Vragen "Waar bestaat materie uit?", "Wat is de aard van materie?" heeft de mensheid altijd beziggehouden. Sinds de oudheid zijn filosofen en wetenschappers op zoek naar antwoorden op deze vragen, waarbij ze zowel realistische als volledig verbazingwekkende en fantastische theorieën en hypothesen hebben gecreëerd. Letterlijk een eeuw geleden kwam de mensheid echter zo dicht mogelijk bij het ontrafelen van dit mysterie door de atomaire structuur van materie te ontdekken. Maar wat is de samenstelling van de kern van een atoom? Waar is het allemaal van gemaakt?
Van theorie naar realiteit
Aan het begin van de twintigste eeuw was de atomaire structuur niet langer slechts een hypothese, maar een absoluut feit geworden. Het bleek dat de samenstelling van de kern van een atoom een zeer complex begrip is. Het bevat elektrische ladingen. Maar de vraag rees: bevatten de samenstelling van het atoom en de atoomkern verschillende hoeveelheden van deze ladingen of niet?
Planetair model
Aanvankelijk werd gedacht dat het atoom erg op ons zonnestelsel leek. EchterAl snel bleek dat deze opvatting niet helemaal correct was. Het probleem van een puur mechanische overdracht van de astronomische schaal van het beeld naar een gebied dat een miljoenste van een millimeter beslaat, heeft geleid tot een significante en dramatische verandering in de eigenschappen en kwaliteiten van verschijnselen. Het belangrijkste verschil was de veel strengere wetten en regels waarmee het atoom is gebouwd.
Nadelen van het planetaire model
Ten eerste, aangezien atomen van dezelfde soort en hetzelfde element exact hetzelfde moeten zijn in termen van parameters en eigenschappen, moeten de banen van de elektronen van deze atomen ook hetzelfde zijn. De bewegingswetten van astronomische lichamen konden deze vragen echter niet beantwoorden. De tweede tegenstrijdigheid ligt in het feit dat de beweging van een elektron langs de baan, als er goed bestudeerde natuurkundige wetten op worden toegepast, noodzakelijkerwijs gepaard moet gaan met een permanente afgifte van energie. Als gevolg hiervan zou dit proces leiden tot de uitputting van het elektron, dat uiteindelijk zou uitsterven en zelfs in de kern zou vallen.
Moeder golfstructuuren
In 1924 kwam de jonge aristocraat Louis de Broglie met een idee dat de ideeën van de wetenschappelijke gemeenschap veranderde over kwesties als de structuur van het atoom en de samenstelling van atoomkernen. Het idee was dat een elektron niet alleen een bewegende bal is die om de kern draait. Dit is een wazige substantie die beweegt volgens wetten die lijken op de voortplanting van golven in de ruimte. Al snel werd dit idee uitgebreid tot de beweging van elk lichaam inin het algemeen, uitleggend dat we slechts één kant van deze beweging opmerken, maar de tweede wordt niet echt gemanifesteerd. We kunnen de voortplanting van golven zien en de beweging van het deeltje niet opmerken, of omgekeerd. In feite bestaan beide kanten van beweging altijd, en de rotatie van een elektron in een baan om de aarde is niet alleen de beweging van de lading zelf, maar ook de voortplanting van golven. Deze benadering verschilt fundamenteel van het eerder aanvaarde planetaire model.
Elementaire fundering
De kern van een atoom is het centrum. Er draaien elektronen omheen. Al het andere wordt bepaald door de eigenschappen van de kern. Het is noodzakelijk om te praten over een concept als de samenstelling van de kern van een atoom vanaf het belangrijkste punt - vanaf de lading. Een atoom bevat een bepaald aantal elektronen die een negatieve lading dragen. De kern zelf heeft een positieve lading. Hieruit kunnen we bepaalde conclusies trekken:
- Een kern is een positief geladen deeltje.
- Rond de kern is een pulserende atmosfeer gecreëerd door ladingen.
- Het is de kern en zijn kenmerken die het aantal elektronen in een atoom bepalen.
Kerneleigenschappen
Koper, glas, ijzer en hout hebben dezelfde elektronen. Een atoom kan een paar elektronen of zelfs alle verliezen. Als de kern positief geladen blijft, kan hij de juiste hoeveelheid negatief geladen deeltjes van andere lichamen aantrekken, waardoor hij kan overleven. Als een atoom een bepaald aantal elektronen verliest, zal de positieve lading op de kern groter zijn dan de rest van de negatieve ladingen. BIJIn dit geval krijgt het hele atoom een overmatige lading en kan het een positief ion worden genoemd. In sommige gevallen kan een atoom meer elektronen aantrekken, en dan wordt het negatief geladen. Daarom kan het een negatief ion worden genoemd.
Hoeveel weegt een atoom?
De massa van een atoom wordt voornamelijk bepaald door de kern. De elektronen waaruit het atoom en de atoomkern bestaan, wegen minder dan een duizendste van de totale massa. Aangezien massa wordt beschouwd als een maat voor de energiereserve die een stof heeft, wordt dit feit als ongelooflijk belangrijk beschouwd bij het bestuderen van een kwestie als de samenstelling van de atoomkern.
Radioactiviteit
De moeilijkste vragen kwamen na de ontdekking van röntgenstralen. Radioactieve elementen zenden alfa-, bèta- en gammagolven uit. Maar zulke straling moet een bron hebben. Rutherford toonde in 1902 aan dat zo'n bron het atoom zelf is, of liever de kern. Aan de andere kant is radioactiviteit niet alleen de emissie van stralen, maar ook de omzetting van het ene element in het andere, met volledig nieuwe chemische en fysische eigenschappen. Dat wil zeggen, radioactiviteit is een verandering in de kern.
Wat weten we over de nucleaire structuur?
Bijna honderd jaar geleden bracht de natuurkundige Prout het idee naar voren dat de elementen in het periodiek systeem geen willekeurige vormen zijn, maar combinaties van waterstofatomen. Daarom zou men kunnen verwachten dat zowel de ladingen als de massa's van kernen zouden worden uitgedrukt in termen van gehele en meervoudige ladingen van waterstof zelf. Dit is echter niet helemaal waar. Door de eigenschappen van atomairekernen met behulp van elektromagnetische velden, stelde de natuurkundige Aston vast dat elementen waarvan het atoomgewicht geen gehele getallen en veelvouden was, in feite een combinatie zijn van verschillende atomen, en niet één stof. In alle gevallen waarin het atoomgewicht geen geheel getal is, nemen we een mengsel van verschillende isotopen waar. Wat het is? Als we het hebben over de samenstelling van de kern van een atoom, dan zijn isotopen atomen met dezelfde lading, maar met verschillende massa's.
Einstein en de kern van het atoom
De relativiteitstheorie zegt dat massa geen maat is waarmee de hoeveelheid materie wordt bepaald, maar een maat voor de energie die materie bezit. Dienovereenkomstig kan materie niet worden gemeten aan de hand van massa, maar aan de lading waaruit deze materie bestaat, en de energie van de lading. Wanneer dezelfde lading een andere van dezelfde nadert, zal de energie toenemen, anders zal deze afnemen. Dit betekent natuurlijk niet dat er iets verandert. Dienovereenkomstig is de kern van een atoom vanaf deze positie geen energiebron, maar eerder een residu na zijn vrijlating. Er is dus enige tegenstrijdigheid.
Neutronen
De Curies, toen ze werden gebombardeerd met alfadeeltjes van beryllium, ontdekten enkele onbegrijpelijke stralen die, in botsing met de kern van een atoom, deze met grote kracht afstoten. Ze zijn echter in staat om door een grote dikte van materie te gaan. Deze tegenstrijdigheid werd opgelost door het feit dat het gegeven deeltje een neutrale elektrische lading bleek te hebben. Dienovereenkomstig werd het het neutron genoemd. Dankzij verder onderzoek bleek dat de massa van het neutron bijna gelijk is aan die van het proton. Over het algemeen lijken het neutron en het proton ongelooflijk veel op elkaar. met het overwegen vanUit deze ontdekking was het zeker mogelijk om vast te stellen dat de samenstelling van de kern van een atoom zowel protonen als neutronen omvat, en in gelijke hoeveelheden. Alles viel stilaan op zijn plek. Het aantal protonen is het atoomnummer. Atoomgewicht is de som van de massa's van neutronen en protonen. Een isotoop kan ook een element worden genoemd waarin het aantal neutronen en protonen niet aan elkaar gelijk zal zijn. Zoals hierboven besproken, kunnen in een dergelijk geval, hoewel het element in wezen hetzelfde blijft, de eigenschappen ervan aanzienlijk veranderen.
