Domande "In cosa consiste la materia?", "Qual è la natura della materia?" ha sempre occupato l'umanità. Sin dai tempi antichi, filosofi e scienziati hanno cercato risposte a queste domande, creando teorie e ipotesi sia realistiche che completamente sorprendenti e fantastiche. Tuttavia, letteralmente un secolo fa, l'umanità si è avvicinata il più possibile a svelare questo mistero scoprendo la struttura atomica della materia. Ma qual è la composizione del nucleo di un atomo? Di cosa è fatto tutto?
Dalla teoria alla re altà
All'inizio del ventesimo secolo, la struttura atomica aveva cessato di essere solo un'ipotesi, ma era diventata un fatto assoluto. Si è scoperto che la composizione del nucleo di un atomo è un concetto molto complesso. Contiene cariche elettriche. Ma è sorta la domanda: la composizione dell'atomo e del nucleo atomico include quantità diverse di queste cariche oppure no?
Modello planetario
Inizialmente, si pensava che l'atomo fosse costruito in modo molto simile al nostro sistema solare. TuttaviaSi è subito scoperto che questo punto di vista non era del tutto corretto. Il problema di un trasferimento puramente meccanico della scala astronomica dell'immagine in un'area che occupa milionesimi di millimetro ha portato a un cambiamento significativo e drammatico nelle proprietà e nelle qualità dei fenomeni. La differenza principale erano le leggi e le regole molto più rigorose con cui è costruito l'atomo.
Svantaggi del modello planetario
In primo luogo, poiché gli atomi dello stesso tipo ed elemento devono essere esattamente gli stessi in termini di parametri e proprietà, anche le orbite degli elettroni di questi atomi devono essere le stesse. Tuttavia, le leggi del moto dei corpi astronomici non potrebbero fornire risposte a queste domande. La seconda contraddizione sta nel fatto che il movimento di un elettrone lungo l'orbita, se ad esso vengono applicate leggi fisiche ben studiate, deve necessariamente essere accompagnato da un rilascio permanente di energia. Di conseguenza, questo processo porterebbe all'esaurimento dell'elettrone, che alla fine si estinguerebbe e cadrebbe persino nel nucleo.
Struttura dell'onda madree
Nel 1924, il giovane aristocratico Louis de Broglie avanzò un'idea che trasformò le idee della comunità scientifica su questioni come la struttura dell'atomo, la composizione dei nuclei atomici. L'idea era che un elettrone non fosse solo una palla in movimento che ruota attorno al nucleo. Questa è una sostanza sfocata che si muove secondo leggi simili alla propagazione delle onde nello spazio. Abbastanza rapidamente, questa idea è stata estesa al movimento di qualsiasi corpoin generale, spiegando che notiamo solo un lato di questo stesso movimento, ma il secondo non si manifesta effettivamente. Possiamo vedere la propagazione delle onde e non notare il movimento della particella, o viceversa. In effetti, entrambi questi lati del moto esistono sempre, e la rotazione di un elettrone in orbita non è solo il movimento della carica stessa, ma anche la propagazione delle onde. Questo approccio è fondamentalmente diverso dal modello planetario precedentemente accettato.
Fondamenti elementari
Il nucleo di un atomo è il centro. Gli elettroni ruotano attorno ad esso. Tutto il resto è determinato dalle proprietà del nucleo. È necessario parlare di un concetto come la composizione del nucleo di un atomo dal punto più importante: dalla carica. Un atomo contiene un certo numero di elettroni che portano una carica negativa. Il nucleo stesso ha una carica positiva. Da ciò possiamo trarre alcune conclusioni:
- Un nucleo è una particella carica positivamente.
- Intorno al nucleo c'è un'atmosfera pulsante creata dalle cariche.
- È il nucleo e le sue caratteristiche che determinano il numero di elettroni in un atomo.
Proprietà del kernel
Rame, vetro, ferro, legno hanno gli stessi elettroni. Un atomo può perdere un paio di elettroni o addirittura tutti. Se il nucleo rimane caricato positivamente, allora è in grado di attrarre la giusta quantità di particelle cariche negativamente da altri corpi, che gli permetteranno di sopravvivere. Se un atomo perde un certo numero di elettroni, la carica positiva sul nucleo sarà maggiore del resto delle cariche negative. AIn questo caso, l'intero atomo acquisirà una carica in eccesso e può essere chiamato ione positivo. In alcuni casi, un atomo può attrarre più elettroni e quindi si caricherà negativamente. Pertanto, può essere chiamato ione negativo.
Quanto pesa un atomo?
La massa di un atomo è determinata principalmente dal nucleo. Gli elettroni che compongono l'atomo e il nucleo atomico pesano meno di un millesimo della massa totale. Poiché la massa è considerata una misura della riserva di energia di una sostanza, questo fatto è considerato incredibilmente importante quando si studia una questione come la composizione del nucleo atomico.
Radioattività
Le domande più difficili sono emerse dopo la scoperta dei raggi X. Gli elementi radioattivi emettono onde alfa, beta e gamma. Ma tale radiazione deve avere una fonte. Rutherford nel 1902 dimostrò che tale fonte è l'atomo stesso, o meglio, il nucleo. D' altra parte, la radioattività non è solo l'emissione di raggi, ma anche la conversione di un elemento in un altro, con proprietà chimiche e fisiche del tutto nuove. Cioè, la radioattività è un cambiamento nel nucleo.
Cosa sappiamo della struttura nucleare?
Quasi cento anni fa, il fisico Prout avanzò l'idea che gli elementi nella tavola periodica non sono forme casuali, ma sono combinazioni di atomi di idrogeno. Pertanto, ci si potrebbe aspettare che sia le cariche che le masse dei nuclei siano espresse in termini di cariche intere e multiple dell'idrogeno stesso. Tuttavia, questo non è del tutto vero. Studiando le proprietà dell'atomiconuclei con l'aiuto dei campi elettromagnetici, il fisico Aston stabilì che gli elementi i cui pesi atomici non erano interi e multipli, infatti, sono una combinazione di atomi diversi e non una sostanza. In tutti i casi in cui il peso atomico non è un intero, osserviamo una miscela di diversi isotopi. Cos'è? Se parliamo della composizione del nucleo di un atomo, gli isotopi sono atomi con la stessa carica, ma con masse diverse.
Einstein e il nucleo dell'atomo
La teoria della relatività dice che la massa non è una misura con cui viene determinata la quantità di materia, ma una misura dell'energia che la materia possiede. Di conseguenza, la materia può essere misurata non dalla massa, ma dalla carica che costituisce questa materia e dall'energia della carica. Quando la stessa carica si avvicina a un' altra della stessa, l'energia aumenterà, altrimenti diminuirà. Questo, ovviamente, non significa un cambiamento nella materia. Di conseguenza, da questa posizione, il nucleo di un atomo non è una fonte di energia, ma piuttosto un residuo dopo il suo rilascio. Quindi c'è qualche contraddizione.
Neutroni
I Curie, bombardati con particelle alfa di berillio, scoprirono dei raggi incomprensibili che, scontrandosi con il nucleo di un atomo, lo respingono con grande forza. Tuttavia, sono in grado di passare attraverso un grande spessore di materia. Questa contraddizione è stata risolta dal fatto che la particella data si è rivelata avere una carica elettrica neutra. Di conseguenza, è stato chiamato il neutrone. Grazie a ulteriori ricerche, si è scoperto che la massa del neutrone è quasi la stessa di quella del protone. In generale, il neutrone e il protone sono incredibilmente simili. Con considerazioneDa questa scoperta è stato definitivamente possibile stabilire che la composizione del nucleo di un atomo comprende sia protoni che neutroni, e in quantità uguali. Tutto gradualmente è andato a posto. Il numero di protoni è il numero atomico. Il peso atomico è la somma delle masse dei neutroni e dei protoni. Un isotopo può anche essere chiamato un elemento in cui il numero di neutroni e protoni non sarà uguale tra loro. Come discusso in precedenza, in tal caso, sebbene l'elemento rimanga essenzialmente lo stesso, le sue proprietà possono cambiare sostanzialmente.
