Mitten af forrige århundrede markerede fødslen af en ny æra i menneskehedens historie. Stenalderen blev engang erstattet af bronzealderen, derefter fulgte perioderne med jern, damp og elektricitet efter hinanden. Vi er nu i begyndelsen af atomets æra. Selv den mest overfladiske viden inden for atomkernens struktur åbner hidtil usete horisonter for menneskeheden.
Hvad ved vi om atomkernen? Det faktum, at det udgør 99,99% af massen af hele atomet og består af partikler, der almindeligvis kaldes nukleoner. Hvad er nukleoner, hvor mange af dem, hvad de er, ved nu alle gymnasieelever, der har en solid fire i fysik.
Hvordan forestiller vi os atomets struktur
Ak, det vil ikke være snart, at der dukker en teknik op, der giver dig mulighed for at se de partikler, der udgør et atom, en atomkerne. Der er tusindvis af spørgsmål om, hvordan stof er arrangeret, og der er også en masse teorier om opbygningen af elementarpartikler. Til dato, teorien om, atbesvarer de fleste af spørgsmålene, er den planetariske model for atomets struktur.
Ifølge det kredser negativt ladede elektroner om en positivt ladet kerne, som holdes af elektrisk tiltrækning. Hvad er nukleoner? Faktum er, at kernen ikke er monolitisk, den består af positivt ladede protoner og neutroner - partikler med nulladning. Det er de partikler, som atomkernen er bygget af, og det er sædvanligt at kalde dem nukleoner.
Hvor kom denne teori fra, hvis partiklerne er så små? Forskere kom til konklusionen om atomets planetariske struktur ved at rette stråler af forskellige mikropartikler mod de tyndeste metalplader.
Hvad er dens dimensioner
Viden om atomets struktur vil ikke være fuldstændig, hvis du ikke forestiller dig dets grundstoffer på en skala. Kernen er ekstremt lille, selv sammenlignet med selve atomet. Hvis du forestiller dig et atom, for eksempel guld, i form af en enorm ballon med en diameter på 200 meter, så vil dens kerne bare være … en hasselnød. Men hvad er nukleoner, og hvorfor spiller de en så vigtig rolle? Ja, bare fordi det er i dem, at hele atomets masse er koncentreret.
I krystalgitterets reder er guldatomer placeret ret tæt, så afstanden mellem nabo-"nødder" på den skala, vi har valgt, vil være omkring 250-300 meter.
Proton
Forskere har længe haft mistanke om, at kernen i et atom ikke er en form for monolitisk substans. Størrelsen af masse og ladning, der voksede i "trin" fra et kemisk grundstof til et andet, var smerteligt slående. Det var logisk at antageat der er visse partikler med en fast positiv ladning, hvorfra alle atomers kerner "samles". Hvor mange positivt ladede nukleoner er der i kernen, dette vil være dens ladning.
Antagelser om den komplekse struktur af atomkernen blev lavet tilbage i perioden med Mendeleevs konstruktion af hans periodiske system af grundstoffer. De tekniske muligheder for eksperimentelt at bekræfte formodninger eksisterede ikke på det tidspunkt. Først i begyndelsen af det 20. århundrede lavede Ernest Rutherford et eksperiment, der bekræftede eksistensen af protonen.
Som et resultat af eksponering for stoffet ved stråling fra radioaktive metaller, dukkede der fra tid til anden en partikel op - en kopi af kernen i et brintatom. Den havde samme vægt (1,67 ∙ 10-27 kg) og atomladning +1,
Neutron
Konklusionen om behovet for at søge efter en anden partikel, in absentia kaldet neutronen, kom hurtigt. Da spørgsmålet om, hvor mange nukleoner der er i kernen, og hvad de er, lå i den ujævne vækst af masse og ladning med en ændring i elementets ordenstal. Rutherford lavede en antagelse om eksistensen af en protontvilling uden ladning, men han kunne ikke bekræfte sin formodning.
Generelt havde nuklearforskere allerede en god idé om, hvad nukleoner er, og den kvantitative sammensætning af atomkerner. Og den undvigende partikel, som dog ikke blev opdaget eksperimentelt af nogen, ventede i kulissen. James Chadwick anses for at være dens opdager, som formåede at isolere det "usynlige" fra stoffet,udsætte den for bombardement med heliumkerner accelereret til ultrahøje hastigheder (α-partikler). Massen af partiklen viste sig som forventet at være lig med massen af den tidligere opdagede proton. Ifølge moderne forskning er neutronen lidt tungere.
Lidt mere om atomkernens "klodser"
Beregn, hvor mange nukleoner i kernen af et kemisk grundstof eller dets isotop er let. Dette kræver to ting: et periodisk system og en lommeregner, selvom du kan regne i dit sind. Et eksempel er de to almindelige isotoper af uran: 235 og 238. Disse tal repræsenterer atommassen. Serienummeret for uran er 92, det angiver altid kernens ladning.
Som du ved, kan nukleoner i et atoms kerne enten være positivt ladede protoner eller neutroner med samme masse, men uden ladning. Serienummer 92 angiver tallet i protonkernen. Antallet af neutroner beregnes ved simpel subtraktion:
- - uranium 235, antal neutroner=235 – 92=143;
- - uran 238, antal neutroner=238 – 92=146.
Og hvor mange nukleoner kan samles ad gangen? Det menes, at på et bestemt tidspunkt i stjerner med tilstrækkelig masse, når den termonukleære reaktion ikke længere er i stand til at begrænse tyngdekraften, stiger trykket i stjernens indvolde så meget, at det "klæber" elektroner til protoner. Som et resultat bliver ladningen nul, og proton-elektronparret bliver en neutron. Det resulterende stof, bestående af "pressede" neutroner, er ekstremt tæt.
En stjerne, der vejer i vores sol, bliver til en boldflere ti kilometer i diameter. En teskefuld sådan "neutrongrød" kunne veje flere hundrede tons på Jorden.
