Fizik struktur jirim mula-mula dikaji secara serius oleh Joseph J. Thomson. Namun, banyak persoalan yang masih belum terjawab. Beberapa ketika kemudian, E. Rutherford dapat merumuskan model struktur atom. Dalam artikel itu kita akan mempertimbangkan pengalaman yang membawanya kepada penemuan itu. Memandangkan struktur jirim adalah salah satu topik yang paling menarik dalam pelajaran fizik, kami akan menganalisis aspek utamanya. Kami mempelajari apa yang terdiri daripada atom, belajar bagaimana untuk mencari bilangan elektron, proton, neutron di dalamnya. Mari kita berkenalan dengan konsep isotop dan ion.
Penemuan elektron
Pada tahun 1897, saintis Inggeris Joseph John Thomson (potretnya boleh dilihat di bawah) mengkaji arus elektrik, iaitu pergerakan terarah cas dalam gas. Pada masa itu, fizik sudah tahu tentang struktur molekul jirim. Telah diketahui bahawa semua jasad diperbuat daripada jirim, yang diperbuat daripada molekul, dan yang terakhir diperbuat daripada atom.
Thomson mendapati, dalam keadaan tertentu, atom gas mengeluarkan zarah dengan cas negatif (qel <0). Mereka dipanggil elektron. Atom adalah neutral, yang bermaksud bahawa jika elektron terbang keluar daripadanya, maka zarah positif juga mesti terkandung di sana. Apakah bahagian atom dengan tanda "+"? Bagaimanakah ia berinteraksi dengan elektron bercas negatif? Apakah yang menentukan jisim atom? Seorang saintis lain boleh menjawab semua soalan ini.
Percubaan Rutherford
Pada tahun 1911, fizik sudah memiliki maklumat awal tentang struktur jirim. Ernest Rutherford menemui apa yang hari ini kita panggil nukleus atom.
Terdapat perkara yang mempunyai sifat pelik: ia secara spontan mengeluarkan pelbagai zarah, baik positif mahupun negatif. Bahan sedemikian dipanggil radioaktif. Unsur bercas positif Rutherford dipanggil zarah alfa (α-zarah).
Mereka mempunyai caj "+" bersamaan dengan dua caj asas (qα=+2e). Berat unsur adalah lebih kurang sama dengan empat jisim atom hidrogen. Rutherford mengambil persediaan radioaktif yang memancarkan zarah alfa dan membedil filem nipis emas (kerajang) dengan alirannya.
Dia mendapati bahawa kebanyakan unsur-α hampir tidak mengubah arahnya apabila melalui atom logam. Tetapi terdapat sangat sedikit yang menyimpang ke belakang. Kenapa ini terjadi? Mengetahui fizik struktur jirim, kita boleh menjawab: kerana di dalamatom emas, seperti mana-mana yang lain, terdapat unsur positif yang menolak zarah alfa. Tetapi mengapa ini hanya berlaku dengan unsur yang sangat sedikit? Kerana saiz bahagian atom yang bercas positif jauh lebih kecil daripada dirinya. Rutherford membuat kesimpulan ini. Dia memanggil bahagian atom yang bercas positif sebagai nukleus.
Peranti atom
Fizik struktur jirim: Molekul terdiri daripada atom, yang mengandungi bahagian kecil bercas positif (nukleus) yang dikelilingi oleh elektron. Keberkecualian atom dijelaskan oleh fakta bahawa jumlah cas negatif elektron adalah sama dengan positif - nukleus. qteras + qel=0. Mengapa elektron tidak jatuh pada nukleus, kerana ia tertarik? Untuk menjawab soalan ini, Rutherford mencadangkan bahawa mereka berputar seperti planet-planet yang bergerak mengelilingi matahari dan tidak berlanggar dengannya. Pergerakan inilah yang membolehkan sistem ini stabil. Model atom Rutherford dipanggil planet.
Jika atom neutral, dan bilangan elektron di dalamnya mestilah integer, maka cas nukleus adalah sama dengan nilai ini dengan tanda tambah. qteras=+ze. z ialah bilangan elektron dalam atom neutral. Dalam kes ini, jumlah caj adalah sifar. Bagaimana untuk mencari bilangan elektron dalam atom? Anda perlu menggunakan jadual unsur berkala. Dimensi atom adalah dari urutan 10-10 m. Dan nukleus adalah 100 ribu kali lebih kecil - 10-15 m.
Mari bayangkan kita meningkatkan saiz teras kepada 1 meter. Dalam pepejal, jarak antara atom adalah lebih kurang sama dengan saiz mereka sendiri, yang bermaksud bahawa dimensiakan meningkat kepada 105, iaitu 100 km. Iaitu, atom boleh dikatakan kosong, itulah sebabnya zarah alfa kebanyakannya terbang melalui kerajang dengan hampir tiada pesongan.
Struktur nukleus
Fizik struktur jirim adalah sedemikian rupa sehingga nukleus terdiri daripada dua jenis zarah. Sebahagian daripada mereka bercas positif. Jika kita menganggap atom yang mempunyai tiga elektron, maka di dalamnya terdapat tiga zarah dengan cas positif. Mereka dipanggil proton. Unsur lain tidak mempunyai cas elektrik - neutron.
Jisim proton dan neutron adalah lebih kurang sama. Kedua-dua zarah mempunyai berat yang jauh lebih besar daripada elektron. mproton ≈ 1837mel. Perkara yang sama berlaku untuk jisim neutron. Kesimpulan berikut daripada ini: berat zarah bercas positif dan neutral adalah faktor yang menentukan jisim atom. Proton dan neutron mempunyai nama biasa - nukleon. Berat atom ditentukan oleh bilangannya, yang dipanggil nombor jisim nukleus. Kami menandakan bilangan elektron dalam atom dengan huruf z, tetapi kerana ia adalah neutral, bilangan zarah positif dan negatif mesti sepadan. Oleh itu, z juga dipanggil proton atau nombor caj.
Jika kita mengetahui nombor jisim dan cas, maka kita boleh mencari bilangan neutron N. N=A - z. Bagaimana untuk mengetahui berapa banyak nukleon dan proton dalam nukleus? Ternyata dalam jadual berkala, di sebelah setiap unsur, terdapat nombor yang ahli kimia memanggil jisim atom relatif.
Jika kita membulatkannya, kita tidak akan mendapat lebih daripada itunombor jisim atau bilangan nukleon dalam nukleus (A). Nombor atom unsur ialah bilangan proton (z). Mengetahui A dan z, adalah mudah untuk mencari N - bilangan neutron. Jika atom neutral, maka bilangan elektron dan proton adalah sama.
Isotop
Terdapat pelbagai jenis nukleus di mana bilangan proton adalah sama, tetapi bilangan neutron mungkin berbeza (bermaksud unsur kimia yang sama). Mereka dipanggil isotop. Secara semula jadi, atom pelbagai jenis bercampur, jadi ahli kimia mengukur jisim purata. Itulah sebabnya dalam jadual berkala berat relatif atom sentiasa nombor pecahan. Mari kita fikirkan apa yang berlaku kepada atom neutral jika elektron dialihkan daripadanya atau, sebaliknya, satu tambahan diletakkan.
Ion
Pertimbangkan atom litium neutral. Terdapat nukleus, dua elektron terletak pada satu petala dan tiga pada yang lain. Jika kita mengambil salah satu daripadanya, kita mendapat nukleus bercas positif. qteras =ke-3. Elektron mengimbangi hanya dua daripada tiga cas asas, dan kita mendapat ion positif. Ia ditetapkan seperti berikut: Li+. Ion ialah atom yang bilangan elektronnya kurang daripada atau lebih besar daripada bilangan proton dalam nukleus. Dalam kes pertama, ia adalah ion positif. Jika kita menambah elektron tambahan, maka akan ada empat daripadanya, dan kita akan mendapat ion negatif (Li-). Begitulah fizik struktur jirim. Jadi, atom neutral berbeza daripada ion kerana elektron di dalamnya mengimbangi sepenuhnya cas nukleus.
