Giữa thế kỷ trước đánh dấu sự ra đời của một kỷ nguyên mới trong lịch sử loài người. Thời kỳ đồ đá đã từng bị thay thế bởi thời kỳ đồ đồng, sau đó các thời kỳ thống trị của đồ sắt, hơi nước và điện nối tiếp nhau. Bây giờ chúng ta đang ở giai đoạn đầu của kỷ nguyên nguyên tử. Ngay cả những kiến thức hời hợt nhất trong lĩnh vực cấu trúc của hạt nhân nguyên tử cũng mở ra những chân trời chưa từng có cho nhân loại.
Chúng ta biết gì về hạt nhân nguyên tử? Thực tế là nó chiếm 99,99% khối lượng của toàn bộ nguyên tử và bao gồm các hạt thường được gọi là nucleon. Các nucleon là gì, có bao nhiêu nucleon, chúng là gì, giờ đây mọi học sinh trung học có điểm bốn môn vật lý đều biết.
Chúng ta hình dung cấu trúc của nguyên tử như thế nào
Chao ôi, không lâu nữa sẽ xuất hiện một kỹ thuật cho phép bạn nhìn thấy các hạt tạo nên một nguyên tử, một hạt nhân nguyên tử. Có hàng ngàn câu hỏi về cách sắp xếp của vật chất, và cũng có rất nhiều lý thuyết về cấu trúc của các hạt cơ bản. Đến nay, lý thuyết rằngtrả lời hầu hết các câu hỏi, là mô hình hành tinh về cấu trúc của nguyên tử.
Theo nó, các electron mang điện tích âm xoay quanh một hạt nhân mang điện tích dương, được giữ bằng lực hút điện. Nucleon là gì? Thực tế là hạt nhân không phải là nguyên khối, nó bao gồm các proton và neutron mang điện tích dương - những hạt có điện tích bằng không. Đây là những hạt mà từ đó hạt nhân nguyên tử được tạo ra, và người ta thường gọi chúng là nucleon.
Lý thuyết này đến từ đâu, nếu các hạt rất nhỏ? Các nhà khoa học đã đưa ra kết luận về cấu trúc hành tinh của nguyên tử bằng cách hướng các chùm vi hạt khác nhau lên các tấm kim loại mỏng nhất.
Kích thước của nó là gì
Kiến thức về cấu trúc của nguyên tử sẽ không đầy đủ nếu bạn không hình dung các nguyên tố của nó trên thang điểm. Hạt nhân là vô cùng nhỏ, thậm chí so với chính nguyên tử. Nếu bạn tưởng tượng một nguyên tử, chẳng hạn như vàng, ở dạng một quả bóng bay khổng lồ với đường kính 200 mét, thì lõi của nó sẽ chỉ là … một quả phỉ. Nhưng nucleon là gì và tại sao chúng lại đóng một vai trò quan trọng như vậy? Có, nếu chỉ vì trong chúng mà toàn bộ khối lượng của nguyên tử được tập trung.
Trong các tổ của mạng tinh thể, các nguyên tử vàng nằm khá dày đặc, vì vậy khoảng cách giữa các "hạt" lân cận trên thang đo mà chúng tôi sử dụng sẽ là khoảng 250-300 mét.
Proton
Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng hạt nhân của một nguyên tử không phải là một loại đơn chất nào đó. Độ lớn của khối lượng và điện tích, phát triển theo “từng bước” từ nguyên tố hóa học này sang nguyên tố hóa học khác, gây ấn tượng mạnh. Nó là hợp lý để giả địnhrằng có một số hạt nhất định mang điện tích dương cố định, từ đó hạt nhân của tất cả các nguyên tử được "thu thập". Có bao nhiêu nucleon mang điện tích dương trong hạt nhân, đây sẽ là điện tích của nó.
Các giả định về cấu trúc phức tạp của hạt nhân nguyên tử được đưa ra trong thời kỳ Mendeleev xây dựng bảng tuần hoàn các nguyên tố của mình. Tuy nhiên, các khả năng kỹ thuật để xác nhận phỏng đoán bằng thực nghiệm không tồn tại vào thời điểm đó. Chỉ vào đầu thế kỷ 20, Ernest Rutherford đã thực hiện một thí nghiệm xác nhận sự tồn tại của proton.
Là kết quả của việc tiếp xúc với chất bằng bức xạ của kim loại phóng xạ, thỉnh thoảng một hạt xuất hiện - bản sao của hạt nhân nguyên tử hydro. Nó có cùng trọng lượng (1,67 ∙ 10-27kg) và điện tích nguyên tử + 1.
Neutron
Kết luận về sự cần thiết phải tìm kiếm một hạt khác, không có tên là neutron, đã đến nhanh chóng. Vì câu hỏi có bao nhiêu nucleon trong hạt nhân và chúng là gì, nằm ở sự phát triển không đồng đều của khối lượng và điện tích với sự thay đổi số thứ tự của nguyên tố. Rutherford đã đưa ra giả thiết về sự tồn tại của một cặp song sinh proton với điện tích bằng không, nhưng anh ta không xác nhận được phỏng đoán của mình.
Nói chung, các nhà khoa học hạt nhân đã có một ý tưởng tốt về nucleon là gì và thành phần định lượng của hạt nhân nguyên tử. Và hạt khó nắm bắt, chưa được ai phát hiện bằng thực nghiệm, đang chờ đợi trong đôi cánh. James Chadwick được coi là người phát hiện ra nó, người đã tìm cách cô lập cái "vô hình" khỏi chất,khiến nó bị bắn phá bằng hạt nhân heli được gia tốc tới tốc độ cực cao (hạt α). Khối lượng của hạt, đúng như dự đoán, hóa ra bằng khối lượng của proton được phát hiện trước đó. Theo nghiên cứu hiện đại, neutron nặng hơn một chút.
Thêm một chút về "viên gạch" của hạt nhân nguyên tử
Tính toán có bao nhiêu nucleon trong hạt nhân của một nguyên tố hóa học hoặc đồng vị của nó thật dễ dàng. Điều này đòi hỏi hai thứ: bảng tuần hoàn và máy tính, mặc dù bạn có thể tính toán trong đầu. Một ví dụ là hai đồng vị phổ biến của uranium: 235 và 238. Những con số này đại diện cho khối lượng nguyên tử. Số thứ tự của uranium là 92, nó luôn biểu thị điện tích của hạt nhân.
Như bạn đã biết, các nucleon trong hạt nhân của một nguyên tử có thể là proton mang điện tích dương hoặc neutron có cùng khối lượng, nhưng không mang điện tích. Số sê-ri 92 biểu thị số proton trong hạt nhân. Số lượng neutron được tính bằng phép trừ đơn giản:
- - uranium 235, số neutron=235 - 92=143;
- - uranium 238, số neutron=238 - 92=146.
Và có thể tập hợp bao nhiêu nucleon lại với nhau tại một thời điểm? Người ta tin rằng ở một giai đoạn nhất định trong vòng đời của các ngôi sao có khối lượng đủ lớn, khi phản ứng nhiệt hạch không còn khả năng kiềm chế lực hấp dẫn, áp suất trong ruột của ngôi sao tăng đến mức nó "dính" các electron vào proton. Kết quả là, điện tích trở thành 0, và cặp proton-electron trở thành neutron. Vật chất tạo thành, bao gồm các nơtron được "ép", cực kỳ dày đặc.
Một ngôi sao nặng trong Mặt trời của chúng ta biến thành một quả bóngđường kính vài chục km. Một muỗng cà phê "cháo neutron" như vậy có thể nặng vài trăm tấn trên Trái đất.
