerlidir. Buradan şu sonuç çıkar: Pozitif ve nötr yüklü parçacıkların ağırlığı, bir atomun kütlesini belirleyen bir faktördür. Protonların ve nötronların ortak bir adı vardır - nükleonlar. Bir atomun ağırlığı, çekirdeğin kütle numarası olarak adlandırılan sayılarına göre belirlenir. Bir atomdaki elektron sayısını z harfi ile belirttik, ancak nötr olduğu için pozitif ve negatif parçacıkların sayısı eşleşmelidir. Bu nedenle z, proton veya yük sayısı olarak da adlandırılır.
Kütle ve yük sayısını biliyorsak, o zaman N nötron sayısını da bulabiliriz. N=A - z. Çekirdekte kaç tane nükleon ve proton olduğunu nasıl öğrenebilirim? Periyodik tabloda, her elementin yanında kimyagerlerin bağıl atom kütlesi dediği bir sayı olduğu ortaya çıktı.
Yuvarlarsak, şundan başka bir şey elde edemeyizkütle numarası veya çekirdekteki nükleon sayısı (A). Bir elementin atom numarası proton sayısıdır (z). A ve z'yi bilerek, N - nötron sayısını bulmak kolaydır. Atom nötr ise elektron ve proton sayısı eşittir.
İzotoplar
Proton sayısının aynı olduğu ancak nötron sayısının farklı olabileceği (aynı kimyasal element anlamına gelen) çekirdek çeşitleri vardır. Bunlara izotop denir. Doğada, farklı türdeki atomlar karıştırılır, bu nedenle kimyagerler ortalama kütleyi ölçer. Bu nedenle periyodik tabloda bir atomun bağıl ağırlığı her zaman kesirli bir sayıdır. Nötr bir atomdan bir elektron çıkarılırsa veya tersine fazladan bir elektron yerleştirilirse ona ne olduğunu anlayalım.
İyonlar
Nötr bir lityum atomu düşünün. Bir çekirdek vardır, bir kabukta iki elektron, diğerinde üç elektron bulunur. Bunlardan birini alırsak, pozitif yüklü bir çekirdek elde ederiz. qcores =3. Elektronlar, üç temel yükten yalnızca ikisini dengeler ve pozitif bir iyon elde ederiz. Şu şekilde belirlenir: Li+. İyon, elektron sayısının çekirdekteki proton sayısından daha az veya daha fazla olduğu bir atomdur. İlk durumda, pozitif bir iyondur. Fazladan bir elektron eklersek, bunlardan dört tane olacak ve bir negatif iyon elde edeceğiz (Li-). Maddenin yapısının fiziği böyledir. Dolayısıyla, nötr bir atom, içindeki elektronların çekirdeğin yükünü tamamen telafi etmesi bakımından bir iyondan farklıdır.
