Fragen "Woraus besteht Materie?", "Was ist die Natur der Materie?" hat die Menschheit schon immer beschäftigt. Seit der Antike suchen Philosophen und Wissenschaftler nach Antworten auf diese Fragen und haben sowohl realistische als auch völlig erstaunliche und fantastische Theorien und Hypothesen geschaffen. Vor buchstäblich einem Jahrhundert kam die Menschheit diesem Geheimnis jedoch so nahe wie möglich, indem sie die atomare Struktur der Materie entdeckte. Aber wie ist die Zusammensetzung des Kerns eines Atoms? Woraus besteht alles?
Von der Theorie zur Realität
Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts war die atomare Struktur nicht mehr nur eine Hypothese, sondern eine absolute Tatsache. Es stellte sich heraus, dass die Zusammensetzung des Atomkerns ein sehr komplexes Konzept ist. Es enthält elektrische Ladungen. Aber es stellte sich die Frage: Enthält die Zusammensetzung des Atoms und des Atomkerns unterschiedliche Mengen dieser Ladungen oder nicht?
Planetenmodell
Anfangs dachte man, das Atom sei unserem Sonnensystem sehr ähnlich aufgebaut. JedochEs stellte sich schnell heraus, dass diese Ansicht nicht ganz richtig war. Das Problem einer rein mechanischen Übertragung des astronomischen Maßstabs des Bildes auf eine Fläche, die Millionstel Millimeter einnimmt, hat zu einer signifikanten und dramatischen Veränderung der Eigenschaften und Qualitäten von Phänomenen geführt. Der Hauptunterschied waren die viel strengeren Gesetze und Regeln, nach denen das Atom aufgebaut ist.
Nachteile des Planetenmodells
Erstens, da Atome der gleichen Art und des gleichen Elements in Bezug auf Parameter und Eigenschaften genau gleich sein müssen, müssen auch die Bahnen der Elektronen dieser Atome gleich sein. Die Bewegungsgesetze astronomischer Körper konnten diese Fragen jedoch nicht beantworten. Der zweite Widerspruch liegt darin, dass die Bewegung eines Elektrons entlang der Umlaufbahn, wenn gut untersuchte physikalische Gesetze darauf angewendet werden, zwangsläufig mit einer permanenten Energiefreisetzung einhergehen muss. Infolgedessen würde dieser Prozess zur Verarmung des Elektrons führen, das schließlich absterben und sogar in den Kern fallen würde.
Mutterwellenstrukturund
Im Jahr 1924 brachte der junge Aristokrat Louis de Broglie eine Idee vor, die die Vorstellungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft über Fragen wie die Struktur des Atoms, die Zusammensetzung der Atomkerne, umdrehte. Die Idee war, dass ein Elektron nicht nur eine sich bewegende Kugel ist, die sich um den Kern dreht. Dies ist eine verschwommene Substanz, die sich nach Gesetzen bewegt, die der Ausbreitung von Wellen im Weltraum ähneln. Recht schnell wurde diese Idee auf die Bewegung beliebiger Körper ausgedehntim Allgemeinen, indem wir erklären, dass wir nur eine Seite dieser Bewegung bemerken, die zweite jedoch nicht wirklich manifestiert wird. Wir können die Ausbreitung von Wellen sehen und die Bewegung des Teilchens nicht bemerken oder umgekehrt. Tatsächlich existieren immer beide Seiten der Bewegung, und die Rotation eines Elektrons in der Umlaufbahn ist nicht nur die Bewegung der Ladung selbst, sondern auch die Ausbreitung von Wellen. Dieser Ansatz unterscheidet sich grundlegend von dem bisher akzeptierten Planetenmodell.
Grundschule
Der Kern eines Atoms ist das Zentrum. Elektronen kreisen darum. Alles andere wird durch die Eigenschaften des Kerns bestimmt. Es ist notwendig, über ein solches Konzept wie die Zusammensetzung des Atomkerns vom wichtigsten Punkt aus zu sprechen - von der Ladung. Ein Atom enthält eine bestimmte Anzahl von Elektronen, die eine negative Ladung tragen. Der Kern selbst ist positiv geladen. Daraus können wir gewisse Schlüsse ziehen:
- Ein Kern ist ein positiv geladenes Teilchen.
- Um den Kern herum ist eine pulsierende Atmosphäre, die durch Ladungen erzeugt wird.
- Der Kern und seine Eigenschaften bestimmen die Anzahl der Elektronen in einem Atom.
Kernel-Eigenschaften
Kupfer, Glas, Eisen, Holz haben die gleichen Elektronen. Ein Atom kann ein paar Elektronen oder sogar alle verlieren. Wenn der Kern positiv geladen bleibt, kann er die richtige Menge an negativ geladenen Teilchen von anderen Körpern anziehen, wodurch er überleben kann. Wenn ein Atom eine bestimmte Anzahl von Elektronen verliert, ist die positive Ladung des Kerns größer als die restlichen negativen Ladungen. BEIMIn diesem Fall erhält das gesamte Atom eine Überschussladung und kann als positives Ion bezeichnet werden. In einigen Fällen kann ein Atom mehr Elektronen anziehen und wird dann negativ geladen. Daher kann es als negatives Ion bezeichnet werden.
Wie viel wiegt ein Atom?
Die Masse eines Atoms wird hauptsächlich durch den Kern bestimmt. Die Elektronen, aus denen das Atom und der Atomkern bestehen, wiegen weniger als ein Tausendstel der Gesamtmasse. Da die Masse als Maß für den Energievorrat eines Stoffes gilt, wird diese Tatsache bei der Untersuchung einer Frage wie der Zusammensetzung des Atomkerns als enorm wichtig erachtet.
Radioaktivität
Die schwierigsten Fragen stellten sich nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen. Radioaktive Elemente senden Alpha-, Beta- und Gammawellen aus. Aber solche Strahlung muss eine Quelle haben. Rutherford zeigte 1902, dass eine solche Quelle das Atom selbst oder vielmehr der Kern ist. Andererseits ist Radioaktivität nicht nur die Emission von Strahlen, sondern auch die Umwandlung eines Elements in ein anderes mit völlig neuen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Das heißt, Radioaktivität ist eine Veränderung im Kern.
Was wissen wir über die Kernstruktur?
Vor fast hundert Jahren vertrat der Physiker Prout die Idee, dass die Elemente im Periodensystem keine Zufallsformen sind, sondern Kombinationen von Wasserstoffatomen. Daher könnte man erwarten, dass sowohl die Ladungen als auch die Kernmassen als ganzzahlige und mehrfache Ladungen des Wasserstoffs selbst ausgedrückt würden. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Durch das Studium der Eigenschaften von AtomenAtomkernen mit Hilfe elektromagnetischer Felder stellte der Physiker Aston fest, dass Elemente, deren Atomgewichte keine ganzen oder Vielfachen waren, tatsächlich eine Kombination verschiedener Atome und nicht eine Substanz sind. In allen Fällen, in denen das Atomgewicht nicht ganzzahlig ist, beobachten wir eine Mischung verschiedener Isotope. Was ist das? Wenn wir über die Zusammensetzung des Atomkerns sprechen, sind Isotope Atome mit gleicher Ladung, aber unterschiedlicher Masse.
Einstein und der Atomkern
Die Relativitätstheorie besagt, dass Masse kein Maß ist, durch das die Menge an Materie bestimmt wird, sondern ein Maß für die Energie, die Materie besitzt. Dementsprechend kann Materie nicht durch Masse gemessen werden, sondern durch die Ladung, aus der diese Materie besteht, und die Energie der Ladung. Wenn sich dieselbe Ladung einer anderen derselben nähert, nimmt die Energie zu, andernfalls nimmt sie ab. Dies bedeutet natürlich keine Veränderung der Materie. Dementsprechend ist der Kern eines Atoms aus dieser Position keine Energiequelle, sondern ein Rest nach seiner Freisetzung. Es gibt also einen Widerspruch.
Neutronen
Die Curies entdeckten, als sie mit Alpha-Partikeln aus Beryllium bombardiert wurden, einige unverständliche Strahlen, die, wenn sie mit dem Kern eines Atoms kollidieren, ihn mit großer Kraft abstoßen. Sie sind jedoch in der Lage, eine große Dicke von Materie zu durchdringen. Dieser Widerspruch wurde dadurch aufgelöst, dass sich herausstellte, dass das gegebene Teilchen eine neutrale elektrische Ladung hatte. Dementsprechend wurde es Neutron genannt. Dank weiterer Forschung stellte sich heraus, dass die Masse des Neutrons fast gleich der des Protons ist. Im Allgemeinen sind sich das Neutron und das Proton unglaublich ähnlich. Mit ÜberlegungAus dieser Entdeckung war es definitiv möglich festzustellen, dass die Zusammensetzung des Kerns eines Atoms sowohl Protonen als auch Neutronen enthält, und zwar in gleichen Mengen. Alles fügte sich nach und nach zusammen. Die Anzahl der Protonen ist die Ordnungszahl. Das Atomgewicht ist die Summe der Massen von Neutronen und Protonen. Ein Isotop kann auch als Element bezeichnet werden, bei dem die Anzahl der Neutronen und Protonen nicht gleich ist. Wie oben besprochen, können sich in einem solchen Fall, obwohl das Element im Wesentlichen gleich bleibt, seine Eigenschaften erheblich ändern.
