Fizikia ya muundo wa maada ilichunguzwa kwa umakini kwanza na Joseph J. Thomson. Hata hivyo, maswali mengi yalibaki bila majibu. Muda fulani baadaye, E. Rutherford aliweza kuunda kielelezo cha muundo wa atomi. Katika makala tutazingatia uzoefu uliompeleka kwenye ugunduzi huo. Kwa kuwa muundo wa jambo ni mojawapo ya mada ya kuvutia zaidi katika masomo ya fizikia, tutachambua vipengele vyake muhimu. Tunajifunza nini chembe inajumuisha, jifunze jinsi ya kupata idadi ya elektroni, protoni, neutroni ndani yake. Hebu tufahamiane na dhana ya isotopu na ioni.
Ugunduzi wa elektroni
Mnamo 1897, mwanasayansi wa Kiingereza Joseph John Thomson (picha yake inaweza kuonekana hapa chini) alichunguza mkondo wa umeme, yaani, mwendo ulioelekezwa wa chaji katika gesi. Wakati huo, fizikia tayari ilijua juu ya muundo wa molekuli ya jambo. Ilijulikana kuwa miili yote imeundwa kwa mada, ambayo imeundwa kwa molekuli, na ya mwisho imeundwa kwa atomi.
Thomson aligundua kuwa, chini ya hali fulani, atomi za gesi hutoa chembe chembe zenye chaji hasi (qel <0). Wanaitwa elektroni. Atomi haina upande wowote, ambayo ina maana kwamba ikiwa elektroni huruka kutoka humo, basi chembe chanya lazima pia ziwepo. Ni sehemu gani ya atomi yenye ishara "+"? Je, inaingilianaje na elektroni yenye chaji hasi? Ni nini huamua wingi wa atomi? Mwanasayansi mwingine anaweza kujibu maswali haya yote.
Jaribio la Rutherford
Mnamo 1911, fizikia tayari ilikuwa na maelezo ya awali kuhusu muundo wa maada. Ernest Rutherford aligundua kile ambacho leo tunakiita kiini cha atomiki.
Kuna mambo ambayo yana sifa ya ajabu: yanajitokeza yenyewe kutoa chembe mbalimbali, chanya na hasi. Dutu kama hizo huitwa radioactive. Vipengele vilivyochajiwa vyema Rutherford aitwaye chembe za alpha (α-chembe).
Zina tozo ya "+" sawa na tozo mbili za msingi (qα=+2e). Uzito wa vipengele ni takriban sawa na molekuli nne za atomi ya hidrojeni. Rutherford alichukua maandalizi ya mionzi ambayo hutoa chembe za alpha na kupiga filamu nyembamba ya dhahabu (foili) kwa mkondo wao.
Aligundua kuwa vipengele vingi vya α havibadili mwelekeo wao vinapopitia atomi za chuma. Lakini ni wachache sana wanaokengeuka. Kwa nini hii inatokea? Kujua fizikia ya muundo wa jambo, tunaweza kujibu: kwa sababu ndaniatomi za dhahabu, kama nyingine yoyote, kuna vitu vyema ambavyo hufukuza chembe za alpha. Lakini kwa nini hii hutokea tu na vipengele vichache sana? Kwa sababu saizi ya sehemu yenye chaji chanya ya atomi ni ndogo sana kuliko yenyewe. Rutherford alifikia hitimisho hili. Aliita sehemu ya atomi yenye chaji chanya kuwa kiini.
Kifaa cha atomi
Fizikia ya muundo wa mata: Molekuli huundwa na atomi, ambayo ina sehemu ndogo yenye chaji (nucleus) iliyozungukwa na elektroni. Kuegemea kwa atomi kunaelezewa na ukweli kwamba jumla ya malipo hasi ya elektroni ni sawa na chanya - kiini. qmsingi + qel=0. Kwa nini elektroni hazianguka kwenye kiini, kwa sababu zinavutiwa? Ili kujibu swali hili, Rutherford alipendekeza zizunguke kama sayari kuzunguka jua na zisigongane nalo. Ni harakati inayoruhusu mfumo huu kuwa thabiti. Kielelezo cha Rutherford cha atomi kinaitwa sayari.
Iwapo atomi haina upande wowote, na idadi ya elektroni ndani yake lazima iwe kamili, basi chaji ya kiinitete ni sawa na thamani hii kwa ishara ya kuongeza. qcores=+ze. z ni idadi ya elektroni katika atomi ya upande wowote. Katika kesi hii, malipo ya jumla ni sifuri. Jinsi ya kupata idadi ya elektroni kwenye atomi? Unahitaji kutumia jedwali la mara kwa mara la vipengele. Vipimo vya atomi ni vya mpangilio wa 10-10 m. Na viini ni vidogo mara elfu 100 - 10-15 m.
Hebu fikiria kuwa tuliongeza saizi ya msingi hadi mita 1. Katika imara, umbali kati ya atomi ni takriban sawa na ukubwa wao wenyewe, ambayo ina maana kwamba vipimoitaongezeka hadi 105, ambayo ni kilomita 100. Hiyo ni, atomi haina kitu, ndiyo maana chembe za alfa mara nyingi huruka kwenye foil bila mkengeuko wowote.
Muundo wa kiini
Fizikia ya muundo wa maada ni kwamba kiini huwa na aina mbili za chembe. Baadhi yao wameshtakiwa vyema. Ikiwa tunazingatia atomi ambayo ina elektroni tatu, basi ndani yake kuna chembe tatu zilizo na malipo mazuri. Wanaitwa protoni. Vipengele vingine havina chaji ya umeme - neutroni.
Misa ya protoni na neutroni ni takriban sawa. Chembe zote mbili zina uzito mkubwa zaidi kuliko elektroni. mprotoni ≈ 1837mel. Vile vile hutumika kwa wingi wa neutron. Hitimisho linafuata kutoka kwa hili: uzito wa chembe zilizochajiwa vyema na zisizo na upande ni jambo ambalo huamua wingi wa atomi. Protoni na neutroni zina jina la kawaida - nucleons. Uzito wa atomi imedhamiriwa na nambari yao, ambayo inaitwa nambari ya molekuli ya kiini. Tuliashiria idadi ya elektroni katika atomi kwa herufi z, lakini kwa kuwa haina upande wowote, idadi ya chembe chanya na hasi lazima ilingane. Kwa hivyo, z pia inaitwa nambari ya protoni au chaji.
Ikiwa tunajua wingi na nambari ya chaji, basi tunaweza kupata nambari ya neutroni N. N=A - z. Jinsi ya kujua ni nucleoni ngapi na protoni ziko kwenye kiini? Inabadilika kuwa katika jedwali la upimaji, karibu na kila kipengele, kuna nambari ambayo wanakemia huita misa ya atomiki ya jamaa.
Tukiikusanya, hatutapata chochote zaidi yanambari ya wingi au idadi ya nukleoni kwenye kiini (A). Nambari ya atomiki ya kipengele ni idadi ya protoni (z). Kujua A na z, ni rahisi kupata N - idadi ya neutroni. Ikiwa atomi haina upande wowote, basi idadi ya elektroni na protoni ni sawa.
Isotopu
Kuna aina za kiini ambamo idadi ya protoni ni sawa, lakini idadi ya neutroni inaweza kutofautiana (ikimaanisha kipengele sawa cha kemikali). Wanaitwa isotopu. Kwa asili, atomi za aina tofauti zimechanganywa, kwa hivyo kemia hupima misa ya wastani. Ndio maana katika jedwali la upimaji uzani wa jamaa wa atomi kila wakati ni nambari ya sehemu. Hebu tuchunguze nini kinatokea kwa atomi ya upande wowote ikiwa elektroni itatolewa kutoka kwayo au, kinyume chake, ya ziada imewekwa.
Ioni
Zingatia atomi ya lithiamu isiyoegemea upande wowote. Kuna kiini, elektroni mbili ziko kwenye ganda moja na tatu kwa nyingine. Ikiwa tutaondoa moja yao, tunapata kiini chenye chaji chanya. qcores =ya 3. Elektroni hulipa malipo mawili tu kati ya tatu za msingi, na tunapata ioni chanya. Imeteuliwa kama ifuatavyo: Li+. Ioni ni atomi ambayo idadi ya elektroni ni chini ya au kubwa kuliko idadi ya protoni katika kiini. Katika kesi ya kwanza, ni ion chanya. Ikiwa tunaongeza elektroni ya ziada, basi kutakuwa na nne kati yao, na tutapata ion hasi (Li-). Hii ndio fizikia ya muundo wa maada. Kwa hivyo, atomi ya upande wowote inatofautiana na ayoni kwa kuwa elektroni ndani yake hulipa kikamilifu chaji ya kiini.
