Geçen yüzyılın ortası, insanlık tarihinde yeni bir çağın doğuşuna işaret ediyordu. Taş Devri bir zamanlar Tunç Devri ile değiştirildi, ardından demir, buhar ve elektriğin s altanat dönemleri birbirini takip etti. Artık atom çağının en başındayız. Atom çekirdeğinin yapısı alanındaki en yüzeysel bilgi bile insanlık için eşi görülmemiş ufuklar açar.
Atom çekirdeği hakkında ne biliyoruz? Tüm atomun kütlesinin %99,99'unu oluşturması ve yaygın olarak nükleon adı verilen parçacıklardan oluşması. Nükleonlar nedir, kaç tanedir, nelerdir, artık fizikte tam dörtlü olan her lise öğrencisi bilir.
Atomun yapısını nasıl hayal ederiz
Ne yazık ki, bir atomu oluşturan parçacıkları, bir atom çekirdeğini görmenizi sağlayan bir teknik yakında ortaya çıkmayacak. Maddenin nasıl düzenlendiğine dair binlerce soru var ve ayrıca temel parçacıkların yapısına dair birçok teori var. Bugüne kadar, teorisoruların çoğunu yanıtlar, atom yapısının gezegensel modelidir.
Buna göre, negatif yüklü elektronlar, elektriksel çekim tarafından tutulan pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafında döner. nükleonlar nedir? Gerçek şu ki, çekirdek monolitik değil, pozitif yüklü protonlardan ve nötronlardan - sıfır yüklü parçacıklardan oluşuyor. Bunlar atom çekirdeğinin inşa edildiği parçacıklardır ve bunlara nükleon demek adettendir.
Parçacıklar bu kadar küçükse bu teori nereden geldi? Bilim adamları, çeşitli mikropartiküllerin ışınlarını en ince metal plakalara yönlendirerek atomun gezegensel yapısı hakkında bir sonuca vardılar.
Boyutları nedir
Atomun yapısı hakkındaki bilgiler, elementlerini bir ölçekte hayal etmezseniz tam olmaz. Çekirdek, atomun kendisiyle karşılaştırıldığında bile son derece küçüktür. 200 metre çapında büyük bir balon şeklinde bir atom, örneğin altın hayal ederseniz, çekirdeği sadece … bir fındık olacaktır. Fakat nükleonlar nedir ve neden bu kadar önemli bir rol oynuyorlar? Evet, eğer sadece onlarda olduğu için atomun tüm kütlesi yoğunlaşmışsa.
Kristal kafesin yuvalarında altın atomları oldukça yoğun bir şekilde yer alır, bu nedenle bizim tarafımızdan kabul edilen ölçekte komşu "fındıklar" arasındaki mesafe yaklaşık 250-300 metre olacaktır.
Proton
Bilim adamları uzun zamandır bir atomun çekirdeğinin bir tür monolitik madde olmadığından şüpheleniyorlar. Bir kimyasal elementten diğerine “adımlarla” büyüyen kütle ve yükün büyüklükleri acı verici bir şekilde çarpıcıydı. varsaymak mantıklıydıtüm atomların çekirdeklerinin "toplandığı", sabit pozitif yüklü belirli parçacıklar olduğunu. Çekirdekte kaç tane pozitif yüklü nükleon var, bu onun yükü olacak.
Atom çekirdeğinin karmaşık yapısıyla ilgili varsayımlar, Mendeleev'in kendi periyodik element tablosunu yaptığı dönemde yapılmıştır. Ancak, varsayımları deneysel olarak doğrulamak için teknik olanaklar o zamanlar mevcut değildi. Sadece 20. yüzyılın başında Ernest Rutherford, protonun varlığını doğrulayan bir deney yaptı.
Radyoaktif metallerin radyasyonuyla maddeye maruz kalmanın bir sonucu olarak, zaman zaman bir parçacık ortaya çıktı - bir hidrojen atomunun çekirdeğinin bir kopyası. Aynı ağırlığa (1.67 ∙ 10-27 kg) ve atom yükü +1.
idi.
Nötron
Nötron adı verilen gıyaben başka bir parçacığın aranması gerektiğiyle ilgili sonuç çabucak geldi. Çekirdekte kaç nükleon olduğu ve bunların ne olduğu sorusu, elementin sıra sayısında bir değişiklikle eşit olmayan kütle ve yük büyümesinde yatmaktadır. Rutherford, sıfır yüke sahip bir proton ikizinin varlığı hakkında bir varsayımda bulundu, ancak bu varsayımını doğrulayamadı.
Genel olarak, nükleer bilim adamları, nükleonların ne olduğu ve atom çekirdeğinin nicel bileşimi hakkında zaten iyi bir fikre sahipti. Ve henüz kimse tarafından deneysel olarak keşfedilmemiş olan zor parçacık, kanatlarda bekliyordu. James Chadwick, "görünmezi" maddeden izole etmeyi başaran keşfi olarak kabul edilir.ultra yüksek hızlara (α-parçacıkları) hızlandırılmış helyum çekirdekleri ile bombardımana tabi tutarak. Parçacığın kütlesi, beklendiği gibi, daha önce keşfedilen protonun kütlesine eşit çıktı. Modern araştırmalara göre, nötron biraz daha ağırdır.
Atom çekirdeğinin "tuğlaları" hakkında biraz daha
Bir kimyasal elementin veya izotopunun çekirdeğinde kaç tane nükleon olduğunu hesaplayın. Bunun için iki şey gerekir: Periyodik bir tablo ve bir hesap makinesi, ancak zihninizde hesaplayabilirsiniz. Bir örnek, uranyumun iki yaygın izotopudur: 235 ve 238. Bu sayılar atom kütlesini temsil eder. Uranyumun seri numarası 92'dir, her zaman çekirdeğin yükünü gösterir.
Bildiğiniz gibi, bir atomun çekirdeğindeki nükleonlar, pozitif yüklü protonlar veya aynı kütleye sahip nötronlar olabilir, ancak bunlar yüksüz olabilir. Seri numarası 92, protonların çekirdeğindeki sayıyı gösterir. Nötron sayısı basit çıkarma ile hesaplanır:
- - uranyum 235, nötron sayısı=235 – 92=143;
- - uranyum 238, nötron sayısı=238 – 92=146.
Ve bir seferde kaç nükleon bir araya getirilebilir? Yeterli kütleye sahip yıldızların yaşamlarının belirli bir aşamasında, termonükleer reaksiyon artık yerçekimi kuvvetini engelleyemediğinde, yıldızın bağırsaklarındaki basıncın o kadar arttığına inanılır ki, elektronları "yapıştırır". protonlar. Sonuç olarak, yük sıfır olur ve proton-elektron çifti bir nötron olur. Ortaya çıkan ve "bastırılmış" nötronlardan oluşan madde son derece yoğundur.
Güneşimizde ağırlığı olan bir yıldız topa dönüşüyorbirkaç on kilometre çapında. Böyle bir "nötron püresi"nden bir çay kaşığı Dünya'da birkaç yüz ton ağırlığında olabilir.
