Wetenskaplikes het die samestelling van materie bestudeer en tot die gevolgtrekking gekom dat alle materie uit molekules en atome bestaan. Vir 'n lang tyd is die atoom (uit Grieks vertaal as "ondeelbaar") as die kleinste strukturele eenheid van materie beskou. Verdere studies het egter getoon dat die atoom 'n komplekse struktuur het en op sy beurt kleiner deeltjies insluit.
Waarvan is 'n atoom gemaak?
In 1911 het die wetenskaplike Rutherford voorgestel dat die atoom 'n sentrale deel het wat 'n positiewe lading het. Dit is hoe die konsep van die atoomkern die eerste keer verskyn het.
Volgens Rutherford se skema, wat die planetêre model genoem word, bestaan 'n atoom uit 'n kern en elementêre deeltjies met 'n negatiewe lading – elektrone wat om die kern beweeg, net soos die planete om die Son wentel.
In 1932 het 'n ander wetenskaplike, Chadwick, die neutron ontdek, 'n deeltjie wat geen elektriese lading het nie.
Volgens moderne konsepte stem die struktuur van die atoomkern ooreen met die planetêre model wat deur Rutherford voorgestel is. Die kern word ingedrameeste van die atoommassa. Dit het ook 'n positiewe lading. Die atoomkern bevat protone – positief gelaaide deeltjies en neutrone – deeltjies wat nie’n lading dra nie. Protone en neutrone word nukleone genoem. Negatief gelaaide deeltjies - elektrone - wentel om die kern.
Die aantal protone in die kern is gelyk aan die aantal elektrone wat in 'n wentelbaan beweeg. Daarom is die atoom self 'n deeltjie wat nie 'n lading dra nie. As 'n atoom ander mense se elektrone vang of sy eie verloor, dan word dit positief of negatief en word 'n ioon genoem.
Daar word gesamentlik na elektrone, protone en neutrone verwys as subatomiese deeltjies.
Die lading van die atoomkern
Die kern het 'n ladinggetal Z. Dit word bepaal deur die aantal protone waaruit die atoomkern bestaan. Om hierdie bedrag uit te vind is eenvoudig: verwys net na die periodieke stelsel van Mendeleev. Die atoomgetal van die element waaraan 'n atoom behoort is gelyk aan die aantal protone in die kern. Dus, as die chemiese element suurstof ooreenstem met die reeksnommer 8, dan sal die aantal protone ook gelyk wees aan agt. Aangesien die aantal protone en elektrone in 'n atoom dieselfde is, sal daar ook agt elektrone wees.
Die aantal neutrone word die isotopiese getal genoem en word met die letter N aangedui. Hulle getal kan verskil in 'n atoom van dieselfde chemiese element.
Die som van protone en elektrone in die kern word die massagetal van 'n atoom genoem en word met die letter A aangedui. Die formule vir die berekening van die massagetal lyk dus soos volg: A=Z+N.
Isotopes
In die geval wanneer elemente 'n gelyke aantal protone en elektrone het, maar 'n ander aantal neutrone, word hulle isotope van 'n chemiese element genoem. Daar kan een of meer isotope wees. Hulle word in dieselfde sel van die periodieke stelsel geplaas.
Isotope is van groot belang in chemie en fisika. Byvoorbeeld, 'n isotoop van waterstof - deuterium - in kombinasie met suurstof gee 'n heeltemal nuwe stof, wat swaar water genoem word. Dit het 'n ander kook- en vriespunt as gewoonlik. En die kombinasie van deuterium met 'n ander isotoop van waterstof - tritium lei tot 'n termonukleêre samesmeltingsreaksie en kan gebruik word om 'n groot hoeveelheid energie op te wek.
massa van die kern en subatomiese deeltjies
Die groottes en massas van atome en subatomiese deeltjies is weglaatbaar in menslike konsepte. Die grootte van die pitte is ongeveer 10-12cm. Die massa van 'n atoomkern word in fisika gemeet in die sogenaamde atoommassa-eenhede - amu
Vir een amu neem een twaalfde van die massa van 'n koolstofatoom. Deur die gewone maateenhede (kilogram en gram) te gebruik, kan die massa soos volg uitgedruk word: 1 vm.=1, 660540 10-24g. So uitgedruk word dit die absolute atoommassa genoem.
Ondanks die feit dat die atoomkern die mees massiewe komponent van die atoom is, is sy afmetings relatief tot die elektronwolk wat dit omring uiters klein.
Kernkragte
Atoomkerne is uiters stabiel. Dit beteken dat protone en neutrone deur sommige kragte in die kern gehou word. Is niedaar kan elektromagnetiese kragte wees, aangesien protone gelykgelaaide deeltjies is, en dit is bekend dat deeltjies met dieselfde lading mekaar afstoot. Die gravitasiekragte is te swak om die nukleone bymekaar te hou. Daarom word deeltjies in die kern gehou deur 'n ander interaksie - kernkragte.
Kerninteraksie word beskou as die sterkste van alles wat in die natuur bestaan. Daarom word hierdie tipe interaksie tussen die elemente van die atoomkern sterk genoem. Dit is teenwoordig in baie elementêre deeltjies, sowel as elektromagnetiese kragte.
Kenmerke van kernkragte
- Kort aksie. Kernkragte, anders as elektromagnetiese kragte, manifesteer hulself slegs op baie klein afstande vergelykbaar met die grootte van die kern.
- Kadiging onafhanklikheid. Hierdie kenmerk word gemanifesteer in die feit dat kernkragte gelykop inwerk op protone en neutrone.
- versadiging. Die nukleone van die kern interaksie net met 'n sekere aantal ander nukleone.
Kernbindingsenergie
Nog 'n ding is nou verbind met die konsep van sterk interaksie - die bindende energie van kerne. Kernbindingsenergie is die hoeveelheid energie wat benodig word om 'n atoomkern in sy samestellende nukleone te verdeel. Dit is gelyk aan die energie wat benodig word om 'n kern uit individuele deeltjies te vorm.
Om die bindingsenergie van 'n kern te bereken, is dit nodig om die massa van subatomiese deeltjies te ken. Berekeninge toon dat die massa van 'n kern altyd minder is as die som van sy samestellende nukleone. Die massa defek is die verskil tussendie massa van die kern en die som van sy protone en elektrone. Deur die Einstein-formule oor die verhouding tussen massa en energie (E=mc2) te gebruik, kan jy die energie wat tydens die vorming van die kern gegenereer word, bereken.
Die sterkte van die bindingsenergie van die kern kan deur die volgende voorbeeld beoordeel word: die vorming van etlike gram helium produseer soveel energie as die verbranding van etlike ton steenkool.
Kernreaksies
Die kerne van atome kan in wisselwerking wees met die kerne van ander atome. Sulke interaksies word kernreaksies genoem. Daar is twee tipes reaksies.
- Splytingsreaksies. Hulle kom voor wanneer swaarder kerne afbreek in ligter kerne as gevolg van die interaksie.
- Reaksies van sintese. Die proses is die omgekeerde van splitsing: die kerne bots en vorm sodoende swaarder elemente.
Alle kernreaksies gaan gepaard met die vrystelling van energie, wat daarna in die industrie, in die weermag, in energie ensovoorts gebruik word.
Om vertroud te raak met die samestelling van die atoomkern, kan ons die volgende gevolgtrekkings maak.
- Atoom bestaan uit 'n kern wat protone en neutrone bevat, en elektrone daaromheen.
- Die massagetal van 'n atoom is gelyk aan die som van die nukleone van sy kern.
- Nuklone word bymekaar gehou deur die sterk krag.
- Die enorme kragte wat die atoomkern stabiel hou, word die kernbindende energieë genoem.
