inti atom. Dimensi inti

Atom adalah partikel terkecil unsur kimia, yang mempertahankan semua Sifat kimia. Sebuah atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif. Muatan inti dari setiap unsur kimia sama dengan produk dari Z dan e, di mana Z adalah nomor seri elemen yang diberikan dalam sistem periodik unsur kimia, e adalah nilai unsur muatan listrik.

Elektron- ini adalah partikel terkecil dari suatu zat dengan muatan listrik negatif e=1.6·10 -19 coulomb, diambil sebagai muatan listrik dasar. Elektron, yang berputar di sekitar nukleus, terletak di kulit elektron K, L, M, dll. K adalah kulit yang paling dekat dengan nukleus. Ukuran atom ditentukan oleh ukuran kulit elektronnya. Sebuah atom dapat kehilangan elektron dan menjadi ion positif, atau mendapatkan elektron dan menjadi ion negatif. Muatan ion menentukan jumlah elektron yang hilang atau diperoleh. Proses perubahan atom netral menjadi ion bermuatan disebut ionisasi.

inti atom (bagian tengah atom) terdiri dari partikel nuklir elementer - proton dan neutron. Jari-jari inti sekitar seratus ribu kali lebih kecil dari jari-jari atom. Kepadatan inti atom sangat tinggi. Proton- Ini adalah partikel elementer stabil yang memiliki muatan listrik positif satuan dan massa 1836 kali lebih besar dari massa elektron. Proton adalah inti dari unsur paling ringan, hidrogen. Jumlah proton dalam inti adalah Z. neutron adalah partikel elementer netral (tidak bermuatan listrik) dengan massa yang sangat dekat dengan massa proton. Karena massa inti adalah jumlah massa proton dan neutron, jumlah neutron dalam inti atom adalah A - Z, di mana A adalah nomor massa isotop tertentu (lihat). Proton dan neutron yang membentuk inti disebut nukleon. Di dalam nukleus, nukleon terikat oleh gaya nuklir khusus.

Inti atom memiliki simpanan energi yang sangat besar, yang dilepaskan selama reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi ketika inti atom berinteraksi dengan partikel elementer atau dengan inti unsur lain. Sebagai hasil dari reaksi nuklir, inti baru terbentuk. Misalnya, neutron dapat berubah menjadi proton. Dalam hal ini, partikel beta, yaitu elektron, dikeluarkan dari nukleus.

Transisi dalam inti proton menjadi neutron dapat dilakukan dengan dua cara: baik partikel dengan massa sama dengan massa elektron, tetapi dengan muatan positif, yang disebut positron (peluruhan positron), dipancarkan dari nukleus, atau nukleus menangkap salah satu elektron dari kulit K terdekat (penangkapan K).

Kadang-kadang inti yang terbentuk memiliki kelebihan energi (dalam keadaan tereksitasi) dan, melewati keadaan normal, melepaskan kelebihan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek. Energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir secara praktis digunakan dalam berbagai industri industri.

Atom (bahasa Yunani atomos - tak dapat dibagi) adalah partikel terkecil dari unsur kimia yang memiliki sifat kimianya. Setiap unsur terdiri dari jenis atom tertentu. Struktur atom termasuk inti yang membawa muatan listrik positif, dan elektron bermuatan negatif (lihat), membentuk kulit elektroniknya. Nilai muatan listrik inti sama dengan Z-e, di mana e adalah muatan listrik dasar, sama besarnya dengan muatan elektron (4,8 10 -10 e.-st unit), dan Z adalah nomor atom unsur ini dalam sistem periodik unsur kimia (lihat .). Karena atom yang tidak terionisasi bersifat netral, jumlah elektron yang termasuk di dalamnya juga sama dengan Z. Komposisi inti (lihat. Inti atom) termasuk nukleon, partikel elementer dengan massa kira-kira 1840 kali lebih besar dari massa suatu elektron (sama dengan 9,1 10 - 28 g), proton (lihat), bermuatan positif, dan neutron yang tidak bermuatan (lihat). Jumlah nukleon dalam inti disebut nomor massa dan dilambangkan dengan huruf A. Jumlah proton dalam inti, sama dengan Z, menentukan jumlah elektron yang masuk ke atom, struktur kulit elektron dan kimia sifat-sifat atom. Jumlah neutron dalam inti adalah A-Z. Isotop disebut varietas dari unsur yang sama, yang atom-atomnya berbeda satu sama lain dalam nomor massa A, tetapi memiliki Z yang sama. Jadi, dalam inti atom dari isotop yang berbeda dari satu unsur terdapat jumlah neutron yang berbeda pada nomor yang sama proton. Saat menentukan isotop, nomor massa A ditulis di bagian atas simbol unsur, dan nomor atom di bagian bawah; misalnya, isotop oksigen dilambangkan:

Dimensi atom ditentukan oleh dimensi kulit elektron dan untuk semua Z adalah sekitar 10 -8 cm Karena massa semua elektron atom beberapa ribu kali lebih kecil dari massa inti, massa atom atom sebanding dengan nomor massa. Massa relatif sebuah atom dari isotop tertentu ditentukan dalam kaitannya dengan massa atom dari isotop karbon C 12, diambil sebagai 12 unit, dan disebut massa isotop. Ternyata mendekati nomor massa isotop yang sesuai. Berat relatif atom suatu unsur kimia adalah nilai rata-rata (dengan mempertimbangkan kelimpahan relatif isotop suatu unsur tertentu) dari berat isotop dan disebut berat atom (massa).

Atom adalah sistem mikroskopis, dan struktur serta sifatnya hanya dapat dijelaskan dengan bantuan teori kuantum, yang dibuat terutama pada tahun 20-an abad ke-20 dan dimaksudkan untuk menggambarkan fenomena pada skala atom. Eksperimen telah menunjukkan bahwa mikropartikel - elektron, proton, atom, dll. - selain yang berbentuk sel, memiliki sifat gelombang dimanifestasikan dalam difraksi dan interferensi. Dalam teori kuantum, medan gelombang tertentu yang dicirikan oleh fungsi gelombang (fungsi-Ψ) digunakan untuk menggambarkan keadaan objek mikro. Fungsi ini menentukan probabilitas keadaan yang mungkin dari suatu objek mikro, yaitu, mencirikan kemungkinan potensial untuk manifestasi satu atau lain sifat-sifatnya. Hukum variasi fungsi dalam ruang dan waktu (persamaan Schrödinger), yang memungkinkan untuk menemukan fungsi ini, memainkan peran yang sama dalam teori kuantum seperti hukum gerak Newton dalam mekanika klasik. Penyelesaian persamaan Schrödinger dalam banyak kasus mengarah pada kemungkinan keadaan sistem yang diskrit. Jadi, misalnya, dalam kasus atom, serangkaian fungsi gelombang untuk elektron diperoleh sesuai dengan nilai energi yang berbeda (terkuantisasi). Sistem tingkat energi atom, yang dihitung dengan metode teori kuantum, telah menerima konfirmasi cemerlang dalam spektroskopi. Transisi atom dari keadaan dasar yang sesuai dengan yang terendah tingkat energi E 0 , di salah satu keadaan tereksitasi E i terjadi ketika bagian tertentu dari energi E i - E 0 diserap. Sebuah atom tereksitasi masuk ke keadaan kurang tereksitasi atau dasar, biasanya dengan emisi foton. Dalam hal ini, energi foton hv sama dengan perbedaan antara energi atom dalam dua keadaan: hv= E i - E k di mana h adalah konstanta Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v adalah frekuensi cahaya.

Selain spektrum atom, teori kuantum telah memungkinkan untuk menjelaskan sifat-sifat atom lainnya. Secara khusus, valensi, sifat ikatan kimia dan struktur molekul dijelaskan, dan teori sistem periodik unsur dibuat.

Menyelidiki perjalanan partikel melalui foil emas tipis (lihat Bagian 6.2), E. Rutherford sampai pada kesimpulan bahwa atom terdiri dari inti bermuatan positif yang berat dan elektron yang mengelilinginya.

inti disebut pusat atom,di mana hampir semua massa atom dan muatan positif .

PADA komposisi inti atom termasuk partikel elementer : proton dan neutron (nukleon dari kata latin inti- inti). Model inti proton-neutron seperti itu diusulkan oleh fisikawan Soviet pada tahun 1932 D.D. Ivanenko. Proton memiliki muatan positif e + = 1,06 10 -19 C dan massa diam m p\u003d 1,673 10 -27 kg \u003d 1836 Saya. neutron ( n) adalah partikel netral dengan massa diam M N= 1,675 10 -27 kg = 1839 Saya(dimana massa elektron Saya, sama dengan 0,91 10 -31 kg). pada gambar. 9.1 menunjukkan struktur atom helium menurut gagasan akhir abad XX - awal abad XXI.

Biaya inti sama dengan Ze, di mana e adalah muatan proton, Z- nomor tagihan sama dengan nomor seri unsur kimia dalam sistem periodik unsur Mendeleev, yaitu jumlah proton dalam inti. Jumlah neutron dalam nukleus dilambangkan N. Biasanya Z > N.

inti dengan Z= 1 sampai Z = 107 – 118.

Jumlah nukleon dalam inti A = Z + N ditelepon nomor massa . inti dengan yang sama Z, tapi berbeda TETAPI ditelepon isotop. Kernel, yang, pada saat yang sama A memiliki perbedaan Z, disebut isobar.

Inti dilambangkan dengan simbol yang sama dengan atom netral, di mana X adalah lambang unsur kimia. Misalnya: hidrogen Z= 1 memiliki tiga isotop: – protium ( Z = 1, N= 0), adalah deuterium ( Z = 1, N= 1), – tritium ( Z = 1, N= 2), timah memiliki 10 isotop, dan seterusnya. Di sebagian besar isotop dari unsur kimia yang sama, mereka memiliki sifat kimia dan kedekatan yang sama properti fisik. Secara total, sekitar 300 isotop stabil dan lebih dari 2000 diperoleh secara alami dan buatan diketahui. isotop radioaktif.

Ukuran nukleus ditandai dengan jari-jari nukleus, yang memiliki makna bersyarat karena kaburnya batas nukleus. Bahkan E. Rutherford, menganalisis eksperimennya, menunjukkan bahwa ukuran inti sekitar 10-15 m (ukuran atom adalah 10-10 m). Ada rumus empiris untuk menghitung jari-jari inti:

(9.1.1)

di mana R 0 = (1.3 - 1.7) 10 -15 m Dari sini terlihat bahwa volume inti sebanding dengan jumlah nukleon.

Massa jenis zat inti berada pada urutan 10 17 kg/m 3 dan konstan untuk semua inti. Ini sangat melebihi kepadatan zat biasa terpadat.

Proton dan neutron adalah fermion, karena berputar ħ /2.

Inti atom memiliki momentum sudut sendiri – putaran nuklir :

(9.1.2)

di mana Saya – intern(menyelesaikan)spin bilangan kuantum.

Nomor Saya menerima nilai integer atau setengah integer 0, 1/2, 1, 3/2, 2, dst. Kernel dengan bahkan TETAPI memiliki putaran bilangan bulat(dalam satuan ħ ) dan patuhi statistik bos–Einstein(boson). Kernel dengan aneh TETAPI memiliki putaran setengah bilangan bulat(dalam satuan ħ ) dan patuhi statistik Fermi–dirac(itu. inti adalah fermion).

Partikel nuklir memiliki momen magnetiknya sendiri, yang menentukan momen magnetik inti secara keseluruhan. Satuan untuk mengukur momen magnetik inti adalah magneton nuklir racun:

(9.1.3)

Di Sini e adalah nilai mutlak muatan elektron, m p adalah massa proton.

Magneton nuklir di m p/Saya= 1836,5 kali lebih kecil dari magneton Bohr, oleh karena itu sifat magnetik atom ditentukan sifat magnetik elektronnya .

Ada hubungan antara spin inti dan momen magnetnya:

(9.1.4)

dimana racun - rasio gyromagnetic nuklir.

Neutron memiliki momen magnet negatif n– 1,913μ beracun karena arah putaran neutron dan momen magnetnya berlawanan. Momen magnet proton adalah positif dan sama dengan R 2,793μ racun. Arahnya bertepatan dengan arah putaran proton.

Distribusi muatan listrik proton di atas inti umumnya asimetris. Ukuran deviasi distribusi ini dari simetri bola adalah momen listrik quadrupole inti Q. Jika kerapatan muatan diasumsikan sama di semua tempat, maka Q ditentukan hanya oleh bentuk inti. Jadi, untuk elipsoid revolusi

(9.1.5)

di mana b adalah semisumbu ellipsoid sepanjang arah putaran, sebuah- sumbu dalam arah tegak lurus. Untuk inti yang diregangkan sepanjang arah putaran, b > sebuah dan Q> 0. Untuk nukleus oblate dalam arah ini, b < sebuah dan Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = sebuah dan Q= 0. Hal ini berlaku untuk inti dengan spin sama dengan 0 atau ħ /2.

Untuk melihat demo, klik hyperlink yang sesuai:

Planet-planet dan bahkan matahari itu sendiri berukuran kecil dibandingkan dengan ukuran tata surya. Misalnya jarak bumi ke matahari diameter lebih besar Matahari kira-kira 100 kali, dan jarak dari Matahari ke planet terjauh Pluto adalah 4.000 kali lebih besar dari diameter Matahari. Volume matahari hanya

iwuoiuo'oJ - Volume bola dengan jari-jari yang sama dengan jarak dari Matahari ke Pluto. Situasi yang sama terjadi di atom, meskipun faktanya hampir semua berat atom terkonsentrasi di nukleusnya, 10 dimensi nukleus sangat kecil dibandingkan dengan dimensi atom.

Diameter inti atom dari unsur yang berbeda agak berbeda satu sama lain, tetapi secara umum, diameter inti kira-kira 100.000 kali lebih kecil dari diameter atom. Jadi

Dengan demikian, nukleus hanya menempati "T" dalam atom

Bagian dari volumenya (ingat bahwa volume sebanding dengan

Nalen ke kubus dengan diameter). Inti atom menempati 2.000 kali lebih sedikit ruang daripada matahari di tata surya.

Jika nukleus diperbesar hingga seukuran kepala peniti, maka atom tidak akan muat di aula besar berukuran seratus meter. Jika kita ingin meningkatkan inti seukuran roda gigi jam saku, maka atom akan lebih besar dari kapal uap laut yang besar (Gbr. 3).

Misalkan sekarang adalah mungkin untuk memampatkan materi sedemikian rupa sehingga inti atom akan saling bersentuhan. Kemudian kapal perang besar dengan bobot 45.000 ton akan muat di kepala peniti!

Tugas kita adalah menceritakan tentang inti atom dan energinya. Kami tidak akan berbicara secara rinci tentang atom dan strukturnya di sini, dan jika di atas kami harus membahasnya secara singkat

Pertanyaannya hanya karena nukleus adalah bagian dari atom. Tanpa mengetahui struktur atom, tidak mungkin mempelajari sifat-sifat inti. Oleh karena itu, fisikawan pertama-tama dengan penuh semangat mengambil atom. Studi tentang inti menjadi fokus hanya 15 tahun yang lalu, ketika struktur atom menjadi terkenal.Saat ini, studi tentang sifat dan struktur inti atom justru menjadi masalah utama yang dihadapi banyak fisikawan.

Kita tahu bahwa nukleus adalah pusat atom, kita sudah tahu muatan, berat, dan ukurannya.

Tapi bagaimana kernel diatur? Apakah nukleus terdiri dari partikel lain yang lebih sederhana, atau apakah itu sendiri partikel paling sederhana? Apakah mungkin untuk menghancurkan inti dan bagaimana melakukannya? Semua pertanyaan ini sekarang muncul di hadapan kita dan mereka perlu dijawab.

Aplikasi energi nuklir cukup daerah baru ilmu pengetahuan dan teknologi. Begitu banyak yang masih belum diketahui. Kami tidak akan berfantasi tentang topik ini. Penggunaan energi nuklir yang kita bicarakan...

Selain uranium, inti unsur protaktinium (muatan 91) dan thorium (muatan 90) juga mengalami fisi di bawah pengaruh neutron. Penggunaan protaktinium sama sekali tidak ada bedanya, karena elemen ini sangat langka: di ...

235 Fisi inti uranium 92 dalam uranium alam yang dicampur dengan timah grafit, seperti yang telah dijelaskan di atas, hingga pembentukan plutonium. Sungguh luar biasa bahwa plutonium memiliki sifat yang sama dengan ...

Nukleus adalah bagian tengah atom, di mana hampir semua massa dan muatan positifnya terkonsentrasi. Inti atom terdiri dari partikel dasar- proton dan neutron (model proton-neutron diusulkan oleh fisikawan Soviet Ivanenko, dan kemudian dikembangkan oleh Heisenberg). Inti atom dicirikan oleh muatan. Muatan inti adalah nilai , di mana e adalah muatan proton, Z adalah nomor urut unsur kimia dalam sistem periodik, sama dengan jumlah proton dalam inti. Jumlah nukleon dalam inti A=N+Z disebut nomor massa, di mana N adalah jumlah neutron dalam inti.

Inti dengan Z yang sama tetapi A berbeda disebut isotop. Inti yang memiliki nilai Z berbeda untuk A yang sama disebut isobar. Inti dari kimia. elemen X dilambangkan

Dimana X adalah simbol kimia. elemen. Ukuran nukleus dicirikan oleh jari-jari nukleus. Rumus empiris jari-jari inti, di mana m, dapat diartikan sebagai proporsionalitas volume inti dengan jumlah nukleon di dalamnya. Kepadatan untuk materi nuklir adalah urutan besarnya dan konstan untuk semua inti. Massa nukleus lebih kecil dari jumlah massa nukleon penyusunnya, dan cacat massa ini ditentukan oleh rumus berikut. Massa yang tepat dari inti dapat ditentukan dengan menggunakan spektrometer massa. Nukleon dalam atom adalah fermion dan memiliki spin. Inti atom memiliki momentum sudutnya sendiri - putaran inti, sama dengan , di mana I adalah bilangan kuantum putaran internal (total).

Angka I mengambil nilai integer atau setengah integer, dan seterusnya. Partikel nuklir memiliki momen magnetiknya sendiri, yang menentukan momen magnetik inti secara keseluruhan. Magneton inti berfungsi sebagai satuan momen magnet inti: , di mana e adalah nilai absolut muatan elektron, adalah massa proton. Ada hubungan antara spin nuklir yang dinyatakan dalam dan momen magnetnya , di mana adalah rasio giromagnetik nuklir. Distribusi muatan listrik proton di atas inti umumnya asimetris. Ukuran deviasi distribusi ini dari simetri bola adalah momen listrik kuadrupol Q dari nukleus. Jika rapat muatan diasumsikan sama di mana-mana, maka Q hanya ditentukan oleh bentuk inti. Jadi untuk inti berbentuk ellipsoid revolusi, , di mana b adalah semiaxis ellipsoid sepanjang arah putaran; a - setengah sumbu dalam arah tegak lurus. Untuk inti yang diperpanjang sepanjang arah putaran, b>a dan Q>0. Untuk inti yang diratakan dalam arah ini, b

Di antara nukleon-nukleon yang membentuk nukleus, ada gaya khusus dan spesifik untuk nukleus, yang secara signifikan melebihi gaya tolak Coulomb antara proton. Mereka disebut kekuatan nuklir. Nuklir termasuk dalam kelas yang disebut interaksi kuat. Sifat dasar gaya nuklir:

1. racun. kekuatan adalah kekuatan tarik-menarik;

2. racun. kekuatan jarak pendek;

3. racun. gaya dicirikan oleh kemandirian muatan: gaya nuklir yang bekerja antara dua proton, atau proton dan neutron, besarnya sama, yaitu. pasukan nuklir tidak memiliki email. alam;

4. racun. gaya cenderung jenuh, yaitu setiap nukleon dalam nukleus hanya berinteraksi dengan sejumlah nukleon yang paling dekat dengannya;

5. racun. gaya bergantung pada orientasi timbal balik dari spin nukleon yang berinteraksi;

6. racun. kekuatan tidak sentral.

model kernel.

1. Drop core model adalah model pertama. Ini didasarkan pada analogi antara perilaku nukleon dalam nukleus dan perilaku molekul dalam tetesan cairan. Jadi, dalam kedua kasus tersebut, gaya yang bekerja antara partikel penyusunnya - molekul dalam cairan dan nukleon dalam inti - memiliki jarak pendek dan cenderung jenuh. Setetes cairan di bawah kondisi eksternal tertentu dicirikan oleh kerapatan zatnya yang konstan. Inti dicirikan oleh energi ikat spesifik yang praktis konstan dan kerapatan konstan, terlepas dari jumlah nukleon dalam nukleus. Volume tetesan dan volume inti sebanding dengan jumlah partikel. Perbedaan penting antara inti dan tetesan cairan dalam model ini adalah Cl. dalam hal itu menafsirkan nukleus sebagai setetes el. Fluida termampatkan bermuatan yang mematuhi hukum mekanika kuantum. Model jatuhnya inti menjelaskan mekanisme reaksi fisi nuklir, tetapi tidak dapat menjelaskan peningkatan stabilitas inti yang mengandung bilangan ajaib proton dan neutron.

2. Model kulit nukleus mengasumsikan distribusi nukleon dalam nukleus pada diskrit. tingkat diisi sesuai dengan prinsip Pauli dan menghubungkan stabilitas inti dengan pengisian tingkat ini. Diyakini bahwa inti dengan cangkang yang terisi penuh adalah yang paling stabil. Model cangkang nukleus memungkinkan untuk menjelaskan spin dan momen magnetik inti, berbagai stabilitas inti atom, serta untuk menggambarkan inti ringan dan sedang, serta untuk inti dalam keadaan dasar. Dengan akumulasi lebih lanjut dari data eksperimental tentang sifat-sifat inti atom, semakin banyak fakta baru muncul yang tidak sesuai dengan kerangka model yang dijelaskan. Inilah bagaimana model umum nukleus, model optik nukleus, dll., muncul.

Reaksi nuklir.

Reaksi nuklir adalah transformasi inti atom yang disebabkan oleh interaksinya satu sama lain atau dengan partikel elementer.

Sebagai aturan, dua inti dan dua partikel berpartisipasi dalam reaksi nuklir. Satu pasangan inti-partikel adalah yang awal, pasangan lainnya adalah yang terakhir.

Jauh sebelum munculnya data yang dapat diandalkan tentang struktur internal segala sesuatu, para pemikir Yunani membayangkan materi dalam bentuk partikel api terkecil yang terus bergerak. Mungkin, visi tatanan dunia ini berasal dari kesimpulan logis murni. Meskipun beberapa naif dan kurangnya bukti mutlak untuk pernyataan ini, ternyata benar. Meskipun para ilmuwan dapat mengkonfirmasi tebakan yang berani hanya dua puluh tiga abad kemudian.

Struktur atom

Pada akhir abad ke-19, sifat-sifat tabung pelepasan yang dilalui arus diselidiki. Pengamatan telah menunjukkan bahwa dua aliran partikel dipancarkan:

Partikel negatif dari sinar katoda disebut elektron. Selanjutnya, partikel dengan rasio muatan terhadap massa yang sama ditemukan dalam banyak proses. Elektron tampaknya merupakan konstituen universal dari berbagai atom, cukup mudah dipisahkan oleh bombardir ion dan atom.

Partikel yang membawa muatan positif diwakili oleh fragmen atom setelah mereka kehilangan satu atau lebih elektron. Faktanya, sinar positif adalah kelompok atom yang tidak memiliki partikel negatif, dan karena itu memiliki muatan positif.

Model Thompson

Berdasarkan percobaan, ditemukan bahwa partikel positif dan negatif mewakili esensi atom, adalah konstituennya. Ilmuwan Inggris J. Thomson mengajukan teorinya. Menurutnya, struktur atom dan inti atom adalah sejenis massa di mana muatan negatif diperas menjadi bola bermuatan positif, seperti kismis dalam cupcake. Kompensasi muatan membuat kue menjadi netral secara elektrik.

Model Rutherford

Ilmuwan muda Amerika Rutherford, menganalisis jejak yang tersisa setelah partikel alfa, sampai pada kesimpulan bahwa model Thompson tidak sempurna. Beberapa partikel alfa dibelokkan dengan sudut kecil - 5-10 o. Dalam kasus yang jarang terjadi, partikel alfa dibelokkan pada sudut besar 60-80 o , dan dalam kasus luar biasa, sudutnya sangat besar - 120-150 o . Model atom Thompson tidak dapat menjelaskan perbedaan seperti itu.

Rutherford mengusulkan model baru yang menjelaskan struktur atom dan inti atom. Fisika proses menyatakan bahwa atom harus 99% kosong, dengan inti kecil dan elektron berputar di sekitarnya, yang bergerak dalam orbit.

Dia menjelaskan penyimpangan selama tumbukan dengan fakta bahwa partikel atom memiliki muatan listriknya sendiri. Di bawah pengaruh partikel bermuatan yang membombardir, unsur-unsur atom berperilaku seperti benda bermuatan biasa dalam makrokosmos: partikel dengan muatan yang sama saling tolak, dan dengan muatan yang berlawanan mereka tarik-menarik.

Keadaan atom

Pada awal abad terakhir, ketika akselerator partikel pertama diluncurkan, semua teori yang menjelaskan struktur inti atom dan atom itu sendiri sedang menunggu verifikasi eksperimental. Pada saat itu, interaksi sinar alfa dan beta dengan atom telah dipelajari secara menyeluruh. Sampai tahun 1917, diyakini bahwa atom stabil atau radioaktif. Atom yang stabil tidak dapat dipecah, peluruhan inti radioaktif tidak dapat dikendalikan. Namun Rutherford berhasil membantah pendapat tersebut.

proton pertama

Pada tahun 1911, E. Rutherford mengajukan gagasan bahwa semua inti terdiri dari unsur-unsur yang sama, yang dasarnya adalah atom hidrogen. Gagasan ini didorong oleh kesimpulan penting dari studi sebelumnya tentang struktur materi: massa semua elemen kimia dibagi tanpa jejak oleh massa hidrogen. Asumsi baru membuka kemungkinan yang belum pernah terjadi sebelumnya, memungkinkan kita untuk melihat struktur inti atom dengan cara baru. Reaksi nuklir harus mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis baru.

Percobaan dilakukan pada tahun 1919 dengan atom nitrogen. Dengan membombardir mereka dengan partikel alfa, Rutherford mencapai hasil yang luar biasa.

Atom N menyerap partikel alfa, kemudian berubah menjadi atom oksigen O 17 dan memancarkan inti hidrogen. Ini adalah transformasi buatan pertama dari sebuah atom dari satu elemen ke elemen lainnya. Pengalaman seperti itu memberi harapan bahwa struktur inti atom, fisika dari proses yang ada memungkinkan untuk melakukan transformasi nuklir lainnya.

Ilmuwan menggunakan dalam eksperimennya metode kilau - berkedip. Dari frekuensi kilasan, ia menarik kesimpulan tentang komposisi dan struktur inti atom, tentang karakteristik partikel yang lahir, tentang massa atom dan nomor serinya. Partikel yang tidak diketahui itu dinamai oleh Rutherford sebagai proton. Ia memiliki semua karakteristik atom hidrogen yang terlepas dari elektron tunggalnya - satu muatan positif dan massa yang sesuai. Dengan demikian terbukti bahwa proton dan inti hidrogen adalah partikel yang sama.

Pada tahun 1930, ketika akselerator besar pertama dibangun dan diluncurkan, model atom Rutherford diuji dan dibuktikan: setiap atom hidrogen terdiri dari elektron tunggal, yang posisinya tidak dapat ditentukan, dan atom lepas dengan proton positif tunggal di dalamnya. . Karena proton, elektron, dan partikel alfa dapat terbang keluar dari atom ketika dibombardir, para ilmuwan berpikir bahwa mereka adalah konstituen dari inti atom mana pun. Tetapi model atom nukleus seperti itu tampak tidak stabil - elektronnya terlalu besar untuk muat di dalam nukleus, selain itu, ada kesulitan serius yang terkait dengan pelanggaran hukum momentum dan kekekalan energi. Kedua undang-undang ini, seperti akuntan yang ketat, mengatakan bahwa momentum dan massa selama pemboman menghilang ke arah yang tidak diketahui. Karena undang-undang ini diterima secara umum, maka perlu dicari penjelasan untuk kebocoran semacam itu.

neutron

Para ilmuwan di seluruh dunia membuat eksperimen yang bertujuan untuk menemukan konstituen baru dari inti atom. Pada 1930-an, fisikawan Jerman Becker dan Bothe membombardir atom berilium dengan partikel alfa. Dalam hal ini, radiasi yang tidak diketahui didaftarkan, yang diputuskan untuk disebut sinar-G. Studi terperinci mengungkapkan beberapa fitur dari sinar baru: mereka dapat merambat secara ketat dalam garis lurus, tidak berinteraksi dengan medan listrik dan magnet, dan memiliki daya tembus yang tinggi. Kemudian, partikel yang membentuk jenis radiasi ini ditemukan dalam interaksi partikel alfa dengan elemen lain - boron, kromium, dan lainnya.

Hipotesis Chadwick

Kemudian James Chadwick, seorang rekan dan mahasiswa Rutherford, memberikan laporan singkat di majalah Nature, yang kemudian menjadi terkenal. Chadwick menarik perhatian pada fakta bahwa kontradiksi dalam hukum kekekalan mudah diselesaikan jika kita mengasumsikan bahwa radiasi baru adalah aliran partikel netral, yang masing-masing memiliki massa yang kira-kira sama dengan massa proton. Mempertimbangkan asumsi ini, fisikawan secara signifikan melengkapi hipotesis yang menjelaskan struktur inti atom. Secara singkat, esensi dari penambahan itu direduksi menjadi partikel baru dan perannya dalam struktur atom.

Sifat neutron

Partikel yang ditemukan diberi nama "neutron". Partikel yang baru ditemukan tidak membentuk medan elektromagnetik di sekitarnya dan dengan mudah melewati materi tanpa kehilangan energi. Dalam tabrakan yang jarang terjadi dengan inti atom ringan, neutron mampu melumpuhkan inti atom, kehilangan sebagian besar energinya. Struktur inti atom mengasumsikan adanya jumlah neutron yang berbeda di setiap zat. Atom dengan muatan inti yang sama tetapi jumlah neutron yang berbeda disebut isotop.

Neutron telah berfungsi sebagai pengganti yang sangat baik untuk partikel alfa. Saat ini, mereka digunakan untuk mempelajari struktur inti atom. Secara singkat, signifikansi mereka untuk sains tidak dapat dijelaskan, tetapi berkat pemboman inti atom oleh neutron, fisikawan dapat memperoleh isotop dari hampir semua elemen yang diketahui.

Susunan inti atom

Saat ini, struktur inti atom adalah kumpulan proton dan neutron yang disatukan oleh gaya nuklir. Misalnya, inti helium adalah gumpalan dua neutron dan dua proton. Unsur ringan memiliki jumlah proton dan neutron yang hampir sama, sedangkan unsur berat memiliki jumlah neutron yang jauh lebih besar.

Gambaran struktur nukleus ini dikonfirmasi oleh eksperimen pada akselerator besar modern dengan proton cepat. Gaya tolak-menolak listrik proton diseimbangkan oleh gaya kuat yang hanya bekerja di nukleus itu sendiri. Meskipun sifat gaya nuklir belum sepenuhnya dipahami, keberadaannya terbukti secara praktis dan menjelaskan sepenuhnya struktur inti atom.

Hubungan antara massa dan energi

Pada tahun 1932, ruang awan menangkap foto menakjubkan yang membuktikan keberadaan partikel bermuatan positif, dengan massa elektron.

Sebelum ini, elektron positif secara teoritis diprediksi oleh P. Dirac. Sebuah elektron positif nyata juga ditemukan dalam radiasi kosmik. Partikel baru itu disebut positron. Ketika bertabrakan dengan kembarannya - sebuah elektron, pemusnahan terjadi - pemusnahan timbal balik dari dua partikel. Ini melepaskan sejumlah energi.

Dengan demikian, teori yang dikembangkan untuk makrokosmos sepenuhnya cocok untuk menggambarkan perilaku elemen terkecil dari materi.