Fysikken i stoffets struktur blev først for alvor studeret af Joseph J. Thomson. Mange spørgsmål forblev dog ubesvarede. Nogen tid senere var E. Rutherford i stand til at formulere en model for atomets struktur. I artiklen vil vi overveje den oplevelse, der førte ham til opdagelsen. Da stofstrukturen er et af de mest interessante emner i fysiktimerne, vil vi analysere dets nøgleaspekter. Vi lærer, hvad et atom består af, lærer at finde antallet af elektroner, protoner, neutroner i det. Lad os stifte bekendtskab med begrebet isotoper og ioner.
Opdagelse af elektronen
I 1897 studerede den engelske videnskabsmand Joseph John Thomson (hans portræt kan ses nedenfor) elektrisk strøm, det vil sige den rettede bevægelse af ladninger i gasser. På det tidspunkt kendte fysikken allerede til stoffets molekylære struktur. Man vidste, at alle legemer er lavet af stof, som er lavet af molekyler, og sidstnævnte er lavet af atomer.
Thomson opdagede, at gasatomer under visse forhold udsender partikler med en negativ ladning (qel <0). De kaldes elektroner. Atomet er neutr alt, hvilket betyder, at hvis elektroner flyver ud af det, så skal positive partikler også være indeholdt der. Hvad er den del af atomet med "+" tegnet? Hvordan interagerer det med en negativt ladet elektron? Hvad bestemmer massen af et atom? En anden videnskabsmand kunne besvare alle disse spørgsmål.
Rutherfords eksperiment
I 1911 var fysikken allerede i besiddelse af den første information om stoffets struktur. Ernest Rutherford opdagede det, vi i dag kalder atomkernen.
Der er ting, der har en mærkelig egenskab: de udsender spontant forskellige partikler, både positive og negative. Sådanne stoffer kaldes radioaktive. Positivt ladede grundstoffer Rutherford kaldet alfapartikler (α-partikler).
De har en "+"-ladning svarende til to elementære ladninger (qα=+2e). Vægten af grundstofferne er omtrent lig med fire masser af et brintatom. Rutherford tog et radioaktivt præparat, der udsender alfapartikler og bombarderede en tynd film af guld (folie) med deres strøm.
Han fandt ud af, at de fleste af α-elementerne næsten ikke ændrer deres retning, når de passerer gennem metalatomer. Men der er meget få, der afviger baglæns. Hvorfor sker det? Ved at kende fysikken i stofstrukturen kan vi svare: fordi indeniguldatomer, ligesom alle andre, er der positive elementer, der frastøder alfapartikler. Men hvorfor sker det kun med meget få elementer? Fordi størrelsen af den positivt ladede del af atomet er meget mindre end sig selv. Rutherford kom til denne konklusion. Han kaldte den positivt ladede del af atomet for kernen.
Atomets enhed
Fysik af stoffets struktur: Molekyler er opbygget af atomer, som indeholder en lillebitte positivt ladet del (kerne) omgivet af elektroner. Atomets neutralitet forklares ved, at elektronernes samlede negative ladning er lig med den positive - kernen. qcore + qel=0. Hvorfor falder elektroner ikke på kernen, fordi de er tiltrukket? For at besvare dette spørgsmål foreslog Rutherford, at de roterer, som planeterne bevæger sig rundt om Solen og ikke kolliderer med den. Det er bevægelsen, der gør det muligt for dette system at være stabilt. Rutherfords model af atomet kaldes planetarisk.
Hvis atomet er neutr alt, og antallet af elektroner i det skal være heltal, så er ladningen af kernen lig med denne værdi med et plustegn. qcores=+ze. z er antallet af elektroner i et neutr alt atom. I dette tilfælde er den samlede ladning nul. Hvordan finder man antallet af elektroner i et atom? Du skal bruge det periodiske system af grundstoffer. Dimensionerne af et atom er af størrelsesordenen 10-10 m. Og kernerne er 100 tusind gange mindre - 10-15 m.
Lad os forestille os, at vi øgede kernens størrelse til 1 meter. I et fast stof er afstanden mellem atomerne omtrent lig med størrelsen af dem selv, hvilket betyder, at dimensionernevil stige til 105, hvilket er 100 km. Det vil sige, at atomet er praktisk t alt tomt, hvorfor alfapartiklerne for det meste flyver gennem folien næsten uden afbøjning.
Kernens struktur
Fysikken i stofstrukturen er sådan, at kernen består af to slags partikler. Nogle af dem er positivt ladede. Hvis vi betragter et atom, der har tre elektroner, så er der inde i det tre partikler med en positiv ladning. De kaldes protoner. Andre grundstoffer har ikke en elektrisk ladning - neutroner.
Protonens og neutronens masser er omtrent lige store. Begge partikler har en vægt, der er meget større end en elektron. mproton ≈ 1837mel. Det samme gælder neutronens masse. Konklusionen følger heraf: vægten af positivt og neutr alt ladede partikler er en faktor, der bestemmer massen af et atom. Protoner og neutroner har et fælles navn - nukleoner. Vægten af et atom bestemmes af deres antal, som kaldes kernens massetal. Vi betegnede antallet af elektroner i et atom med bogstavet z, men da det er neutr alt, skal antallet af positive og negative partikler matche. Derfor kaldes z også proton- eller ladningsnummeret.
Hvis vi kender massen og ladningstallet, så kan vi finde antallet af neutroner N. N=A - z. Hvordan finder man ud af, hvor mange nukleoner og protoner der er i kernen? Det viser sig, at der i det periodiske system, ud for hvert grundstof, er et tal, som kemikere kalder den relative atommasse.
Hvis vi runder det op, får vi ikke mere endmassetal eller antallet af nukleoner i kernen (A). Et grundstofs atomnummer er antallet af protoner (z). Når man kender A og z, er det nemt at finde N - antallet af neutroner. Hvis atomet er neutr alt, så er antallet af elektroner og protoner det samme.
isotoper
Der er varianter af kernen, hvor antallet af protoner er det samme, men antallet af neutroner kan variere (hvilket betyder det samme kemiske grundstof). De kaldes isotoper. I naturen er atomer af forskellig art blandet, så kemikere måler den gennemsnitlige masse. Derfor er den relative vægt af et atom i det periodiske system altid et brøktal. Lad os finde ud af, hvad der sker med et neutr alt atom, hvis en elektron fjernes fra det eller omvendt placeres en ekstra.
Ioner
Overvej et neutr alt lithiumatom. Der er en kerne, to elektroner er placeret på den ene skal og tre på den anden. Hvis vi fjerner en af dem, får vi en positivt ladet kerne. qcores =3. Elektroner kompenserer kun for to af de tre elementære ladninger, og vi får en positiv ion. Det er betegnet som følger: Li+. En ion er et atom, hvor antallet af elektroner er mindre end eller større end antallet af protoner i kernen. I det første tilfælde er det en positiv ion. Tilføjer vi en ekstra elektron, så vil der være fire af dem, og vi får en negativ ion (Li-). Sådan er fysikken i stoffets struktur. Så et neutr alt atom adskiller sig fra en ion ved, at elektronerne i det fuldstændig kompenserer for ladningen af kernen.
