Maddenin bileşimini inceleyen bilim adamları, tüm maddelerin moleküllerden ve atomlardan oluştuğu sonucuna vardılar. Uzun bir süre boyunca, atom (Yunancadan "bölünemez" olarak çevrilmiştir) maddenin en küçük yapısal birimi olarak kabul edildi. Ancak daha sonraki çalışmalar atomun karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ve buna karşılık daha küçük parçacıklar içerdiğini göstermiştir.
Atom neyden yapılmıştır?
1911'de bilim adamı Rutherford, atomun pozitif yüklü bir merkezi kısma sahip olduğunu öne sürdü. Atom çekirdeği kavramı ilk kez böyle ortaya çıktı.
Rutherford'un gezegen modeli olarak adlandırılan planına göre, bir atom bir çekirdekten ve negatif yüklü temel parçacıklardan oluşur - elektronlar, tıpkı gezegenlerin Güneş'in etrafında dönmesi gibi, çekirdeğin etrafında hareket eder.
1932'de başka bir bilim adamı, Chadwick, elektrik yükü olmayan bir parçacık olan nötronu keşfetti.
Modern kavramlara göre, atom çekirdeğinin yapısı Rutherford tarafından önerilen gezegen modeline karşılık gelir. Çekirdek taşınıratom kütlesinin çoğu. Ayrıca pozitif bir yükü var. Atom çekirdeği protonlar - pozitif yüklü parçacıklar ve nötronlar - yük taşımayan parçacıklar içerir. Proton ve nötronlara nükleon denir. Negatif yüklü parçacıklar - elektronlar - çekirdeğin etrafında dönerler.
Çekirdekteki protonların sayısı yörüngede hareket eden elektronların sayısına eşittir. Bu nedenle, atomun kendisi yük taşımayan bir parçacıktır. Bir atom diğer insanların elektronlarını yakalarsa veya kendi elektronlarını kaybederse, pozitif veya negatif olur ve iyon olarak adlandırılır.
Elektronlar, protonlar ve nötronlar topluca atom altı parçacıklar olarak adlandırılır.
Atom çekirdeğinin yükü
Çekirdek Z yük sayısına sahiptir. Atom çekirdeğini oluşturan proton sayısı ile belirlenir. Bu miktarı bulmak basittir: sadece Mendeleev'in periyodik sistemine bakın. Atomun ait olduğu elementin atom numarası, çekirdekteki proton sayısına eşittir. Bu nedenle, kimyasal element oksijen, seri numarası 8'e karşılık geliyorsa, proton sayısı da sekize eşit olacaktır. Bir atomdaki proton ve elektron sayısı aynı olduğu için sekiz elektron da olacaktır.
Nötron sayısına izotop numarası denir ve N harfi ile gösterilir. Sayıları aynı kimyasal elementin bir atomunda değişebilir.
Çekirdekteki protonların ve elektronların toplamına bir atomun kütle numarası denir ve A harfi ile gösterilir. Böylece kütle numarasının hesaplanması için formül şöyle görünür: A=Z+N.
İzotoplar
Elementlerin proton ve elektron sayıları eşit, ancak nötron sayıları farklı olduğunda, bunlara kimyasal bir elementin izotopları denir. Bir veya daha fazla izotop olabilir. Periyodik sistemin aynı hücresine yerleştirilirler.
İzotoplar kimya ve fizikte büyük önem taşır. Örneğin, bir hidrojen izotopu - döteryum - oksijen ile kombinasyon halinde, ağır su olarak adlandırılan tamamen yeni bir madde verir. Normalden farklı bir kaynama ve donma noktasına sahiptir. Ve döteryumun başka bir hidrojen izotopu - trityum ile kombinasyonu, termonükleer bir füzyon reaksiyonuna yol açar ve büyük miktarda enerji üretmek için kullanılabilir.
Çekirdek ve atom altı parçacıkların kütlesi
Atomların ve atom altı parçacıkların boyutları ve kütleleri insan kavramlarında önemsizdir. Çekirdeklerin boyutu yaklaşık 10-12cm'dir. Bir atom çekirdeğinin kütlesi, fizikte sözde atom kütle birimleriyle ölçülür - amu
Bir amu için bir karbon atomunun kütlesinin on ikide birini alın. Normal ölçü birimleri (kilogram ve gram) kullanılarak kütle şu şekilde ifade edilebilir: 1 a.m.u.=1, 660540 10-24g. Bu şekilde ifade edildiğinde mutlak atom kütlesi denir.
Atom çekirdeği atomun en büyük kütleli bileşeni olmasına rağmen, etrafındaki elektron bulutuna göre boyutları son derece küçüktür.
Nükleer Kuvvetler
Atomik çekirdekler son derece kararlıdır. Bu, protonların ve nötronların bazı kuvvetler tarafından çekirdekte tutulduğu anlamına gelir. DeğilProtonlar benzer yüklü parçacıklar olduğu için elektromanyetik kuvvetler olabilir ve aynı yüke sahip parçacıkların birbirini ittiği bilinmektedir. Yerçekimi kuvvetleri nükleonları bir arada tutamayacak kadar zayıftır. Bu nedenle, parçacıklar çekirdekte farklı bir etkileşimle tutulur - nükleer kuvvetler.
Nükleer etkileşim, doğada var olanların en güçlüsü olarak kabul edilir. Bu nedenle, atom çekirdeğinin elementleri arasındaki bu tür etkileşime güçlü denir. Elektromanyetik kuvvetlerin yanı sıra birçok temel parçacıkta bulunur.
Nükleer kuvvetlerin özellikleri
- Kısa eylem. Nükleer kuvvetler, elektromanyetik kuvvetlerden farklı olarak, kendilerini yalnızca çekirdeğin boyutuna kıyasla çok küçük mesafelerde gösterirler.
- Bağımsızlığı şarj edin. Bu özellik, nükleer kuvvetlerin protonlar ve nötronlar üzerinde eşit olarak hareket etmesi gerçeğinde kendini gösterir.
- Doygunluk. Çekirdeğin nükleonları yalnızca belirli sayıda diğer nükleonlarla etkileşime girer.
Çekirdek Bağlama Enerjisi
Başka bir şey güçlü etkileşim kavramıyla yakından bağlantılıdır - çekirdeklerin bağlanma enerjisi. Nükleer bağlanma enerjisi, bir atom çekirdeğini oluşturan nükleonlara bölmek için gereken enerji miktarıdır. Tek tek parçacıklardan bir çekirdek oluşturmak için gereken enerjiye eşittir.
Bir çekirdeğin bağlanma enerjisini hesaplamak için atom altı parçacıkların kütlesini bilmek gerekir. Hesaplamalar, bir çekirdeğin kütlesinin her zaman onu oluşturan nükleonların toplamından daha az olduğunu gösterir. Kütle kusuru arasındaki farktırçekirdeğin kütlesi ve proton ve elektronlarının toplamı. Kütle ve enerji arasındaki ilişkiyle ilgili Einstein formülünü (E=mc2) kullanarak, çekirdeğin oluşumu sırasında üretilen enerjiyi hesaplayabilirsiniz.
Çekirdeğin bağlanma enerjisinin gücü şu örnekle değerlendirilebilir: birkaç gram helyum oluşumu, birkaç ton kömürün yanması kadar enerji üretir.
Nükleer reaksiyonlar
Atomların çekirdekleri, diğer atomların çekirdekleriyle etkileşime girebilir. Bu tür etkileşimlere nükleer reaksiyonlar denir. İki tür tepki vardır.
- Fisyon reaksiyonları. Etkileşim sonucunda daha ağır çekirdekler daha hafif olanlara bölündüğünde oluşurlar.
- Sentez reaksiyonları. Süreç, fisyonun tersidir: çekirdekler çarpışır, böylece daha ağır elementler oluşur.
Tüm nükleer reaksiyonlara, daha sonra sanayide, askeriyede, enerjide vb. kullanılan enerjinin salınımı eşlik eder.
Atom çekirdeğinin bileşimine aşina olarak, aşağıdaki sonuçları çıkarabiliriz.
- Atom, proton ve nötronlardan ve etrafındaki elektronlardan oluşan bir çekirdekten oluşur.
- Bir atomun kütle numarası, çekirdeğinin nükleonlarının toplamına eşittir.
- Nüklonlar güçlü bir kuvvet tarafından bir arada tutulur.
- Atom çekirdeğini sabit tutan muazzam kuvvetlere nükleer bağlanma enerjileri denir.
