Склад ядра атома. Ядро атома

Питання «З чого складається матерія?», «Яка природа матерії?» Завжди займали людство. Ще з найдавніших часів філософи і вчені шукали відповіді на ці питання, створюючи як реалістичні, так і абсолютно дивовижні і фантастичні теорії і гіпотези. Однак буквально століття тому людство підійшло до розгадки цієї таємниці максимально близько, відкривши атомарну структуру матерії. Але який склад ядра атома? З чого все складається?

Від теорії до реальності

До початку двадцятого століття атомарна структура перестала бути тільки гіпотезою, а стала абсолютним фактом. Виявилося, що склад ядра атома - поняття дуже складне. До його складу входять електричні заряди. Але виникло питання: склад атома і атомного ядра включають в себе різну кількість цих зарядів чи ні?

Планетарна модель

Спочатку уявляли, що атом побудований дуже схоже на нашу Сонячну систему. Однак досить швидко виявилося, що подібне подання не зовсім вірно. Проблематика чисто механічного перенесення астрономічного масштабу картини в область, яка займає мільйонні частки міліметра, спричинила за собою істотне і різка зміна властивостей і якостей явищ. Головне відмінність полягала в набагато більш жорстких законах і правилах, за якими побудований атом.

Недоліки планетарної моделі

По-перше, тому що атоми одного роду і елемента за параметрами і властивостями повинні бути абсолютно однакові, то й орбіти у електронів цих атомів теж повинні бути однакові. Однак закони руху астрономічних тіл не змогли дати відповіді на ці питання. Друге протиріччя полягає в тому, що рух електрона по орбіті, якщо застосувати до нього добре вивчені фізичні закони, має обов`язково супроводжуватися перманентним виділенням енергії. В результаті цей процес привів би до виснаження електрона, який в кінцевому підсумку затухнул б і навіть впав на ядро.

Хвильова структура матеріі

У 1924 році молодий аристократ Луї де Бройль висунув думку, яка перевернула уявлення наукового співтовариства про такі питання як будову атома, склад атомних ядер. Ідея полягала в тому, що електрон - це не просто рухається кулька, яка обертається навколо ядра. Це розмита субстанція, яка рухається за законами, що нагадує поширення хвиль в просторі. Досить швидко це подання поширили і на рух будь-якого тіла в цілому, пояснивши, що ми помічаємо тільки одну сторону цього самого руху, а ось друга фактично не виявляється. Ми можемо бачити поширення хвиль і не помітити рух частинки, або ж навпаки. Насправді ж обидві ці сторони руху завжди існують, і обертання електрона по орбіті - це не тільки переміщення самого заряду, але також і поширення хвиль. Такий підхід кардинально відрізняється від прийнятої раніше планетарної моделі.

Елементарна основа

Ядро атома - це центр. Навколо нього і обертаються електрони. Властивостями саме ядра обумовлено все інше. Говорити про таке поняття як склад ядра атома необхідно з найважливішого моменту - з заряду. У складі атома спостерігається певна кількість електронів, які несуть негативний заряд. Саме ж ядро має позитивним зарядом. З цього можна зробити певні висновки:

1. Ядро - це заряджена позитивно частка.
2. Навколо ядра знаходиться пульсуюча атмосфера, створювана зарядами.
3. Саме ядро і його характеристики визначають кількість електронів в атомі.

Властивості ядра

Мідь, скло, залізо, дерево володіють однаковими електронами. Атом може втратити пару електронів або навіть все. Якщо ядро залишається заряджена позитивно, то воно здатне притягнути потрібну кількість негативно заряджених частинок з інших тіл, що дозволить йому зберегтися. Якщо атом втрачає деяку кількість електронів, то позитивний заряд у ядра буде більше, ніж залишок негативних зарядів. У цьому випадку і весь атом придбає надлишковий заряд, і його можна буде назвати позитивним іоном. У деяких випадках атом може залучити більшу кількість електронів, і тоді він стане негативно зарядженим. Отже, його можна буде назвати негативним іоном.

Скільки важить атом?

Маса атома в основному визначається ядром. Електрони, які входять до складу атома і атомного ядра, важать менше однієї тисячної від загальної маси. Так як масу вважають заходом запасу енергії, яким володіє речовина, то цей факт вважається неймовірно важливим при вивченні такого питання, як склад ядра атома.

Радіоактивність

Найбільш складні питання з`явилися після відкриття рентгенівських променів. Радіоактивні елементи випромінюють альфа-, бета- і гамма-хвилі. Але таке випромінювання повинно мати джерело. Резерфорд в 1902 році показав, що таким джерелом є сам атом, а точніше сказати, ядро. З іншого боку, радіоактивність - це не тільки випускання променів, а й переклад одного елемента в інший, з абсолютно новими хімічними і фізичними властивостями. Тобто радіоактивність - це зміна ядра.

Що ми знаємо про ядерну структурі?

Майже сто років тому фізик Проут висунув думку про те, що елементи в періодичній системі не є нескладними формами, а являють собою комбінації атомів водню. Тому можна було очікувати, що і заряди, і маси ядер будуть виражатися через цілі і кратні заряди самого водню. Однак це не зовсім так. Вивчаючи властивості атомних ядер за допомогою електромагнітних полів, фізик Астон встановив, що елементи, атомні ваги у яких не були цілими і кратними, насправді - комбінація різних атомів, а не одна речовина. У всіх випадках, коли атомний вага не ціле число, ми спостерігаємо суміш різних ізотопів. Що це таке? Якщо говорити про склад ядра атома, ізотопи - атоми з однаковими зарядами, але з різними масами.

Ейнштейн і ядро атома

Теорія відносності говорить, що маса - це не міра, за якою визначають кількість матерії, а міра енергії, яку має матерія. Відповідно, матерію можна виміряти НЕ масою, а зарядом, який складає цю матерію, і енергією заряду. Коли однаковий заряд наближається до іншого такого ж, енергія буде збільшуватися, в зворотному випадку - зменшуватися. Це, безсумнівно, не означає зміну матерії. Відповідно, з цієї позиції ядро атома - це не джерело енергії, а скоріше, залишок після її виділення. Значить, існує певна суперечність.

Нейтрони

Подружжя Кюрі при бомбардуванні альфа-частками берилію відкрили якісь незрозумілі промені, які, стикаючись з ядром атома, відштовхують його з величезною силою. Однак вони здатні проходити крізь велику товщину речовини. Це протиріччя вирішилося тим, що дана частка виявилася з нейтральним електричним зарядом. Відповідно, її і назвали нейтроном. Завдяки подальшим дослідженням виявилося, що маса нейтрона майже така ж, як і у протона. Загалом-то кажучи, нейтрон і протон неймовірно схожі. З урахуванням цього відкриття виразно можна було встановити, що до складу ядра атома входять і протони, нейтрони, причому в однакових кількостях. Все поступово ставало на місця. Число протонів - атомний номер. Атомна вага - це сума мас нейтронів і протонів. Ізотопом можна ж назвати елемент, в якому кількість нейтронів і протонів буде не рівним один одному. Як вже говорилося вище, в такому випадку, хоча елемент залишається фактичним тим же самим, його властивості можуть суттєво змінитися.