Ուսումնասիրելով նյութի բաղադրությունը՝ գիտնականները եկել են այն եզրակացության, որ ամբողջ նյութը բաղկացած է մոլեկուլներից և ատոմներից։ Երկար ժամանակ ատոմը (հունարենից թարգմանաբար՝ «անբաժանելի») համարվում էր նյութի ամենափոքր կառուցվածքային միավորը։ Այնուամենայնիվ, հետագա ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ատոմն ունի բարդ կառուցվածք և իր հերթին ներառում է ավելի փոքր մասնիկներ։
Ինչի՞ց է կազմված ատոմը
1911 թվականին գիտնական Ռադերֆորդը առաջարկեց, որ ատոմն ունի կենտրոնական մաս, որն ունի դրական լիցք: Ահա թե ինչպես առաջին անգամ հայտնվեց ատոմային միջուկ հասկացությունը։
Համաձայն Ռադերֆորդի սխեմայի, որը կոչվում է մոլորակային մոդել, ատոմը բաղկացած է միջուկից և բացասական լիցքով տարրական մասնիկներից՝ էլեկտրոններ, որոնք շարժվում են միջուկի շուրջը, ճիշտ այնպես, ինչպես մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջ:
1932 թվականին մեկ այլ գիտնական՝ Չեդվիքը, հայտնաբերեց նեյտրոնը՝ մի մասնիկ, որը էլեկտրական լիցք չունի։
Ժամանակակից հասկացությունների համաձայն՝ ատոմային միջուկի կառուցվածքը համապատասխանում է Ռադերֆորդի առաջարկած մոլորակային մոդելին։ Միջուկը տեղափոխվում է ներսատոմային զանգվածի մեծ մասը։ Այն ունի նաև դրական լիցք։ Ատոմային միջուկը պարունակում է պրոտոններ՝ դրական լիցքավորված մասնիկներ և նեյտրոններ՝ մասնիկներ, որոնք լիցք չեն կրում: Պրոտոններն ու նեյտրոնները կոչվում են նուկլոններ։ Բացասական լիցքավորված մասնիկներ՝ էլեկտրոններ, պտտվում են միջուկի շուրջ։
Միջուկում պրոտոնների թիվը հավասար է ուղեծրում շարժվող էլեկտրոնների թվին։ Հետևաբար, ատոմն ինքնին լիցք չկրող մասնիկ է։ Եթե ատոմը գրավում է այլ մարդկանց էլեկտրոնները կամ կորցնում է իր էլեկտրոնները, ապա այն դառնում է դրական կամ բացասական և կոչվում է իոն։
Էլեկտրոնները, պրոտոնները և նեյտրոնները միասին կոչվում են ենթաատոմային մասնիկներ:
Ատոմային միջուկի լիցք
Միջուկն ունի Z լիցքի թիվ: Այն որոշվում է ատոմային միջուկը կազմող պրոտոնների քանակով: Այս գումարը պարզելը պարզ է. պարզապես վերաբերեք Մենդելեևի պարբերական համակարգին: Այն տարրի ատոմային թիվը, որին պատկանում է ատոմը, հավասար է միջուկի պրոտոնների թվին։ Այսպիսով, եթե թթվածին քիմիական տարրը համապատասխանում է 8 սերիական համարին, ապա պրոտոնների թիվը նույնպես հավասար կլինի ութի։ Քանի որ ատոմում պրոտոնների և էլեկտրոնների թիվը նույնն է, կլինի նաև ութ էլեկտրոն:
Նեյտրոնների թիվը կոչվում է իզոտոպային թիվ և նշվում է N տառով: Նրանց թիվը կարող է տարբեր լինել նույն քիմիական տարրի ատոմում:
Միջուկում գտնվող պրոտոնների և էլեկտրոնների գումարը կոչվում է ատոմի զանգվածային թիվ և նշվում է A տառով: Այսպիսով, զանգվածային թիվը հաշվարկելու բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝ A=Z+N.
Իզոտոպներ
Այն դեպքում, երբ տարրերը ունեն հավասար թվով պրոտոններ և էլեկտրոններ, բայց տարբեր թվով նեյտրոններ, դրանք կոչվում են քիմիական տարրի իզոտոպներ։ Կարող է լինել մեկ կամ մի քանի իզոտոպ: Դրանք տեղադրվում են պարբերական համակարգի նույն վանդակում։
Իզոտոպները մեծ նշանակություն ունեն քիմիայի և ֆիզիկայի մեջ։ Օրինակ՝ ջրածնի իզոտոպը՝ դեյտերիումը, թթվածնի հետ համատեղ տալիս է բոլորովին նոր նյութ, որը կոչվում է ծանր ջուր։ Այն ունի սովորականից տարբեր եռման և սառեցման ջերմաստիճան։ Իսկ դեյտերիումի համակցությունը ջրածնի մեկ այլ իզոտոպի՝ տրիտիումի հետ հանգեցնում է ջերմամիջուկային միաձուլման ռեակցիայի և կարող է օգտագործվել հսկայական քանակությամբ էներգիա առաջացնելու համար։
Միջուկի զանգվածը և ենթաատոմային մասնիկները
Ատոմների և ենթաատոմային մասնիկների չափերն ու զանգվածները մարդկային հասկացություններում աննշան են: Միջուկների չափը մոտավորապես 10-12սմ է: Ատոմային միջուկի զանգվածը ֆիզիկայում չափվում է այսպես կոչված ատոմային զանգվածի միավորներով՝ amu
Մեկ ամուի համար վերցրեք ածխածնի ատոմի զանգվածի մեկ տասներկուերորդ մասը: Օգտագործելով սովորական չափման միավորները (կիլոգրամ և գրամ) զանգվածը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.=1, 660540 10-24գ. Այս կերպ արտահայտված այն կոչվում է բացարձակ ատոմային զանգված։
Չնայած այն փաստին, որ ատոմի միջուկը ատոմի ամենազանգվածային բաղադրիչն է, դրա չափերը՝ կապված այն շրջապատող էլեկտրոնային ամպի հետ, չափազանց փոքր են:
Միջուկային ուժեր
Ատոմային միջուկները չափազանց կայուն են։ Սա նշանակում է, որ պրոտոններն ու նեյտրոնները միջուկում պահվում են որոշ ուժերի կողմից։ Չէկարող են լինել էլեկտրամագնիսական ուժեր, քանի որ պրոտոնները նման լիցքավորված մասնիկներ են, և հայտնի է, որ նույն լիցք ունեցող մասնիկները վանում են միմյանց։ Գրավիտացիոն ուժերը չափազանց թույլ են նուկլեոնները միասին պահելու համար։ Հետևաբար, մասնիկները միջուկում պահվում են այլ փոխազդեցությամբ՝ միջուկային ուժերով:
Միջուկային փոխազդեցությունը համարվում է ամենաուժեղը բնության մեջ գոյություն ունեցող բոլորից: Ուստի ատոմային միջուկի տարրերի փոխազդեցության այս տեսակը կոչվում է ուժեղ։ Այն առկա է բազմաթիվ տարրական մասնիկների, ինչպես նաև էլեկտրամագնիսական ուժերի մեջ։
Միջուկային ուժերի առանձնահատկությունները
- Կարճ գործողություն. Միջուկային ուժերը, ի տարբերություն էլեկտրամագնիսական ուժերի, դրսևորվում են միայն միջուկի չափին համեմատելի շատ փոքր հեռավորությունների վրա:
- Լիցքավորման անկախություն. Այս հատկանիշը դրսևորվում է նրանով, որ միջուկային ուժերը հավասարապես գործում են պրոտոնների և նեյտրոնների վրա։
- Հագեցվածություն. Միջուկի նուկլեոնները փոխազդում են միայն որոշակի թվով այլ նուկլեոնների հետ։
միջուկի կապող էներգիա
Մի այլ բան սերտորեն կապված է ուժեղ փոխազդեցության հայեցակարգի հետ՝ միջուկների կապող էներգիան։ Միջուկային կապող էներգիան էներգիայի քանակն է, որն անհրաժեշտ է ատոմային միջուկը իր բաղկացուցիչ նուկլոնների բաժանելու համար։ Այն հավասար է առանձին մասնիկներից միջուկ ստեղծելու համար պահանջվող էներգիային։
Միջուկի կապակցման էներգիան հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է իմանալ ենթաատոմային մասնիկների զանգվածը։ Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ միջուկի զանգվածը միշտ փոքր է նրա բաղկացուցիչ նուկլոնների գումարից։ Զանգվածային թերությունը տարբերությունն էմիջուկի զանգվածը և նրա պրոտոնների և էլեկտրոնների գումարը: Օգտագործելով զանգվածի և էներգիայի միջև կապի մասին Էյնշտեյնի բանաձևը (E=mc2), կարող եք հաշվարկել միջուկի ձևավորման ընթացքում առաջացած էներգիան։
Միջուկի կապակցման էներգիայի ուժը կարելի է դատել հետևյալ օրինակով. մի քանի գրամ հելիումի ձևավորումն արտադրում է այնքան էներգիա, որքան մի քանի տոննա ածուխի այրումը:
Միջուկային ռեակցիաներ
Ատոմների միջուկները կարող են փոխազդել այլ ատոմների միջուկների հետ: Նման փոխազդեցությունները կոչվում են միջուկային ռեակցիաներ: Գոյություն ունեն երկու տեսակի ռեակցիաներ:
- տրոհման ռեակցիաներ. Դրանք առաջանում են, երբ փոխազդեցության արդյունքում ավելի ծանր միջուկները բաժանվում են ավելի թեթև միջուկների։
- Սինթեզի ռեակցիաներ. Գործընթացը տրոհման հակառակն է՝ միջուկները բախվում են՝ դրանով իսկ ձևավորելով ավելի ծանր տարրեր։
Բոլոր միջուկային ռեակցիաները ուղեկցվում են էներգիայի արտազատմամբ, որը հետագայում օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, ռազմական ոլորտում, էներգետիկայում և այլն:
Ծանոթանալով ատոմային միջուկի բաղադրությանը՝ կարող ենք անել հետևյալ եզրակացությունները։
- Ատոմը բաղկացած է միջուկից, որը պարունակում է պրոտոններ և նեյտրոններ և դրա շուրջը գտնվող էլեկտրոններ:
- Ատոմի զանգվածային թիվը հավասար է նրա միջուկի նուկլոնների գումարին։
- Նուկլոնները միանում են ուժեղ ուժով:
- Ատոմային միջուկը կայուն պահող հսկայական ուժերը կոչվում են միջուկային կապող էներգիաներ։
