Ұзақ уақыт бойы материяның көптеген қасиеттері зерттеушілер үшін құпия болып қала берді. Неліктен кейбір заттар электр тогын жақсы өткізсе, басқалары жақсы өткізбейді? Неліктен темір атмосфераның әсерінен біртіндеп ыдырайды, ал асыл металдар мыңдаған жылдар бойы тамаша сақталады? Бұл сұрақтардың көпшілігіне адам атомның құрылымы: оның құрылымы, әрбір электронды қабаттағы электрондар саны туралы хабардар болғаннан кейін жауап берілді. Оның үстіне атом ядроларының құрылымының ең негіздерін меңгеру әлем үшін жаңа дәуірді ашты.
Заттың қарапайым кірпіші қандай элементтерден тұрғызылған, олар бір-бірімен қалай әрекеттеседі, бұдан не үйренеміз?
Қазіргі ғылым көзқарасы бойынша атомның құрылымы
Қазіргі уақытта ғалымдардың көпшілігі материя құрылымының планетарлық моделін ұстануға бейім. Бұл модель бойынша әрбір атомның ортасында атоммен салыстырғанда өте кішкентай (ол бүтіннен ондаған мың есе кіші) ядро болады.атом). Бірақ ядроның массасы туралы бұлай айту мүмкін емес. Атомның барлық дерлік массасы ядрода шоғырланған. Ядро оң зарядталған.
Электрондар ядроның айналасында әртүрлі орбиталарда айналады, Күн жүйесінің планеталары сияқты дөңгелек емес, үш өлшемді (шарлар мен көлем сегіздіктері). Атомдағы электрондар саны ядро зарядына сан жағынан тең. Бірақ электронды қандай да бір траектория бойынша қозғалатын бөлшек ретінде қарастыру өте қиын.
Оның орбитасы кішкентай, ал жылдамдығы жарық сәулесінің жылдамдығына ұқсайды, сондықтан электронды орбитасымен бірге теріс зарядталған шардың бір түрі ретінде қарастыру дұрысырақ.
Ядролық отбасы мүшелері
Барлық атомдар 3 құраушы элементтен тұрады: протондар, электрондар және нейтрондар.
Протон ядроның негізгі құрылыс материалы. Оның салмағы атомдық бірлікке (сутегі атомының массасына) немесе SI жүйесінде 1,67 ∙ 10-27 кг-ға тең. Бөлшек оң зарядталған, ал оның заряды элементар электр зарядтар жүйесінде бірлік ретінде алынады.
Нейтрон - протонның массалық егізі, бірақ ешқандай зарядталмаған.
Жоғарыдағы екі бөлшек нуклидтер деп аталады.
Электрон зарядтағы протонға қарама-қарсы (элементар заряд -1). Бірақ салмағы жағынан электрон бізді ренжітті, оның массасы небәрі 9, 12 ∙ 10-31 кг, бұл протон немесе нейтроннан 2 мың есе дерлік жеңіл.
Бұл қалай «көрілді»
Егер ең заманауи техникалық құралдардың өзі мүмкіндік бермесе, атомның құрылымын қайдан көруге болады?және қысқа мерзімде оның құрамдас бөлшектерінің кескіндерін алуға мүмкіндік бермейді. Ғалымдар ядродағы протондардың, нейтрондардың және электрондардың санын және олардың орналасуын қайдан білді?
Атомдардың планеталық құрылымы туралы болжам әртүрлі бөлшектермен жұқа металл фольганы бомбалау нәтижелері негізінде жасалды. Суретте әртүрлі элементар бөлшектердің затпен әрекеттесуі анық көрсетілген.
Тәжірибелерде металдан өткен электрондар саны нөлге тең болды. Бұл жай ғана түсіндіріледі: теріс зарядталған электрондар металлдың электронды қабаттарынан итеріледі, олардың да теріс заряды бар.
Протондар шоғы (заряд +) фольгадан өтті, бірақ «шығындар». Кейбіреулері жолға түскен ядролармен тойтарылды (мұндай соққылардың ықтималдығы өте аз), кейбіреулері бастапқы траекториядан ауытқып, ядролардың біріне тым жақын ұшып кетті.
Нейтрондар металды жеңу тұрғысынан ең «тиімді» болды. Бейтарап зарядталған бөлшек заттың өзегімен тікелей соқтығысқан жағдайда ғана жоғалды, ал нейтрондардың 99,99% металдың қалыңдығынан сәтті өтті. Айтпақшы, кіріс пен шығыстағы нейтрондардың санына қарай белгілі бір химиялық элементтердің ядроларының өлшемін есептеу мүмкін болды.
Алынған деректерге сүйене отырып, мәселелердің көпшілігін сәтті түсіндіретін қазіргі кездегі басым материя құрылымы теориясы құрылды.
Не және қанша
Атомдағы электрондар саны атом нөміріне байланысты. Мысалы, кәдімгі сутегі атомында бартек бір протон. Бір электрон орбитада айналады. Периодтық жүйенің келесі элементі гелий сәл күрделірек. Оның ядросы екі протон мен екі нейтроннан тұрады, сондықтан атомдық массасы 4.
Сериялық нөмірдің өсуімен атомның мөлшері мен массасы өседі. Периодтық жүйедегі химиялық элементтің реттік нөмірі ядро зарядына (ондағы протондардың саны) сәйкес келеді. Атомдағы электрондар саны протондар санына тең. Мысалы, қорғасын атомының (атомдық нөмірі 82) ядросында 82 протон бар. Ядроның айналасындағы орбитада 82 электрон бар. Ядродағы нейтрондардың санын есептеу үшін атомдық массадан протондар санын алып тастау жеткілікті:
207 – 82=125.
Неге әрқашан бірдей сандар
Біздің ғаламдағы әрбір жүйе тұрақтылыққа ұмтылады. Атомға қолданылғанда, бұл оның бейтараптығымен көрінеді. Егер бір секундқа біз Әлемдегі барлық атомдардың әртүрлі таңбалары бар бір немесе басқа зарядтары бар екенін елестетсек, әлемде қандай хаос болатынын елестетуге болады.
Бірақ атомдағы протондар мен электрондардың саны тең болғандықтан, әрбір «кірпіштің» жалпы заряды нөлге тең.
Атомдағы нейтрондар саны тәуелсіз шама. Сонымен қатар, бір химиялық элемент атомдарында заряды нөлдік бөлшектердің әртүрлі саны болуы мүмкін. Мысалы:
- 1 протон + 1 электрон + 0 нейтрон=сутегі (атомдық массасы 1);
- 1 протон + 1 электрон + 1 нейтрон=дейтерий (атомдық массасы 2);
- 1 протон + 1 электрон + 2нейтрон=тритий (атомдық массасы 3).
Бұл жағдайда атомдағы электрондар саны өзгермейді, атом бейтарап болып қалады, оның массасы өзгереді. Химиялық элементтердің мұндай өзгерістері изотоптар деп аталады.
Атом әрқашан бейтарап болады
Жоқ, атомдағы электрондар саны әрқашан протондар санына тең бола бермейді. Егер атомнан бір-екі электрон біраз уақытқа «алып кете алмаса», гальванизация деген нәрсе болмас еді. Кез келген зат сияқты атом да әсер ете алады.
Атомның сыртқы қабатынан келетін жеткілікті күшті электр өрісінің әсерінен бір немесе бірнеше электрон «ұшып кетуі» мүмкін. Бұл жағдайда заттың бөлшегі бейтарап болуды тоқтатады және оны ион деп атайды. Ол электр зарядын бір электродтан екіншісіне тасымалдай отырып, газ немесе сұйық ортада қозғала алады. Осылайша, батареяларда электр заряды сақталады, ал кейбір металдардың ең жұқа қабықшалары басқаларының бетіне жағылады (алтынмен қаптау, күміспен қаптау, хромдау, никельмен қаптау және т.б.).
Электр тогын өткізгіштер – металдарда электрондар саны да тұрақсыз. Сыртқы қабаттардың электрондары атомнан атомға өтіп, электр энергиясын өткізгіш арқылы тасымалдайды.
