Сұрақтар «Зат неден тұрады?», «Материяның табиғаты қандай?» әрқашан адамзатты жаулап алды. Ежелгі заманнан бері философтар мен ғалымдар осы сұрақтарға жауап іздеп, шынайы әрі мүлде таңғажайып әрі фантастикалық теориялар мен гипотезаларды жасап келеді. Дегенмен, сөзбе-сөз бір ғасыр бұрын адамзат материяның атомдық құрылымын ашу арқылы бұл құпияны ашуға барынша жақындады. Бірақ атом ядросының құрамы қандай? Мұның бәрі неден жасалған?
Теориядан шындыққа
ХХ ғасырдың басына қарай атом құрылымы жай гипотеза болудан қалып, абсолютті фактіге айналды. Атом ядросының құрамы өте күрделі ұғым екені белгілі болды. Оның құрамында электр зарядтары бар. Бірақ сұрақ туындады: атом мен атом ядросының құрамына бұл зарядтардың әртүрлі мөлшері кіреді ме, жоқ па?
Планетарлық үлгі
Бастапқыда атом біздің Күн жүйесіне өте ұқсас салынған деп есептелді. ДегенменБұл көзқарас мүлде дұрыс емес екені тез анықталды. Суреттің астрономиялық масштабын миллиметрдің миллионнан бір бөлігін алып жатқан аумаққа таза механикалық көшіру мәселесі құбылыстардың қасиеттері мен сапаларының елеулі және күрт өзгеруіне әкелді. Негізгі айырмашылық атомды құрастыратын әлдеқайда қатаң заңдар мен ережелерде болды.
Планетарлық модельдің кемшіліктері
Біріншіден, бір текті және бір элементтегі атомдар параметрлері мен қасиеттері жағынан бірдей болуы керек болғандықтан, бұл атомдардың электрондарының орбиталары да бірдей болуы керек. Алайда астрономиялық денелердің қозғалыс заңдары бұл сұрақтарға жауап бере алмады. Екінші қайшылық мынада: электронның орбита бойымен қозғалысы, егер оған жақсы зерттелген физикалық заңдар қолданылса, міндетті түрде энергияның тұрақты бөлінуімен бірге жүруі керек. Нәтижесінде бұл процесс электронның таусылуына әкеліп соқтырады, ол ақырында өліп қалады және тіпті ядроға түседі.
Аналық толқын құрылымыжәне
1924 жылы жас ақсүйек Луи де Бройль атомның құрылымы, атом ядроларының құрамы сияқты мәселелерге қатысты ғылыми қоғамдастықтың ой-пікірлерін өзгертетін идеяны алға тартты. Идея электронның ядроның айналасында айналатын қозғалатын шар ғана емес екендігі туралы болды. Бұл толқындардың кеңістікте таралуына ұқсайтын заңдарға сәйкес қозғалатын бұлыңғыр зат. Бұл идея тез арада кез келген дененің қозғалысына таратылдыжалпы алғанда, біз дәл осы қозғалыстың бір жағын ғана байқайтынымызды, бірақ екіншісі іс жүзінде көрінбейтінін түсіндіреді. Біз толқындардың таралуын көріп, бөлшектің қозғалысын байқамаймыз немесе керісінше. Шын мәнінде, қозғалыстың осы екі жағы да әрқашан бар және электронның орбитада айналуы зарядтың өзінің қозғалысы ғана емес, сонымен қатар толқындардың таралуы болып табылады. Бұл тәсіл бұрын қабылданған планеталық модельден түбегейлі ерекшеленеді.
Бастауыш негіз
Атомның ядросы орталық болып табылады. Оның айналасында электрондар айналады. Қалғанының бәрі ядроның қасиеттерімен анықталады. Атом ядросының құрамы сияқты ұғым туралы ең маңызды нүктеден – зарядтан айту керек. Атомда теріс зарядты алып жүретін электрондардың белгілі бір саны болады. Ядроның өзінде оң заряд бар. Осыдан белгілі бір қорытынды жасауға болады:
- Ядро – оң зарядты бөлшек.
- Ядроның айналасында зарядтар тудыратын пульсирленген атмосфера бар.
- Атомдағы электрондар санын анықтайтын ядро және оның сипаттамалары.
Ядро қасиеттері
Мыс, шыны, темір, ағаштың электрондары бірдей. Атом бірнеше электрондарын немесе тіпті барлығын жоғалтуы мүмкін. Егер ядро оң зарядты болып қалатын болса, онда ол басқа денелерден теріс зарядталған бөлшектердің қажетті мөлшерін тарта алады, бұл оның өмір сүруіне мүмкіндік береді. Егер атом белгілі бір электрон санын жоғалтса, онда ядродағы оң заряд теріс зарядтардың қалған бөлігінен көп болады. ATБұл жағдайда бүкіл атом артық зарядқа ие болады және оны оң ион деп атауға болады. Кейбір жағдайларда атом көбірек электрондарды тарта алады, содан кейін ол теріс зарядталады. Сондықтан оны теріс ион деп атауға болады.
Атомның салмағы қанша?
Атомның массасын негізінен ядро анықтайды. Атомды және атом ядросын құрайтын электрондардың салмағы жалпы массаның мыңнан бірінен аз. Масса заттың энергия қорының өлшемі болып саналатындықтан, бұл факт атом ядросының құрамы сияқты мәселені зерттеу кезінде өте маңызды болып саналады.
Радиоактивтілік
Ең қиын сұрақтар рентген сәулелері ашылғаннан кейін пайда болды. Радиоактивті элементтер альфа, бета және гамма толқындарын шығарады. Бірақ мұндай сәулеленудің көзі болуы керек. Резерфорд 1902 жылы мұндай көз атомның өзі, дәлірек айтсақ, ядро екенін көрсетті. Екінші жағынан, радиоактивтілік тек сәуле шығару ғана емес, сонымен бірге бір элементтің басқа элементке айналуы, мүлдем жаңа химиялық және физикалық қасиеттері бар. Яғни, радиоактивтілік - ядродағы өзгеріс.
Ядролық құрылым туралы не білеміз?
Осыдан жүз жылдай бұрын физик Проут периодтық жүйедегі элементтер кездейсоқ формалар емес, сутегі атомдарының қосындысы деген идеяны алға тартты. Демек, ядролардың зарядтары да, массалары да сутегінің бүтін және еселі зарядтарымен өрнектелетінін күтуге болады. Алайда, бұл мүлдем дұрыс емес. Атомның қасиеттерін зерттеу арқылыЯдроларды электромагниттік өрістердің көмегімен физик Астон анықтады, олардың атомдық салмағы бүтін және еселік емес элементтер шын мәнінде бір зат емес, әртүрлі атомдардың қосындысы болып табылады. Атомдық масса бүтін сан емес барлық жағдайларда біз әртүрлі изотоптардың қоспасын байқаймыз. Бұл не? Атом ядросының құрамы туралы айтатын болсақ, изотоптар зарядтары бірдей, бірақ массалары әртүрлі атомдар болып табылады.
Эйнштейн және атом ядросы
Салыстырмалылық теориясы массаны заттың мөлшерін анықтайтын өлшем емес, материядағы энергияның өлшемі дейді. Сәйкесінше, материяны массасы бойынша емес, осы затты құрайтын зарядпен және зарядтың энергиясымен өлшеуге болады. Бір заряд екіншісіне жақындағанда, энергия өседі, әйтпесе ол азаяды. Бұл, әрине, материяның өзгеруін білдірмейді. Тиісінше, осы позициядан атомның ядросы энергия көзі емес, керісінше, оны шығарғаннан кейінгі қалдық болып табылады. Демек, қайшылық бар.
Нейтрондар
Кюрилер бериллийдің альфа-бөлшектерімен бомбаланған кезде атом ядросымен соқтығысқанда оны үлкен күшпен кері қайтаратын кейбір түсініксіз сәулелерді тапты. Дегенмен, олар материяның үлкен қалыңдығынан өте алады. Бұл қайшылық берілген бөлшектің бейтарап электр заряды болып шығуымен шешілді. Осыған сәйкес ол нейтрон деп аталды. Кейінгі зерттеулердің арқасында нейтронның массасы протонмен бірдей дерлік екені белгілі болды. Жалпы айтқанда, нейтрон мен протон керемет ұқсас. Ескере отырыпБұл ашылымнан атом ядросының құрамына протондар да, нейтрондар да және бірдей мөлшерде кіретінін анық анықтауға болады. Барлығы бірте-бірте орнына түсті. Протондар саны атомдық нөмір болып табылады. Атомдық масса - нейтрондар мен протондардың массаларының қосындысы. Изотопты нейтрондар мен протондардың саны бір-біріне тең болмайтын элемент деп те атауға болады. Жоғарыда талқыланғандай, мұндай жағдайда элемент негізінен өзгеріссіз қалғанымен, оның қасиеттері айтарлықтай өзгеруі мүмкін.
