Maswali "Je, jambo linajumuisha nini?", "Asili ya maada ni nini?" daima imewashughulisha wanadamu. Tangu nyakati za zamani, wanafalsafa na wanasayansi wamekuwa wakitafuta majibu ya maswali haya, na kuunda nadharia na nadharia za kweli na za kushangaza kabisa na za ajabu. Walakini, karne moja iliyopita, ubinadamu ulikuja karibu iwezekanavyo ili kufunua fumbo hili kwa kugundua muundo wa atomiki wa mada. Lakini ni nini muundo wa kiini cha atomi? Yote imeundwa na nini?
Kutoka kwa nadharia hadi uhalisia
Mwanzoni mwa karne ya ishirini, muundo wa atomiki ulikuwa umekoma kuwa dhana tu, lakini umekuwa ukweli mtupu. Ilibadilika kuwa muundo wa kiini cha atomi ni dhana ngumu sana. Ina chaji za umeme. Lakini swali lilizuka: je, muundo wa atomi na kiini cha atomiki unajumuisha viwango tofauti vya chaji hizi au la?
Mtindo wa Sayari
Hapo awali, atomi ilifikiriwa kuwa imeundwa kama mfumo wetu wa jua. Hata hivyoIlibadilika haraka kuwa mtazamo huu haukuwa sahihi kabisa. Shida ya uhamishaji wa mitambo ya kiwango cha unajimu wa picha hadi eneo ambalo inachukua mamilioni ya millimeter imesababisha mabadiliko makubwa na makubwa katika mali na sifa za matukio. Tofauti kuu ilikuwa sheria na kanuni ngumu zaidi ambazo chembe hujengwa kwayo.
Hasara za muundo wa sayari
Kwanza, kwa kuwa atomi za aina moja na elementi lazima ziwe sawa kabisa kulingana na vigezo na sifa, mizunguko ya elektroni za atomi hizi lazima pia iwe sawa. Hata hivyo, sheria za mwendo wa miili ya astronomia hazingeweza kutoa majibu kwa maswali haya. Upinzani wa pili upo katika ukweli kwamba harakati ya elektroni kando ya obiti, ikiwa sheria za kimwili zilizojifunza vizuri zinatumiwa kwa hiyo, lazima lazima ziambatana na kutolewa kwa kudumu kwa nishati. Kwa sababu hiyo, mchakato huu ungesababisha kupungua kwa elektroni, ambayo hatimaye ingekufa na hata kuanguka kwenye kiini.
Muundo wa wimbi la mamana
Mnamo 1924, aristocrat kijana Louis de Broglie alitoa wazo ambalo liligeuza mawazo ya jumuiya ya kisayansi kuhusu masuala kama vile muundo wa atomi, muundo wa viini vya atomiki. Wazo lilikuwa kwamba elektroni sio tu mpira unaosonga unaozunguka kiini. Hii ni dutu yenye ukungu ambayo husogea kulingana na sheria zinazofanana na uenezi wa mawimbi angani. Haraka sana, wazo hili lilipanuliwa kwa mwendo wa chombo chochote ndanikwa ujumla, akielezea kwamba tunaona upande mmoja tu wa harakati hii, lakini ya pili haijaonyeshwa. Tunaweza kuona uenezi wa mawimbi na tusitambue mwendo wa chembe, au kinyume chake. Kwa kweli, pande zote mbili za mwendo zipo daima, na mzunguko wa elektroni katika obiti sio tu harakati ya malipo yenyewe, lakini pia uenezi wa mawimbi. Mbinu hii kimsingi ni tofauti na muundo wa sayari uliokubaliwa hapo awali.
Msingi wa msingi
Kiini cha atomi ni katikati. Elektroni huizunguka. Kila kitu kingine kinatambuliwa na mali ya msingi. Inahitajika kuzungumza juu ya wazo kama muundo wa kiini cha atomi kutoka kwa hatua muhimu zaidi - kutoka kwa malipo. Atomi ina idadi fulani ya elektroni zinazobeba chaji hasi. Nucleus yenyewe ina malipo chanya. Kutokana na hili tunaweza kufikia hitimisho fulani:
- Kiini ni chembe yenye chaji chanya.
- Kando ya msingi kuna hali ya kuvuma inayoundwa na chaji.
- Ni kiini na sifa zake zinazobainisha idadi ya elektroni katika atomi.
Sifa za Kernel
Shaba, glasi, chuma, mbao zina elektroni sawa. Atomi inaweza kupoteza elektroni kadhaa au hata zote. Ikiwa kiini kinabakia chaji chanya, basi kinaweza kuvutia kiasi sahihi cha chembe za kushtakiwa vibaya kutoka kwa miili mingine, ambayo itawawezesha kuishi. Ikiwa atomi itapoteza idadi fulani ya elektroni, basi malipo mazuri kwenye kiini itakuwa kubwa zaidi kuliko salio la chaji hasi. KATIKAKatika kesi hii, atomi nzima itapata malipo ya ziada, na inaweza kuitwa ion chanya. Katika baadhi ya matukio, atomi inaweza kuvutia elektroni zaidi, na kisha itakuwa na chaji hasi. Kwa hivyo, inaweza kuitwa ioni hasi.
Chembe ina uzito gani?
Uzito wa atomi hubainishwa hasa na kiini. Elektroni zinazounda atomi na kiini cha atomiki zina uzito chini ya elfu moja ya misa yote. Kwa kuwa wingi huchukuliwa kuwa kipimo cha hifadhi ya nishati ambayo dutu inayo, ukweli huu unachukuliwa kuwa muhimu sana wakati wa kuchunguza swali kama vile muundo wa kiini cha atomiki.
Mionzi
Maswali magumu zaidi yalizuka baada ya kugunduliwa kwa X-rays. Vipengele vya mionzi hutoa mawimbi ya alpha, beta na gamma. Lakini mionzi hiyo lazima iwe na chanzo. Rutherford mnamo 1902 alionyesha kwamba chanzo kama hicho ni atomi yenyewe, au tuseme, kiini. Kwa upande mwingine, radioactivity sio tu utoaji wa mionzi, lakini pia ubadilishaji wa kipengele kimoja hadi kingine, na kemikali mpya kabisa na mali ya kimwili. Hiyo ni, mionzi ni mabadiliko katika kiini.
Tunajua nini kuhusu muundo wa nyuklia?
Takriban miaka mia moja iliyopita, mwanafizikia Prout alitoa wazo kwamba vipengele katika jedwali la upimaji si maumbo ya nasibu, bali ni michanganyiko ya atomi za hidrojeni. Kwa hiyo, mtu anaweza kutarajia kwamba mashtaka na wingi wa nuclei zitaonyeshwa kwa suala la integer na mashtaka mengi ya hidrojeni yenyewe. Hata hivyo, hii si kweli kabisa. Kwa kusoma mali ya atomikinuclei kwa msaada wa mashamba ya sumakuumeme, mwanafizikia Aston alianzisha kwamba vipengele ambavyo uzito wa atomiki haukuwa integers na zidishi, kwa kweli, ni mchanganyiko wa atomi tofauti, na sio dutu moja. Katika hali zote ambapo uzito wa atomiki sio nambari kamili, tunaona mchanganyiko wa isotopu tofauti. Ni nini? Ikiwa tunazungumza juu ya muundo wa kiini cha atomi, isotopu ni atomi zenye chaji sawa, lakini zenye misa tofauti.
Einstein na kiini cha atomi
Nadharia ya uhusiano inasema kwamba wingi si kipimo ambacho kwacho kiasi cha maada huamuliwa, bali ni kipimo cha nishati ambayo maada inayo. Ipasavyo, jambo linaweza kupimwa sio kwa wingi, lakini kwa malipo ambayo hufanya jambo hili, na nishati ya malipo. Wakati malipo sawa yanakaribia mwingine sawa, nishati itaongezeka, vinginevyo itapungua. Hii, bila shaka, haimaanishi mabadiliko katika suala. Ipasavyo, kutoka kwa nafasi hii, kiini cha atomi sio chanzo cha nishati, lakini badala yake, mabaki baada ya kutolewa. Kwa hivyo kuna ukinzani.
Neutroni
The Curies, ilipopigwa na chembechembe za alpha za berili, iligundua miale isiyoeleweka ambayo, ikigongana na kiini cha atomi, huifukuza kwa nguvu kubwa. Hata hivyo, wana uwezo wa kupita kwenye unene mkubwa wa suala. Upinzani huu ulitatuliwa na ukweli kwamba chembe iliyotolewa iligeuka kuwa na malipo ya umeme ya neutral. Ipasavyo, iliitwa nyutroni. Shukrani kwa utafiti zaidi, iliibuka kuwa wingi wa neutron ni karibu sawa na ile ya protoni. Kwa ujumla, neutroni na protoni zinafanana sana. Kwa kuzingatiaKutokana na ugunduzi huu iliwezekana kubainisha kwamba muundo wa kiini cha atomi ni pamoja na protoni na neutroni, na kwa idadi sawa. Kila kitu hatua kwa hatua kilianguka mahali. Idadi ya protoni ni nambari ya atomiki. Uzito wa atomiki ni jumla ya wingi wa nyutroni na protoni. Isotopu pia inaweza kuitwa kipengele ambacho idadi ya neutroni na protoni hazitakuwa sawa kwa kila mmoja. Kama ilivyojadiliwa hapo juu, katika hali kama hii, ingawa kipengele kinasalia sawa, sifa zake zinaweza kubadilika kwa kiasi kikubwa.
