Maada yote huundwa na vipengele. Lakini kwa nini kila kitu kinachotuzunguka ni tofauti sana? Jibu linahusiana na chembe ndogo. Wanaitwa protoni. Tofauti na elektroni, ambazo zina chaji hasi, chembe hizi za msingi zina chaji chanya. Chembe hizi ni nini na zinafanyaje kazi?
Protoni kila mahali
Ni chembe gani ya msingi ina chaji chanya? Kila kitu kinachoweza kuguswa, kuonekana na kuhisiwa kinaundwa na atomi, matofali madogo zaidi ya ujenzi ambayo hutengeneza vitu vikali, vimiminika na gesi. Ni ndogo sana kuweza kuzitazama kwa karibu, lakini zinaunda vitu kama vile kompyuta yako, maji unayokunywa, na hata hewa unayopumua. Kuna aina nyingi za atomi, ikiwa ni pamoja na oksijeni, nitrojeni, na chuma. Kila moja ya aina hizi inaitwa vipengele.
Baadhi yake ni gesi (oksijeni). Kipengele cha nikeli ni rangi ya fedha. Kuna wenginevipengele vinavyotofautisha chembe hizi ndogo kutoka kwa kila mmoja. Ni nini hasa hufanya vipengele hivi kuwa tofauti? Jibu ni rahisi: atomi zao zina idadi tofauti ya protoni. Chembe hii ya msingi ina chaji chanya na iko ndani ya katikati ya atomi.
Atomi zote ni za kipekee
Atomu zinafanana sana, lakini idadi tofauti ya protoni huzifanya kuwa aina ya kipekee ya kipengele. Kwa mfano, atomi za oksijeni zina protoni 8, atomi za hidrojeni zina 1 tu, na atomi za dhahabu zina 79. Unaweza kujua mengi kuhusu atomu kwa kuhesabu protoni zake. Chembe hizi za msingi ziko kwenye kiini chenyewe. Hapo awali ilidhaniwa kuwa chembe msingi, hata hivyo, tafiti za hivi majuzi zimeonyesha kuwa protoni huundwa na viambato vidogo vinavyoitwa quarks.
Protoni ni nini?
Ni chembe gani ya msingi ina chaji chanya? Hii ni protoni. Hili ni jina la chembe ndogo ndogo ambayo iko kwenye kiini cha kila atomi. Kwa kweli, idadi ya protoni katika kila atomi ni nambari ya atomiki. Hadi hivi majuzi, ilizingatiwa kuwa chembe ya msingi. Hata hivyo, teknolojia mpya zimesababisha ugunduzi kwamba protoni hiyo ina chembe ndogo zinazoitwa quarks. Quark ni chembe ya msingi ya maada ambayo imegunduliwa hivi majuzi tu.
Protoni hutoka wapi?
Chembe ya msingi yenye chaji chanya,inayoitwa protoni. Vipengele hivi vinaweza kuundwa kama matokeo ya kuonekana kwa neutroni zisizo imara. Baada ya kama sekunde 900, neutroni inayoruka kutoka kwenye kiini itaoza na kuwa chembe nyingine za msingi za atomi: protoni, elektroni na antineutrino.
Tofauti na neutroni, protoni isiyolipishwa ni thabiti. Wakati protoni za bure zinaingiliana na kila mmoja, huunda molekuli za hidrojeni. Jua letu, kama nyota nyingine nyingi katika ulimwengu, mara nyingi ni hidrojeni. Protoni ni chembe ndogo kabisa ya msingi ambayo ina chaji ya +1. Elektroni ina chaji ya -1, wakati neutroni haina chaji hata kidogo.
Chembe ndogo za batomiki: eneo na chaji
Vipengele vina sifa ya muundo wake wa atomiki, unaojumuisha chembe ndogo za msingi: protoni, neutroni na elektroni. Vikundi viwili vya kwanza viko kwenye kiini (katikati) cha atomi na vina wingi wa molekuli moja ya atomiki. Elektroni ziko nje ya kiini, katika kanda zinazoitwa "ganda". Hawana uzito karibu chochote. Wakati wa kuhesabu molekuli ya atomiki, tahadhari hulipwa tu kwa protoni na neutroni. Uzito wa atomi ni jumla yao.
Kwa muhtasari wa misa ya atomi ya atomi zote katika molekuli, mtu anaweza kukadiria misa ya molekuli, ambayo imeonyeshwa katika vitengo vya misa ya atomiki (inayoitwa d altons). Kila moja ya chembe nzito (neutroni, protoni) ina uzito wa molekuli moja ya atomiki, hivyo atomi ya heliamu (Yeye), ambayoina protoni mbili, neutroni mbili na elektroni mbili, ina uzito wa vitengo vinne vya molekuli ya atomiki (protoni mbili pamoja na neutroni mbili). Mbali na eneo na misa, kila chembe ya subatomic ina mali inayoitwa "malipo". Inaweza kuwa "chanya" au "hasi".
Vipengee vilivyo na chaji sawa huwa vinaakisi kila kimoja, huku vitu vyenye chaji tofauti vinaelekea kuvutiana. Ni chembe gani ya msingi ina chaji chanya? Hii ni protoni. Neutroni hazina chaji hata kidogo, ambayo huipa kiini chaji chanya kwa ujumla. Kila elektroni ina malipo hasi, ambayo ni sawa na nguvu kwa malipo mazuri ya protoni. Elektroni na protoni za kiini huvutiwa zenyewe, na hii ndiyo nguvu inayoshikilia atomu pamoja, sawa na nguvu ya uvutano inayouweka Mwezi katika mzunguko wa kuzunguka Dunia.
Chembe ndogo ya kibatomia thabiti
Ni chembe gani ya msingi ina chaji chanya? Jibu linajulikana: protoni. Kwa kuongeza, ni sawa kwa ukubwa wa malipo ya kitengo cha elektroni. Hata hivyo, uzito wake wakati wa kupumzika ni 1.67262 × 10-27 kg, ambayo ni mara 1836 ya uzito wa elektroni. Protoni, pamoja na chembe zisizoegemea umeme zinazoitwa neutroni, huunda viini vyote vya atomiki isipokuwa hidrojeni. Kila kiini cha kipengele fulani cha kemikali kina idadi sawa ya protoni. Nambari ya atomiki ya kipengele hiki huamua nafasi yake katika jedwali la upimaji.
Ugunduzi wa protoni
Chembe msingi yenye chaji chanya ni protoni, ugunduzi wake ulianza tafiti za awali za muundo wa atomiki. Wakati wa kusoma mtiririko wa atomi za gesi ionized na molekuli, ambayo elektroni ziliondolewa, chembe chanya imeamua, sawa na wingi kwa atomi ya hidrojeni. Ernest Rutherford (1919) alionyesha kwamba nitrojeni, inapopigwa na chembe za alpha, hutoa kile kinachoonekana kuwa hidrojeni. Kufikia 1920, alitenga chembe ya msingi kutoka kwa viini vya hidrojeni, na kuiita protoni.
Utafiti wa fizikia ya chembe chembe za nishati nyingi mwishoni mwa karne ya 20 uliboresha uelewa wa kimuundo wa asili ya protoni ndani ya kundi la chembe ndogo ndogo. Imeonyeshwa kuwa protoni na neutroni huundwa na chembe ndogo zaidi na huainishwa kama baroni - chembe zinazoundwa na vitengo vitatu vya msingi vya maada vinavyojulikana kama quarks.
Chembe ndogo ya atomiki: kuelekea nadharia kuu iliyounganishwa
Atomu ni kipande kidogo cha mata, ambacho ni kipengele mahususi. Kwa muda fulani iliaminika kuwa ni kipande kidogo zaidi cha jambo ambacho kinaweza kuwepo. Lakini mwishoni mwa karne ya 19 na mwanzoni mwa karne ya 20, wanasayansi waligundua kwamba atomi hufanyizwa na chembe fulani ndogo za atomu, na kwamba haijalishi ni elementi gani, chembe hizo hizo ndogo hufanyiza atomu. Idadi ya chembe ndogo tofauti ndicho kitu pekee kinachobadilika.
Wanasayansi sasa wanatambua kuwa kuna chembe ndogo ndogo nyingi. Lakini ili kufanikiwa katika kemia, unahitaji tu kushughulika na zile kuu tatu: protoni, neutroni, na elektroni. Matter inaweza kuchajiwa kwa njia ya umeme katika mojawapo ya njia mbili: chanya au hasi.
Chembe ya msingi yenye chaji chanya inaitwaje? Jibu ni rahisi: protoni, ni yeye ambaye hubeba kitengo kimoja cha malipo mazuri. Na kutokana na kuwepo kwa elektroni zenye chaji hasi, atomi yenyewe haina upande wowote. Wakati mwingine baadhi ya atomi zinaweza kupata au kupoteza elektroni na kupata chaji. Katika hali hii, zinaitwa ioni.
Chembe za awali za atomi: mfumo uliopangwa
Atomu ina muundo uliopangwa na uliopangwa ambao hutoa uthabiti na huwajibika kwa kila aina ya sifa za maada. Utafiti wa chembe hizi za subatomic ulianza zaidi ya miaka mia moja iliyopita, na kwa sasa tayari tunajua mengi juu yao. wanasayansi wamegundua kwamba atomi nyingi ni tupu na ina watu wachache na "elektroni". Ni chembe chembe za mwanga zenye chaji hasi ambazo huzunguka sehemu nzito ya kati, ambayo ni 99.99% ya jumla ya wingi wa atomi. Kugundua asili ya elektroni ilikuwa rahisi, lakini baada ya tafiti nyingi za busara, ilijulikana kuwa kiini kinajumuisha protoni chanya na neutroni zisizo na upande.
Kila kitengo katika ulimwengu kinaundwa na atomi
Ufunguo wa kuelewa sifa nyingi za maada ni kwamba kila sehemu katika ulimwengu wetu imeundwa na atomu. Kuna aina 92 za atomi zinazotokea kiasili, nazo huunda molekuli, misombo, na aina nyingine za dutu ili kuunda ulimwengu changamano unaotuzunguka. Ingawa jina "atomu" lilitokana na neno la Kigiriki átomos, ambalo linamaanisha "kutoweza kugawanyika", fizikia ya kisasa imeonyesha kuwa sio msingi wa mwisho wa maada na kwa kweli "hugawanyika" katika chembe ndogo ndogo. Ndivyo vyombo vya kimsingi vinavyounda ulimwengu mzima.
