الذرة هي أصغر جسيم عنصر كيميائيالذي يحفظ كل شيء الخواص الكيميائية. تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة. شحنة نواة أي عنصر كيميائي تساوي حاصل ضرب Z بواسطة e ، حيث Z هو الرقم التسلسلي لهذا العنصر في النظام الدوري للعناصر الكيميائية ، و e هي قيمة الشحنة الكهربائية الأولية.
إلكترون- هذا هو أصغر جسيم من مادة ذات شحنة كهربائية سالبة e = 1.6 · 10 -19 كولوم ، تؤخذ كشحنة كهربائية أولية. توجد الإلكترونات ، التي تدور حول النواة ، على غلاف الإلكترون K ، L ، M ، إلخ. K هي الغلاف الأقرب للنواة. يتم تحديد حجم الذرة بحجم غلافها الإلكتروني. يمكن للذرة أن تفقد الإلكترونات وتصبح أيون موجبأو تكتسب إلكترونات وتصبح أيونًا سالبًا. تحدد شحنة أيون عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة. تسمى عملية تحويل الذرة المحايدة إلى أيون مشحون بالتأين.
نواة ذرية(الجزء المركزي من الذرة) يتكون من الابتدائية الجسيمات النووية- البروتونات والنيوترونات. نصف قطر النواة أصغر بحوالي مائة ألف مرة من نصف قطر الذرة. كثافة النواة الذرية عالية للغاية. البروتونات- هذه جسيمات أولية مستقرة لها وحدة شحنة كهربائية موجبة وكتلة 1836 مرة أكبر من كتلة الإلكترون. البروتون هو نواة أخف عنصر ، الهيدروجين. عدد البروتونات في النواة هو Z. نيوترونهو جسيم أولي متعادل (ليس له شحنة كهربائية) كتلته قريبة جدًا من كتلة البروتون. نظرًا لأن كتلة النواة هي مجموع كتلة البروتونات والنيوترونات ، فإن عدد النيوترونات في نواة الذرة هو A - Z ، حيث A هو العدد الكتلي لنظير معين (انظر). يُطلق على البروتون والنيوترون اللذان يشكلان النواة اسم نيوكليونات nucleons. في النواة ، ترتبط النيوكليونات بقوى نووية خاصة.
في نواة ذريةهناك مخزون ضخم من الطاقة يتم إطلاقه أثناء التفاعلات النووية. تحدث التفاعلات النووية عندما تتفاعل النوى الذرية مع الجسيمات الأولية أو مع نوى العناصر الأخرى. نتيجة للتفاعلات النووية ، تتشكل نوى جديدة. على سبيل المثال ، يمكن أن يتحول النيوترون إلى بروتون. في هذه الحالة ، يتم إخراج جسيم بيتا ، أي الإلكترون ، من النواة.
يمكن أن يتم الانتقال في نواة البروتون إلى نيوترون بطريقتين: إما جسيم له كتلة مساوية لكتلة الإلكترون ، ولكن بشحنة موجبة ، تسمى البوزيترون (اضمحلال البوزيترون) ، ينبعث من النواة ، أو النواة تلتقط أحد الإلكترونات من أقرب K-shell (K -capture).
في بعض الأحيان تحتوي النواة المشكلة على فائض من الطاقة (تكون في حالة من الإثارة) وتتحول إلى حالة طبيعية، تطلق طاقة زائدة على شكل إشعاع كهرومغناطيسي بطول موجي قصير جدًا -. يتم استخدام الطاقة المنبعثة أثناء التفاعلات النووية عمليًا في مختلف الصناعات.
الذرة (الذرة اليونانية - غير قابلة للتجزئة) هي أصغر جزء من عنصر كيميائي له خصائصه الكيميائية. كل عنصر يتكون من ذرات نوع معين. يتضمن هيكل الذرة النواة التي تحمل شحنة كهربائية موجبة ، وإلكترونات سالبة الشحنة (انظر) ، مكونة غلافها الإلكتروني. قيمة الشحنة الكهربائية للنواة تساوي Z-e ، حيث e هي الشحنة الكهربية الأولية ، مساوية لشحنة الإلكترون (4.8 10 -10 e.-st. وحدة) ، و Z هو العدد الذري من هذا العنصر في النظام الدوري للعناصر الكيميائية (انظر). نظرًا لأن الذرة غير المتأينة محايدة ، فإن عدد الإلكترونات المتضمنة فيها يساوي أيضًا Z. يتضمن تكوين النواة (انظر. النواة الذرية) nucleons ، وهي جزيئات أولية كتلتها تزيد بمقدار 1840 مرة تقريبًا عن كتلة الإلكترون (يساوي 9.1 10 - 28 جم) ، البروتونات (انظر) ، النيوترونات موجبة الشحنة ، والنيوترونات عديمة الشحن (انظر). يُطلق على عدد النوكليونات في النواة رقم الكتلة ويُشار إليه بالحرف A. ويحدد عدد البروتونات في النواة ، التي تساوي Z ، عدد الإلكترونات التي تدخل الذرة ، وهيكل غلاف الإلكترون والمادة الكيميائية خصائص الذرة. عدد النيوترونات في النواة هو A-Z. تسمى النظائر أنواعًا من نفس العنصر ، حيث تختلف ذراتها عن بعضها البعض في العدد الكتلي A ، ولكن لها نفس Z. وهكذا ، في نوى ذرات نظائر مختلفة لعنصر واحد هناك عدد مختلفالنيوترونات لنفس عدد البروتونات. عند تعيين النظائر ، يتم كتابة رقم الكتلة أ أعلى رمز العنصر ، والرقم الذري في أسفله ؛ على سبيل المثال ، يتم الإشارة إلى نظائر الأكسجين: 
يتم تحديد أبعاد الذرة من خلال أبعاد غلاف الإلكترون وبالنسبة لجميع Z هي حوالي 10-8 سم. نظرًا لأن كتلة كل إلكترونات الذرة أقل عدة آلاف من كتلة النواة ، فإن كتلة تتناسب الذرة مع العدد الكتلي. يتم تحديد الكتلة النسبية لذرة نظير معين فيما يتعلق بكتلة ذرة نظير الكربون C 12 ، مأخوذة على هيئة 12 وحدة ، وتسمى الكتلة النظيرية. اتضح أنه قريب من العدد الكتلي للنظير المقابل. الوزن النسبي لذرة عنصر كيميائي هو المتوسط (مع الأخذ في الاعتبار الوفرة النسبية لنظائر عنصر معين) قيمة الوزن النظيري ويسمى الوزن الذري (الكتلة).
الذرة عبارة عن نظام مجهري ، ولا يمكن تفسير هيكلها وخصائصها إلا بمساعدة نظرية الكم ، التي تم إنشاؤها بشكل أساسي في العشرينات من القرن العشرين وتهدف إلى وصف الظواهر على نطاق ذري. أظهرت التجارب أن الجسيمات الدقيقة - الإلكترونات ، والبروتونات ، والذرات ، وما إلى ذلك - بالإضافة إلى الجسيمات ، لها خصائص موجية تظهر نفسها في الانعراج والتداخل. في نظرية الكم ، يتم استخدام حقل موجة معين يتميز بوظيفة موجية (-function) لوصف حالة الأجسام الدقيقة. تحدد هذه الوظيفة احتمالات الحالات المحتملة لجسم دقيق ، أي أنها تميز الاحتمالات المحتملة لإظهار واحدة أو أخرى من خصائصه. يلعب قانون تغير الوظيفة Ψ في المكان والزمان (معادلة شرودنجر) ، الذي يجعل من الممكن العثور على هذه الوظيفة ، نفس الدور في نظرية الكم مثل قوانين نيوتن للحركة في الميكانيكا الكلاسيكية. يؤدي حل معادلة شرودنجر في كثير من الحالات إلى الفصل الدول الممكنةالأنظمة. لذلك ، على سبيل المثال ، في حالة الذرة ، يتم الحصول على سلسلة من الوظائف الموجية للإلكترونات المقابلة لقيم طاقة (كمية) مختلفة. تلقى نظام مستويات الطاقة في الذرة ، المحسوب بأساليب نظرية الكم ، تأكيدًا رائعًا في التحليل الطيفي. انتقال الذرة من الحالة الأرضية المقابلة لأدنى مستوى طاقة E 0 إلى أي من الدول المتحمسةيحدث E i عند امتصاص جزء معين من الطاقة E i - E 0. تذهب الذرة المثارة إلى حالة أقل إثارة أو حالة أرضية ، عادةً مع انبعاث فوتون. في هذه الحالة ، فإن طاقة الفوتون hv تساوي الفرق بين طاقات الذرة في حالتين: hv = E i - E k حيث h هو ثابت بلانك (6.62 · 10 -27 erg · sec) ، v هو التردد من الضوء.
بالإضافة إلى الأطياف الذرية ، جعلت نظرية الكم من الممكن تفسير الخصائص الأخرى للذرات. على وجه الخصوص ، تم شرح التكافؤ وطبيعة الرابطة الكيميائية وهيكل الجزيئات ، وتم إنشاء نظرية النظام الدوري للعناصر.
صفحة 1
شحنة النيوترون صفر. وبالتالي ، لا تلعب النيوترونات دورًا في مقدار شحنة نواة الذرة. الرقم التسلسلي للكروم يساوي نفس القيمة.
شحنة البروتون qp e شحنة النيوترون تساوي صفرًا.
من السهل ملاحظة أن شحنة النيوترون في هذه الحالة تساوي صفرًا وشحنة البروتون 1 كما هو متوقع. يتم الحصول على جميع الباريونات الموجودة في عائلتين - الثمانية والعشر. تتكون الميزونات من كوارك وكوارك مضاد. يشير الشريط إلى الكواركات المضادة ؛ تختلف شحنتها الكهربائية في إشارة عن شحنة الكوارك المقابل. لا يدخل الكوارك الغريب في بي ميزون ، فالبي ميزونات ، كما قلنا سابقًا ، هي جسيمات ذات غرابة ودوران يساوي الصفر.
نظرًا لأن شحنة البروتون تساوي شحنة الإلكترون وشحنة النيوترون تساوي الرصاصة ، فعند إيقاف التفاعل القوي ، فإن تفاعل البروتون مع حقل كهرومغناطيسيوسيكون التفاعل المعتاد لجسيم ديراك - Yp / V - لن يكون للنيوترون أي تفاعل كهرومغناطيسي.
التعيينات: 67 - فرق الشحن بين الإلكترون والبروتون ؛ ف هي شحنة النيوترون ؛ qg هي القيمة المطلقة لشحنة الإلكترون.
تتكون النواة من جسيمات أولية موجبة الشحنة - البروتونات والنيوترونات التي لا تحمل شحنة.
الاساسيات الأفكار المعاصرةحول بنية المادة ، يتم التعبير عن وجود ذرات المادة ، التي تتكون من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات عديمة الشحنة ، وتشكل نواة موجبة الشحنة ، وإلكترونات سالبة الشحنة تدور حول النواة. ووفقًا لهذه النظرية ، تكون مستويات طاقة الإلكترونات منفصلة بطبيعتها ، ويعتبر فقدان أو اكتساب بعض الطاقة الإضافية بمثابة انتقال من مستوى طاقة مسموح به إلى آخر. في هذه الحالة ، تصبح الطبيعة المنفصلة لمستويات الطاقة الإلكترونية سببًا لنفس الامتصاص أو الانبعاث المنفصل للطاقة بواسطة الإلكترون أثناء الانتقال من مستوى طاقة إلى آخر.
افترضنا أن شحنة الذرة أو الجزيء يتم تحديدها تمامًا بواسطة المجموع القياسي q Z (q Nqn ، حيث Z هو عدد أزواج الإلكترون والبروتون ، (q qp - qe هو الفرق في شحنات الإلكترون والبروتون ، N هو عدد النيوترونات ، و qn هي شحنة النيوترون.
يتم تحديد الشحنة النووية فقط من خلال عدد البروتونات Z ويتزامن رقم كتلتها أ مع العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات. نظرًا لأن شحنة النيوترون تساوي صفرًا ، فلا يوجد تفاعل كهربائي وفقًا لقانون كولوم بين نيوترونين وأيضًا بين البروتون والنيوترون. في نفس الوقت ، تعمل قوة طاردة كهربائية بين البروتونات.
علاوة على ذلك ، في حدود دقة القياس ، لم يتم تسجيل أي عملية تصادم واحدة ، حيث لن يتم الالتزام بقانون الحفاظ على الشحنة. على سبيل المثال ، عدم مرونة النيوترونات في المجالات الكهربائية المنتظمة يجعل من الممكن اعتبار شحنة النيوترونات مساوية للصفر بدقة 1 (H7 من شحنة الإلكترون.
لقد قلنا بالفعل أن الفرق بين العزم المغناطيسي للبروتون والمغناطيس النووي هو نتيجة مذهلة. أكثر إثارة للدهشة (يبدو أن هناك لحظة مغناطيسية لنيوترون بدون شحنة.
من السهل ملاحظة أن هذه القوى لا تختزل في أي نوع من أنواع القوى التي تم أخذها في الاعتبار في الأجزاء السابقة من مقرر الفيزياء. في الواقع ، إذا افترضنا ، على سبيل المثال ، أن قوى الجاذبية تعمل بين النوى في النوى ، فمن السهل أن نحسب من البروتونات والنيوترونات المعروفة أن طاقة الارتباط لكل جسيم ستكون ضئيلة - ستكون 1036 مرة أقل من تلك الملاحظة. تجريبيا. كما يختفي الافتراض حول الطبيعة الكهربائية للقوى النووية. في الواقع ، في هذه الحالة من المستحيل تخيل نواة مستقرة تتكون من بروتون واحد مشحون ولا توجد شحنة من النيوترون.
تشير الرابطة القوية الموجودة بين النيوكليونات في النواة إلى وجود في النوى الذرية لقوى خاصة تسمى القوى النووية. من السهل ملاحظة أن هذه القوى لا تختزل في أي نوع من أنواع القوى التي تم أخذها في الاعتبار في الأجزاء السابقة من مقرر الفيزياء. في الواقع ، إذا افترضنا ، على سبيل المثال ، أن قوى الجاذبية تعمل بين النيوكليونات في النوى ، فمن السهل أن نحسب من الكتل المعروفة للبروتون والنيوترون أن طاقة الارتباط لكل جسيم ستكون ضئيلة - ستكون 1038 مرة أقل من التي تمت ملاحظتها تجريبيا. كما يختفي الافتراض حول الطبيعة الكهربائية للقوى النووية. في الواقع ، في هذه الحالة من المستحيل تخيل نواة مستقرة تتكون من بروتون واحد مشحون ولا توجد شحنة من النيوترون.
ما هو النيوترون؟ ما هي هيكلها وخصائصها ووظائفها؟ النيوترونات هي أكبر الجسيمات التي تتكون منها الذرات ، وهي اللبنات الأساسية لكل مادة.
هيكل الذرة
تقع النيوترونات في النواة - وهي منطقة كثيفة من الذرة ، مليئة أيضًا بالبروتونات (جزيئات موجبة الشحنة). يتم ربط هذين العنصرين معًا بقوة تسمى القوة النووية. النيوترونات لها شحنة متعادلة. تتوافق الشحنة الموجبة للبروتون مع الشحنة السالبة للإلكترون لتكوين ذرة محايدة. على الرغم من أن النيوترونات في النواة لا تؤثر على شحنة الذرة ، إلا أنها تمتلك العديد من الخصائص التي تؤثر على الذرة ، بما في ذلك مستوى النشاط الإشعاعي.
النيوترونات والنظائر والنشاط الإشعاعي
الجسيم الموجود في نواة الذرة - النيوترون أكبر بنسبة 0.2٪ من البروتون. يشكلان معًا 99.99٪ من الكتلة الكلية لنفس العنصر ويمكن أن يكون لهما عدد مختلف من النيوترونات. عندما يشير العلماء إلى الكتلة الذرية ، فإنهم يقصدون متوسط الكتلة الذرية. على سبيل المثال ، يحتوي الكربون عادةً على 6 نيوترونات و 6 بروتونات بكتلة ذرية تساوي 12 ، ولكنه يحدث أحيانًا بكتلة ذرية 13 (6 بروتونات و 7 نيوترونات). يوجد أيضًا الكربون برقم ذري 14 ، ولكنه نادر. لذا، الكتلة الذريةللكربون بمتوسط 12.011.
عندما تحتوي الذرات على أعداد مختلفة من النيوترونات ، فإنها تسمى نظائر. وجد العلماء طرقًا لإضافة هذه الجسيمات إلى النواة لتكوين نظائر كبيرة. الآن إضافة النيوترونات لا يؤثر على شحنة الذرة ، لأنها لا تحتوي على شحنة. ومع ذلك ، فإنها تزيد من النشاط الإشعاعي للذرة. يمكن أن يؤدي هذا إلى ذرات غير مستقرة للغاية يمكنها التفريغ مستويات عاليةطاقة.
ما هو النواة؟
النواة في الكيمياء هي المركز الموجب الشحنة للذرة ، والتي تتكون من البروتونات والنيوترونات. تأتي كلمة "جوهر" من النواة اللاتينية ، وهي شكل من أشكال الكلمة التي تعني "جوز" أو "جوهر". صاغ مايكل فاراداي المصطلح في عام 1844 لوصف مركز الذرة. تسمى العلوم المشاركة في دراسة النواة ، ودراسة تكوينها وخصائصها ، الفيزياء النووية والكيمياء النووية.
ترتبط البروتونات والنيوترونات ببعضها البعض بواسطة القوة النووية الشديدة. تنجذب الإلكترونات إلى النواة ، ولكنها تتحرك بسرعة كبيرة بحيث يتم دورانها على مسافة ما من مركز الذرة. تأتي الشحنة النووية الموجبة من البروتونات ، لكن ما هو النيوترون؟ إنه جسيم ليس له شحنة كهربائية. يتم احتواء كل وزن الذرة تقريبًا في النواة ، نظرًا لأن البروتونات والنيوترونات لها كتلة أكبر بكثير من الإلكترونات. يحدد عدد البروتونات في النواة الذرية هويتها كعنصر. يشير عدد النيوترونات إلى نظير عنصر ما هو ذرة.
حجم النواة الذرية
النواة أصغر بكثير من القطر الكلي للذرة لأن الإلكترونات يمكن أن تكون بعيدة عن المركز. ذرة الهيدروجين أكبر بـ 145000 مرة من نواتها ، وذرة اليورانيوم أكبر بـ 23000 مرة من مركزها. نواة الهيدروجين هي الأصغر لأنها تتكون من بروتون واحد.
موقع البروتونات والنيوترونات في النواة
عادة ما يتم تصوير البروتون والنيوترونات على أنها معبأة معًا وموزعة بشكل موحد على الكرات. ومع ذلك ، هذا هو تبسيط للهيكل الفعلي. يمكن لكل نواة (بروتون أو نيوترون) أن تشغل مستوى معينًا من الطاقة ونطاقًا من المواقع. في حين أن النواة قد تكون كروية ، فقد تكون أيضًا على شكل كمثرى أو كروي أو قرصي الشكل.
نوى البروتونات والنيوترونات هي باريونات تتكون من أصغرها ، تسمى كواركات. للقوة الجذابة مدى قصير جدًا ، لذلك يجب أن تكون البروتونات والنيوترونات قريبة جدًا من بعضها البعض حتى يتم تقييدها. يتغلب هذا الجذب القوي على التنافر الطبيعي للبروتونات المشحونة.
البروتون والنيوترون والإلكترون
قوة دافعة قوية في تطوير مثل هذا العلم مثل فيزياء نووية، كان اكتشاف النيوترون (1932). شكرا لهذا يجب أن يكون فيزيائيًا إنجليزيًا كان طالبًا في رذرفورد. ما هو النيوترون؟ هذا جسيم غير مستقر ، يكون في حالة حرة خلال 15 دقيقة فقط قادرًا على التحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو ، وهو ما يسمى بالجسيم المحايد عديم الكتلة.
حصل الجسيم على اسمه بسبب حقيقة أنه لا يحتوي على شحنة كهربائية ، فهو محايد. النيوترونات كثيفة للغاية. في حالة منعزلة ، سيكون لنيوترون واحد كتلة فقط 1.67 · 10 - 27 ، وإذا أخذت ملعقة صغيرة معبأة بكثافة بالنيوترونات ، فإن قطعة المادة الناتجة سوف تزن ملايين الأطنان.
يسمى عدد البروتونات في نواة العنصر بالرقم الذري. يعطي هذا الرقم كل عنصر هويته الفريدة. في ذرات بعض العناصر ، مثل الكربون ، يكون عدد البروتونات في النوى هو نفسه دائمًا ، ولكن قد يختلف عدد النيوترونات. تسمى ذرة عنصر معين مع عدد معين من النيوترونات في النواة نظيرًا.
هل النيوترونات المفردة خطرة؟
ما هو النيوترون؟ هذا هو الجسيم الذي تم تضمينه مع البروتون ، ومع ذلك ، في بعض الأحيان يمكن أن توجد بمفردها. عندما تكون النيوترونات خارج نوى الذرات ، فإنها تكتسب إمكانات خصائص خطيرة. عندما تتحرك بسرعة عالية ، فإنها تنتج إشعاعات قاتلة. تشتهر القنابل النيوترونية بقدرتها على قتل البشر والحيوانات ، ولها تأثير ضئيل على الهياكل المادية غير الحية.
تعتبر النيوترونات جزءًا مهمًا جدًا من الذرة. كثافة عاليةمن هذه الجسيمات ، جنبًا إلى جنب مع سرعتها ، يمنحها قوة وطاقة تدميرية غير عادية. نتيجة لذلك ، يمكنهم تغيير أو حتى تمزيق نوى الذرات التي تصطدم. على الرغم من أن النيوترون له شحنة كهربائية محايدة صافية ، إلا أنه يتكون من مكونات مشحونة تلغي بعضها البعض فيما يتعلق بالشحنة.
النيوترون في الذرة هو جسيم صغير. مثل البروتونات ، فهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها حتى مع وجودها ميكروسكوب الكتروني، لكنهم موجودون لأن هذه هي الطريقة الوحيدة لشرح سلوك الذرات. تعتبر النيوترونات مهمة جدًا لاستقرار الذرة ، ولكن خارج مركزها الذري لا يمكن أن توجد لفترة طويلة وتتحلل في المتوسط في 885 ثانية فقط (حوالي 15 دقيقة).
لنتحدث عن كيفية إيجاد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. هناك ثلاثة أنواع من الجسيمات الأولية في الذرة ، ولكل منها كتلة شحنتها الأولية.
هيكل النواة
من أجل فهم كيفية العثور على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، تخيل أنها الجزء الرئيسي من الذرة. يوجد داخل النواة بروتونات ونيوترونات تسمى نيوكليونات. داخل النواة ، يمكن لهذه الجسيمات أن تنتقل إلى بعضها البعض.
على سبيل المثال ، من أجل العثور على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، من الضروري معرفة رقمها التسلسلي. باعتبار أن هذا هو العنصر الذي يقود النظام الدوريثم تحتوي نواتها على بروتون واحد.
يبلغ قطر النواة الذرية عشرة آلاف من الحجم الكلي للذرة. يحتوي على الجزء الأكبر من الذرة بأكملها. كتلة النواة أكبر بآلاف المرات من مجموع كل الإلكترونات الموجودة في الذرة.
توصيف الجسيمات
ضع في اعتبارك كيفية العثور على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة ، وتعرف على ميزاتها. البروتون هو الذي يتوافق مع نواة ذرة الهيدروجين. تتجاوز كتلته الإلكترون بمقدار 1836 مرة. لتحديد وحدة الكهرباء التي تمر عبر موصل بمقطع عرضي معين ، استخدم شحنة كهربائية.
كل ذرة لديها عدد معين من البروتونات في نواتها. إنها قيمة ثابتة ، وتميز المادة الكيميائية و الخصائص الفيزيائيةهذا العنصر.
كيف تجد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في ذرة الكربون؟ العدد الذري لهذا العنصر الكيميائي هو 6 ، لذلك تحتوي النواة على ستة بروتونات. وفقًا لنظام الكواكب ، تتحرك ستة إلكترونات في مدارات حول النواة. لتحديد عدد النيوترونات من قيمة الكربون (12) اطرح عدد البروتونات (6) ، نحصل على ستة نيوترونات.
بالنسبة لذرة الحديد ، فإن عدد البروتونات يقابل 26 ، أي أن هذا العنصر له الرقم التسلسلي السادس والعشرون في الجدول الدوري.
النيوترون جسيم متعادل كهربائيًا وغير مستقر في الحالة الحرة. يمكن للنيوترون أن يتحول تلقائيًا إلى بروتون موجب الشحنة ، بينما ينبعث منه مضاد نيترينو وإلكترون. يبلغ متوسط عمر النصف 12 دقيقة. العدد الكتلي هو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة. دعونا نحاول معرفة كيفية إيجاد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في أيون؟ إذا كانت ذرة أثناء تفاعل كيميائيمع عنصر آخر يكتسب حالة أكسدة موجبة ، ثم لا يتغير عدد البروتونات والنيوترونات فيه ، وتصبح الإلكترونات فقط أصغر.
استنتاج
كانت هناك العديد من النظريات المتعلقة ببنية الذرة ، لكن لم يكن أي منها قابلاً للتطبيق. قبل إصدار رذرفورد ، لم يكن هناك شرح مفصلحول موقع البروتونات والنيوترونات داخل النواة ، وكذلك حول الدوران في المدارات الدائرية للإلكترونات. بعد ظهور نظرية التركيب الكوكبي للذرة ، أتيحت الفرصة للباحثين ليس فقط لتحديد عدد الجسيمات الأولية في الذرة ، ولكن أيضًا للتنبؤ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية لعنصر كيميائي معين.
→من المعروف جيدًا للكثيرين في المدرسة أن كل المواد تتكون من ذرات. تتكون الذرات ، بدورها ، من البروتونات والنيوترونات التي تشكل نواة الذرات والإلكترونات الموجودة على مسافة ما من النواة. سمع الكثير أيضًا أن الضوء يتكون أيضًا من جسيمات - فوتونات. ومع ذلك ، فإن عالم الجسيمات لا يقتصر على هذا. حتى الآن ، هناك أكثر من 400 جسيم أولي مختلف معروف. دعنا نحاول فهم كيف تختلف الجسيمات الأولية عن بعضها البعض.
هناك العديد من المعلمات التي يمكن من خلالها تمييز الجسيمات الأولية عن بعضها البعض:
- وزن.
- الشحنة الكهربائية.
- حياة. تتمتع جميع الجسيمات الأولية تقريبًا بعمر محدود وبعد ذلك تتحلل.
- غزل. يمكن اعتبارها ، تقريبًا جدًا ، لحظة دوران.
عدد قليل من المعلمات ، أو كما يطلق عليها عادة في علم الأعداد الكمومية. لا تحمل هذه المعلمات دائمًا معنى فيزيائيًا واضحًا ، ولكنها ضرورية لتمييز جسيم عن آخر. يتم تقديم كل هذه المعلمات الإضافية باعتبارها بعض الكميات المحفوظة في التفاعل.
تمتلك جميع الجسيمات تقريبًا كتلة ، باستثناء الفوتونات والنيوترينوات (وفقًا لأحدث البيانات ، تمتلك النيوترينوات كتلة ، ولكنها صغيرة جدًا لدرجة أنها غالبًا ما تُعتبر صفرًا). بدون كتلة الجسيمات يمكن أن توجد فقط في الحركة. كتلة كل الجسيمات مختلفة. للإلكترون الكتلة الدنيا ، باستثناء النيوترينو. الجسيمات التي تسمى الميزونات لها كتلة 300-400 مرة أكبر من كتلة الإلكترون ، والبروتون والنيوترون أثقل 2000 مرة من الإلكترون. تم بالفعل اكتشاف جسيمات أثقل بمئة مرة من البروتون. الكتلة (أو ما يعادل طاقتها وفقًا لصيغة أينشتاين:
يتم حفظها في جميع تفاعلات الجسيمات الأولية.
لا تحتوي كل الجسيمات على شحنة كهربائية ، مما يعني أنه ليست كل الجسيمات قادرة على المشاركة في التفاعل الكهرومغناطيسي. بالنسبة لجميع الجسيمات الموجودة بحرية ، فإن الشحنة الكهربائية هي مضاعف شحنة الإلكترون. بالإضافة إلى الجسيمات الموجودة بحرية ، هناك أيضًا جسيمات في حالة مرتبطة فقط ، سنتحدث عنها بعد قليل.
يختلف السبين ، بالإضافة إلى الأعداد الكمومية الأخرى للجسيمات المختلفة ، وتميز تفردها. يتم حفظ بعض الأرقام الكمية في بعض التفاعلات ، والبعض الآخر في البعض الآخر. تحدد كل هذه الأرقام الكمية أي الجسيمات تتفاعل مع أي منها وكيف. 
وقت الحياة هو أيضا جدا خاصية مهمةالجسيمات وسننظر فيها بمزيد من التفصيل. لنبدأ بملاحظة. كما قلنا في بداية المقال ، كل ما يحيط بنا يتكون من ذرات (إلكترونات ، بروتونات ، نيوترونات) وضوء (فوتونات). أين المئات؟ أنواع مختلفةالجسيمات الأولية. الجواب بسيط - في كل مكان حولنا ، لكننا لا نلاحظ ذلك لسببين.
أولها أن جميع الجسيمات الأخرى تقريبًا تعيش قليلاً جدًا ، حوالي 10 إلى 10 ثوانٍ أو أقل ، وبالتالي لا تشكل هياكل مثل الذرات ، والشبكات البلورية ، إلخ. السبب الثاني يتعلق بالنيوترينوات ، على الرغم من أن هذه الجسيمات لا تتحلل ، فإنها تخضع فقط للتفاعل الضعيف والجاذبية. هذا يعني أن هذه الجسيمات تتفاعل قليلاً لدرجة أنه يكاد يكون من المستحيل اكتشافها.
دعونا نتخيل ما يعبر عن مدى جودة تفاعل الجسيم. على سبيل المثال ، يمكن إيقاف تدفق الإلكترونات بواسطة صفيحة رقيقة من الفولاذ ، بترتيب بضعة ملليمترات. سيحدث هذا لأن الإلكترونات ستبدأ فورًا في التفاعل مع جزيئات الصفيحة الفولاذية ، وسوف تغير اتجاهها بشكل حاد ، وتصدر الفوتونات ، وبالتالي تفقد الطاقة بسرعة إلى حد ما. مع تدفق النيوترينوات ، كل شيء ليس كذلك ، يمكنهم المرور عبر الأرض دون أي تفاعلات تقريبًا. هذا هو السبب في صعوبة العثور عليهم.
لذا ، فإن معظم الجسيمات تعيش جدًا وقت قصير، وبعد ذلك يتفكك. تعد ردود الفعل الأكثر شيوعًا تحلل الجسيمات. نتيجة للانحلال ، يتفكك أحد الجسيمات إلى عدة جسيمات أخرى ذات كتلة أصغر ، وهذه بدورها تتحلل أكثر. تخضع جميع حالات الانحلال لقواعد معينة - قوانين الحفظ. لذلك ، على سبيل المثال ، نتيجة للانحلال ، يجب الحفاظ على الشحنة الكهربائية والكتلة واللف وعدد من الأرقام الكمومية. يمكن أن تتغير بعض الأرقام الكمية أثناء الانحلال ، ولكنها تخضع أيضًا لقواعد معينة. إن قواعد الانحلال هي التي تخبرنا أن الإلكترون والبروتون هما جسيمات مستقرة. لم يعد بإمكانهم أن يفسدوا طاعة قواعد الانحلال ، وبالتالي تنتهي معهم سلاسل الانحلال.
هنا أود أن أقول بضع كلمات عن النيوترون. يتحلل النيوترون الحر أيضًا إلى بروتون وإلكترون في حوالي 15 دقيقة. ومع ذلك ، عندما يكون النيوترون في نواة الذرة ، فإن هذا لا يحدث. يمكن تفسير هذه الحقيقة طرق مختلفة. على سبيل المثال ، عندما يظهر إلكترون وبروتون إضافي من نيوترون متحلل في نواة الذرة ، يحدث التفاعل العكسي على الفور - يمتص أحد البروتونات إلكترونًا ويتحول إلى نيوترون. هذه الصورة تسمى التوازن الديناميكي. لقد لوحظت في الكون يوم مرحلة مبكرةتطوره بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير.
بالإضافة إلى تفاعلات الانحلال ، توجد أيضًا تفاعلات تشتت - عندما يتفاعل جسيمان أو أكثر في وقت واحد ، والنتيجة هي جسيم واحد أو أكثر. توجد أيضًا تفاعلات امتصاص ، عندما يتم الحصول على واحدة من جسيمين أو أكثر. تحدث جميع التفاعلات نتيجة تفاعل قوي ضعيف أو كهرومغناطيسي. ردود الفعل بسبب التفاعل القوي هي الأسرع ، يمكن أن يصل وقت مثل هذا التفاعل إلى 10 في أقل من 20 ثانية. تكون سرعة التفاعلات الناتجة عن التفاعل الكهرومغناطيسي أقل ، ويمكن أن يكون الوقت هنا حوالي 10 إلى 8 ثوانٍ. بالنسبة لتفاعلات التفاعل الضعيفة ، يمكن أن يصل الوقت إلى عشرات الثواني وأحيانًا سنوات.
في نهاية قصة الجسيمات ، دعنا نتحدث عن الكواركات. الكواركات هي جسيمات أولية لها شحنة كهربائية مضاعفة لثلث شحنة الإلكترون ولا يمكن أن توجد في حالة حرة. يتم ترتيب تفاعلهم بطريقة تجعلهم يعيشون فقط كجزء من شيء ما. على سبيل المثال ، تشكل مجموعة من ثلاثة كواركات من نوع معين بروتونًا. مزيج آخر يعطي النيوترون. ما مجموعه 6 كواركات معروفة. مجموعاتها المختلفة تعطينا جسيمات مختلفة ، وعلى الرغم من أن القوانين الفيزيائية لا تسمح بكل مجموعات الكواركات ، إلا أن هناك عددًا كبيرًا جدًا من الجسيمات المكونة من الكواركات.
هنا قد يطرح السؤال ، كيف يمكن أن يسمى البروتون أوليًا إذا كان يتكون من كواركات. ببساطة شديدة - البروتون أساسي ، لأنه لا يمكن تقسيمه إلى مكوناته - الكواركات. تتكون جميع الجسيمات التي تشارك في التفاعل القوي من كواركات ، وفي نفس الوقت تكون أولية.
إن فهم تفاعلات الجسيمات الأولية مهم جدًا لفهم بنية الكون. كل ما يحدث للأجسام الكبيرة هو نتيجة تفاعل الجسيمات. إنه تفاعل الجسيمات الذي يصف نمو الأشجار على الأرض ، وردود الفعل في أعماق النجوم ، وإشعاع النجوم النيوترونية ، وأكثر من ذلك بكثير.
| الاحتمالات وميكانيكا الكم | > |
جار التحميل...