Mavzu: Atom tuzilishi, uning yadroviy modeli. Yadroviy reaksiyalar. Bor postulatlari. Reja

?

Atomning massasi asosan yadro tomonidan aniqlanadi. Atom va atom yadrosini tashkil etuvchi elektronlar umumiy massaning mingdan biridan kamrog'ini tashkil qiladi. Massa moddaning o'zida mavjud bo'lgan energiya zaxirasining o'lchovi sifatida qaralishi sababli, bu haqiqat atom yadrosining tarkibi kabi savolni o'rganishda juda muhimdir.

Radioaktivlik

Eng qiyin savollar kashfiyotdan keyin paydo bo'ldi Radiofaol elementlar alfa, beta va gamma to'lqinlarini chiqaradi. Ammo bunday nurlanish manbasiga ega bo'lishi kerak. 1902 yilda Ruterford atomning o'zi, aniqrog'i yadro ham shunday manba ekanligini isbotladi. Boshqa tomondan, radioaktivlik nafaqat nurlarning tarqalishi, balki butunlay yangi kimyoviy va fizik xususiyatlarga ega bo'lgan bir elementning boshqasiga o'tishidir. Ya'ni, radioaktivlik bu yadroning o'zgarishi.

Yadro tuzilishi haqida nimalarni bilamiz?

Qariyb yuz yil muqaddam fizik Proout davriy sistemadagi elementlar notekis shakllar emas, balki birikmalardir degan fikrni ilgari surgan, shuning uchun ham zaryadlar, ham yadrolarning massalari ham vodorodning o'zi butun va ko'p sonli zaryadlari orqali ifodalanishini kutish mumkin edi. Biroq, bu mutlaqo to'g'ri emas. Elektromagnit maydonlar yordamida atom yadrolarining xususiyatlarini o'rgangan fizik Aston, atom og'irligi butun emas va ko'p bo'lmagan elementlar, aslida, turli xil atomlarning birikmasidan iboratligini va bitta modda emasligini aniqladi. Agar atom og'irligi butun son bo'lmasa, barcha izotoplarning aralashmasini kuzatamiz. Bu nima? Agar atom yadrosining tarkibi haqida gapiradigan bo'lsak, izotoplar bir xil zaryadga ega, ammo turli xil massalarga ega.

Eynshteyn va atom yadrosi

Nisbiylik nazariyasi aytadiki, massa modda miqdori aniqlanadigan o'lchov emas, balki materiya ega bo'lgan energiya o'lchovidir. Shunga ko'ra, materiyani massa bilan o'lchash mumkin emas, lekin bu materiyani tashkil etadigan zaryad va zaryad energiyasi bilan o'lchash mumkin. Xuddi shu zaryad boshqasiga yaqinlashganda, energiya ko'payadi, aks holda kamayadi. Bu, albatta, materiyaning o'zgarishini anglatmaydi. Shunga ko'ra, ushbu pozitsiyadan kelib chiqqan holda, atom yadrosi energiya manbai emas, aksincha, u bo'shatilgandan keyin qolgan. Shunday qilib, ma'lum bir qarama-qarshilik mavjud.

Neytronlar

Kuri turmush o'rtoqlari berilliy alfa zarralari bilan bombardimon qilganda, atom yadrosi bilan to'qnashganda uni juda katta kuch bilan qaytaradigan g'aroyib nurlarni topdilar. Biroq, ular moddaning katta qalinligidan o'tishga qodir. Ushbu qarama-qarshilik ushbu zarrachaning neytral elektr zaryadiga aylanishi bilan hal qilindi. Shunga ko'ra, u neytron deb nomlandi. Keyingi tadqiqotlar natijasida proton bilan deyarli bir xil ekanligi aniqlandi. Umuman olganda, neytron va proton juda o'xshash. Ushbu kashfiyotni hisobga olgan holda, protonlar ham, neytronlar ham teng miqdorda atom yadrosining bir qismi ekanligi aniqlandi. Asta-sekin hamma narsa joyiga tushdi. Protonlar soni atom sonidir. Atom og'irligi - bu neytron va proton massalarining yig'indisi. Izotopni neytron va protonlar soni bir-biriga teng bo'lmaydigan element deb ham atash mumkin. Yuqorida aytib o'tilganidek, bu holda, element bir xil bo'lib qolsa ham, uning xususiyatlari sezilarli darajada o'zgarishi mumkin.

Hamma narsaning ichki tuzilishi to'g'risida ishonchli ma'lumotlar mavjud bo'lishidan ancha oldin, yunon mutafakkirlari materiyani doimiy harakatda bo'lgan mayda olov zarralari shaklida tasavvur qilishgan. Ehtimol, narsalarning dunyo tartibini ko'rish bu mantiqiy xulosalardan kelib chiqqan. Ba'zi bir soddalik va mutlaqo dalillarning yo'qligiga qaramay, bu haqiqat bo'lib chiqdi. Garchi olimlar jasur taxminni faqat yigirma uch asrdan keyin tasdiqlashlari mumkin edi.

Atomning tuzilishi

19-asr oxirida tok o'tkazadigan zaryad trubasining xususiyatlari o'rganildi. Kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, bu holda ikkita zarrachalar oqimi chiqariladi:

Katod nurlarining salbiy zarralari elektron deb nomlangan. Keyinchalik, ko'p jarayonlarda bir xil zaryadga ega bo'lgan massa nisbati bo'lgan zarralar topildi. Elektronlar ionlar va atomlarni bombardimon qilish paytida juda oson ajratiladigan turli xil atomlarning universal tarkibiy qismi bo'lib tuyuldi.

Musbat zaryadlangan zarralar bir yoki bir nechta elektronni yo'qotgandan keyin atomlarning bo'laklari bilan ifodalangan. Aslida, musbat nurlar salbiy zarralardan holi bo'lgan atomlar guruhi edi va shuning uchun musbat zaryadga ega.

Tompson modeli

Tajribalar asosida, ijobiy va salbiy zarralar atomning mohiyatini ifodalovchi uning tarkibiy qismlari ekanligi aniqlandi. Ingliz olimi J. Tomson o'zining nazariyasini taklif qildi. Uning fikriga ko'ra, atom va atom yadrosining tuzilishi ma'lum bir massani ifodalagan, bunda manfiy zaryadlar krujkadagi mayiz kabi musbat zaryadlangan to'pga siqilgan. To'lovni qoplash stakanni elektrsiz neytral holga keltirdi.

Ruterford Model

Amerikalik yosh olim Ruterford alfa zarralaridan keyin qolgan izlarni tahlil qilib, Tompson modeli nomukammal degan xulosaga keldi. Ba'zi alfa zarralari kichik burchaklarda burilib ketgan - 5-10 o. Kamdan kam hollarda alfa zarralari katta burchaklarda 60-80 o burchakka burilishgan, va alohida holatlarda burchaklar juda katta - 120-150 o. Tompsonning atom modeli bu farqni tushuntira olmadi.

Ruterford atom va atom yadrosining tuzilishini tushuntiradigan yangi modelni taklif qiladi. Jarayonlar fizikasi atom 99% bo'sh bo'lishi kerakligini ta'kidlaydi, uning ichida kichik yadro va elektron atrofida aylanib, orbitalarda harakatlanadi.

U zarralarning chetlanishini atom zarralarining o'zlarining elektr zaryadlari mavjudligi bilan izohlaydi. Bomba bilan zaryadlangan zarrachalarning ta'siri ostida atom elementlari makrokosmosdagi oddiy zaryadlangan jismlar kabi harakat qilishadi: bir xil zaryadli zarralar bir-birini qaytaradi va qarama-qarshi zaryadlar bilan ular tortiladi.

Atomlar holati

O'tgan asrning boshlarida, birinchi zarrachalar tezlatgichlari ishga tushirilganda, atom yadrosining tuzilishini va atomning o'zi haqida tushuntirish beradigan barcha nazariyalar eksperimental tasdiqlashni kutishgan. Bu vaqtga kelib alfa va beta nurlarining atomlar bilan o'zaro ta'siri allaqachon chuqur o'rganilgan edi. 1917 yilgacha atomlar barqaror yoki radioaktiv bo'lgan deb ishonilgan. Barqaror atomlarni ajratib bo'lmaydi, radioaktiv yadrolarning parchalanishini nazorat qilib bo'lmaydi. Ammo Ruterford bu fikrni rad etishga muvaffaq bo'ldi.

Birinchi proton

1911 yilda E. Ruterford barcha yadrolar bir xil elementlardan iborat degan fikrni ilgari surdi, ularning asoslari vodorod atomidir. Olim bu fikr bilan materiyaning tuzilishini avvalgi o'rganishda muhim xulosaga keldi: barcha kimyoviy elementlarning massalari vodorod massasi bilan qoldiqsiz bo'linadi. Yangi taxmin atom yadrosining tuzilishini yangicha qarashga imkon beradigan misli ko'rilmagan imkoniyatlarni ochdi. Yadro reaktsiyalari yangi farazni tasdiqlash yoki rad etish kerak edi.

Tajribalar 1919 yilda azot atomlari bilan o'tkazildi. Ularni alfa zarralari bilan bombardimon qilish orqali Ruterford ajoyib natijaga erishdi.

Atom N alfa zarrachasini yutdi, so'ngra kislorod O 17 ga aylandi va vodorod yadrosini chiqardi. Bu bitta element atomini boshqasiga ikkinchi sun'iy ravishda aylantirish edi. Bunday tajriba atom yadrosining tuzilishi va mavjud jarayonlar fizikasi boshqa yadro o'zgarishlarini amalga oshirishga imkon berishiga umid uyg'otdi.

Olim o'z tajribalarida sintilyatsiya usulidan foydalangan - miltillaydi. Yonish chastotasidan u atom yadrosining tarkibi va tuzilishi, hosil bo'lgan zarrachalarning xususiyatlari, ularning atom massalari va seriya raqamlari to'g'risida xulosalar chiqardi. Noma'lum zarracha Ruterford proton deb nomlandi. U yagona elektronidan mahrum bo'lgan vodorod atomining barcha xususiyatlariga ega edi - bitta ijobiy zaryad va mos keladigan massa. Shunday qilib, proton va vodorod yadrosi bir xil zarralar ekanligi isbotlandi.

1930 yilda birinchi yirik tezlatgichlar qurilib ishga tushirilganda, Ruterford atom modeli buni tasdiqlash va isbotlashga muvaffaq bo'ldi: har bir vodorod atomi bitta elektrondan iborat bo'lib, uning o'rnini aniqlab bo'lmaydi va ichkarida bitta musbat proton bo'lgan bo'shashmasdan atom mavjud. Atom bombasi paytida protonlar, elektronlar va alfa zarralari atomdan chiqib ketishi mumkinligi sababli, olimlar ularni har qanday atom yadrosining tarkibiy qismlari deb o'ylashdi. Ammo yadro atomining bunday modeli beqaror bo'lib tuyuldi - elektronlar yadroga sig'adigan darajada katta edi, bundan tashqari, momentum va energiyani tejash qonunini buzish bilan bog'liq jiddiy qiyinchiliklar mavjud edi. Ushbu ikkita qonun, qat'iy buxgalterlar sifatida, portlash paytida harakat va massa miqdori noma'lum yo'nalishda yo'qolishini aytdi. Ushbu qonunlar odatda qabul qilinganligi sababli, bunday qochqinning sabablarini tushuntirish kerak.

Neytronlar

Dunyo bo'ylab olimlar atomlarning yangi tarkibiy yadrolarini kashf qilish bilan tajriba o'tkazishmoqda. 30-yillarda nemis fiziklari Becker va Bothe berilliy atomlarini alfa zarralari bilan bombardimon qildilar. Bunday holda noma'lum nurlanish qayd etildi, unga ko'ra rentgen nurlarini chaqirishga qaror qilindi. Batafsil tadqiqotlar yangi nurlarning ba'zi xususiyatlari haqida gaplashdi: ular to'g'ri chiziqda tarqalishi, elektr va magnit maydonlar bilan aloqa qilmasligi va yuqori kirish kuchiga ega edi. Keyinchalik, nurlanishning bu turini tashkil etuvchi zarrachalar alfa zarralarini boshqa elementlar - bor, xrom va boshqalar bilan o'zaro ta'sirida topilgan.

Chadvik gipotezasi

Keyin "Tabiiy" jurnalida Ruterfordning hamkasbi va talabasi Jeyms Chadvik qisqa xabarni berdi, keyinchalik u taniqli bo'ldi. Chadvik, agar yangi nurlanish neytral zarralar oqimiga ega bo'lsa, ularning har biri proton massasiga teng bo'lsa, saqlash qonunlaridagi qarama-qarshiliklar osonlikcha hal qilinishiga e'tibor qaratdi. Ushbu taxminni hisobga olgan holda fiziklar atom yadrosining tuzilishini tushuntirgan gipotezani sezilarli darajada to'ldirdilar. Qisqacha aytganda, qo'shimchalarning mohiyati yangi zarrachaga va uning atom tuzilishidagi roliga qisqartirildi.

Neytron xususiyatlari

Aniqlangan zarrachaga "neytron" nomi berildi. Yangi kashf qilingan zarralar o'z atrofida elektromagnit maydonlarni hosil qilmadi, ular energiya yo'qotmasdan materiyadan osonlikcha o'tib ketishdi. Atomlarning engil yadrolari bilan nodir to'qnashuvda neytron atomdan yadroni yechib oladi va shu bilan birga energiyasining muhim qismini yo'qotadi. Atom yadrosining tuzilishi har bir moddada har xil miqdordagi neytronlar mavjudligini taxmin qildi. Xuddi shu yadro zaryadiga ega, ammo neytronlari har xil bo'lgan atomlarga izotoplar deyiladi.

Neytronlar alfa zarralarini mukammal o'rnini bosuvchi vosita bo'lib xizmat qildi. Hozirgi vaqtda atom yadrosining tuzilishini o'rganish uchun foydalaniladiganlar. Ularning fan uchun ahamiyatini qisqacha ta'riflab berishning iloji yo'q, ammo fiziklar deyarli barcha ma'lum elementlarning izotoplarini atom yadrolarining bombalanishi tufayli qo'lga kiritdilar.

Atom yadrosining tarkibi

Hozirgi vaqtda atom yadrosining tuzilishi yadro kuchlari bilan bog'langan proton va neytronlarning birikmasidir. Masalan, geliy yadrosi ikkita neytron va ikkita protondan iborat. Yorug'lik elementlarida protonlar va neytronlar soni deyarli teng, og'ir elementlarda neytronlar soni ancha katta.

Yadro tuzilishining bunday ko'rinishi tez protonli zamonaviy yirik tezlatgichlarda o'tkazilgan tajribalar bilan tasdiqlangan. Protonlarning qaytarilish kuchi faqat yadroning o'zida harakat qiluvchi kuchli kuchlar tomonidan muvozanatlangan. Yadro kuchlarining tabiati hali to'liq o'rganilmagan bo'lsa ham, ularning mavjudligi amalda isbotlangan va atom yadrosining tuzilishini to'liq ochib beradi.