Katikati ya karne iliyopita iliashiria kuzaliwa kwa enzi mpya katika historia ya wanadamu. Enzi ya Mawe iliwahi kubadilishwa na Enzi ya Shaba, kisha vipindi vya utawala wa chuma, mvuke na umeme vilifuatana. Sasa tuko mwanzoni kabisa mwa enzi ya atomu. Hata maarifa ya juu juu katika uwanja wa muundo wa kiini cha atomiki hufungua upeo wa kipekee kwa wanadamu.
Tunajua nini kuhusu kiini cha atomiki? Ukweli kwamba hufanya 99.99% ya wingi wa atomi nzima na inajumuisha chembe ambazo kwa kawaida huitwa nukleoni. Nukleoni ni nini, ngapi kati yao, ni nini, sasa kila mwanafunzi wa shule ya upili ambaye ana alama nne thabiti katika fizikia anajua.
Tunafikiriaje muundo wa atomi
Ole, haitakuwa hivi karibuni kwamba mbinu itatokea ambayo hukuruhusu kuona chembe zinazounda atomu, kiini cha atomiki. Kuna maelfu ya maswali kuhusu jinsi maada hupangwa, na pia kuna nadharia nyingi za muundo wa chembe za msingi. Hadi sasa, nadharia hiyohujibu maswali mengi, ni kielelezo cha sayari cha muundo wa atomi.
Kulingana nayo, elektroni zenye chaji hasi huzunguka kwenye kiini chenye chaji chanya, kinachoshikiliwa na mvuto wa umeme. Nukleoni ni nini? Ukweli ni kwamba kiini sio monolithic, ina protoni na neutroni zilizoshtakiwa vyema - chembe zilizo na malipo ya sifuri. Hizi ndizo chembe ambazo kiini cha atomiki hutengenezwa, na ni desturi kuziita nucleons.
Nadharia hii ilitoka wapi, ikiwa chembechembe ni ndogo sana? Wanasayansi walifikia hitimisho kuhusu muundo wa sayari ya atomi kwa kuelekeza mihimili ya chembe ndogo mbalimbali kwenye bamba nyembamba zaidi za chuma.
Vipimo vyake ni vipi
Maarifa kuhusu muundo wa atomi hayatakamilika ikiwa hutawazia vipengele vyake kwa mizani. Nucleus ni ndogo sana, hata ikilinganishwa na atomi yenyewe. Ikiwa unafikiria atomi, kwa mfano, dhahabu, kwa namna ya puto kubwa yenye kipenyo cha mita 200, basi msingi wake utakuwa tu … hazelnut. Lakini nucleons ni nini na kwa nini zina jukumu muhimu sana? Ndiyo, ikiwa tu ni kwa sababu ni ndani yao ambapo misa yote ya atomi imejilimbikizia.
Kwenye viota vya kimiani ya fuwele, atomi za dhahabu ziko kwenye msongamano mkubwa, kwa hivyo umbali kati ya "njugu" za jirani kwenye mizani iliyopitishwa na sisi itakuwa kama mita 250-300.
Protoni
Wanasayansi kwa muda mrefu wameshuku kuwa kiini cha atomi si aina fulani ya dutu monolithic. Ukubwa wa wingi na malipo, kukua kwa "hatua" kutoka kwa kipengele kimoja cha kemikali hadi nyingine, kilikuwa cha kushangaza kwa uchungu. Ilikuwa ni mantiki kudhanikwamba kuna chembe fulani zilizo na malipo chanya ya kudumu, ambayo viini vya atomi zote "hukusanywa". Ni viini ngapi vyenye chaji chanya ziko kwenye kiini, hii itakuwa malipo yake.
Mawazo kuhusu muundo changamano wa kiini cha atomiki yalifanywa huko nyuma katika kipindi cha Mendeleev kuunda jedwali lake la vipengee la upimaji. Hata hivyo, uwezekano wa kiufundi wa kuthibitisha kimajaribio dhana haikuwepo wakati huo. Ni mwanzoni mwa karne ya 20 tu, Ernest Rutherford alifanya jaribio lililothibitisha kuwepo kwa protoni.
Kama matokeo ya kufichuliwa na dutu hii kwa mionzi ya metali zenye mionzi, mara kwa mara chembe ilionekana - nakala ya kiini cha atomi ya hidrojeni. Ilikuwa na uzito sawa (1.67 ∙ 10-27 kg) na chaji ya atomiki +1.
Neutroni
Hitimisho kuhusu hitaji la kutafuta chembe nyingine, ambayo haipo iitwayo neutroni, ilikuja haraka. Kwa kuwa swali la ni nucleons ngapi kwenye kiini na ni nini, huweka katika ukuaji usio na usawa wa wingi na malipo na mabadiliko katika nambari ya ordinal ya kipengele. Rutherford alifanya dhana kuhusu kuwepo kwa pacha wa protoni mwenye chaji sifuri, lakini alishindwa kuthibitisha dhana yake.
Kwa ujumla, wanasayansi wa nyuklia tayari walikuwa na wazo nzuri la nukleoni ni nini na muundo wa kiasi wa viini vya atomiki. Na chembe isiyoweza kufikiwa, ambayo haikugunduliwa kwa majaribio na hakuna mtu, ilikuwa ikingojea kwenye mbawa. James Chadwick anachukuliwa kuwa mgunduzi wake, ambaye aliweza kutenganisha "isiyoonekana" kutoka kwa dutu hii,kuiwekea kwenye mabomu na viini vya heliamu iliyoharakishwa hadi kasi ya juu sana (α-chembe). Wingi wa chembe, kama inavyotarajiwa, iligeuka kuwa sawa na wingi wa protoni iliyogunduliwa hapo awali. Kulingana na utafiti wa kisasa, neutroni ni nzito kidogo.
Maelezo zaidi kuhusu "matofali" ya kiini cha atomiki
Hesabu ni nyuklia ngapi kwenye kiini cha elementi ya kemikali au isotopu yake ni rahisi. Hii inahitaji mambo mawili: jedwali la muda na kikokotoo, ingawa unaweza kuhesabu akilini mwako. Mfano ni isotopu mbili za kawaida za urani: 235 na 238. Nambari hizi zinawakilisha wingi wa atomiki. Nambari ya mfululizo ya uranium ni 92, daima inaashiria malipo ya kiini.
Kama unavyojua, nyukleni katika kiini cha atomi zinaweza kuwa protoni zenye chaji chanya au neutroni za wingi sawa, lakini bila chaji. Nambari ya serial 92 inaashiria nambari katika kiini cha protoni. Idadi ya neutroni huhesabiwa kwa kutoa rahisi:
- - uranium 235, idadi ya neutroni=235 – 92=143;
- - uranium 238, idadi ya neutroni=238 – 92=146.
Na ni nukleoni ngapi zinaweza kuunganishwa kwa wakati mmoja? Inaaminika kuwa katika hatua fulani ya maisha ya nyota zilizo na misa ya kutosha, wakati mmenyuko wa nyuklia hauwezi tena kuzuia nguvu ya mvuto, shinikizo kwenye matumbo ya nyota huongezeka sana hivi kwamba "inashikamana" na elektroni. protoni. Matokeo yake, malipo huwa sifuri, na jozi ya proton-electron inakuwa neutron. Jambo linalotokana, linalojumuisha neutroni "zilizobanwa", ni mnene sana.
Nyota inayopima uzani kwenye Jua letu inageuka kuwa mpiramakumi kadhaa ya kilomita kwa kipenyo. Kijiko cha chai cha "uji wa nutroni" kama huo kinaweza kuwa na uzito wa tani mia kadhaa Duniani.
