Die Mitte des letzten Jahrhunderts markierte die Geburtsstunde einer neuen Ära in der Geschichte der Menschheit. Die Steinzeit wurde einst von der Bronzezeit abgelöst, dann folgten sukzessive die Perioden der Herrschaft von Eisen, Dampf und Elektrizität. Wir stehen jetzt ganz am Anfang des Atomzeit alters. Selbst das oberflächlichste Wissen auf dem Gebiet der Struktur des Atomkerns eröffnet der Menschheit ungeahnte Horizonte.
Was wissen wir über den Atomkern? Die Tatsache, dass es 99,99 % der Masse des gesamten Atoms ausmacht und aus Teilchen besteht, die gemeinhin als Nukleonen bezeichnet werden. Was Nukleonen sind, wie viele davon, was sie sind, weiß mittlerweile jeder Gymnasiast, der in Physik eine solide Vier hat.
Wie stellt man sich den Aufbau des Atoms vor
Leider wird es nicht so bald eine Technik geben, die es erlaubt, die Teilchen zu sehen, aus denen ein Atom, ein Atomkern besteht. Es gibt Tausende von Fragen darüber, wie Materie angeordnet ist, und es gibt auch viele Theorien über die Struktur von Elementarteilchen. Bis heute die Theorie, dassbeantwortet die meisten Fragen, ist das planetare Modell der Struktur des Atoms.
Danach kreisen negativ geladene Elektronen um einen positiv geladenen Kern, der durch elektrische Anziehung geh alten wird. Was sind Nukleonen? Tatsache ist, dass der Kern nicht monolithisch ist, er besteht aus positiv geladenen Protonen und Neutronen - Teilchen mit Nullladung. Das sind die Teilchen, aus denen der Atomkern aufgebaut ist, und man nennt sie üblicherweise Nukleonen.
Woher kommt diese Theorie, wenn die Teilchen doch so klein sind? Wissenschaftler kamen zu dem Schluss über die planetare Struktur des Atoms, indem sie Strahlen verschiedener Mikropartikel auf die dünnsten Metallplatten richteten.
Welche Abmessungen hat er
Das Wissen über die Struktur des Atoms wird nicht vollständig sein, wenn Sie sich seine Elemente nicht maßstabsgetreu vorstellen. Der Kern ist extrem klein, sogar im Vergleich zum Atom selbst. Wenn Sie sich ein Atom, zum Beispiel Gold, in Form eines riesigen Ballons mit einem Durchmesser von 200 Metern vorstellen, dann ist sein Kern nur … eine Haselnuss. Aber was sind Nukleonen und warum spielen sie eine so wichtige Rolle? Ja, schon deshalb, weil in ihnen die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist.
In den Nestern des Kristallgitters befinden sich Goldatome ziemlich dicht, sodass der Abstand zwischen benachbarten "Nüssen" auf der von uns angenommenen Skala etwa 250-300 Meter beträgt.
Proton
Wissenschaftler vermuten seit langem, dass der Kern eines Atoms keine monolithische Substanz ist. Die Größenordnungen von Masse und Ladung, die in „Schritten“von einem chemischen Element zum anderen zunahmen, waren schmerzlich auffällig. Es war logisch anzunehmendass es bestimmte Teilchen mit fester positiver Ladung gibt, aus denen die Kerne aller Atome „gesammelt“werden. Wie viele positiv geladene Nukleonen sind im Kern, das ist seine Ladung.
Annahmen über die komplexe Struktur des Atomkerns wurden bereits in der Zeit von Mendeleevs Aufstellung seines Periodensystems der Elemente gemacht. Die technischen Möglichkeiten, Vermutungen experimentell zu bestätigen, bestanden damals jedoch noch nicht. Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte Ernest Rutherford ein Experiment durch, das die Existenz des Protons bestätigte.
Infolge der Exposition gegenüber der Substanz durch die Strahlung radioaktiver Metalle erschien von Zeit zu Zeit ein Teilchen - eine Kopie des Kerns eines Wasserstoffatoms. Es hatte das gleiche Gewicht (1,67 ∙ 10-27 kg) und Atomladung +1.
Neutron
Die Schlussfolgerung über die Notwendigkeit, nach einem anderen Teilchen zu suchen, das in Abwesenheit das Neutron genannt wird, kam schnell. Denn die Frage, wie viele Nukleonen sich im Atomkern befinden und was sie sind, lag im ungleichmäßigen Wachstum von Masse und Ladung bei einer Änderung der Ordnungszahl des Elements. Rutherford machte eine Vermutung über die Existenz eines Protonenzwillings ohne Ladung, aber er konnte seine Vermutung nicht bestätigen.
Im Allgemeinen hatten Atomwissenschaftler bereits eine gute Vorstellung davon, was Nukleonen sind und die quantitative Zusammensetzung von Atomkernen. Und das schwer fassbare Teilchen, das noch von niemandem experimentell entdeckt wurde, wartete in den Startlöchern. Als sein Entdecker gilt James Chadwick, dem es gelang, das „Unsichtbare“aus der Substanz zu isolieren,Bombardierung mit ultrahoch beschleunigten Heliumkernen (α-Teilchen). Wie erwartet entsprach die Masse des Teilchens der Masse des zuvor entdeckten Protons. Laut moderner Forschung ist das Neutron etwas schwerer.
Noch etwas zu den "Bausteinen" des Atomkerns
Berechnen Sie einfach, wie viele Nukleonen im Kern eines chemischen Elements oder seines Isotops sind. Dazu braucht man zwei Dinge: ein Periodensystem und einen Taschenrechner, obwohl man im Kopf rechnen kann. Ein Beispiel sind die beiden gemeinsamen Isotope von Uran: 235 und 238. Diese Zahlen repräsentieren die Atommasse. Die Seriennummer von Uran ist 92, sie bezeichnet immer die Ladung des Kerns.
Wie Sie wissen, können Nukleonen im Kern eines Atoms entweder positiv geladene Protonen oder Neutronen gleicher Masse, aber ohne Ladung sein. Die Seriennummer 92 bezeichnet die Nummer im Kern von Protonen. Die Anzahl der Neutronen errechnet sich durch einfache Subtraktion:
- - Uran 235, Neutronenzahl=235 – 92=143;
- - Uran 238, Neutronenzahl=238 – 92=146.
Und wie viele Nukleonen können gleichzeitig zusammengebracht werden? Es wird angenommen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt im Leben von Sternen mit ausreichender Masse, wenn die thermonukleare Reaktion die Schwerkraft nicht mehr zurückh alten kann, der Druck im Darm des Sterns so stark ansteigt, dass Elektronen daran "haften". Protonen. Dadurch wird die Ladung zu Null und das Proton-Elektron-Paar wird zu einem Neutron. Die dabei entstehende Materie, bestehend aus "gepressten" Neutronen, ist extrem dicht.
Ein Stern, der in unserer Sonne wiegt, verwandelt sich in eine Kugelmehrere zehn Kilometer im Durchmesser. Ein Teelöffel eines solchen "Neutronenbreis" könnte auf der Erde mehrere hundert Tonnen wiegen.
