Fizika strukture materije. Otkrića. Eksperimenti. Kalkulacije

Fiziku strukture materije prvi je ozbiljno proučavao Joseph J. Thompson falls. Međutim, mnoga pitanja ostala su bez odgovora. Nakon nekog vremena, uh. Rutherford je uspio formulirati model strukture atoma. U članku ćemo pogledati iskustvo koje ga je dovelo do otkrića. od T. k. na časovima fizike struktura materije je jedna od najzanimljivijih tema, analiziraćemo njene ključne aspekte. Hajde da saznamo od čega se sastoji atom, naučimo kako pronaći broj elektrona, protona, neutrona u njemu. Upoznajmo se sa konceptom izotopa i jona.

Otkriće elektrona

Godine 1897. Engleski naučnik Joseph John Thomson (njegov portret se može vidjeti ispod) proučavao je električnu struju,. tj. usmjereno kretanje naboja u gasovima. U to vrijeme fizika je već znala za molekularnu strukturu materije. Bilo je poznato da se sva tijela sastoje od materije koja se sastoji od molekula, a potonje od atoma.

Thomson je otkrio da pod određenim uslovima atomi gasa emituju čestice sa negativnim nabojem (q_el <0). Zovu se elektroni. Atom je neutralan, što znači da ako elektroni izlete iz njega, tada tamo moraju biti sadržane i pozitivne čestice. Koji je dio atoma sa znakom "+"? Kako djeluje sa negativno nabijenim elektronom? Šta određuje masu atoma? Drugi naučnik je mogao odgovoriti na sva ova pitanja.

Rutherfordovo iskustvo

Početne informacije o strukturi fizičara materije 1911. godine. već u vlasništvu. Ernest Rutherford otkrio je ono što danas zovemo atomsko jezgro.

Postoje supstance koje imaju čudno svojstvo: spontano emituju različite čestice, , oba pozitivna, i negativan. Takve supstance su nazvane radioaktivnim. Pozitivno nabijeni elementi Rutherford zvani alfa čestice (α-čestice).

Imaju optužbu sa znakom "+", jednako dva osnovna (q_α = +2e). Težina elemenata približno je jednaka četiri mase atoma vodonika. Rutherford je uzeo radioaktivni lijek koji emituje alfa čestice i bombardirao tanak zlatni film (foliju) njihovim tokom.

Otkrio je da većina α-elemenata jedva mijenja svoj smjer kada prolazi kroz atome metala. Ali postoji veoma mali broj onih koji odstupaju unazad. Zašto se ovo dešava? Poznavajući fiziku strukture materije, može se odgovoriti: jer unutar atoma zlata, kao i svakog drugog, postoje pozitivni elementi koji odbijaju alfa čestice. Ali zašto se to dešava samo sa vrlo malim brojem elemenata? Zato što je veličina pozitivno nabijenog dijela atoma mnogo manja od nje same. Rutherford je došao do ovog zaključka. Pozitivno nabijeni dio atoma nazvao je jezgro.

Struktura atoma

Fizika strukture materije: molekuli se sastoje od atoma koji sadrže mali pozitivno nabijeni dio (jezgro) okružen elektronima. Neutralnost atoma objašnjava se činjenicom da je ukupni negativni naboj elektrona jednak pozitivnom-jezgri. q_jezgra + q_el= 0. Zašto elektroni ne padnu na jezgro, jer ih privlače? Da odgovorim Na ovo pitanje, Rutherford je predložio da se rotiraju dok se planete kreću oko Sunca i da se ne sudaraju s njim. To je kretanje koje omogućava da ovaj sistem bude stabilan. Model atoma, koji je izumio Rutherford, nazvan je planetarnim.

Ako je atom neutralan, a broj elektrona u njemu mora nužno biti cijeli broj, tada je naboj jezgra jednak ovoj vrijednosti sa znakom plus. q_jezgra= +z * e. z je broj elektrona u neutralnom atomu. U ovom slučaju, ukupno punjenje je nula. Kako saznati broj elektrona u atomu? Morate koristiti periodični sistem elemenata. Dimenzije atoma su reda veličine 10^-10 m. A jezgra su 100 hiljada puta manja — 10^-15 m.

Zamislite da smo povećali veličinu jezgre na 1 metar. U čvrstom, rastojanje između atoma približno je jednako veličini sebe, što znači da će se veličina povećati na 10⁵, a ovo je 100 km. Odnosno, atom se praktično sastoji od praznine, zbog čega alfa čestice uglavnom lete kroz foliju, gotovo bez odstupanja.

Osnovna struktura

Fizika strukture materije je takva da se jezgro sastoji od dvije vrste čestica. Neki od njih imaju pozitivan naboj. Ako uzmemo u obzir atom sa tri elektrona, onda se unutar njega nalaze tri čestice sa pozitivnim nabojem. Zovu se protoni. Ostali elementi nemaju električni naboj-neutroni.

Mase protona i neutrona su približno jednake. Obje čestice imaju težinu mnogo veću od elektrona. m_protona ≈ 1837m_el. Isto važi i za masu neutrona. Zaključak slijedi iz ovoga: težina pozitivno i neutralno nabijene čestice - faktor koji određuje masu atoma. Protoni i neutroni imaju zajednički naziv-nukleoni. Težina atoma određena je njihovim brojem, koji se naziva maseni broj jezgra. Označili smo broj elektrona u atomu sa slovom z, ali. . ako je neutralan, tada broj pozitivnog i negativnog čestice se moraju podudarati. Stoga se z također naziva proton ili broj naboja.

Ako su poznati brojevi mase i naboja, tada možemo pronaći i broj neutrona N. N = A-z. Kako saznati koliko nukleona i protona ima u jezgru? Ispostavilo se da je u periodnom sistemu pored svakog elementa naznačen broj, koji hemičari nazivaju relativnom atomskom masom.

Ako ga zaokružimo, ne dobijamo ništa više od masenog broja ili broja nukleona u jezgru (a). Redni broj elementa je broj protona (z). Poznavanje A i z, lako je pronaći N-broj neutrona. Ako je atom neutralan, tada je broj elektrona i protona jednak.

Izotopi

Postoje varijante jezgra u kojima se broj protona poklapa, a broj neutrona se može razlikovati (što znači isti hemijski element). Zovu se izotopi. U prirodi su se miješali atomi različitih sorti, pa hemičari mjere prosječnu masu. Zato je u periodnom sistemu relativna težina atoma uvijek razlomak. Hajde da shvatimo šta se dešava sa neutralnim atomom ako uklonite elektron iz njega ili, obrnuto, stavite dodatni.

Ioni

Razmotrimo neutralni atom litijuma. Postoji jezgro, dva elektrona se nalaze na jednoj ljusci, a tri na drugoj. Ako uzmemo jedan od njih, dobijamo pozitivno nabijeno jezgro. od q_jezgro = 3e. Elektroni kompenziraju samo dva od tri elementarna naboja i dobijamo pozitivan Jon. Označava se kao: Li⁺. Ion je atom čiji je broj elektrona manji ili veći od broja protona u jezgru. U prvom slučaju, to je pozitivan Jon. Ako dodamo dodatni elektron, tada će ih već biti četiri i dobićemo negativni ion (Li^-). Takva je fizika strukture materije. Dakle, neutralni atom razlikuje se od iona po tome što elektroni u njemu u potpunosti kompenziraju naboj jezgre.