Поиск





Суббота, 20.07.2019, 05:50
Приветствую Вас Гость | RSS
Всё что нас окружает имеет свою загадку...
Главная | Регистрация | Вход


Главная » Ядерная физика

Модели атома и атомного ядра

Все наше знакомство с атомом и его ядром основано на очень косвенных методах исследования. Поэтому всякого рода термины: «строение» ядра атома, его «изображение» и сходные выражения — носят почти целиком условный характер. Ядро атома, во-первых, невидимо, во-вторых, почти каждое новое, не только фундаментальное, но и частное открытие в ядерной физике часто заставляет ученых видоизменять, совершенствовать, а подчас и начисто менять картину устройства этой важнейшей частицы микромира.

Поэтому, чтобы не создавать неправильного, научно неверного представления об истинной картине описываемых явлений, физики, как правило, говорят о «модели» атома или его ядра. Такой термин более правильно и точно отражает состояние самых последних фактических знаний и представлений о таинственном мире, изучение которого стало целью и смыслом жизни многих поколений ученых.

Самой первой моделью атома конца XIX века явился «пудинг с изюмом» Дж. Томсона. Этот большой ученый считал, что неделимый атом, например углерода, состоит из сферы — сплошного сгустка положительно заряженного электричества, в которую вкраплено шесть электронов. Сумма отрицательных зарядов всех этих электронов в точности равна величине положительного заряда всей сферы, что и объясняет, почему в обычном состоянии атом всегда нейтрален и лишь потеря им одного или нескольких электронов приводит к образованию положительно заряженного атома, т. е. положительного иона.

Открытие явления радиоактивности и существования у атома ядра заставило пересмотреть модель атома, что и сделал Э. Резерфорд, предложивший новую, так называемую планетарную модель атома, созданную по аналогии с солнечной системой.

Согласно этой модели, атом состоит из ядра, расположенного в самом центре атома, вокруг ядра электроны образуют как бы клубок орбит. От количества этих вращающихся электронов и зависят все химические свойства элементов.

Данная модель отличнейшим образом представляла устройство атома водорода. Его ядро составляла положительно заряженная частица — протон, вокруг которого вращался единственный электрон. Сходились также и их заряды, массы, размеры.

Ядра всех других элементов были тяжелее протона. Например, масса ядра следующего за водородом элемента — гелия, вокруг которого вращается два электрона, вчетверо больше массы протона и т. д. Наконец, ядро атома урана, вокруг которого вращается 92 электрона, в 238 раз тяжелее протона.

Поначалу такое усложнение массы ядра атома не вызывало особых неудобств, так как по тем временам более важным считалось то, что число электронов, а следовательно, и отрицательных электрических зарядов в атоме в точности совпадало с суммарным положительным зарядом ядра атома (также соответствующим порядковому номеру элемента), поэтому «нормальный» атом всегда был нейтральным. Все идеально подтверждалось и таблицей Менделеева, расположившего некоторые элементы не в порядке возрастания их атомных весов, а по числу электрических зарядов, т. е. электронов в оболочке атома.

С того момента, когда ученым удалось впервые определить атомные веса различных элементов, их всегда поражала закономерность, с какой этот вес увеличивался от элемента к элементу в кратном соотношении к весу самого легкого из них — водороду. И не далее как в 1816 г. лондонский врач и страстный поклонник химии Вильям Проут высказал мысль о том» что если бы атомы всех химических элементов были первичными основными частицами, подлинными «кирпичами мироздания», не разложимыми на части и нисколько не связанными друг с другом, то какая могла бы быть причина того» что атом азота ровно в 14 раз тяжелее атома водорода, а кислородный атом — ровно в 16 раз?

Отсюда любознательный естествоиспытатель сделал очень дальновидный вывод — атомы всех веществ сложены именно из атомов водорода. Атом азота — это 14 атомов водорода, собранных воедино, атом кислорода—16 атомов водорода ит. д.

Эта гениальная догадка, будь она принята всей ученой корпорацией, могла бы значительно ускорить дальнейшее развитие физической науки. Но... последующие, более точные измерения атомных весов показали, что массы атомов всех других элементов не являются целыми кратными массы атома водорода. К тому же эти различия иногда оказываются столь значительными, что исключают возможные неточности измерений! Опровергнуть или сколько-нибудь удовлетворительно объяснить эти расхождения между соблазнительной гипотезой и научными фактами в те времена никто не сумел, и эта более чем любопытная идея любознательного врача канула в небытие с тем, чтобы, уже в новом качестве, воскреснуть в XX веке.

Как об этом свидетельствует многовековой опыт науки, все великое в природе в конечном счете оказывается и самым простым. Резерфорд доказал, что ядра всех атомов — тяжелые частицы — заряжены положительно. И ядром атома водорода» бесспорно, является протон. Но если считать, что ядра всех других атомов состоят из набора протонов, то сразу оказывается непонятным одно обстоятельство. Заряд ядра и атомный вес численно совпадают только у водорода. Для всех остальных элементов они расходятся уже основательно — примерно в 2—2,5 раза. Но количество протонов в ядре не может быть больше суммарного заряда ядра. Тогда что это за протоны, меняющие свою массу от элемента к элементу? Или, может быть, в ядро атома входят какие-то еще неизвестные частицы?

По мере дальнейшего развития науки об атомном ядре все чаще и чаще возникала необходимость окончательно разобраться и в этом противоречии. Тогда была выдвинута и обоснована новая модель строения ядра атома, казалось бы, обходящая эту неприятность.

По-прежнему продолжали считать, что ядра всех атомов сложены из протонов, число которых в точности равно числу электронов, т. е. порядковому номеру элемента. Но в допол-нение к ним в состав ядра входят еще протоны, тесно связанные с электронами, которые и нейтрализуют их положительный заряд. Число таких нейтрализованных протонов и составляет разницу между атомным весом и суммой положительных зарядов ядра.

Такая модель вполне удовлетворительно объясняла все известные в то время факты. А наличие электронов в ядре атома доказывалось распадом ядер радиоактивных элементов, в процессе которого из них вылетали самые доподлинные электроны.

Однако очень быстро возникло множество новых противоречий. Например, тот неоднократно проверенный факт, что масса протона и якобы связанного с ним электрона, помноженная на приведенную выше разность между порядковым номером элемента и массой ядра атома, была все же значительно меньше, чем это должно быть на самом деле. «Ариф-метика» не сходилась никак. Поэтому данная модель просуществовала очень недолго.

Открытие в 1932 г. нейтрона сразу внесло ясность в существовавшую путаницу и значительно упростило (на самом деле сильно усложнило) картину строения ядра атома. Сразу же после опубликования этого открытия советский ученый Д. Д. Иваненко предложил новую, удивительно наглядную модель строения ядра атома.

Согласно разработанной им теории, ядра всех атомов, как было принято и раньше, состоят из протонов, число которых равно сумме его положительных зарядов, т. е. порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Вместо спаренных с электронами протонов в ядро входят нейтроны — новые ядерные частицы, масса которых равна массе протонов, но которые не несут никакого электрического заряда, т. е. нейтральны. И как раз столько, сколько нужно, чтобы отчитаться за разницу между массой всего ядра атома и числом протонов в нем. При этом сходится идеально и «арифметика». По этой модели ядро гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Сумма положительных зарядов ядра и число электронов в оболочке равны числу протонов — двум, масса же всех протонов и нейтронов равна атомному весу элемента — четырем. Аналогично ядро лития содержит три протона (количество, равное порядковому номеру элемента и числу электронов на орбитах), а сумма протонов и нейтронов равна шести, что соответствует атомному весу элемента.

И так по всей таблице элементов.

Открытие нейтрона прекрасно объясняет и существование изотопов — разновидностей атомов одного и того же элемента, несколько отличающихся друг от друга по массе; это отличие вызвано разным количеством нейтронов, входящих в их ядра.

Новая модель ядра атома сразу же получила признание физиков. Она полностью отвечает многочисленным фактам, накопленным до настоящего времени, показывает новые пути для уточнения тонкостей строения ядра, дает новую пищу для дальнейшего развития теоретических работ.

Категория: Ядерная физика | Добавил: braveahiles (24.07.2012)
Просмотров: 5229 | | Рейтинг: 2.0/1
Интересный материал? Поделитесь с друзьями:
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:

Copyright Science Corp © 2019