Vật lý về cấu trúc của vật chất lần đầu tiên được nghiên cứu nghiêm túc bởi Joseph J. Thomson. Tuy nhiên, nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp. Một thời gian sau, E. Rutherford đã có thể đưa ra một mô hình về cấu trúc của nguyên tử. Trong bài báo, chúng tôi sẽ xem xét trải nghiệm đã dẫn anh ta đến khám phá. Vì cấu trúc của vật chất là một trong những chủ đề thú vị nhất trong các bài học vật lý nên chúng ta sẽ phân tích các khía cạnh chính của nó. Chúng ta tìm hiểu nguyên tử bao gồm những gì, học cách tìm số electron, proton, neutron trong đó. Hãy làm quen với khái niệm đồng vị và ion.
Khám phá về electron
Năm 1897, nhà khoa học người Anh Joseph John Thomson (có thể nhìn thấy chân dung của ông bên dưới) đã nghiên cứu về dòng điện, tức là chuyển động có hướng của các điện tích trong chất khí. Vào thời điểm đó, vật lý đã biết về cấu trúc phân tử của vật chất. Người ta đã biết rằng tất cả các cơ thể đều được cấu tạo từ vật chất, vật chất được tạo ra từ các phân tử, và vật chất sau này được tạo ra từ các nguyên tử.
Thomson phát hiện ra rằng, trong những điều kiện nhất định, các nguyên tử khí phát ra các hạt mang điện tích âm (qel<0). Chúng được gọi là electron. Nguyên tử là trung hòa, có nghĩa là nếu các electron bay ra khỏi nó, thì các hạt tích cực cũng phải được chứa ở đó. Phần nguyên tử có dấu "+" là gì? Làm thế nào nó tương tác với một electron mang điện tích âm? Điều gì xác định khối lượng của một nguyên tử? Một nhà khoa học khác có thể trả lời tất cả những câu hỏi này.
Thử nghiệm của Rutherford
Năm 1911, vật lý đã sở hữu những thông tin ban đầu về cấu trúc của vật chất. Ernest Rutherford đã khám phá ra cái mà ngày nay chúng ta gọi là hạt nhân nguyên tử.
Có những vấn đề có một đặc tính kỳ lạ: chúng tự phát phát ra các hạt khác nhau, cả tích cực và tiêu cực. Những chất như vậy được gọi là chất phóng xạ. Các nguyên tố mang điện tích cực Rutherford gọi là hạt alpha (hạt α).
Chúng có điện tích "+" bằng hai điện tích cơ bản (qα=+ 2e). Khối lượng của các nguyên tố xấp xỉ bằng bốn khối lượng của một nguyên tử hydro. Rutherford đã thực hiện một chế phẩm phóng xạ phát ra các hạt alpha và bắn phá một màng mỏng bằng vàng (giấy bạc) bằng luồng của chúng.
Ông nhận thấy rằng hầu hết các nguyên tố α hầu như không đổi hướng khi đi qua các nguyên tử kim loại. Nhưng có rất ít người đi lệch về phía sau. Tại sao chuyện này đang xảy ra? Biết được tính chất vật lý về cấu trúc của vật chất, chúng ta có thể trả lời: bởi vì bên trongcác nguyên tử vàng, giống như bất kỳ nguyên tử nào khác, có các nguyên tố dương đẩy lùi các hạt alpha. Nhưng tại sao điều này chỉ xảy ra với rất ít yếu tố? Vì kích thước của phần tích điện dương của nguyên tử nhỏ hơn nhiều so với chính nó. Rutherford đã đưa ra kết luận này. Ông gọi phần tích điện dương của nguyên tử là hạt nhân.
Thiết bị của nguyên tử
Vật lý về cấu trúc của vật chất: Các phân tử được tạo thành từ các nguyên tử, trong đó có một phần nhỏ mang điện tích dương (hạt nhân) được bao quanh bởi các electron. Tính trung hoà của nguyên tử được giải thích là do tổng điện tích âm của các electron bằng hạt nhân - dương. qlõi+ qel=0. Tại sao các êlectron không rơi vào hạt nhân, vì chúng bị hút? Để trả lời câu hỏi này, Rutherford gợi ý rằng chúng quay giống như các hành tinh chuyển động quanh mặt trời và không va chạm với nó. Đó là chuyển động cho phép hệ thống này ổn định. Mô hình nguyên tử của Rutherford được gọi là hành tinh.
Nếu nguyên tử là trung hòa và số electron trong nó phải là số nguyên, thì điện tích của hạt nhân bằng giá trị này và có dấu cộng. qlõi=+ ze. z là số electron trong nguyên tử trung hòa. Trong trường hợp này, tổng số phí bằng không. Làm thế nào để tìm số electron trong nguyên tử? Bạn cần sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố. Kích thước của nguyên tử có thứ tự là 10-10m. Và các hạt nhân nhỏ hơn 100 nghìn lần - 10-15m.
Hãy tưởng tượng rằng chúng tôi đã tăng kích thước của lõi lên 1 mét. Trong chất rắn, khoảng cách giữa các nguyên tử xấp xỉ bằng kích thước của chúng, có nghĩa là kích thướcsẽ tăng lên 105, tức là 100 km. Đó là, nguyên tử thực tế trống rỗng, đó là lý do tại sao các hạt alpha chủ yếu bay qua lớp lá mà hầu như không bị lệch hướng.
Cấu trúc của hạt nhân
Vật lý về cấu trúc của vật chất là hạt nhân bao gồm hai loại hạt. Một số trong số chúng được tích điện dương. Nếu chúng ta coi một nguyên tử có ba electron, thì bên trong nó có ba hạt mang điện tích dương. Chúng được gọi là proton. Các nguyên tố khác không mang điện - neutron.
Khối lượng của proton và neutron xấp xỉ bằng nhau. Cả hai hạt đều có khối lượng lớn hơn electron rất nhiều. mproton≈ 1837mel. Điều này cũng áp dụng cho khối lượng của nơtron. Từ đó rút ra kết luận: trọng lượng của các hạt mang điện dương và trung hòa là yếu tố quyết định khối lượng của nguyên tử. Các proton và neutron có một tên chung - nucleon. Khối lượng của một nguyên tử được xác định bởi số của chúng, được gọi là số khối của hạt nhân. Chúng tôi ký hiệu số electron trong nguyên tử bằng chữ cái z, nhưng vì nó là trung tính nên số hạt dương và âm phải trùng nhau. Do đó, z còn được gọi là số proton hoặc điện tích.
Nếu chúng ta biết khối lượng và số điện tích, thì chúng ta có thể tìm thấy số nơtron N. N=A - z. Làm thế nào để biết có bao nhiêu nucleon và proton trong hạt nhân? Hóa ra trong bảng tuần hoàn, bên cạnh mỗi nguyên tố, có một số mà các nhà hóa học gọi là khối lượng nguyên tử tương đối.
Nếu chúng ta làm tròn nó lên, chúng ta không nhận được gì hơnsố khối hoặc số nucleon trong hạt nhân (A). Số nguyên tử của một nguyên tố là số proton (z). Biết A và z, ta dễ dàng tìm được N - số nơtron. Nếu nguyên tử là trung hòa, thì số electron và proton bằng nhau.
Đồng vị
Có nhiều loại hạt nhân trong đó số proton giống nhau, nhưng số neutron có thể khác nhau (có nghĩa là cùng một nguyên tố hóa học). Chúng được gọi là đồng vị. Trong tự nhiên, các nguyên tử của các loại khác nhau là hỗn hợp, vì vậy các nhà hóa học đo khối lượng trung bình. Đó là lý do tại sao trong bảng tuần hoàn, khối lượng tương đối của nguyên tử luôn là một số phân số. Hãy tìm hiểu điều gì sẽ xảy ra với một nguyên tử trung hòa nếu một electron bị loại bỏ khỏi nó hoặc ngược lại, một electron thừa được đặt vào.
Ions
Hãy xem xét một nguyên tử liti trung tính. Có một hạt nhân, hai electron nằm trên một lớp vỏ và ba electron nằm trên lớp vỏ kia. Nếu chúng ta loại bỏ một trong số chúng, chúng ta nhận được một hạt nhân mang điện tích dương. qlõi=thứ 3. Các electron chỉ bù đắp hai trong số ba điện tích cơ bản, và chúng ta nhận được một ion dương. Nó được chỉ định như sau: Li+. Ion là nguyên tử trong đó số electron ít hơn hoặc lớn hơn số proton trong hạt nhân. Trong trường hợp đầu tiên, nó là một ion dương. Nếu chúng ta thêm một electron thừa, thì sẽ có bốn trong số chúng, và chúng ta sẽ nhận được một ion âm (Li-). Đó là vật lý của cấu trúc của vật chất. Vì vậy, nguyên tử trung hòa khác với ion ở chỗ các điện tử trong nó bù trừ hoàn toàn điện tích của hạt nhân.
