Câu hỏi "Vật chất bao gồm cái gì?", "Bản chất của vật chất là gì?" đã luôn luôn chiếm đóng nhân loại. Từ thời cổ đại, các triết gia và nhà khoa học đã tìm kiếm câu trả lời cho những câu hỏi này, tạo ra những lý thuyết và giả thuyết vừa thực tế, vừa hoàn toàn tuyệt vời và kỳ diệu. Tuy nhiên, theo đúng nghĩa đen một thế kỷ trước, nhân loại đã tiến gần nhất có thể để làm sáng tỏ bí ẩn này bằng cách khám phá ra cấu trúc nguyên tử của vật chất. Nhưng thành phần của hạt nhân nguyên tử là gì? Tất cả được làm bằng gì?
Từ lý thuyết đến thực tế
Vào đầu thế kỷ XX, cấu trúc nguyên tử không còn chỉ là một giả thuyết, mà đã trở thành một sự thật tuyệt đối. Hóa ra thành phần của hạt nhân nguyên tử là một khái niệm rất phức tạp. Nó chứa các điện tích. Nhưng câu hỏi đặt ra: liệu thành phần của nguyên tử và hạt nhân nguyên tử có bao gồm các lượng điện tích khác nhau hay không?
Mô hình Hành tinh
Ban đầu, nguyên tử được cho là được chế tạo rất giống hệ mặt trời của chúng ta. Tuy nhiênNó nhanh chóng hóa ra rằng quan điểm này không hoàn toàn đúng. Vấn đề chuyển tỷ lệ thiên văn của bức tranh thuần túy về mặt cơ học sang một diện tích chiếm phần triệu milimét đã dẫn đến sự thay đổi đáng kể và mạnh mẽ về tính chất và phẩm chất của hiện tượng. Sự khác biệt chính là các luật và quy tắc nghiêm ngặt hơn nhiều mà nguyên tử được tạo ra.
Nhược điểm của mô hình hành tinh
Thứ nhất, vì các nguyên tử cùng loại và nguyên tố phải hoàn toàn giống nhau về các thông số và tính chất, nên quỹ đạo của các electron của các nguyên tử này cũng phải giống nhau. Tuy nhiên, quy luật chuyển động của các thiên thể không thể đưa ra câu trả lời cho những câu hỏi này. Điều mâu thuẫn thứ hai nằm ở chỗ, sự chuyển động của một electron dọc theo quỹ đạo, nếu các định luật vật lý được nghiên cứu kỹ được áp dụng cho nó, nhất thiết phải kèm theo một sự giải phóng năng lượng vĩnh viễn. Kết quả là, quá trình này sẽ dẫn đến sự cạn kiệt của điện tử, cuối cùng sẽ chết đi và thậm chí rơi vào hạt nhân.
Cấu trúc sóng mẹvà
Năm 1924, nhà quý tộc trẻ Louis de Broglie đưa ra một ý tưởng làm khuynh đảo giới khoa học về các vấn đề như cấu trúc của nguyên tử, thành phần của hạt nhân nguyên tử. Ý tưởng cho rằng một electron không chỉ là một quả cầu chuyển động quay xung quanh hạt nhân. Đây là một chất mờ di chuyển theo các quy luật tương tự như sự truyền sóng trong không gian. Rất nhanh chóng, ý tưởng này đã được mở rộng sang chuyển động của bất kỳ cơ thể nào trongnói chung, giải thích rằng chúng ta chỉ nhận thấy một mặt của chính chuyển động này, nhưng mặt thứ hai không thực sự được biểu hiện. Chúng ta có thể nhìn thấy sự lan truyền của sóng và không nhận thấy sự chuyển động của hạt, hoặc ngược lại. Trên thực tế, cả hai mặt này của chuyển động luôn tồn tại, và chuyển động của electron trên quỹ đạo không chỉ là chuyển động của điện tích mà còn là sự truyền sóng. Cách tiếp cận này về cơ bản khác với mô hình hành tinh được chấp nhận trước đây.
Nền tảng sơ cấp
Hạt nhân của nguyên tử là trung tâm. Các electron quay xung quanh nó. Mọi thứ khác được xác định bởi các thuộc tính của lõi. Nó là cần thiết để nói về một khái niệm như thành phần của hạt nhân của một nguyên tử từ điểm quan trọng nhất - từ điện tích. Một nguyên tử chứa một số electron nhất định mang điện tích âm. Hạt nhân tự mang điện tích dương. Từ đó chúng ta có thể rút ra kết luận nhất định:
- Hạt nhân là một hạt mang điện dương.
- Xung quanh lõi là một bầu khí quyển dao động được tạo ra bởi các điện tích.
- Nó là hạt nhân và các đặc điểm của nó quyết định số lượng electron trong nguyên tử.
Thuộc tính hạt nhân
Đồng, thủy tinh, sắt, gỗ có cùng electron. Một nguyên tử có thể mất một vài electron hoặc thậm chí tất cả. Nếu hạt nhân vẫn mang điện tích dương, thì nó có thể hút đúng lượng hạt mang điện tích âm từ các vật thể khác, điều này sẽ cho phép nó tồn tại. Nếu một nguyên tử mất đi một số electron nhất định, thì phần còn lại của điện tích dương trên hạt nhân sẽ lớn hơn phần còn lại của điện tích âm. TẠITrong trường hợp này, toàn bộ nguyên tử sẽ nhận được một điện tích dư thừa, và nó có thể được gọi là một ion dương. Trong một số trường hợp, một nguyên tử có thể thu hút nhiều electron hơn, và sau đó nó sẽ trở nên tích điện âm. Do đó, nó có thể được gọi là ion âm.
Một nguyên tử nặng bao nhiêu ?
Khối lượng của nguyên tử chủ yếu do hạt nhân quyết định. Các electron tạo nên nguyên tử và hạt nhân nguyên tử có trọng lượng nhỏ hơn một phần nghìn tổng khối lượng. Vì khối lượng được coi là thước đo dự trữ năng lượng mà một chất có, nên thực tế này được coi là cực kỳ quan trọng khi nghiên cứu một câu hỏi như thành phần của hạt nhân nguyên tử.
Phóng xạ
Những câu hỏi khó nhất nảy sinh sau khi phát hiện ra tia X. Các nguyên tố phóng xạ phát ra sóng alpha, beta và gamma. Nhưng bức xạ như vậy phải có nguồn. Rutherford vào năm 1902 đã chỉ ra rằng một nguồn như vậy là chính nguyên tử, hay đúng hơn, là hạt nhân. Mặt khác, hiện tượng phóng xạ không chỉ là sự phát ra các tia, mà còn là sự biến đổi nguyên tố này thành nguyên tố khác, với những tính chất vật lý hóa học hoàn toàn mới. Tức là, phóng xạ là một sự thay đổi trong hạt nhân.
Chúng ta biết gì về cấu trúc hạt nhân?
Gần một trăm năm trước, nhà vật lý Prout đã đưa ra ý tưởng rằng các nguyên tố trong bảng tuần hoàn không phải là dạng ngẫu nhiên, mà là sự kết hợp của các nguyên tử hydro. Do đó, người ta có thể mong đợi rằng cả điện tích và khối lượng của hạt nhân sẽ được biểu thị dưới dạng điện tích nguyên và bội số của chính hydro. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng. Bằng cách nghiên cứu các tính chất của nguyên tửhạt nhân với sự trợ giúp của trường điện từ, nhà vật lý Aston đã xác định rằng các nguyên tố mà trọng lượng nguyên tử của chúng không phải là số nguyên và bội số, trên thực tế, là sự kết hợp của các nguyên tử khác nhau chứ không phải một chất. Trong mọi trường hợp trọng lượng nguyên tử không phải là số nguyên, chúng ta quan sát thấy một hỗn hợp các đồng vị khác nhau. Nó là gì? Nếu chúng ta nói về thành phần của hạt nhân nguyên tử, đồng vị là những nguyên tử có cùng điện tích, nhưng có khối lượng khác nhau.
Einstein và hạt nhân của nguyên tử
Thuyết tương đối nói rằng khối lượng không phải là thước đo để xác định lượng vật chất, mà là thước đo năng lượng mà vật chất sở hữu. Theo đó, vật chất có thể được đo không phải bằng khối lượng, mà bằng điện tích tạo nên vật chất này, và năng lượng của điện tích. Khi cùng một điện tích tiếp cận một điện tích khác giống nhau, năng lượng sẽ tăng lên, ngược lại nó sẽ giảm. Tất nhiên, điều này không có nghĩa là vật chất thay đổi. Theo đó, từ vị trí này, hạt nhân của một nguyên tử không phải là một nguồn năng lượng, mà là một chất cặn bã sau khi nó được giải phóng. Vì vậy, có một số mâu thuẫn.
Neutron
The Curies, khi bị bắn phá bằng các hạt alpha của berili, đã phát hiện ra một số tia không thể hiểu được, va chạm với hạt nhân của một nguyên tử, đẩy nó ra với một lực lớn. Tuy nhiên, chúng có thể đi qua một lớp vật chất có độ dày lớn. Sự mâu thuẫn này đã được giải quyết bằng thực tế là hạt đã cho hóa ra có điện tích trung hòa. Theo đó, nó được gọi là neutron. Nhờ những nghiên cứu sâu hơn, người ta đã chỉ ra rằng khối lượng của neutron gần giống với khối lượng của proton. Nói chung, neutron và proton cực kỳ giống nhau. Với việc xem xétTừ khám phá này, chắc chắn có thể xác định rằng thành phần của hạt nhân nguyên tử bao gồm cả proton và neutron, với số lượng bằng nhau. Mọi thứ dần đâu vào đấy. Số proton là số nguyên tử. Khối lượng nguyên tử là tổng khối lượng của neutron và proton. Một đồng vị cũng có thể được gọi là một nguyên tố trong đó số nơtron và proton sẽ không bằng nhau. Như đã thảo luận ở trên, trong trường hợp như vậy, mặc dù phần tử vẫn giữ nguyên về cơ bản, nhưng các thuộc tính của nó có thể thay đổi đáng kể.
