Iyada oo leh atom ilaa da'da - qaybta 3

Qaabka meeraha Rutherford ee atamka waxa uu uga dhowaa xaqiiqada marka loo eego Thomson's "pudding sabiib." Si kastaba ha ahaatee, nolosha fikradani waxay socotay laba sano oo keliya, laakiin ka hor inta aan laga hadlin qofka beddelaya, waa waqtigii la furi lahaa sirta atomiga ee soo socota.

1. isotopes Hydrogen: prot iyo deuterium deggan iyo tritium radioactive (sawir: BruceBlaus/Wikimedia Commons).

burburka nukliyeerka

Helitaanka ifafaale ee radioactivity, taas oo calaamad u ah bilowgii furitaanka siraha atomka, markii hore halis galiyay saldhigga kimistari - sharciga periodicity. Muddo gaaban gudaheed, dhowr iyo toban walxood oo shucaac ah ayaa la aqoonsaday. Qaarkood waxay lahaayeen sifooyin kiimiko oo isku mid ah, inkastoo ay kala duwan yihiin cufnaanta atomiga, halka kuwa kale, oo leh tiro isku mid ah, ay lahaayeen waxyaabo kala duwan. Waxaa intaa dheer, aagga miiska xilliyeedka ee ay ahayd in la dhigo miisaankooda awgeed, ma jirin meel bannaan oo ku filan oo lagu daboolo dhammaantood. Jadwalka xilliyeedka ayaa lumay iyadoo ay ugu wacan tahay daah-furnaan badan oo la sameeyay.

2. Nuqulkii J.J. Thompson's 1911 mass spectrometer (sawir: Jeff Dahl/Wikimedia Commons)

nukleus atomiga

Tani waa 10-100 kun. jeer ka yar dhammaan atamka. Haddii xudunta atamka hydrogen-ka la weyneeyo oo lagu ballaadhiyo cabbirka kubbadda dhexroorkeedu yahay 1 cm oo la dhigo bartamaha garoon kubbadda cagta, markaas elektarooniga (ka yar biinhead) wuxuu ahaan lahaa agagaarka goolka. (in ka badan 50 mitir).

Ku dhawaad ​​tirada guud ee atamka waxay ku urursan tahay xudunta, tusaale ahaan, dahab ahaan waxay ku dhowdahay 99,98%. Bal qiyaas cube birtan ah oo miisaankeedu yahay 19,3 tan. Wax walba xudunta atamka dahabku wuxuu leeyahay mugga guud ee ka yar 1/1000 mm3 (kubad dhexroorkeedu ka yar yahay 0,1 mm). Sidaa darteed, atamka aad buu u madhan yahay. Akhristayaashu waa inay xisaabiyaan cufnaanta walxaha saldhigga ah.

Xalka dhibaatadan waxaa la helay 1910-kii Frederick Soddy. Wuxuu soo bandhigay fikradda isotopes, i.e. noocyo isku mid ah oo ku kala duwan cufka atamka (1). Sidaa darteed, waxa uu su'aal galiyay qoraal kale oo Dalton ah - laga bilaabo wakhtigaas, curiyaha kiimikadu waa in aanu ka koobnaan atomyo isku mid ah. Fikradda isotopic, ka dib xaqiijinta tijaabada ah (mass spectrograph, 1911), ayaa sidoo kale suurtogalisay in la sharaxo qiyamka jajabka ee cufnaanta atomiga ee xubno ka mid ah - intooda badan waa isku dhafka isotopes badan, iyo tirada atomiga waa celceliska miisaanka cufan ee dhammaantood (2).

Qaybaha Kernel

Arday kale oo Rutherford ah, Henry Moseley, 1913, wuxuu bartay raajada ay sii daayaan walxo la yaqaan. Si ka duwan spectra-ka adag ee indhaha, spectrum-ka raajada waa mid aad u fudud - curiye kasta waxa uu soo saaraa laba mawjadood oo keliya, mawjadaha hirarka kuwaas oo si fudud ula xidhiidha kharashka xudunta atomiga.

3. Mid ka mid ah mishiinnada raajada ee Moseley isticmaalay (sawir: Magnus Manske/Wikimedia Commons)

Tani waxay suurtagelisay markii ugu horeysay in la soo bandhigo tirada dhabta ah ee walxaha jira, iyo sidoo kale in la ogaado inta iyaga ka mid ah oo aan ku filneyn buuxinta dulduleelada jadwalka (3).

Qayb sidda lacag togan waxa loo yaqaan proton (proton Greek = first). Dhib kale ayaa isla markiiba kacday. Baaxadda proton-ku waxay qiyaastii la mid tahay 1 unug. Halka nukleus atomiga Sodium oo leh 11 unug ayaa miisaankeedu yahay 23 unug? Isla sidaas oo kale, dabcan, waa kiiska walxaha kale. Taas macnaheedu waa inay jiraan qaybo kale oo ku jira xudunta oo aan lahayn wax lacag ah. Markii hore, dhakhaatiirta physicists waxay u maleeyeen in kuwani ay si adag ugu xidhan yihiin borotoonnada elektaroonigga ah, laakiin ugu dambeyntii waxaa la caddeeyey in qayb cusub ay soo baxday - neutron (Latin neuter = dhexdhexaad ah). Helitaanka qaybtan hoose (waxa loogu yeero "lebenka" aasaasiga ah ee ka kooban dhammaan walxaha) waxaa sameeyay 1932-kii physicist Ingiriisi James Chadwick.

Protons iyo neutrons waxay isu rogi karaan midba midka kale. Fiisigisyadu waxay qiyaasaan inay yihiin qaabab ka mid ah qayb la yiraahdo nucleon (Laatiin nucleus = nucleus).

Maadaama xuddunta isotope ugu fudud ee hydrogen ay tahay proton, waxaa la arki karaa in William Prout uu ku jiro mala-awaalkiisa "hydrogen". dhismaha atamka ma ahayn mid aad u khaldan (fiiri: "Atomka ilaa da'da - qaybta 2"; "Farsamoyaqaan dhalinyaro ah" No. 8/2015). Markii hore, xitaa waxaa jiray isbedbedel u dhexeeya magacyada proton iyo "proton".

4. Photocells marka ay dhammaato - shaqadoodu waxay tahay saamaynta korantada (sawir: Ies / Wikimedia Commons)

Wax walba lama ogola

Qaabka Rutherford ee wakhtiga muuqaalkiisu wuxuu lahaa "cillad lagu dhasho". Marka loo eego sharciyada Maxwell ee electrodynamics (oo lagu xaqiijiyay baahinta raadiyaha oo hore u shaqaynaysay wakhtigaas), elektarooniga ku wareegaya goobaabin waa inuu iftiimiyaa hirarka korantada.

Sidaa darteed, waxay lumisaa tamarta, taas oo ka dhalatay taas oo ku dhacda xudunta. Xaaladaha caadiga ah, atomyadu ma soo baxaan (spectra waxay sameeyaan marka la kululeeyo heerkul sare) iyo masiibooyinka atomiga lama arkin (qiyaasta cimriga elektarooniga waa in ka yar hal milyan oo ilbiriqsi).

Qaabka Rutherford ayaa sharaxay natiijada tijaabada qaybinta qaybinta, laakiin wali uma dhigmin xaqiiqada.

Sannadkii 1913, dadku waxay "la qabsadeen" xaqiiqda ah in tamarta microcosm-ka la qaato oo aan loo dirin tiro kasta, laakiin qaybo, loo yaqaan 'quanta'. Sidan oo kale, Max Planck wuxuu sharraxay dabeecadda muuqaalka shucaaca ee ka soo baxa jidhka kuleyliyaha ah (1900), iyo Albert Einstein (1905) wuxuu sharraxay siraha saameynta sawir-qaadista, ie, soo-saarka elektarooniga ee biraha iftiinka leh (4).

5. Sawirka kala duwanaanshiyaha elektaroonigga ah ee kristanta tantalum oxide wuxuu muujinayaa qaabdhismeedkeeda summaysan (sawir: Sven.hovmoeller/Wikimedia Commons)

28 jir physicist Danish ah Niels Bohr ayaa hagaajiyay qaabka Rutherford ee atamka. Waxa uu soo jeediyay in electrons-ku ay ku socdaan oo kaliya wareegyada kuwaas oo buuxiya shuruudaha tamarta qaarkood. Intaa waxa dheer, electrons-ku ma daayaan shucaac marka ay dhaqaaqayaan, tamartuna waxa ay nuugtaa oo ay sii daysaa uun marka la isku xidho wareegyada dhexdooda. Malo-awaalku waxay khilaafeen fiisigiska qadiimiga ah, laakiin natiijadii la helay iyaga oo ku saleysan ( cabbirka atamka hydrogen-ka iyo dhererka xadhkaha spectrum) waxay u soo baxeen inay la socdaan tijaabada. dhashay qaabka atamka.

Nasiib darro, natiijadu waxay ansax u ahayd oo kaliya atamka hydrogen (laakiin ma sharaxin dhammaan indho-indheynta muuqaalka). Cunsuriyada kale, natiijadii xisaabintu uma dhigna xaqiiqada. Haddaba, cilmi-yaqaannada physic-ku weli may yeelan qaab aragtiyeedka atamka.

Waxyaalihii qarsoonaa waxay bilaabeen inay nadiifiyaan kow iyo toban sano ka dib. Qalinjabinta dhakhtarnimada ee fiisigiste Faransiis Ludwik de Broglie ayaa ka hadlay sifooyinka mawjadaha ee walxaha walxaha. Waxaa horay loo caddeeyey in iftiinka, marka lagu daro sifooyinka caadiga ah ee hirarka (diffraction, refraction), sidoo kale waxay u dhaqmaan sida ururinta qaybaha - photons (tusaale ahaan, isku dhacyada laastikada leh electrons). Laakin walxo tiro badan? Soo jeedintu waxay u ekayd riyo biibiile ah amiir doonayay inuu noqdo fiisigiste. Si kastaba ha ahaatee, 1927-kii tijaabo ayaa la sameeyay taas oo xaqiijisay de Broglie's hypothesis - alwaaxdii elektarooniga ah waxay ku kala duwan tahay crystal bir (5).

Xagee laga keenay atamka?

Sida dadka kale: Big Bang. Fiisigisteyaashu waxay rumaysan yihiin in macno ahaan qayb ka mid ah ilbiriqsi ka mid ah "eber dhibic" protons, neutrons iyo electrons, taas oo ah, atamka ka kooban, la sameeyey. Dhawr daqiiqo ka dib (marka caalamku qaboojiyo ee cufnaanta maaddadu hoos u dhacday), nukleonsku way isku milmeen, iyaga oo samaystay xudunta curiyayaasha aan hydrogen ahayn. Qadarka ugu badan ee helium ayaa la sameeyay, iyo sidoo kale raadadka saddexda walxood ee soo socda. Kaliya ka dib 100 XNUMX Sannado badan, shuruuduhu waxay u oggolaadeen electrons inay ku xidhaan nuclei - atomyadii ugu horreeyay ayaa la sameeyay. Waxay ahayd inaan wakhti dheer sugo kan ku xiga. Isbeddelka aan tooska ahayn ee cufnaanta ayaa sababay samaynta cufnaanta, taas oo, sida ay u muuqdeen, soo jiidatay waxyaabo badan oo dheeraad ah. Wax yar ka dib, gudcurka koonka, xiddigihii ugu horreeyay ayaa soo ifbaxay.

Qiyaastii bilyan sano ka dib, qaar iyaga ka mid ah ayaa bilaabay inay dhintaan. Koorsadooda waxay soo saareen xudunta atamka hoos ilaa birta. Haddaba markii ay dhinteen ayay dhulkii ku kala fideen, oo xiddigo cusubna waxay ka dhasheen dambas. Kuwii ugu waaweynaa waxay lahaayeen dhammaad cajiib ah. Inta lagu guda jiro qaraxyada supernova, nukleiyada waxaa lagu duqeeyey qaybo badan oo xitaa curiyeyaasha ugu culus ayaa la sameeyay. Waxay sameeyeen xiddigo cusub, meerayaal, iyo globes qaar - nolosha.

Jiritaanka mowjadaha walxaha waa la xaqiijiyay. Dhanka kale, electron-ka ku jira atamka waxa loo tixgalin jiray mowjad taagan, taas oo ay ugu wacan tahay in aanu soo saarin tamar. Qalabka mowjadaha ee dhaqdhaqaaqa elektarooniga ah ayaa loo isticmaalay si loo abuuro mikroskoobyada elektarooniga ah, taas oo suurtogal ka dhigtay in la arko atamka markii ugu horeysay (6). Sannadaha soo socda, shaqada Werner Heisenberg iyo Erwin Schrödinger (oo ku saleysan de Broglie hypothesis) ayaa suurtageliyay in la horumariyo qaab cusub oo ah qolofka elektaroonigga ah ee atamka, oo gebi ahaanba ku salaysan khibrad. Laakiin kuwani waa su'aalo ka baxsan baaxadda maqaalka.

Riyadii alchemists ayaa rumowday

Isbeddellada shucaaca ee dabiiciga ah, kuwaas oo walxo cusub ay ku abuurmeen, ayaa la ogaa ilaa dhammaadkii qarnigii 1919-aad. XNUMX, shay kaliya oo dabeecadda ayaa awood u leh ilaa hadda. Ernest Rutherford muddadan waxa uu ku hawlanaa isdhexgalka qaybaha walxaha. Inta lagu guda jiro imtixaanada, wuxuu ogaaday in protons u muuqday natiijada shucaaca gaaska nitrogen.

Sharaxaada kaliya ee ifafaale waxay ahayd falcelinta u dhaxaysa helium nuclei (qayb iyo xudunta isotope ee curiyahan) iyo nitrogen (7). Natiijo ahaan, ogsijiin iyo hydrogen ayaa la sameeyay (proton waa xudunta isotope ugu fudud). Riyadii alchemists ee isu beddelka ayaa rumowday. Tobannaan sano ee soo socda, canaasiir aan laga helin dabeecadda ayaa la soo saaray.

Diyaargarowga shucaaca dabiiciga ah ee siidaaya qaybaha a-particles kuma haboona ujeedadan (caqabadda Coulomb ee nuclei culus aad bay u weyn tahay in qayb iftiin ahi u soo dhawaado). Xawaariyeyaasha, oo tamar aad u weyn siiya xudunta isotopes-ka culus, waxay u noqdeen "fornooyinka alchemical", taas oo awoowayaasha farmashiyeyaasha maanta ay isku dayeen inay helaan "boqorka biraha" (8).

Dhab ahaantii, ka waran dahabka? Alchemists waxay inta badan u isticmaali jireen meerkuri sida walxo ceeriin ah wax soo saarkeeda. Waa in la qiraa in kiiskan ay lahaayeen "san" dhab ah. Waxay ahayd meerkuri lagu daweeyay neutrons oo ku jira reactor nukliyeerkii markii ugu horeysay ee dahab macmal ah la helay. Qaybta birta ah waxaa lagu muujiyay 1955 shirkii Atomic ee Geneva.

Jaantuska 6. Atomyada ku yaal dusha dahabka, oo lagu arki karo sawirka mikroskoob tunneling ah.

7. Qorshaha isbeddelka ugu horreeya ee aadanaha ee curiyeyaasha

Warka ku saabsan guusha ay gaadheen khubarada cilmiga fiisigiska ayaa xitaa sababay buuq yar oo ku saabsan sarifka saamiyada adduunka, laakiin warbixinnada saxaafadeed ee dareenka leh ayaa lagu beeniyay macluumaadka ku saabsan qiimaha macdanta sidaan oo kale ah - waxay marar badan ka qaalisan tahay dahabka dabiiciga ah. Reactors ma bedeli doonaan macdanta birta qaaliga ah. Laakiin isotopes-yada iyo walxaha macmalka ah ee laga soo saaro iyaga (ujeeddooyinka daawada, tamarta, cilmi-baarista sayniska) ayaa aad uga qiimo badan dahabka.

8. Cyclotron taariikhi ah oo ka samaysanaysa dhowr walxood ee ugu horreeya ka dib uraniumka ee miiska xilliyeedka (Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, Ogosto 1939)

Akhristayaasha jecel inay u sahamiyaan arrimaha qoraalka ah, waxaan kula talinayaa maqaallo taxane ah oo uu qoray Mr. Tomasz Sowiński. Ka soo muuqday "Technics Young" 2006-2010 (hoos cinwaanka "Sidee ay ogaadeen"). Qoraallada sidoo kale waxaa laga heli karaa bogga qoraaga ee: .

Wareegto"Iyada oo atamka da'da» Wuxuu ku bilaabay xasuusin in qarnigii tagay inta badan loogu yeeri jiray da'da atamka. Dabcan, midna kuma guuldareysan karo in la xuso guulaha aasaasiga ah ee fiisigisyada iyo farmashiyeyaasha qarnigii XNUMXaad ee qaab dhismeedka maaddada. Si kastaba ha ahaatee, sanadihii ugu dambeeyay, aqoonta ku saabsan microcosm-ka ayaa si degdeg ah oo degdeg ah u sii fideysa, tignoolajiyada ayaa la sameeyay kuwaas oo u oggolaanaya in la maareeyo atamyada iyo unugyadu. Tani waxay ina siinaysaa xuquuqda aan ku nidhaahno da'da dhabta ah ee atomku weli ma iman.