Pertengahan abad yang lalu menandakan kelahiran era baru dalam sejarah umat manusia. Zaman Batu pernah digantikan dengan Zaman Gangsa, kemudian tempoh pemerintahan besi, wap dan elektrik diikuti berturut-turut. Kita kini berada pada permulaan era atom. Malah pengetahuan yang paling dangkal dalam bidang struktur nukleus atom membuka ufuk yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk manusia.
Apa yang kita tahu tentang nukleus atom? Hakikat bahawa ia membentuk 99.99% daripada jisim keseluruhan atom dan terdiri daripada zarah yang biasa dipanggil nukleon. Apakah nukleon itu, berapa banyak daripadanya, apakah itu, kini setiap pelajar sekolah menengah yang mempunyai empat mata padu dalam fizik tahu.
Bagaimanakah kita membayangkan struktur atom
Malangnya, tidak lama lagi teknik akan muncul yang membolehkan anda melihat zarah yang membentuk atom, nukleus atom. Terdapat beribu-ribu soalan tentang bagaimana jirim disusun, dan terdapat juga banyak teori struktur zarah asas. Sehingga kini, teori bahawamenjawab kebanyakan soalan, ialah model planet bagi struktur atom.
Menurutnya, elektron bercas negatif berputar mengelilingi nukleus bercas positif, dipegang oleh tarikan elektrik. Apakah nukleon? Hakikatnya ialah nukleus tidak monolitik, ia terdiri daripada proton dan neutron bercas positif - zarah dengan caj sifar. Ini adalah zarah dari mana nukleus atom terbina, dan lazimnya memanggilnya nukleon.
Dari manakah teori ini datang, jika zarahnya sangat kecil? Para saintis membuat kesimpulan tentang struktur planet atom dengan mengarahkan pancaran pelbagai zarah mikro ke plat logam paling nipis.
Apakah dimensinya
Pengetahuan tentang struktur atom tidak akan lengkap jika anda tidak membayangkan unsur-unsurnya pada skala. Nukleus sangat kecil, walaupun dibandingkan dengan atom itu sendiri. Jika anda bayangkan atom, sebagai contoh, emas, dalam bentuk belon besar dengan diameter 200 meter, maka terasnya akan menjadi … hazelnut. Tetapi apakah nukleon dan mengapa ia memainkan peranan penting? Ya, jika hanya kerana di dalamnya seluruh jisim atom tertumpu.
Di dalam sarang kekisi kristal, atom emas terletak agak padat, jadi jarak antara "kacang" jiran pada skala yang digunakan oleh kami ialah kira-kira 250-300 meter.
Proton
Para saintis telah lama mengesyaki bahawa nukleus atom bukanlah sejenis bahan monolitik. Magnitud jisim dan cas, berkembang dalam "langkah" dari satu unsur kimia ke unsur kimia yang lain, sangat menyakitkan. Ia adalah logik untuk mengandaikanbahawa terdapat zarah tertentu dengan cas positif tetap, dari mana nukleus semua atom "dikumpul". Berapa banyak nukleon bercas positif dalam nukleus, ini akan menjadi casnya.
Andaian tentang struktur kompleks nukleus atom telah dibuat pada zaman pembinaan jadual unsur berkala Mendeleev. Walau bagaimanapun, kemungkinan teknikal untuk mengesahkan andaian secara eksperimen tidak wujud pada masa itu. Hanya pada awal abad ke-20, Ernest Rutherford membuat eksperimen yang mengesahkan kewujudan proton.
Akibat daripada pendedahan kepada bahan oleh sinaran logam radioaktif, dari semasa ke semasa zarah muncul - salinan nukleus atom hidrogen. Ia mempunyai berat yang sama (1.67 ∙ 10-27 kg) dan cas atom +1.
Neutron
Kesimpulan tentang keperluan untuk mencari zarah lain, tanpa kehadiran yang dipanggil neutron, datang dengan cepat. Oleh kerana persoalan tentang berapa banyak nukleon dalam nukleus dan apakah ia, letakkan dalam pertumbuhan jisim yang tidak sekata dan cas dengan perubahan dalam nombor ordinal unsur. Rutherford membuat andaian tentang kewujudan kembar proton dengan cas sifar, tetapi dia gagal mengesahkan sangkaannya.
Secara umumnya, saintis nuklear sudah mempunyai idea yang baik tentang apa itu nukleon dan komposisi kuantitatif nukleus atom. Dan zarah yang sukar difahami, namun tidak ditemui secara eksperimen oleh sesiapa, sedang menunggu di sayap. James Chadwick dianggap sebagai penemunya, yang berjaya mengasingkan "tidak kelihatan" daripada bahan itu,menyebabkannya dibom dengan nukleus helium yang dipercepatkan kepada kelajuan ultra-tinggi (zarah-α). Jisim zarah, seperti yang dijangkakan, ternyata sama dengan jisim proton yang ditemui sebelum ini. Menurut penyelidikan moden, neutron lebih berat sedikit.
Sedikit lagi tentang "bata" nukleus atom
Hitung berapa banyak nukleon dalam nukleus unsur kimia atau isotopnya adalah mudah. Ini memerlukan dua perkara: jadual berkala dan kalkulator, walaupun anda boleh mengira dalam fikiran anda. Contohnya ialah dua isotop sepunya uranium: 235 dan 238. Nombor ini mewakili jisim atom. Nombor siri uranium ialah 92, ia sentiasa menunjukkan cas nukleus.
Seperti yang anda ketahui, nukleon dalam nukleus atom boleh sama ada proton bercas positif atau neutron dengan jisim yang sama, tetapi tanpa cas. Nombor siri 92 menandakan nombor dalam nukleus proton. Bilangan neutron dikira dengan penolakan mudah:
- - uranium 235, bilangan neutron=235 – 92=143;
- - uranium 238, bilangan neutron=238 – 92=146.
Dan berapa banyak nukleon yang boleh disatukan pada satu masa? Adalah dipercayai bahawa pada peringkat tertentu dalam kehidupan bintang dengan jisim yang mencukupi, apabila tindak balas termonuklear tidak lagi dapat menahan daya graviti, tekanan dalam usus bintang meningkat dengan banyak sehingga ia "melekat" elektron ke proton. Akibatnya, cas menjadi sifar, dan pasangan proton-elektron menjadi neutron. Bahan yang terhasil, yang terdiri daripada neutron "ditekan", sangat padat.
Bintang yang menimbang dalam Matahari kita bertukar menjadi boladiameter beberapa puluh kilometer. Satu sudu teh "bubur neutron" sedemikian boleh menimbang beberapa ratus tan di Bumi.
