Հարցեր «Ինչի՞ց է բաղկացած նյութը», «Ի՞նչ է նյութի բնույթը»: միշտ զբաղեցրել է մարդկությանը: Հին ժամանակներից փիլիսոփաներն ու գիտնականները փնտրում էին այս հարցերի պատասխանները՝ ստեղծելով ինչպես իրատեսական, այնպես էլ միանգամայն զարմանալի և ֆանտաստիկ տեսություններ ու վարկածներ։ Այնուամենայնիվ, բառացիորեն մեկ դար առաջ մարդկությունը հնարավորինս մոտեցավ այս առեղծվածի բացահայտմանը` բացահայտելով նյութի ատոմային կառուցվածքը: Բայց ինչպիսի՞ն է ատոմի միջուկի բաղադրությունը։ Ինչի՞ց է այդ ամենը պատրաստված:
Տեսությունից իրականություն
Քսաներորդ դարի սկզբին ատոմային կառուցվածքը դադարել էր լինել միայն վարկած, այլ դարձել էր բացարձակ փաստ: Պարզվեց, որ ատոմի միջուկի բաղադրությունը շատ բարդ հասկացություն է։ Այն պարունակում է էլեկտրական լիցքեր։ Բայց հարց առաջացավ՝ ատոմի և ատոմի միջուկի բաղադրության մեջ ներառվո՞ւմ են այդ լիցքերի տարբեր քանակություններ, թե՞ ոչ։
Մոլորակային մոդել
Սկզբում ենթադրվում էր, որ ատոմը շատ նման է մեր արեգակնային համակարգին: ԱյնուամենայնիվՇատ արագ պարզվեց, որ այս տեսակետն ամբողջությամբ ճիշտ չէր։ Նկարի աստղագիտական մասշտաբի զուտ մեխանիկական փոխանցման խնդիրը միլիմետրի միլիոներորդական տարածք զբաղեցնող տարածքի վրա հանգեցրել է երևույթների հատկությունների և որակների էական և կտրուկ փոփոխության: Հիմնական տարբերությունը շատ ավելի խիստ օրենքներն ու կանոններն էին, որոնցով ստեղծվում է ատոմը:
Մոլորակային մոդելի թերությունները
Նախ, քանի որ նույն տեսակի և տարրի ատոմները պարամետրերով և հատկություններով պետք է լինեն միանգամայն նույնը, այդ ատոմների էլեկտրոնների ուղեծրերը նույնպես պետք է լինեն նույնը: Սակայն աստղագիտական մարմինների շարժման օրենքները չէին կարող այս հարցերի պատասխանները տալ։ Երկրորդ հակասությունը կայանում է նրանում, որ ուղեծրի երկայնքով էլեկտրոնի շարժումը, եթե դրա նկատմամբ կիրառվեն լավ ուսումնասիրված ֆիզիկական օրենքներ, անպայման պետք է ուղեկցվի էներգիայի մշտական արտազատմամբ։ Արդյունքում, այս գործընթացը կհանգեցնի էլեկտրոնի սպառմանը, որն ի վերջո կմահանա և նույնիսկ կընկնի միջուկը։
Մայր ալիքի կառուցվածքև
1924 թվականին երիտասարդ արիստոկրատ Լուի դը Բրոլին առաջ քաշեց մի գաղափար, որը շրջեց գիտական հանրության գաղափարները այնպիսի հարցերի վերաբերյալ, ինչպիսիք են ատոմի կառուցվածքը, ատոմային միջուկների կազմը: Գաղափարն այն էր, որ էլեկտրոնը պարզապես շարժվող գնդակ չէ, որը պտտվում է միջուկի շուրջ: Սա լղոզված նյութ է, որը շարժվում է տիեզերքում ալիքների տարածմանը նմանվող օրենքների համաձայն: Շատ արագ այս գաղափարը տարածվեց ցանկացած մարմնի շարժման վրաընդհանուր առմամբ, բացատրելով, որ մենք նկատում ենք հենց այս շարժման միայն մի կողմը, իսկ երկրորդը փաստացի չի դրսևորվում։ Մենք կարող ենք տեսնել ալիքների տարածումը և չնկատել մասնիկի շարժումը կամ հակառակը։ Իրականում շարժման այս երկու կողմերն էլ միշտ գոյություն ունեն, և ուղեծրում էլեկտրոնի պտույտը ոչ միայն բուն լիցքի շարժումն է, այլև ալիքների տարածումը։ Այս մոտեցումը հիմնովին տարբերվում է նախկինում ընդունված մոլորակային մոդելից։
Տարրական հիմք
Ատոմի միջուկը կենտրոնն է: Էլեկտրոնները պտտվում են դրա շուրջ։ Մնացած ամեն ինչ որոշվում է միջուկի հատկություններով: Պետք է խոսել այնպիսի հասկացության մասին, ինչպիսին է ատոմի միջուկի բաղադրությունը ամենակարևոր կետից՝ լիցքից։ Ատոմը պարունակում է որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ, որոնք կրում են բացասական լիցք: Միջուկն ինքնին ունի դրական լիցք։ Այստեղից կարող ենք որոշակի հետևություններ անել.
- Միջուկը դրական լիցքավորված մասնիկ է:
- Միջուկի շուրջը լիցքերով ստեղծված պուլսացիոն մթնոլորտ է:
- Այն միջուկն է և նրա բնութագրերը, որոնք որոշում են ատոմի էլեկտրոնների քանակը:
միջուկի հատկություններ
Պղինձը, ապակին, երկաթը, փայտը նույն էլեկտրոններն ունեն։ Ատոմը կարող է կորցնել մի քանի էլեկտրոն կամ նույնիսկ բոլորը: Եթե միջուկը մնում է դրական լիցքավորված, ապա այն ի վիճակի է ճիշտ քանակությամբ բացասական լիցքավորված մասնիկներ ներգրավել այլ մարմիններից, ինչը թույլ կտա նրան գոյատևել։ Եթե ատոմը կորցնում է որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ, ապա միջուկի դրական լիցքը ավելի մեծ կլինի, քան բացասական լիցքերի մնացած մասը: ATԱյս դեպքում ամբողջ ատոմը ձեռք կբերի ավելորդ լիցք, և այն կարելի է անվանել դրական իոն։ Որոշ դեպքերում ատոմը կարող է ավելի շատ էլեկտրոններ ներգրավել, իսկ հետո այն բացասական լիցքավորված կլինի: Ուստի այն կարելի է անվանել բացասական իոն։
Որքա՞ն է կշռում ատոմը?
Ատոմի զանգվածը հիմնականում որոշվում է միջուկով։ Ատոմը և ատոմային միջուկը կազմող էլեկտրոնները կշռում են ընդհանուր զանգվածի մեկ հազարերորդից պակաս։ Քանի որ զանգվածը համարվում է նյութի ունեցած էներգիայի պաշարի չափանիշը, այս փաստը համարվում է աներևակայելի կարևոր, երբ ուսումնասիրվում է այնպիսի հարց, ինչպիսին է ատոմային միջուկի կազմը:
:
Ռադիոակտիվություն
Ամենադժվար հարցերը ծագեցին ռենտգենյան ճառագայթների հայտնաբերումից հետո. Ռադիոակտիվ տարրերն արձակում են ալֆա, բետա և գամմա ալիքներ։ Բայց այդպիսի ճառագայթումը պետք է աղբյուր ունենա։ Ռադերֆորդը 1902 թվականին ցույց տվեց, որ նման աղբյուրը հենց ատոմն է, ավելի ճիշտ՝ միջուկը։ Մյուս կողմից, ռադիոակտիվությունը ոչ միայն ճառագայթների արտանետումն է, այլև մի տարրի վերածումը մյուսի, բոլորովին նոր քիմիական և ֆիզիկական հատկություններով: Այսինքն՝ ռադիոակտիվությունը միջուկի փոփոխություն է։
Ի՞նչ գիտենք միջուկային կառուցվածքի մասին:
Գրեթե հարյուր տարի առաջ ֆիզիկոս Պրուտը առաջ քաշեց այն միտքը, որ պարբերական աղյուսակի տարրերը պատահական ձևեր չեն, այլ ջրածնի ատոմների համակցություններ են: Հետևաբար, կարելի էր ակնկալել, որ միջուկների և՛ լիցքերը, և՛ զանգվածները կարտահայտվեն հենց ջրածնի ամբողջական և բազմակի լիցքերով։ Այնուամենայնիվ, սա այնքան էլ ճիշտ չէ: Ատոմի հատկությունների ուսումնասիրությամբմիջուկները էլեկտրամագնիսական դաշտերի օգնությամբ ֆիզիկոս Ասթոնը հաստատեց, որ տարրերը, որոնց ատոմային կշիռները ամբողջ թվեր և բազմապատիկ չեն, իրականում տարբեր ատոմների համակցություն են, այլ ոչ թե մեկ նյութ: Բոլոր դեպքերում, երբ ատոմային զանգվածը ամբողջ թիվ չէ, մենք դիտարկում ենք տարբեր իզոտոպների խառնուրդ: Ինչ է դա? Եթե խոսենք ատոմի միջուկի բաղադրության մասին, ապա իզոտոպները նույն լիցքով, բայց տարբեր զանգվածներով ատոմներ են։
Էյնշտեյնը և ատոմի միջուկը
Հարաբերականության տեսությունն ասում է, որ զանգվածը չափիչ չէ, որով որոշվում է նյութի քանակը, այլ այն էներգիայի չափումը, որն ունի նյութը: Համապատասխանաբար, նյութը կարող է չափվել ոչ թե զանգվածով, այլ լիցքով, որը կազմում է այս նյութը և լիցքի էներգիան։ Երբ նույն լիցքը մոտենում է նույն լիցքին, էներգիան կավելանա, հակառակ դեպքում՝ կնվազի։ Սա, իհարկե, չի նշանակում նյութի փոփոխություն։ Համապատասխանաբար, այս դիրքից ատոմի միջուկը ոչ թե էներգիայի աղբյուր է, այլ ավելի շուտ՝ մնացորդ՝ ազատվելուց հետո։ Այսպիսով, կա որոշակի հակասություն:
Նեյտրոններ
Կյուրիները, երբ ռմբակոծվեցին բերիլիումի ալֆա մասնիկներով, հայտնաբերեցին որոշ անհասկանալի ճառագայթներ, որոնք, բախվելով ատոմի միջուկին, մեծ ուժով ետ են մղում այն: Այնուամենայնիվ, նրանք կարողանում են անցնել նյութի մեծ հաստությամբ։ Այս հակասությունը լուծվեց նրանով, որ պարզվեց, որ տվյալ մասնիկը չեզոք էլեկտրական լիցք ունի։ Համապատասխանաբար այն կոչվել է նեյտրոն։ Հետագա հետազոտությունների շնորհիվ պարզվեց, որ նեյտրոնի զանգվածը գրեթե նույնն է, ինչ պրոտոնինը։ Ընդհանուր առմամբ, նեյտրոնն ու պրոտոնը աներևակայելի նման են: Հաշվի առնելովԱյս հայտնագործությունից միանշանակ հնարավոր եղավ հաստատել, որ ատոմի միջուկի բաղադրությունը ներառում է և՛ պրոտոններ, և՛ նեյտրոններ և հավասար քանակությամբ։ Ամեն ինչ աստիճանաբար իր տեղն ընկավ։ Պրոտոնների թիվը ատոմային թիվն է։ Ատոմային քաշը նեյտրոնների և պրոտոնների զանգվածների գումարն է։ Իզոտոպ կարելի է անվանել նաև այն տարրը, որտեղ նեյտրոնների և պրոտոնների թիվը հավասար չի լինի միմյանց։ Ինչպես քննարկվեց վերևում, նման դեպքում, չնայած տարրը հիմնականում մնում է նույնը, նրա հատկությունները կարող են էապես փոխվել:
