Ensaiklopidia ya shule. Wanafizikia wa kiini cha atomiki

Mwanataaluma A. F. IOFF. "Sayansi na Maisha" No. 1, 1934

Nakala "Kiini cha Atomu" na msomi Abram Fedorovich Ioffe ilifungua toleo la kwanza la jarida "Sayansi na Uhai," lililoundwa hivi karibuni mnamo 1934.

E. Rutherford.

F. W. Aston.

WAVE NATURE YA MAMBO

Mwanzoni mwa karne ya 20, muundo wa atomiki wa jambo ulikoma kuwa dhahania, na atomi ikawa ukweli kama vile ukweli na matukio ya kawaida kwetu ni halisi.

Ilibadilika kuwa atomi ni malezi ngumu sana, ambayo bila shaka inajumuisha malipo ya umeme, na labda tu malipo ya umeme pekee. Hili kwa kawaida liliibua swali la muundo wa atomu.

Mfano wa kwanza wa atomi ulifanywa kulingana na mfumo wa jua. Walakini, wazo hili la muundo wa atomiki hivi karibuni liligeuka kuwa haliwezekani. Na hii ni asili. Wazo la atomi kama mfumo wa jua lilikuwa uhamishaji wa kiufundi wa picha inayohusishwa na mizani ya unajimu kwa eneo la atomi, ambapo mizani ni mia milioni tu ya sentimita. Mabadiliko makali kama haya ya kiasi hayakuweza lakini kuhusisha mabadiliko makubwa sana katika sifa za ubora wa matukio sawa. Tofauti hii kimsingi iliathiri ukweli kwamba atomi, tofauti na mfumo wa jua, lazima ijengwe kulingana na sheria ngumu zaidi kuliko zile sheria zinazoamua mizunguko ya sayari za mfumo wa jua.

Shida mbili ziliibuka. Kwanza, atomi zote za aina fulani, za kipengele fulani, zinafanana kabisa katika mali zao za kimwili, na kwa hiyo, obiti za elektroni katika atomi hizi zinapaswa kufanana kabisa. Wakati huo huo, sheria za mechanics zinazosimamia harakati za miili ya mbinguni hazitoi msingi wa hii. Kulingana na kasi ya awali, obiti ya sayari inaweza kuwa, kulingana na sheria hizi, ya kiholela kabisa; sayari inaweza kuzunguka kila wakati kwa kasi inayofaa katika obiti yoyote, kwa umbali wowote kutoka kwa Jua. Ikiwa obiti sawa za kiholela zilikuwepo katika atomi, basi atomi za dutu hiyo hiyo hazingeweza kufanana katika mali zao, kwa mfano, kutoa wigo wa luminescence unaofanana kabisa. Huu ni mkanganyiko mmoja.

Nyingine ilikuwa kwamba harakati ya elektroni kuzunguka kiini cha atomiki, ikiwa tutaitumia sheria ambazo tumejifunza vizuri kwa kiwango kikubwa katika majaribio ya maabara au hata matukio ya astronomia, inapaswa kuambatana na mionzi ya nishati inayoendelea. Kwa hivyo, nishati ya atomu ingelazimika kupunguzwa kila wakati, na tena atomi isingeweza kudumisha sifa zake sawa na bila kubadilika kwa karne nyingi na milenia, na ulimwengu wote na atomi zote zingelazimika kupata upungufu unaoendelea. kupoteza kwa kuendelea kwa nishati iliyo ndani yao. Hii pia haiendani kwa njia yoyote na sifa za msingi za atomi.

Ugumu wa mwisho ulihisiwa sana. Ilionekana kuongoza sayansi yote katika mwisho usio na mwisho.

Mwanafizikia mashuhuri Lorentz alimalizia mazungumzo yetu juu ya jambo hili kwa njia hii: “Ninajuta kwamba sikufa miaka mitano iliyopita, wakati mkanganyiko huo haukuwepo. matukio ya asili."

Wakati huo huo, katika chemchemi ya 1924, de Broglie, mwanafunzi mchanga wa Langevin, alionyesha katika tasnifu yake wazo ambalo katika maendeleo yake zaidi lilisababisha usanisi mpya.

Wazo la De Broglie, wakati huo lilibadilika kwa kiasi kikubwa, lakini bado limehifadhiwa kwa kiasi kikubwa, lilikuwa kwamba mwendo wa elektroni kuzunguka kiini katika atomi sio tu mwendo wa mpira fulani, kama ilivyofikiriwa hapo awali, kwamba mwendo huu unaambatana na baadhi. wimbi linalosafiri pamoja na elektroni inayotembea. Elektroni sio mpira, lakini dutu fulani ya umeme iliyofifia katika nafasi, harakati ambayo wakati huo huo inawakilisha uenezi wa wimbi.

Wazo hili, basi lilipanuliwa sio tu kwa elektroni, lakini pia kwa harakati ya mwili wowote - elektroni, atomi, na seti nzima ya atomi - inasema kwamba harakati yoyote ya mwili ina pande mbili, ambayo katika hali zingine tunaweza. tazama kwa uwazi upande mmoja, wakati mwingine hauonekani wazi. Katika kisa kimoja, tunaona, kana kwamba, mawimbi yanaeneza na hatuoni harakati za chembe; kwa upande mwingine, kinyume chake, chembe zinazosonga zenyewe zinakuja mbele, na wimbi linakwepa uchunguzi wetu.

Lakini kwa kweli, pande zote mbili zipo daima, na, hasa, katika harakati za elektroni hakuna tu harakati za mashtaka wenyewe, lakini pia uenezi wa wimbi.

Haiwezi kusema kuwa hakuna harakati za elektroni katika obiti, lakini tu mapigo, mawimbi tu, i.e. kitu kingine. Hapana, itakuwa sahihi zaidi kusema hivi: hatukatai kabisa harakati za elektroni, ambazo tulizifananisha na harakati za sayari kuzunguka Jua, lakini harakati hii yenyewe ina asili ya msukumo, na sio msukumo. asili ya mwendo wa dunia kuzunguka Jua.

Sitaelezea hapa muundo wa atomi, muundo wa shell yake ya elektroniki, ambayo huamua msingi wote mali za kimwili- kujitoa, elasticity, capillarity; Tabia za kemikali nk Haya yote ni matokeo ya harakati ya shell ya elektroni, au, kama sisi sasa kusema, pulsation ya atomi.

TATIZO LA NUCLEUS YA ATOMI

Nucleus ina jukumu muhimu zaidi katika atomi. Hiki ndicho kituo ambacho elektroni zote huzunguka na ambao sifa zake hatimaye huamua kila kitu kingine.

Jambo la kwanza tunaweza kujifunza kuhusu kiini ni malipo yake. Tunajua kwamba atomi ina idadi fulani ya elektroni zenye chaji hasi, lakini atomi kwa ujumla haina chaji ya umeme. Hii ina maana kwamba lazima kuwe na malipo chanya sambamba mahali fulani. Chaji hizi chanya zimejilimbikizia kwenye kiini. Kiini ni chembe yenye chaji chanya ambayo angahewa ya elektroni inayozunguka kiini hupiga. Malipo ya kiini pia huamua idadi ya elektroni.

Elektroni za chuma na shaba, kioo na kuni ni sawa kabisa. Sio shida kwa atomi kupoteza elektroni zake chache au hata kupoteza elektroni zake zote. Maadamu kiini chenye chaji chanya kinasalia, kiini hiki kitavutia elektroni nyingi kadri inavyohitaji kutoka kwa miili mingine inayoizunguka, na atomi itahifadhiwa. Atomu ya chuma itabaki kuwa chuma mradi tu kiini chake kikiwa shwari. Ikiwa inapoteza elektroni chache, chaji chanya kwenye kiini itakuwa kubwa kuliko jumla ya chaji hasi zilizobaki, na atomi nzima kwa ujumla itapata malipo chanya ya ziada. Kisha tunaiita sio atomi, lakini ioni chanya ya chuma. Katika hali nyingine, atomi inaweza, kinyume chake, kuvutia zaidi elektroni hasi yenyewe kuliko ina malipo mazuri - basi itakuwa na chaji hasi, na tunaiita ion hasi; itakuwa ioni hasi ya kipengele sawa. Kwa hivyo, umoja wa kitu, mali zake zote zipo na imedhamiriwa na kiini, malipo ya kiini hiki, kwanza kabisa.

Zaidi ya hayo, wingi mkubwa wa wingi wa atomi imedhamiriwa kwa usahihi na kiini, na si kwa elektroni, - wingi wa elektroni ni chini ya elfu moja ya wingi wa atomi nzima; zaidi ya 0.999 ya misa yote ni wingi wa kiini. Hii ni muhimu zaidi kwa sababu tunazingatia wingi kuwa kipimo cha akiba ya nishati ambayo dutu fulani inamiliki; uzito ni kipimo sawa cha nishati kama erg, kilowati-saa au kalori.

Ugumu wa kiini ulifunuliwa katika uzushi wa radioactivity, iliyogunduliwa muda mfupi baada ya X-rays, mwanzoni mwa karne yetu. Inajulikana kuwa vipengele vya mionzi huendelea kutoa nishati katika mfumo wa miale ya alpha, beta na gamma. Lakini mionzi kama hiyo inayoendelea ya nishati lazima iwe na chanzo fulani. Mnamo 1902, Rutherford alionyesha kwamba chanzo pekee cha nishati hii inapaswa kuwa atomi, kwa maneno mengine, nishati ya nyuklia. Upande mwingine wa mionzi ni kwamba utoaji wa miale hii hubadilisha kipengele kimoja kilicho katika sehemu moja kwenye jedwali la upimaji hadi kipengele kingine chenye sifa tofauti za kemikali. Kwa maneno mengine, michakato ya mionzi hubadilisha vipengele. Ikiwa ni kweli kwamba kiini cha atomi huamua umoja wake na kwamba, maadamu kiini kiko sawa, atomi inabaki kuwa atomi ya elementi fulani na sio nyingine, basi mpito wa elementi moja hadi nyingine unamaanisha mabadiliko katika kiini chenyewe cha atomi.

Miale inayotolewa na vitu vyenye mionzi hutoa njia ya kwanza ya kupata wazo la jumla la kile kilichomo kwenye kiini.

Miale ya alfa ni viini vya heliamu, na heliamu ni kipengele cha pili cha jedwali la upimaji. Kwa hiyo mtu anaweza kufikiri kwamba msingi una nuclei ya heliamu. Lakini kupima kasi ambayo miale ya alpha hutolewa mara moja husababisha ugumu mkubwa sana.

NADHARIA YA GAMOW YA REDIOACTIVITY

Kiini kina chaji chanya. Inapokaribia, chembe yoyote iliyochajiwa hupata nguvu ya mvuto au kukataliwa. Kwa kiwango kikubwa cha maabara, mwingiliano wa mashtaka ya umeme hutambuliwa na sheria ya Coulomb: mashtaka mawili yanaingiliana kwa nguvu kinyume na mraba wa umbali kati yao na moja kwa moja sawia na ukubwa wa malipo moja na nyingine. Kusoma sheria za kuvutia au kurudisha nyuma ambazo chembe hupata wakati wa kukaribia kiini, Rutherford aligundua kuwa hadi umbali wa karibu sana na kiini, kwa mpangilio wa cm 10 -12, sheria hiyo hiyo ya Coulomb bado ni halali. Ikiwa hii ni hivyo, basi tunaweza kuhesabu kwa urahisi ni kiasi gani cha kazi ambayo kiini lazima ifanye katika kusukuma mbali chaji chanya inapoondoka kwenye kiini na kutupwa nje. Chembe za alfa na viini vya heliamu vilivyochajiwa, vinavyotoka kwenye kiini, husogea chini ya athari ya kuchukiza ya malipo yake; na hesabu inayolingana inaonyesha kwamba, chini ya ushawishi wa kukataa peke yake, chembe za alfa lazima ziwe zimekusanya nishati ya kinetic inayolingana na angalau volti milioni 10 au 20 za elektroni, yaani, nishati inayopatikana wakati wa kupitisha chaji sawa na chaji. ya elektroni, tofauti inayowezekana ya volti milioni 20. Lakini kwa kweli, wakati wa kuruka nje ya atomi, hutoka na nishati kidogo, volts milioni 1-5 tu za elektroni. Lakini, zaidi ya hayo,

Ilikuwa ni kawaida kutarajia kwamba kiini, inapotoa chembe ya alfa, huipa kitu kingine kwa kuongeza. Wakati wa ejection, kitu kama mlipuko hutokea katika msingi, na mlipuko huu wenyewe hutoa aina fulani ya nishati; kazi ya nguvu za kuchukiza inaongezwa kwa hili, na inageuka kuwa jumla ya nguvu hizi ni chini ya kile kinachopaswa kutolewa peke yake. Upinzani huu huondolewa mara tu tunapokataa kuhamisha mechanically katika eneo hili maoni yaliyotengenezwa kutokana na uzoefu wa kusoma miili mikubwa, ambapo hatuzingatii asili ya wimbi la harakati. G. A. Gamov alikuwa wa kwanza kutoa tafsiri sahihi Ilikuwa ni ukinzani huu uliounda nadharia ya wimbi la kiini na michakato ya mionzi.

Inajulikana kuwa kwa umbali mkubwa wa kutosha (zaidi ya 10 -12 cm) kiini huzuia malipo mazuri kutoka yenyewe. Kwa upande mwingine, hakuna shaka kwamba ndani ya kiini yenyewe, ambayo ina mashtaka mengi mazuri, kwa sababu fulani hawana kukataa. Uwepo wa kiini yenyewe unaonyesha kuwa chaji chanya ndani ya kiini huvutia kila mmoja, na nje ya kiini hufukuza kila mmoja.

Tunawezaje kuelezea hali ya nishati ndani na karibu na msingi? Gamow aliunda uwakilishi ufuatao. Tutaonyesha kwenye mchoro (Mchoro 5) kiasi cha nishati ya malipo chanya katika eneo fulani kwa umbali kutoka kwa mstari mlalo. A.

Inapokaribia kiini, nishati ya malipo itaongezeka, kwa sababu kazi itafanywa dhidi ya nguvu ya kukataa. Ndani ya kiini, kinyume chake, nishati inapaswa kupungua tena, kwa sababu hapa hakuna kukataa kwa pande zote, lakini mvuto wa pande zote. Katika mipaka ya kiini kuna kupungua kwa kasi kwa thamani ya nishati. Mchoro wetu unaonyeshwa kwenye ndege; kwa kweli, bila shaka, unahitaji kufikiria katika nafasi na usambazaji sawa wa nishati katika pande nyingine zote. Kisha tunapata kwamba karibu na kiini kuna safu ya duara yenye nishati ya juu, kama aina fulani ya kizuizi cha nishati ambayo inalinda kiini kutoka kwa kupenya kwa chaji chanya, kinachojulikana kama "Kizuizi cha Gamow".

Ikiwa tunasimama juu ya mtazamo wa maoni ya kawaida juu ya harakati ya mwili na kusahau kuhusu asili yake ya wimbi, basi tunapaswa kutarajia kwamba malipo mazuri tu yanaweza kupenya ndani ya kiini, nishati ambayo sio. urefu mdogo kizuizi. Kinyume chake, ili kuondoka kwenye kiini, malipo lazima kwanza kufikia juu ya kizuizi, baada ya hapo nishati yake ya kinetic itaanza kuongezeka inapoondoka kwenye kiini. Ikiwa juu ya kizuizi nishati ilikuwa sifuri, basi ikiondolewa kutoka kwa atomi itapokea volts sawa za elektroni milioni 20, ambazo hazizingatiwi kamwe. Uelewa mpya wa msingi ambao Gamow alianzisha ni kama ifuatavyo. Mwendo wa chembe lazima uzingatiwe kama wimbi. Kwa hivyo, harakati hii huathiriwa na nishati sio tu katika hatua iliyochukuliwa na chembe, lakini pia katika wimbi lote la kuenea la chembe, linalofunika nafasi kubwa. Kulingana na dhana ya mechanics ya mawimbi, tunaweza kusema kwamba hata kama nishati katika hatua fulani haijafikia kikomo kinacholingana na juu ya kizuizi, chembe inaweza kuishia upande wa pili wake, ambapo hakuna. tena vunjwa ndani ya msingi na nguvu za kuvutia kaimu huko.

Jaribio lifuatalo linawakilisha kitu sawa. Hebu fikiria kwamba kuna pipa la maji nyuma ya ukuta wa chumba. Bomba hutolewa kutoka kwenye pipa hii, ambayo hupita juu juu kupitia shimo kwenye ukuta na hutoa maji; maji yanamwagika chini. Hii ni kifaa kinachojulikana kinachoitwa siphon. Ikiwa pipa upande huo umewekwa juu zaidi kuliko mwisho wa bomba, basi maji yataendelea kati yake kwa kasi iliyopangwa na tofauti katika kiwango cha maji kwenye pipa na mwisho wa bomba. Hakuna cha kushangaza hapa. Lakini ikiwa haukujua juu ya uwepo wa pipa upande wa pili wa ukuta na uliona bomba tu ambalo maji hutiririka kutoka kwa urefu mkubwa, basi kwako ukweli huu ungeonekana kuwa ni mkanganyiko usioweza kurekebishwa. Maji hutoka kwa urefu mkubwa na wakati huo huo haukusanyiko nishati inayofanana na urefu wa bomba. Walakini, maelezo katika kwa kesi hii dhahiri.

Tunayo jambo kama hilo katika msingi. Chaji kutoka kwa nafasi yake ya kawaida A hupanda hadi hali ya nishati zaidi KATIKA, lakini haifikii juu ya kizuizi hata kidogo NA(Mchoro 6).

Kutoka jimboni KATIKA chembe ya alfa, ikipitia kizuizi, huanza kutolewa kutoka kwa kiini sio kutoka juu sana. NA, na kutoka kwa urefu mdogo wa nishati B 1. Kwa hiyo, wakati wa kuondoka nje, nishati iliyokusanywa na chembe haitategemea urefu NA, na kutoka urefu wa chini sawa na B 1(Mchoro 7).

Hoja hii ya ubora inaweza kuwekwa katika hali ya kiasi na sheria inaweza kutolewa ambayo huamua uwezekano wa chembe ya alfa kupitisha kizuizi kulingana na nishati. KATIKA, ambayo iko kwenye kiini, na, kwa hiyo, kutoka kwa nishati ambayo inapokea wakati wa kuacha atomi.

Kupitia mfululizo wa majaribio, sheria rahisi sana ilianzishwa ambayo iliunganisha nambari za chembe za alpha zinazotolewa na dutu za mionzi na nishati au kasi yao. Lakini maana ya sheria hii haikuwa wazi kabisa.

Mafanikio ya kwanza ya Gamow yalikuwa katika ukweli kwamba sheria hii ya kiasi cha utoaji wa chembe za alpha ilifuata kwa usahihi na kwa urahisi kutoka kwa nadharia yake. Sasa "kizuizi cha nishati ya Gamow" na tafsiri yake ya wimbi ni msingi wa mawazo yetu yote kuhusu kiini.

Sifa za mionzi ya alpha hufafanuliwa kimaelezo na kwa kiasi vizuri na nadharia ya Gamow, lakini inajulikana kuwa vitu vyenye mionzi pia hutoa miale ya beta - mikondo ya elektroni za haraka. Mfano hauwezi kuelezea utoaji wa elektroni. Hii ni moja ya utata mkubwa zaidi katika nadharia ya kiini cha atomiki, ambayo hadi hivi karibuni ilibakia bila kutatuliwa, lakini suluhisho ambalo sasa linaonekana.

MUUNDO WA KIINI

Hebu sasa tuendelee kuzingatia kile tunachojua kuhusu muundo wa kiini.

Zaidi ya miaka 100 iliyopita, Prout alionyesha wazo kwamba labda vipengele vya jedwali la upimaji sio tofauti kabisa, aina zisizohusiana za suala, lakini ni mchanganyiko tofauti wa atomi ya hidrojeni. Ikiwa hii ingekuwa hivyo, basi mtu angetarajia kwamba sio tu malipo ya viini vyote yangekuwa nyongeza kamili ya malipo ya hidrojeni, lakini pia wingi wa nuclei zote zingeonyeshwa kama zidishi kamili za wingi wa nucleus ya hidrojeni, i.e. uzani wote wa atomiki utalazimika kuonyeshwa nambari nzima. Hakika, ukiangalia meza ya uzito wa atomiki, unaweza kuona idadi kubwa ya integers. Kwa mfano, kaboni ni 12 hasa, nitrojeni ni 14 hasa, oksijeni ni 16 hasa, fluorine ni hasa 19. Hii, bila shaka, sio ajali. Lakini bado kuna uzani wa atomiki ambao uko mbali na nambari nzima. Kwa mfano, neon ina uzito wa atomiki 20.2, klorini - 35.46. Kwa hivyo, nadharia ya Prout ilibaki kuwa nadhani kwa sehemu na haikuweza kuwa nadharia ya muundo wa atomi. Kwa kusoma tabia ya ioni za kushtakiwa, ni rahisi sana kusoma mali ya kiini cha atomiki kwa kuwaathiri, kwa mfano, na uwanja wa umeme na sumaku.

Njia ya msingi wa hii, iliyoletwa kwa usahihi wa hali ya juu sana na Aston, ilifanya iwezekane kubaini kuwa vitu vyote ambavyo uzani wa atomiki haukuonyeshwa kwa nambari nzima, kwa kweli sio dutu inayofanana, lakini mchanganyiko wa mbili au zaidi - 3, 4. , 9 - aina tofauti atomi. Kwa mfano, uzani wa atomiki wa klorini ni 35.46 kwa sababu kuna aina kadhaa za atomi za klorini. Kuna atomi za klorini zenye uzito wa atomiki 35 na 37, na aina hizi mbili za klorini huchanganywa pamoja kwa uwiano kwamba uzito wao wa wastani wa atomiki ni 35.46. Ilibadilika kuwa sio tu katika kesi hii moja, lakini katika hali zote bila ubaguzi, ambapo uzani wa atomiki haujaonyeshwa kwa nambari kamili, tuna mchanganyiko wa isotopu, ambayo ni, atomi zilizo na malipo sawa, kwa hivyo inawakilisha kitu sawa , lakini na umati tofauti. Kila aina ya mtu binafsi ya atomi daima ina uzito wa atomi nzima.

Kwa hivyo, nadharia ya Prout ilipata uimarishaji mkubwa mara moja, na swali linaweza kuzingatiwa kutatuliwa ikiwa sio kwa ubaguzi mmoja, ambayo ni hidrojeni yenyewe. Ukweli ni kwamba mfumo wetu wa uzani wa atomiki haujengwa juu ya hidrojeni, iliyochukuliwa kama moja, lakini kwa uzito wa atomiki wa oksijeni, ambayo kawaida huchukuliwa kuwa 16. Kuhusiana na uzito huu, uzito wa atomiki huonyeshwa kama nambari kamili kabisa. Lakini hidrojeni yenyewe katika mfumo huu ina uzito wa atomiki sio wa moja, lakini kiasi fulani zaidi, yaani 1.0078. Nambari hii inatofautiana na umoja kwa kiasi kikubwa - kwa 3/4%, ambayo inazidi kila kitu makosa iwezekanavyo katika kuamua uzito wa atomiki.

Ilibainika kuwa oksijeni pia ina isotopu 3: pamoja na ile kubwa zaidi, yenye uzito wa atomiki 16, nyingine na uzani wa atomiki 17, na ya tatu na uzani wa atomiki 18. Ikiwa tutaweka uzito wote wa atomiki kwa isotopu 16, basi uzito wa atomiki wa hidrojeni bado utakuwa mkubwa zaidi kuliko moja. Kisha, isotopu ya pili ya hidrojeni ilipatikana - hidrojeni yenye uzito wa atomiki 2 - deuterium, kama Wamarekani walioigundua walivyoiita, au diplogene, kama Waingereza wanavyoiita. Ni karibu 1/6000 tu ya deuterium hii imechanganywa, na kwa hiyo uwepo wa uchafu huu una athari ndogo sana kwa uzito wa atomiki ya hidrojeni.

Karibu na hidrojeni, heliamu ina uzito wa atomiki wa 4.002. Ikiwa ingeundwa na hidrojeni 4, basi uzito wake wa atomiki bila shaka ungekuwa 4.031. Kwa hiyo, katika kesi hii tuna hasara fulani katika uzito wa atomiki, yaani: 4.031 - 4.002 = 0.029. Inawezekana? Hadi tulipozingatia wingi kama kipimo fulani cha maada, bila shaka, hii haikuwezekana: hii ingemaanisha kwamba sehemu ya jambo hilo ilikuwa imetoweka.

Lakini nadharia ya uhusiano imethibitisha bila shaka kwamba wingi sio kipimo cha kiasi cha maada, bali ni kipimo cha nishati ambayo jambo hili linayo. Jambo halipimwi kwa wingi, bali kwa idadi ya malipo yanayounda jambo hilo. Gharama hizi zinaweza kuwa na nishati zaidi au kidogo. Chaji zinazofanana zinapokaribia, nishati huongezeka; zinapoondoka, nishati hupungua. Lakini hii, bila shaka, haimaanishi kwamba jambo limebadilika.

Tunaposema kwamba wakati wa kuundwa kwa heliamu kutoka kwa hidrojeni 4, uzito wa atomiki 0.029 ulipotea, hii ina maana kwamba nishati inayofanana na thamani hii ilipotea. Tunajua kwamba kila gramu ya dutu ina nishati sawa na 9. 10 20 mfano. Wakati 4 g ya heliamu inapoundwa, nishati inayopotea ni 0.029. 9 . 10 20 ergams. Kutokana na kupungua huku kwa nishati, viini 4 vya hidrojeni vitaungana na kuwa kiini kipya. Nishati ya ziada itatolewa kwenye nafasi inayozunguka, na kiwanja kilicho na nishati kidogo na wingi kitabaki. Kwa hivyo, ikiwa uzito wa atomiki haujapimwa kwa usahihi, na nambari 4 au 1, lakini kwa 4.002 na 1.0078, basi ni elfu hizi ambazo hupata. maana maalum, kwa sababu wao huamua nishati iliyotolewa wakati wa kuundwa kwa kiini.

Nishati zaidi hutolewa wakati wa kuundwa kwa kiini, yaani, kupoteza zaidi kwa uzito wa atomiki, nguvu ya kiini. Hasa, kiini cha heliamu kina nguvu sana, kwa sababu inapoundwa, nishati hutolewa sambamba na kupoteza uzito wa atomiki - 0.029. Hii ni nishati ya juu sana. Ili kuhukumu, ni bora kukumbuka uwiano huu rahisi: elfu moja ya uzito wa atomiki inalingana na takriban volts milioni 1 za elektroni. Kwa hivyo 0.029 ni takriban volti milioni 29 za elektroni. Ili kuharibu kiini cha heliamu ili kuitenganisha tena kuwa hidrojeni 4, nishati nyingi inahitajika. Kiini haipati nishati kama hiyo, kwa hivyo kiini cha heliamu ni thabiti sana, na ndiyo sababu sio viini vya hidrojeni ambavyo hutolewa kutoka kwa nuclei ya mionzi, lakini nuclei nzima ya heliamu, chembe za alpha. Mawazo haya yanatupeleka kwenye tathmini mpya ya nishati ya atomiki. Tayari tunajua kwamba karibu nishati yote ya atomi imejilimbikizia kwenye kiini, na nishati kubwa sana. 1 g ya dutu hii, ikiwa imetafsiriwa katika lugha ya kuona zaidi, nishati nyingi kama inaweza kupatikana kutokana na kuchoma treni 10 za mabehewa 100 ya mafuta. Kwa hiyo, kiini ni chanzo cha kipekee kabisa cha nishati. Linganisha 1 g na treni 10 - hii ni uwiano wa mkusanyiko wa nishati katika msingi ikilinganishwa na nishati tunayotumia katika teknolojia yetu.

Hata hivyo, ikiwa unafikiri juu ya ukweli ambao tunazingatia sasa, unaweza, kinyume chake, kuja kwa mtazamo tofauti kabisa wa kiini. Kiini, kutoka kwa mtazamo huu, sio chanzo cha nishati, lakini makaburi yake: kiini ni salio baada ya kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati, na ndani yake tuna hali ya chini ya nishati.

Kwa hivyo, ikiwa tunaweza kuzungumza juu ya uwezekano wa kutumia nishati ya nyuklia, basi kwa maana kwamba, labda, sio nuclei zote zimefikia nishati ya chini sana: baada ya yote, hidrojeni na heliamu zote zipo katika asili, na, kwa hiyo, sio hidrojeni zote. pamoja na kuwa heliamu, ingawa heliamu ina nishati kidogo. Ikiwa tunaweza kuunganisha hidrojeni iliyopo kwenye heliamu, tungepata idadi inayojulikana nishati. Hii sio treni 10 zilizo na mafuta, lakini bado itakuwa takriban magari 10 na mafuta. Na hii sio mbaya sana ikiwa inawezekana kupata nishati nyingi kutoka kwa 1 g ya dutu kama vile kuchoma gari 10 za mafuta.

Hizi ni akiba zinazowezekana za nishati wakati wa kupanga upya viini. Lakini uwezekano, bila shaka, ni mbali na ukweli.

Je, fursa hizi zinaweza kupatikana vipi? Ili kuzitathmini, hebu tuendelee kuzingatia utungaji wa kiini cha atomiki.

Sasa tunaweza kusema kwamba viini vyote vina viini chanya vya hidrojeni, ambavyo huitwa protoni, vina uzito wa kitengo cha atomiki (1.0078 kuwa halisi) na chaji chanya ya kitengo. Lakini kiini hakiwezi kuwa na protoni pekee. Hebu tuchukue, kwa mfano, zaidi kipengele nzito, nafasi ya 92 katika meza ya mara kwa mara, - uranium yenye uzito wa atomiki wa 238. Ikiwa tunadhania kwamba vitengo hivi vyote 238 vinaundwa na protoni, basi uranium itakuwa na chaji 238, wakati ina 92 ​​tu. Kwa hivyo, ama sio chembe zote zinachajiwa, au kuna 146 pamoja na protoni 238 elektroni hasi. Kisha kila kitu ni sawa: uzito wa atomiki itakuwa 238, malipo mazuri 238 na hasi 146, kwa hiyo, malipo ya jumla ni 92. Lakini tayari tumeanzisha kwamba dhana ya kuwepo kwa elektroni katika kiini haikubaliani na mawazo yetu: wala kwa ukubwa wala ndani mali ya magnetic elektroni haziwezi kuwekwa kwenye kiini. Aina fulani ya utata ilibaki.

UGUNDUZI WA NEUTRON

Upinzani huu uliharibiwa na ukweli mpya wa majaribio, ambao uligunduliwa karibu miaka miwili iliyopita na Irene Curie na mumewe Joliot (Irene Curie ni binti ya Marie Curie, ambaye aligundua radium). Irene Curie na Joliot waligundua kwamba beriliamu (kipengele cha nne cha jedwali la upimaji) inapopigwa na chembechembe za alpha, beriliamu hutoa miale ya ajabu ambayo hupenya unene mkubwa wa maada. Inaweza kuonekana kuwa kwa vile hupenya vitu kwa urahisi, haipaswi kusababisha madhara yoyote muhimu huko, vinginevyo nishati yao itapungua na hawataweza kupenya dutu. Kwa upande mwingine, zinageuka kuwa miale hii, ikigongana na kiini cha atomi, inaikataa kwa nguvu kubwa, kana kwamba imepigwa na chembe nzito. Kwa hiyo, kwa upande mmoja, mtu lazima afikiri kwamba mionzi hii ni nuclei nzito, na kwa upande mwingine, ina uwezo wa kupita kwenye unene mkubwa bila kuwa na ushawishi wowote.

Azimio la ukinzani huu lilipatikana kwa ukweli kwamba chembe hii haijashtakiwa. Ikiwa chembe haina malipo ya umeme, basi hakuna kitu kitakachofanya juu yake, na yenyewe haitafanya chochote. Wakati tu, wakati wa harakati zake, inakimbia kwenye bunduki mahali fulani, huitupa.

Kwa hivyo, chembe mpya zisizo na malipo zilionekana - neutroni. Ilibadilika kuwa wingi wa chembe hii ni takriban sawa na wingi wa chembe ya hidrojeni - 1.0065 (elfu moja chini ya protoni, kwa hiyo, nishati yake ni takriban volts milioni 1 ya elektroni chini). Chembe hii ni sawa na protoni, lakini haina chaji chanya tu, haina upande wowote, iliitwa nyutroni.

Mara tu uwepo wa nyutroni ulipoonekana, wazo tofauti kabisa la muundo wa kiini lilipendekezwa. Ilionyeshwa kwanza na D. D. Ivanenko, na kisha ikaendelezwa, hasa na Heisenberg, ambaye alipokea Tuzo la Nobel mwaka jana. Kiini kinaweza kuwa na protoni na neutroni. Inaweza kuzingatiwa kuwa kiini kinaundwa tu na protoni na neutroni. Kisha ujenzi wote wa mfumo wa upimaji unaonekana tofauti kabisa, lakini ni rahisi sana. Je, kwa mfano, mtu anapaswa kuwaziaje urani? Uzito wake wa atomiki ni 238, i.e. kuna chembe 238. Lakini baadhi yao ni protoni, baadhi ni neutroni. Kila protoni ina chaji chanya; neutroni hazina malipo hata kidogo. Ikiwa malipo ya urani ni 92, basi hii inamaanisha kuwa 92 ni protoni, na iliyobaki ni neutroni. Wazo hili tayari limesababisha mafanikio kadhaa ya kushangaza na mara moja likafafanua idadi ya mali ya mfumo wa upimaji ambao hapo awali ulionekana kuwa wa kushangaza kabisa. Wakati kuna protoni chache na neutroni, basi, kwa mujibu wa dhana za kisasa za mechanics ya wimbi, mtu anapaswa kutarajia kwamba idadi ya protoni na neutroni katika kiini ni sawa. Ni protoni pekee inayo chaji, na idadi ya protoni inatoa nambari ya atomiki. Na uzito wa atomiki wa elementi ni jumla ya uzito wa protoni na neutroni, kwa sababu zote zina uzito mmoja wa atomiki. Kwa msingi huu, tunaweza kusema kwamba nambari ya atomiki ni nusu ya uzito wa atomiki.

Sasa bado kuna ugumu mmoja, utata mmoja. Huu ni ukinzani unaoundwa na chembe za beta.

UGUNDUZI WA POSITRON

Tumefikia hitimisho kwamba hakuna kitu katika kiini isipokuwa protoni iliyo na chaji chanya. Ni vipi basi elektroni hasi hutolewa kutoka kwa kiini ikiwa hakuna chaji hasi huko kabisa? Kama unavyoona, tuko katika hali ngumu.

Tunaongozwa tena kutoka humo na ukweli mpya wa majaribio, ugunduzi mpya. Ugunduzi huu ulifanywa, labda kwa mara ya kwanza, na D.V. Skobeltsyn, ambaye, baada ya kusoma miale ya cosmic kwa muda mrefu, aligundua kuwa kati ya mashtaka ambayo mionzi ya cosmic hutoa, pia kuna chembe chanya za mwanga. Lakini ugunduzi huu ulikuwa kinyume sana na kila kitu ambacho kilianzishwa kwa nguvu kwamba Skobeltsyn mwanzoni hakutoa tafsiri kama hiyo kwa uchunguzi wake.

Mtu aliyefuata kugundua jambo hili alikuwa mwanafizikia wa Marekani Andersen huko Pasadena (California), na baada yake huko Uingereza, katika maabara ya Rutherford, Blackett. Hizi ni elektroni chanya au, kama hazikuitwa vizuri, positroni. Kwamba hizi ni elektroni chanya zinaweza kuonekana kwa urahisi zaidi kwa tabia zao katika uwanja wa sumaku. Katika uwanja wa sumaku, elektroni hupotoshwa kwa mwelekeo mmoja, na positroni kwa upande mwingine, na mwelekeo wa kupotoka kwao huamua ishara yao.

Hapo awali, positroni zilizingatiwa tu wakati wa kupita mionzi ya cosmic. Hivi majuzi, Irene Curie na Joliot sawa waligundua jambo jipya la kushangaza. Ilibadilika kuwa kuna aina mpya mionzi, kwamba viini vya alumini, boroni, magnesiamu, ambazo hazina mionzi zenyewe, zinapopigwa na miale ya alpha, huwa na mionzi. Kwa dakika 2 hadi 14, wanaendelea kutoa chembe kwa hiari yao wenyewe, na chembe hizi si miale ya alpha na beta tena, lakini positroni.

Nadharia ya positrons iliundwa mapema zaidi kuliko positron yenyewe ilipatikana. Dirac alijiwekea jukumu la kutoa milinganyo ya mitambo ya mawimbi kwa namna ambayo ingekidhi nadharia ya uhusiano.

Milinganyo hii ya Dirac, hata hivyo, ilisababisha tokeo la ajabu sana. Misa huingia kwao kwa ulinganifu, yaani, wakati ishara ya wingi inabadilika kinyume chake, equations hazibadilika. Ulinganifu huu wa milinganyo kwa heshima na wingi uliruhusu Dirac kutabiri uwezekano wa kuwepo kwa elektroni chanya.

Wakati huo, hakuna mtu aliyeona elektroni chanya, na kulikuwa na imani kubwa kwamba hapakuwa na elektroni chanya (hii inaweza kuhukumiwa kwa tahadhari ambayo Skobeltsyn na Andersen walishughulikia suala hili), kwa hivyo nadharia ya Dirac ilikataliwa. Miaka miwili baadaye, elektroni chanya zilipatikana, na, kwa kawaida, walikumbuka nadharia ya Dirac, ambayo ilitabiri kuonekana kwao.

"MALIZAJI" NA "KUANGAMIZA"

Nadharia hii inahusishwa na idadi ya tafsiri zisizo na msingi zinazoizunguka kutoka pande zote. Hapa ningependa kuchambua mchakato wa uboreshaji, unaoitwa kwa mpango wa Madame Curie - kuonekana, wakati mionzi ya gamma inapita kwenye jambo, wakati huo huo jozi ya elektroni chanya na hasi. Ukweli huu wa majaribio unafasiriwa kama mabadiliko ya nishati ya sumakuumeme kuwa chembe mbili za maada ambazo hazikuwepo hapo awali. Ukweli huu, kwa hiyo, unafasiriwa kama uumbaji na kutoweka kwa maada chini ya ushawishi wa miale hiyo mingine.

Lakini ikiwa tunachunguza kwa undani kile tunachokiona, ni rahisi kuona kwamba tafsiri hiyo ya kuonekana kwa jozi haina msingi. Hasa, kazi ya Skobeltsyn inaonyesha wazi kwamba kuonekana kwa jozi ya malipo chini ya ushawishi wa mionzi ya gamma haifanyiki katika nafasi tupu kabisa; kuonekana kwa jozi daima huzingatiwa tu katika atomi. Kwa hivyo, hapa hatushughulikii utokeaji wa nishati, si kwa kuonekana kwa jambo jipya, lakini tu na mgawanyo wa mashtaka ndani ya jambo ambalo tayari lipo katika atomi. Alikuwa wapi? Mtu lazima afikirie kuwa mchakato wa kugawanya malipo chanya na hasi hutokea si mbali na kiini, ndani ya atomi, lakini si ndani ya kiini (kwa umbali wa si kubwa sana wa 10 -10 -10 -11 cm, wakati radius. ya kiini ni 10 -12 -10 -13 cm ).

Hasa sawa inaweza kusemwa kuhusu mchakato wa kurudi nyuma"Kuangamizwa kwa jambo" - mchanganyiko wa elektroni hasi na chanya na kutolewa kwa volti milioni moja ya elektroni katika mfumo wa quanta mbili za mionzi ya gamma ya umeme. Na mchakato huu daima hutokea katika atomi, inaonekana karibu na kiini chake.

Hapa tunakuja kwa uwezekano wa kusuluhisha mkanganyiko ambao tumeshaona, ambao unatokana na utoaji wa mionzi ya beta ya elektroni hasi na kiini, ambayo, kama tunavyofikiria, haina elektroni.

Kwa wazi, chembe za beta haziruka kutoka kwenye kiini, lakini kwa sababu ya kiini; Kutokana na kutolewa kwa nishati ndani ya kiini, mchakato wa kugawanyika katika chaji chanya na hasi hutokea karibu nayo, na chaji hasi ikitolewa, na chaji chanya huchorwa kwenye kiini na kuunganishwa na nyutroni, na kutengeneza protoni chanya. Hii ni dhana ambayo imefanywa hivi karibuni.

Haya ndiyo tunayojua kuhusu muundo wa kiini cha atomiki.

HITIMISHO

Kwa kumalizia, hebu tuseme maneno machache kuhusu matarajio ya siku zijazo.

Ikiwa, katika uchunguzi wa atomi, tulifikia mipaka fulani zaidi ya ambayo mabadiliko ya kiasi yalibadilishwa kuwa sifa mpya za ubora, basi kwenye mipaka ya nucleus ya atomiki sheria hizo za mechanics ya wimbi ambazo tuligundua katika shell ya atomiki zinaacha kufanya kazi; katika msingi, mtaro ambao bado haueleweki wa nadharia mpya, hata zaidi ya jumla huanza kuhisiwa, kuhusiana na ambayo mechanics ya wimbi inawakilisha upande mmoja tu wa jambo hilo, upande mwingine ambao sasa unaanza kufunguliwa - na huanza, kama kawaida, pamoja na mikanganyiko.

Kazi kwenye kiini cha atomiki pia ina upande mwingine wa kuvutia sana, unaounganishwa kwa karibu na maendeleo ya teknolojia. Msingi unalindwa vizuri na kizuizi cha Gamow kutoka mvuto wa nje. Ikiwa, bila kujiwekea kikomo kwa kutazama tu kuoza kwa viini katika michakato ya mionzi, tulitaka kuvunja ndani ya kiini kutoka nje na kuijenga upya, basi hii ingehitaji athari yenye nguvu sana.

Tatizo la punje linahitaji haraka zaidi maendeleo ya teknolojia, mpito kutoka kwa voltages hizo ambazo tayari zimefundishwa na teknolojia ya juu-voltage, kutoka kwa voltages ya volts laki kadhaa hadi mamilioni ya volts. Hatua mpya inaundwa katika teknolojia. Kazi hii ya kuunda vyanzo vipya vya voltage ya mamilioni ya volt sasa inafanywa katika nchi zote - nje ya nchi na hapa, haswa katika maabara ya Kharkov, ambayo ilikuwa ya kwanza kuanza kazi hii, na katika Taasisi ya Fizikia na Teknolojia ya Leningrad. , na katika maeneo mengine.

Tatizo la nyuklia ni mojawapo ya matatizo makubwa zaidi ya wakati wetu katika fizikia; ni lazima kufanyiwa kazi kwa nguvu na ustahimilivu uliokithiri, na katika kazi hii ni muhimu kuwa na ujasiri mkubwa wa kufikiri. Katika uwasilishaji wangu, nilionyesha kesi kadhaa wakati, tukihamia mizani mpya, tuliamini kuwa tabia zetu za mantiki, mawazo yetu yote yaliyojengwa juu ya uzoefu mdogo, hayakufaa kwa matukio mapya na mizani mpya. Tunahitaji kushinda uhafidhina huu wa akili wa kawaida ulio katika kila mmoja wetu. Akili ya kawaida ni uzoefu uliojilimbikizia wa zamani; haiwezi kutarajiwa kwamba uzoefu huu utakumbatia kikamilifu siku zijazo. Katika kanda ya msingi, zaidi ya nyingine yoyote, mtu anapaswa kukumbuka daima uwezekano wa mali mpya za ubora na usiwaogope. Inaonekana kwangu kwamba ni hapa kwamba nguvu ya njia ya lahaja inapaswa kuhisiwa, njia isiyo na kihafidhina hii, ambayo ilitabiri mwendo mzima wa maendeleo ya fizikia ya kisasa. Kwa kweli, ninachomaanisha hapa kwa njia ya lahaja sio seti ya vifungu vilivyochukuliwa kutoka kwa Engels. Si maneno yake, lakini maana yake ambayo lazima kuhamishiwa kazi yetu; Njia moja tu ya lahaja inaweza kutusogeza mbele katika eneo jipya kabisa na la hali ya juu kama tatizo la kiini.

Shukrani kwa njia mpya za kurekodi radioactivity, imewezekana kusoma matukio mapya ambayo hapo awali yalikuwa sugu kwa utafiti, na, haswa, kujaribu kujibu swali la jinsi kiini cha atomiki kimeundwa. Ili kujibu swali hili, Rutherford aliamua kutumia mgongano wa chembe α na viini vya mambo ya kemikali nyepesi.
Kwa kurusha chembe za alpha kwenye atomi za hidrojeni, Rutherford aligundua kwamba atomi za hidrojeni zisizoegemea upande wowote ziligeuka kuwa chembe zenye chaji chanya. Rutherford alijua kwamba atomi nyepesi zaidi ya Jedwali la Periodic, hidrojeni, ina kiini chenye chaji chanya ya kitengo na elektroni. Kwa hiyo, wakati wa kugongana na atomi ya hidrojeni, chembe ya alfa ilikaribia vya kutosha kwenye kiini cha hidrojeni na kuhamisha sehemu ya nishati na kasi kwake. Rutherford aliziita chembe hizi zenye chaji chanya H atomu. Baadaye walipewa jina "protoni". Wakati huo huo, Rutherford alianzisha kwamba mwingiliano kati ya chembe α na kiini cha hidrojeni hautii sheria ya kueneza kwa chembe za α kwenye viini vya dhahabu ambazo alikuwa amegundua hapo awali. Chembe ya α ilipokaribia kiini cha hidrojeni, nguvu za mwingiliano kati ya chembe α na kiini cha hidrojeni ziliongezeka kwa kasi.

E. Rutherford, 1920:"Kwa upande wa atomi zenye chaji kubwa ya nyuklia, hata chembe ya α ya haraka zaidi haiwezi kupenya muundo wa kiini, kwa hivyo tunaweza tu kukadiria. vipimo vya juu. Walakini, kwa upande wa atomi nyepesi, wakati malipo ya nyuklia ni ndogo, kwa mgongano wa moja kwa moja chembe ya α inakaribia karibu na kiini hivi kwamba tunaweza kukadiria saizi yake na kupata wazo la nguvu zinazofanya kazi. Hii inaonekana vizuri katika kesi ya mgongano wa moja kwa moja wa chembe ya α na atomi ya hidrojeni. Katika hali hii H-atomu imewekwa katika mwendo wa kasi kiasi kwamba inasafiri mara nne ya umbali wa chembe-chembe kugongana nayo, na inaweza kugunduliwa na ukali unaosababishwa nayo kwenye skrini ya sulfidi ya zinki ... imeonyeshwa kuwa scintillation hizi zinatokana na atomi za hidrojeni kubeba chaji moja chanya... Uhusiano kati ya nambari na kasi ya atomi hizi za H ni tofauti kabisa na inavyotarajiwa ikiwa tutazingatia chembe ya α na atomi ya H kama malipo ya nukta. Kama matokeo ya migongano na chembe za α za haraka, atomi za H hupatikana, ambazo huruka kwa kasi sawa katika mwelekeo wa chembe za α. Kutokana na hili ilihitimishwa kuwa sheria ya uwiano wa kinyume na mraba wa umbali inakuwa isiyo ya haki wakati viini vinakaribiana kwa umbali chini ya 3.· Sentimita 10 -13. Hii inaonyesha kwamba viini vina vipimo vya mpangilio huu wa ukubwa na kwamba nguvu kati ya viini hubadilika haraka sana katika ukubwa na mwelekeo wa umbali unaolinganishwa na vipimo vinavyokubalika kwa ujumla vya kipenyo cha elektroni. Ilielezwa kwamba wakati wa migongano ya karibu kati ya viini, nguvu kubwa huendelea na kwamba muundo wa nuclei huenda hupitia mabadiliko makubwa wakati wa mgongano. Ukweli kwamba kiini cha heliamu, ambacho kinaweza kudhaniwa kuwa na atomi nne za H na elektroni mbili, husalia katika mgongano huu unaonyesha uthabiti mkubwa wa muundo wake."

Kama matokeo ya kusoma mwingiliano wa chembe za α na atomi za hidrojeni, protoni iligunduliwa - kiini cha atomi ya hidrojeni. Rutherford aliendelea na majaribio ya kuchunguza mwingiliano wa α-chembe na atomi za mwanga na mwaka wa 1919 aligundua kwamba wakati atomi za nitrojeni ziliangaziwa na chembe za α, protoni zilitolewa kutoka kwa atomi. Kwa hivyo, protoni ni sehemu ya viini vya atomiki. Lakini wakati huo huo, chini ya ushawishi wa α-chembe, mabadiliko katika kiini cha atomi ya nitrojeni inapaswa kutokea. Malipo yake yanapaswa kupungua kwa moja - kiini cha nitrojeni kinapaswa kugeuka kwenye kiini cha oksijeni.
Kwa mara ya kwanza, Rutherford alifanya kile ambacho wanaalkemia walishindwa kufanya kwa karne nyingi - alibadilisha kipengee cha kemikali kuwa kingine.
Katika miaka michache iliyofuata, Rutherford na wanafunzi wake walifanya mabadiliko ya bandia ya vitu kumi vya kemikali nyepesi - boroni, fluorine, lithiamu, sodiamu, fosforasi na zingine.

E. Rutherford: “Atomu za elementi kadhaa za nuru zilishambuliwa na idadi kubwa sana ya chembe α. Baada ya kufanya majaribio haya, nilipata ushahidi wa majaribio mnamo 1919 kwamba idadi ndogo ya atomi za nitrojeni wakati wa mlipuko wa mabomu ilitengana, ikitoa viini vya hidrojeni, ambavyo sasa vinajulikana kama protoni ...

Ni chembe moja tu ya alfa kati ya 50,000 hukaribia kiini karibu vya kutosha kunaswa nayo...
Katika makala za awali, loc. cit., Nilieleza matukio yanayotokea wakati wa migongano ya karibu ya chembe alpha-mwepesi na atomi nyepesi za maada, ili kubaini kama viini vya baadhi ya atomi za mwanga vinaweza kuharibika kwa kuathiriwa na nguvu kubwa zinazoendelea wakati wa migongano ya karibu kama hiyo. Karatasi hizi zilitoa uthibitisho kwamba chembe za alfa zinapopitia nitrojeni kavu, chembe za haraka hutokezwa ambazo zinafanana sana katika mwangaza wa kupenyeza na safu ya kupenya kwa atomi za hidrojeni zilizowekwa katika mwendo chini ya ushawishi wa migongano na chembe za alfa. Ilionyeshwa zaidi kwamba atomi hizi za haraka, ambazo huonekana tu katika nitrojeni kavu, lakini sio katika oksijeni au asidi ya kaboni, haziwezi kuhusishwa na kuwepo kwa mvuke wa maji au dutu nyingine yenye hidrojeni, lakini lazima zitoke kutokana na mgongano wa chembe za α. na atomi za nitrojeni ...
KATIKA kazi ya awali Nilionyesha kwamba chembe za masafa marefu zinazozingatiwa katika hewa kavu na katika nitrojeni safi lazima zitoke kwenye atomi za nitrojeni zenyewe. Kwa hivyo, ni wazi kwamba baadhi ya atomi za nitrojeni huharibiwa katika migongano na chembe za α za haraka na kwamba katika kesi hii atomi za haraka za hidrojeni yenye chaji chanya huundwa. Kutokana na hili ni lazima tuhitimishe kwamba atomi ya hidrojeni iliyochajiwa ni mojawapo ya sehemu za kiini cha nitrojeni.”

14 N(α,p) 17 O

H-rays. Kati ya miale ya corpuscular ambayo hutokea wakati α-rays inapogongana na atomi za mwanga, miale ya hidrojeni ndiyo iliyochunguzwa zaidi, kwa kuwa ina nguvu kubwa zaidi ya kupenya. Mionzi hii hutengenezwa na atomi za hidrojeni ambazo zimepoteza elektroni, i.e. protoni. Zimeteuliwa kwa ishara H... Kuchunguza miale ya H-rays, kwanza walitumia mali yao ya kawaida yenye miale ya α kusababisha ukoleaji kwenye skrini yenye salfidi ya zinki... Kama chanzo cha H-rays, badala ya hidrojeni, unaweza kutumia dutu yenye hidrojeni, kwa mfano, parafini, kwa namna ya filamu nyembamba sana, kwa kawaida hutumiwa moja kwa moja kwenye chanzo.

M.Curie. "Mionzi. Miale ya hidrojeni na atomi nyingine za mwanga."

Kwa kujaza chumba na nitrojeni, Rutherford aliona kwamba kwa shinikizo fulani sehemu kubwa ya scintillation ilitoweka. Hii hutokea wakati miale ya α inayotolewa na chanzo cha mionzi hutumia nishati yao yote kuaini hewa na haifiki kwenye skrini. Lakini scintillations iliyobaki ilionyesha kuwepo kwa kiasi kidogo sana cha H-rays yenye safu mara kadhaa zaidi kuliko ile iliyotolewa na chanzo. Ikiwa badala ya nitrojeni tunachukua gesi nyingine, kwa mfano dioksidi kaboni au oksijeni, basi scintillations ya mabaki hayo haionekani. Maelezo pekee ni kwamba wanatoka kwa nitrojeni. Kwa kuwa nishati ya H-rays iliyobaki ni kubwa zaidi kuliko ile ya msingi, inaweza kuonekana tu kwa sababu ya mtengano wa kiini cha atomi ya nitrojeni. Kwa hivyo, mtengano wa nitrojeni ulithibitishwa na shida ya alchemy ilitatuliwa kimsingi.

PL. Kapitsa. "Kumbukumbu za Profesa E. Rutherford"

1919 E. Rutherford. Mwitikio wa nyuklia. 14 N(α,p) 17 O

Picha ya chemba ya wingu ya athari za chembe za alpha katika nitrojeni.

Ufunguzi kuoza kwa mionzi atomi zilifufua wazo la alkemikali la kubadilisha kipengele kimoja hadi kingine. Hadi 1930, majaribio mengi ya aina hii yalifanywa kwa miongo kadhaa, haswa kwa kutumia safu ya voltaic. Lakini mabadiliko haya ya kimawazo hayakustahimili ukosoaji. Mabadiliko hayo yanapatikana, kama tunavyojua sasa, tu kwa njia ya kuzingatia kiwango kinachohitajika cha nishati kwenye atomi moja wakati wa kuipiga na atomi zingine au γ-quanta. Lakini hata kwa majaribio haya, mwanzoni (1907) kulikuwa na matokeo yenye makosa. Mabadiliko halisi ya kwanza ya atomi yalipatikana mnamo 1919 na Rutherford. Alimwagilia nitrojeni kwa chembe za alpha na akapata protoni zenye urefu wa njia. Picha za chumba cha mawingu za jambo hili zilizochukuliwa na P. Blackett zilionyesha wazi, pamoja na njia ndefu ya protoni, njia fupi ya isotopu ya oksijeni yenye uzito wa atomiki wa 17. Kati ya 1921 na 1924, Rutherford na Chadwick waliweza. thibitisha kuwepo kwa athari hizi - ufyonzaji wa chembe ya alfa na utoaji wa protoni - pia kwa vipengele vyote kutoka boroni (nambari ya atomiki 5) hadi potasiamu (nambari ya atomiki 19), isipokuwa kaboni na oksijeni. Mbali na protoni, athari hizi mara kwa mara hutoa kipengele kinachofuata kwa mpangilio katika jedwali la upimaji.

M. Laue "Historia ya Fizikia"

Baada ya kugundua protoni katika kiini cha atomiki, Rutherford alipendekeza mfano wa protoni-elektroni wa kiini. Protoni ziliamua wingi wa kiini cha atomiki, na elektroni hulipwa kwa sehemu malipo ya umeme protoni, ambayo ilisababisha thamani ya taka ya malipo ya nyuklia. Kwa mfano, iliaminika kuwa kiini kilicho na malipo ya +2e kina protoni 4 na elektroni 2. Hoja muhimu katika kupendelea mfano wa protoni-elektroni ilikuwa β - kuoza kwa viini vya atomiki. Jambo hili linaweza kuelezewa kwa urahisi ikiwa tutazingatia kuwa elektroni ni sehemu ya kiini cha atomiki. Mfano wa protoni-elektroni wa kiini ulikutana na vikwazo fulani, moja kuu ni kwamba haikuweza kueleza maana ya spins ya nuclei ya atomiki. Walakini, ilikuwepo hadi ugunduzi wa neutron mnamo 1932.

E. Rutherford, 1920:"Kutokana na utafiti wa mionzi inajulikana kuwa viini vya vipengele vya mionzi vinajumuisha nuclei ya heliamu yenye malipo ya 2e. Kwa kuongezea, tuna sababu kubwa za kuamini kwamba nuclei za atomi, pamoja na chembe zenye chaji chanya, pia zina elektroni na kwamba chaji chanya ya nucleus inalingana na ziada ya chaji chanya juu ya ile hasi. Inafurahisha kutambua majukumu tofauti kabisa yanayochezwa na elektroni nje ya atomi na ndani yake. Katika kesi ya kwanza, ziko kwa umbali kutoka kwa kiini, ambayo bila shaka imedhamiriwa hasa na malipo ya kiini na mwingiliano wa mashamba yao wenyewe. Ndani ya kiini, elektroni huunda uhusiano wa karibu sana na wenye nguvu na vitengo vilivyochajiwa vyema na, kama tunavyojua, ni nje ya kiini kwamba wako katika hali isiyo imara. Kila elektroni ya nje bila shaka inaingiliana na kiini kama malipo ya uhakika, ambapo hii haiwezi kusemwa kuhusu elektroni ya ndani. Inavyoonekana, elektroni za ndani zimeharibika sana chini ya ushawishi wa nguvu kubwa, na nguvu katika kesi hii zinaweza kuwa tofauti kabisa na zile nguvu ambazo zinaweza kutarajiwa kutoka kwa elektroni isiyobadilika, kama vile, kwa mfano, nje ya kiini. Labda hii ndio sababu elektroni inaweza kuchukua jukumu tofauti katika visa hivi viwili na hata kuunda mifumo thabiti.

Majadiliano kuhusu muundo wa kiini cha atomiki. Mnamo Februari 1929, mjadala ulifanyika katika Jumuiya ya Kifalme ya London juu ya muundo wa kiini cha atomiki. Zifuatazo ni hotuba zilizofupishwa za E. Rutherford, J. Chadwick na R. Fowler.

E. Rutherford: "Sasa tunaweza kuunda picha ya ujenzi wa taratibu wa viini vya atomiki. Inawezekana kwamba katika vipengele vya mwanga kiini kina mchanganyiko wa chembe-chembe, protoni na elektroni, sehemu zilizotenganishwa za kiini huvutia sana kila mmoja, kwa sehemu kwa kuvuruga, kwa sehemu na nguvu za magnetic. Kwa sasa, tunaweza tu kufanya dhana moja au nyingine kuhusu asili ya nguvu hizi. Kwanza kabisa, kiini kilichojilimbikizia sana na kilichofungwa sana huundwa, na mchakato huu unaambatana na utoaji wa nishati. Kwa uzito wa atomiki wa takriban 120, tuna misa ndogo zaidi, ikimaanisha dhamana iliyo karibu zaidi. Kwa kuongezeka zaidi kwa nambari za atomiki, chembe zilizoongezwa hufungwa kidogo na kidogo kukazwa.
Kwa hivyo, inaweza kuzingatiwa kuwa msingi una muundo mnene sana karibu na kituo, na wiani hupungua polepole na umbali kutoka katikati. Mfumo huu wote umezungukwa na kizuizi cha nguvu, ambacho kwa kawaida huzuia kutoroka kwa chembe za alpha. Labda mtazamo huu tuli haupendwi na marafiki zangu wa nadharia, ambao wangependa kufikiria α-chembe kuwa na uhuru kamili wa kutembea ndani ya kiini. Hata hivyo, mtazamo huu ni halali kabisa na unakubaliana kikamilifu na mawazo niliyowasilisha. Kwa maneno mengine, ikiwa tunaweza kuchukua picha kutoka kwa msingi - na kasi ya shutter ya karibu 10. -28 sekunde - tungeona katikati kana kwamba imejaa sana, chembe α zilizofungwa vizuri, na msongamano ungepungua kwa umbali unaoongezeka kutoka katikati. Bila shaka, chembe zote za α ziko kwenye mwendo, na mawimbi yao yanaonekana kutoka kwa vikwazo vya nguvu, na wakati mwingine hupenya zaidi ya mfumo. Inaonekana kwangu kuwa maoni ambayo nimeunda ni ya haki kabisa, na ninatumahi kuwa marafiki wetu wa nadharia wataweza kuelezea picha nzima kwa undani zaidi. Hatupaswi kuelezea tu ujenzi wa kiini kutoka kwa chembe za α, lazima pia tupate mahali pa elektroni, na kufunga elektroni kwenye ngome moja na chembe ya α sio rahisi sana. Walakini, nina imani katika ujanja wa marafiki wetu wa kinadharia hivi kwamba ninaamini kabisa kwamba kwa njia fulani watashinda ugumu huu.
Mtazamo ambao nimewasilisha unaelezea, inaonekana kwangu, kwa nini atomi za urani nzito haziwezi kuwepo. Misa ilipoongezeka, kiini kingepata nishati zaidi na zaidi na kingekuwa chenye mnururisho hivi kwamba kingetoweka. Inavyoonekana, akiba zaidi ya nishati ambayo viini vilikuwa nayo, ndivyo wangetoweka haraka, na labda sio bahati mbaya kwamba uranium na thoriamu ndio wawakilishi pekee waliobaki wa viini nzito. Hapa si mahali pa kuingia katika swali la kubahatisha sana jinsi viini vya vipengele viliundwa. Kabla ya kushughulikia swali hili, tunahitaji kujua mengi zaidi kuhusu maelezo ya muundo wa kiini yenyewe."

J. Chadwick: "Vipengee fulani vinapopigwa na chembe za alpha, viini vya hidrojeni, au protoni, huondolewa kutoka kwao, ambayo inaweza kutambuliwa na scintillation inayosababisha kwenye skrini ya sulfidi ya zinki. Protoni hizi huonekana kama matokeo ya mtengano wa bandia wa viini vya vitu hivi. Tunaamini kwamba mtengano wa nyuklia hutokea wakati chembe ya alpha inapenya kwenye kiini na kubakishwa humo, na kusababisha utoaji wa protoni. Uwezekano wa kuoza ni mdogo; kwa hivyo, kwa mfano, katika hali nzuri, wakati nitrojeni inapopigwa bomu, nuclei 20 hutengana kwa kila 10. 6 α chembe. Kwa sababu ya uchache wa athari hii, na vile vile kwa sababu ya shida kadhaa za majaribio, habari ambayo tumepokea hadi sasa bado ni adimu. Isipokuwa kaboni na oksijeni, vipengele vyote kutoka boroni hadi potasiamu hutengana vinapopigwa na chembe za alpha na kutoa protoni yenye nishati kubwa. Hii ina maana kwamba viini vya vipengele hivi vyote vina protoni. Kaboni na oksijeni, ikiwa hutengana kabisa, hazitoi chembe na nishati inayozidi nishati ya chembe za α zilizotawanyika. Inawezekana kwamba hutengana katika nuclei ya heliamu, lakini hakuna ushahidi wa hili bado. Baadhi ya protoni zinazotolewa wakati wa mtengano wa bandia zina nguvu nyingi sana, kwa mfano, nishati ya protoni zinazotolewa nje ya alumini na chembe α za radiamu G ni 40% ya juu kuliko nishati ya chembe α zinazoathiri. Kwa hivyo, katika hali nyingine, nishati hutolewa wakati wa kuoza. Kuna tofauti kubwa katika tabia ya vipengele vilivyo na nambari za atomiki na zisizo za kawaida. Protoni zinazotolewa kutoka kwa vipengele vya nambari zisizo za kawaida zina nishati ya juu zaidi kuliko protoni kutoka kwa vipengele vilivyohesabiwa. Katika mtengano unaojumuisha tu kunaswa kwa chembe α na utoaji wa protoni, kipengele kilicho na nambari isiyo ya kawaida huenda kwenye kipengele kilicho na nambari sawa, na kinyume chake. Kwa kuzingatia tabia tofauti za elementi hata na zisizo za kawaida, pamoja na wingi wao wa kiasi katika asili na wingi wao wa atomiki, tunaweza kuhitimisha kwamba hata elementi ni thabiti zaidi kuliko zile zisizo za kawaida.”

R. Fowler: “Ningependa kukueleza jinsi nadharia mpya ya quantum inavyoweza kutusaidia katika mjadala kuhusu muundo na sifa za kiini. Suala hili tayari alilieleza Mwenyekiti katika hotuba yake ya ufunguzi. Ningependa kupanua juu yake kidogo. Jambo la kwanza kukumbuka ni kwamba mechanics mpya ya quantum ilitengenezwa kimantiki, kulingana na mali ya elektroni katika atomi. Lazima tuchukue kwamba chembe zina sifa nyingi za mawimbi. Ikiwa tunaziita chembe au mawimbi ni suala la ladha. Chaguo la jina linawezekana zaidi inategemea kila kesi ya mtu binafsi juu ya hali yao. Kwa kuwa chembe ni kama mawimbi, tunapaswa kutarajia, kwa mfano, kwamba hazitaonyeshwa kila wakati kutoka kwa vizuizi vya urefu fulani. Wanaweza kupita kwenye kizuizi, kwa kweli, tu katika hali fulani ...
Ukweli kwamba chembe zinaweza kupita kwa aina hii ya kizuizi ni muhimu sana kwa kuelezea jambo la utoaji wa chembe za α kutoka kwa viini nzito.
Ikiwa tunafikiria kiini kama tulivyokwisha sema hapa leo, kwa namna ya kisanduku kidogo kilichozungukwa pande zote (katika vipimo vitatu) na kizuizi cha nguvu, basi tunaweza kudhani kuwa ndani yake kuna chembe α, ambayo lazima. kufikiriwa kwa namna ya wimbi , nishati ambayo ni chini ya uwezo wa nishati ya sehemu ya juu ya kizuizi. Kulingana na nadharia ya kitamaduni, chembe ya alfa itabaki ndani ya kizuizi milele. Lakini kwa mujibu wa nadharia ya quantum, kuna uwezekano mdogo kwamba wimbi litapita kwenye ukuta mwembamba na kwenda kwa infinity. Wazo hili ni msingi wa nadharia ya quantum ya utoaji wa chembe α. Wazo hili lilionyeshwa kwa kujitegemea na Gamow, kwa upande mmoja, na Gurney na Condon, kwa upande mwingine. Wote, na haswa Gamow, waliiendeleza kwa undani kabisa.
Wakati chembe ya alpha inapita kwenye kizuizi, bila shaka, haiwezi tena kutambuliwa na wimbi lililosimama. Itakuwa sahihi kuonyesha chembe ya alfa kama oscillation yenye unyevu. Tutakuwa na ndani ya kizuizi oscillation damped, i.e. oscillation ya harmonic yenye mgawo wa kawaida wa unyevu, na nje ya wimbi dhaifu sana linalolingana na utoaji wa chembe ya α. Kwa kweli, tatizo hili linaweza kutatuliwa vizuri sana, na mgawo wa uchafu unapatikana kwa namna ya sehemu ya kufikiria ya nishati. Hii ilifanywa kwa mafanikio makubwa na Gamow.
Aligundua kuwa kwa hesabu hizi haijalishi ni aina gani ya umbo ambalo unadhania ndani ya kizuizi kutakuwa na. Sehemu yake kuu ya nje inajulikana sana kutokana na majaribio ya kutawanyika kwa chembe za alpha.
Uwezekano wa α-chembe kupenya kizuizi hutegemea sana nishati ya chembe α. Kadiri nishati yake inavyokuwa kubwa, ndivyo kizuizi anachohitaji kupita kinavyopungua, na kimo chake kinapungua. Kwa hivyo, ni wazi, kuna uhusiano wa karibu sana kati ya nishati ya α-chembe, ambayo tunahukumu kutoka kwa nishati ya chembe-iliyotolewa, na kati ya uwezekano wa chembe hii ya α kutoka, ambayo tunahukumu kutoka kwa maisha ya atomi. Hii ni sheria ya Geiger-Nettall.
Kwa kumalizia, nitasema kwamba hii ni nadharia nzuri sana, na kwamba tunaweza kuwa na hakika kabisa kwamba kwa ujumla ni sahihi.Sifa kubwa ya nadharia hii ni kwamba inatoa sheria ya Geiger-Nettall bila kutegemea maelezo ya kina. muundo wa kiini."

Data mpya ya majaribio juu ya mizunguko na nyakati za sumaku za viini vya atomiki ilipoonekana, ugumu wa kielelezo cha protoni-elektroni katika kuelezea sifa hizi za viini vya atomiki uliongezeka. Hilo lilionekana wazi hasa katika lile liitwalo “janga la nitrojeni.” Asili yake ilikuwa kama ifuatavyo. Kulingana na mfano wa protoni-elektroni, kiini cha 14 N kinapaswa kuwa na protoni 14 na elektroni 7. Kwa kuwa protoni na elektroni zote zina eigenvalue ya spin J = 1/2, jumla ya spin ya 14 N nucleus inapaswa kuwa na thamani ya nusu-jumla, wakati thamani iliyopimwa kwa majaribio ya spin ya kiini ni J(14 N) = 1. Kulikuwa na mifano mingine ya utofauti katika ubashiri mfano wa protoni-elektroni wa kiini na matokeo ya majaribio. Kwa mfano, viini vyote vya atomiki vilivyo na nambari ya wingi A vilikuwa na thamani ya sifuri au kamili ya spin J, ilhali kielelezo cha protoni-elektroni cha nuklea katika hali nyingi kilitabiri thamani ya nusu-jumla ya mzunguko. Viwango vilivyopimwa vya muda wa sumaku wa viini viligeuka kuwa karibu mara 1000 kuliko ilivyotabiriwa na mfano wa protoni-elektroni wa kiini. Ikawa wazi kuwa mfano wa protoni-elektroni wa kiini una aina fulani ya sehemu isiyo sahihi. Usumbufu fulani uliundwa na elektroni zilizo katika ujazo mdogo wa kiini cha atomiki. Kufungwa kwa elektroni kwenye kiini kulipingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika ΔpΔx = ћ.

E. Rutherford, 1932: "Inaonekana kana kwamba elektroni iliyo ndani ya kiini ilitenda tofauti kabisa na elektroni kwenye pembezoni mwa atomi. Ugumu huu unaweza kuwa wa maamuzi yetu wenyewe, kwa kuwa inaonekana kwangu uwezekano mkubwa zaidi kwamba elektroni haiwezi kuwepo katika hali ya bure katika kiini imara, lakini lazima daima ihusishwe na protoni au kitengo kingine kikubwa kinachowezekana. Katika suala hili, dalili za kuwepo kwa neutroni katika baadhi ya nuclei ni ya ajabu. Uchunguzi wa Beck kwamba katika ujenzi wa vipengele vizito kutoka kwa elektroni nyepesi huongezwa kwa jozi ni ya kuvutia sana na unaonyesha kwamba ili kuunda kiini imara ni muhimu kupunguza wakati mkubwa wa magnetic wa elektroni kwa kuongeza elektroni nyingine. Inawezekana pia kwamba vitengo visivyochajiwa vya misa 2 na neutroni za misa 1 ni vitengo vya pili katika muundo wa kiini."

Kama matukio yaliyofuata yalivyoonyesha, wazo la Rutherford kwamba hali iliyofungwa sana ya protoni na elektroni inaweza kufanywa lilikuwa na makosa. Walakini, ilichukua jukumu muhimu katika ugunduzi wa nyutroni. Mnamo 1930-1932 Bothe na Becker waligundua kwamba inapoangaziwa na α-chembe za beriliamu Be, mionzi isiyo na upande inayopenya kwa nguvu huundwa. Mionzi yote iliyogunduliwa hadi sasa imefyonzwa kwa nguvu tabaka nyembamba risasi, wakati mionzi kutoka berili ilipita kwa uhuru kupitia ngao nene ya risasi. Kulikuwa na shaka kwamba hii ilikuwa aina mpya ya mionzi ya umeme.
Jaribio la kuamua lilifanywa mnamo 1932 na mwanafunzi wa Rutherford Chadwick. Kwa kutumia chumba cha ionization, alipima nishati ya hidrojeni na viini vya nitrojeni chini ya ushawishi wa mionzi ya upande wowote kutoka kwa berili na alionyesha kuwa kama matokeo ya athari.

chembe za haraka za upande wowote na misa takriban sawa na wingi wa atomi ya hidrojeni huundwa. Chembe hizi, zinazoitwa neutroni, hazina chaji ya umeme na hupita kwa uhuru kupitia atomi bila kusababisha ionization njiani.

J. Chadwick, 1932: "Mtengano wa vipengele vya beriliamu na boroni umegunduliwa hivi majuzi kuwa wa kuvutia sana. Bothe na Becker waligundua kwamba vipengele hivi, vilivyoshambuliwa na α-chembe za polonium, hutoa mionzi ya kupenya, ya aina ya γ. Miezi michache iliyopita, I. Curie-Joliot na F. Joliot walifanya uchunguzi wa kushangaza kuonyesha kwamba mionzi hii ina mwelekeo wa kutoa protoni kwa kasi ya juu kutoka kwa dutu yenye hidrojeni. Waligundua kuwa protoni zinazotolewa na mionzi ya beriliamu zina kasi ya hadi 3∙10 9 cm/sek. Curie na Joliot walipendekeza kwamba utoaji huu wa protoni hutokea kupitia mchakato sawa na athari ya Compton, na wakahitimisha kuwa mionzi ya beriliamu ina kiasi na nishati ya elektroni milioni 50 hivi. Kukubali dhana hii huibua matatizo mawili makubwa. Kwanza, inajulikana kuwa kueneza kwa quantum na elektroni kunaelezewa vizuri na formula ya Klein-Nishin, na hakuna sababu ya kudhani kuwa uhusiano kama huo hautakuwa sahihi kwa kueneza kwa protoni. Mtawanyiko unaoonekana, hata hivyo, ni mkubwa sana ikilinganishwa na ule uliotolewa na fomula ya Klein-Nishina. Pili, ni ngumu kuelewa utoaji wa kiwango cha juu cha nishati wakati wa mabadiliko 9 Kuwa + 4 Sio → 13 C + quantum Kwa hiyo, nilisoma mali ya mionzi hii kwa kutumia counter maalum. Ilibainika kuwa mionzi huondoa chembe sio tu kutoka kwa hidrojeni, lakini kutoka kwa heliamu, lithiamu, berili, nk, na labda kutoka kwa vipengele vyote. Katika hali zote chembe huonekana kama atomi za kurudi nyuma za kipengele. Inaonekana haiwezekani kuhusisha utoaji wa chembe hizi za kurudi nyuma kwa mgongano na kiasi cha mionzi ikiwa nishati na kasi zitahifadhiwa wakati wa athari.
Maelezo ya kuridhisha ya matokeo ya majaribio yanaweza kupatikana ikiwa tunadhania kuwa mionzi haijumuishi quanta, lakini ya chembe zilizo na molekuli 1 na chaji 0 - neutroni. Katika kesi ya vipengele viwili, hidrojeni na nitrojeni, aina mbalimbali za atomi za recoil zilipimwa kwa kiwango cha juu cha usahihi, na kutokana na hili kasi yao ya juu ilitolewa. Waligeuka kuwa 3.3∙10, mtawaliwa 9 cm/sekunde na 4.7∙10 8 cm/sek. Acha M, V iwe uzito na kasi ya chembe inayounda mionzi. Kisha kasi ya juu ambayo inaweza kugawanywa kwa kiini cha hidrojeni wakati wa mgongano itakuwa:

na kwa nitrojeni:

kutoka hapa:

,

Ndani ya makosa ya majaribio, M inaweza kuchukuliwa kama 1 na kwa hivyo:

V = 3.3∙10 9 cm/sek.

Kwa kuwa mionzi ina nguvu ya juu sana ya kupenya, chembe lazima ziwe na chaji ndogo sana ikilinganishwa na chaji ya elektroni. Malipo haya yanachukuliwa kuwa 0, na tunaweza kudhani kuwa neutroni ina protoni na elektroni katika mchanganyiko wa karibu sana.
Ushahidi unaopatikana unaunga mkono kwa nguvu nadharia ya nutroni. Kwa upande wa beriliamu, mchakato wa mageuzi ambao hutoa utoaji wa neutroni ni 9 Kuwa + 4 Yeye → 12 C + nutroni. Inaweza kuonyeshwa kuwa uchunguzi ni sawa na uhusiano wa nishati katika mchakato huu. Katika kesi ya boroni, mchakato wa mabadiliko ni pengine 11 B + 4 Sio → N 14 + 1 n; katika kesi hii watu wengi B 11 , N 4 e na 14 N zinajulikana kutokana na vipimo vya Aston, nishati ya kinetic ya chembe inaweza kupatikana kwa majaribio, na kwa hiyo inawezekana kupata makadirio ya karibu ya molekuli ya neutroni. Misa inayotokana kwa njia hii ni 1.0067. Kwa kuzingatia hitilafu katika kipimo cha wingi, inapaswa kuzingatiwa kuwa molekuli ya neutroni labda iko kati ya 1.005 na 1.008. Maadili haya yanaunga mkono maoni kwamba nyutroni ni mchanganyiko wa protoni na elektroni na hutoa nishati inayofunga chembe ya takriban 1-2∙10. 6 volt∙elektroni.
Neutroni inaweza kuonyeshwa kama dipole ndogo, au labda bora kama protoni iliyopachikwa kwenye elektroni. Kwa njia moja au nyingine, "radius" ya neutron itakuwa kati ya 10 -13 cm na 10 -12 cm.Uga wa nyutroni unapaswa kuwa mdogo sana, isipokuwa kwa umbali wa karibu sana, na neutroni zinazopita kwenye maada hazitaathirika isipokuwa zigonge moja kwa moja kwenye kiini cha atomiki. Vipimo vinavyofanywa kwenye upitishaji wa nyutroni kupitia maada hutoa matokeo ambayo yanakubaliana kwa ujumla na maoni haya.Mgongano wa nyutroni na viini vya nitrojeni ulichunguzwa na Dk. Feser, kwa kutumia chemba ya wingu otomatiki. Aligundua kuwa pamoja na athari za kawaida za atomi za kurudi nyuma kwa nitrojeni, kulikuwa na njia kadhaa za matawi. Hii ni matokeo ya mtengano wa kiini cha nitrojeni. Katika baadhi ya matukio, neutroni inakamatwa, chembe ya alpha hutolewa na kiini B huundwa. 11 . Katika hali nyingine utaratibu bado haujajulikana kwa uhakika."

1932 J. Chadwick. Ugunduzi wa neutron

James Chadwick (1891 - 1974)

"Asubuhi moja nilisoma barua kutoka kwa Joliot-Curie huko Comptes Rendus, ambayo aliripoti zaidi. mali ya ajabu mionzi kutoka kwa berili, mali ya kushangaza sana. Dakika chache baadaye, [Norman] Feather, kwa jinsi nilivyoshangaa, aliingia chumbani kwangu ili kuvuta fikira zangu kwa makala hii. Asubuhi hiyohiyo, baadaye kidogo, nilimwambia Rutherford kuhusu hilo. Kwa mujibu wa mila iliyoanzishwa kwa muda mrefu, nilipaswa kuja kwake karibu saa 11 na kutoa ripoti habari za kuvutia, pamoja na kujadili hali ya kazi katika maabara yetu. Kama mimi kuhusiana uchunguzi Joliot-Curie na tafsiri yao, mimi niliona Rutherford's kuongezeka mshangao; hatimaye kulikuwa na mlipuko: "Siamini!" Maneno kama hayo ya kutostahimili hayakuwa ya kawaida kabisa kwa Rutherford; katika miaka yangu mingi ya kushirikiana naye, sikumbuki tukio kama hilo. Ninaona hii ili kusisitiza tu athari ya kufurahisha ya nakala ya Joliot-Curie. Bila shaka, Rutherford alitambua kwamba angepaswa kuamini maoni haya, lakini kuyaeleza ni jambo tofauti kabisa.
Ilifanyika kwamba nilikuwa tayari kuanza jaribio, ambalo nilikuwa nimetayarisha chanzo bora cha polonium kutoka kwa nyenzo za Baltimore (kwa kutumia bomba la radon iliyoletwa nyuma na Feser). Nilianza bila mawazo yoyote, ingawa kwa kawaida mawazo yangu yalizunguka kwenye neutroni. Nilikuwa na hakika kabisa kwamba uchunguzi wa Joliot-Curie haungeweza kupunguzwa kwa athari ya aina ya Compton, kwa kuwa nilikuwa nimejaribu mara kwa mara kuigundua. Bila shaka, lilikuwa jambo jipya kabisa na lisilo la kawaida. Siku chache za kazi ngumu zilitosha kuonyesha kwamba madhara haya ya ajabu yalisababishwa na chembe ya neutral; Niliweza hata kupima wingi wake. Neutron, iliyopendekezwa na Rutherford mnamo 1920, hatimaye imejidhihirisha yenyewe."

J. Chadwick. Kumbukumbu. Tuzo la Nobel katika Fizikia
1935 - J. Chadwick
Kwa ugunduzi wa nyutroni

Neutroni
J. Chadwick

Bothe na Becker walionyesha kuwa baadhi ya vipengele vya mwanga, chini ya ushawishi wa bombardment na α-chembe za polonium, hutoa mionzi, inaonekana kuwa na tabia ya γ-rays. Kipengele cha beriliamu hutoa athari inayoonekana hasa ya aina hii, na uchunguzi uliofuata wa Bothe, Irene Curie-Joliot na Webster ulionyesha kuwa mionzi yenye msisimko katika beriliamu ina nguvu ya kupenya kwa kiasi kikubwa zaidi kuliko vipengele vyovyote vya mionzi vya γ vinavyojulikana hadi sasa.
Hivi majuzi, I. Curie-Joliot na F. Joliot walifanya uchunguzi wa kushangaza kwamba mionzi hii kutoka kwa berili na boroni ina uwezo wa kutoa protoni kutoka kwa vitu vyenye hidrojeni kwa kiwango kikubwa.
Kama matokeo, nilifanya majaribio zaidi ya kuchunguza mali ya mionzi ya berili. Majaribio haya yalionyesha kuwa mionzi ya berili huondoa chembe sio tu kutoka kwa hidrojeni, lakini kutoka kwa vipengele vyote vya mwanga vilivyojifunza. Matokeo ya majaribio yaligeuka kuwa magumu sana kuelezea kutoka kwa mtazamo wa nadharia juu ya asili ya quantum ya mionzi ya berili, lakini matokeo haya yalifuata kama matokeo ya haraka ikiwa tunadhania kuwa mionzi ya berili ina chembe zenye uzito takriban sawa. kwa wingi wa protoni na bila malipo ya ufanisi, yaani - kutoka kwa neutroni.
Kuonekana kwa neutroni hadi sasa kumeonekana tu wakati vipengele fulani vinapigwa na chembe za α. Mchakato huu unaweza kuwakilishwa kama kunaswa kwa chembe ya alfa na kiini cha atomiki, ikifuatana na uundaji wa kiini kipya na kutolewa kwa nyutroni. Kiini kipya lazima kiwe na chaji vitengo viwili juu na wingi wa vitengo vitatu juu kuliko kiini cha asili. "Mazao" ya neutroni ni ndogo sana na yanalinganishwa na "mavuno" ya protoni wakati wa mabadiliko ya bandia ya vipengele vinavyotokea chini ya ushawishi wa bombardment na chembe za α. Athari kubwa zaidi inaonyeshwa na beriliamu, ambayo "mavuno" yake yanaonekana kufikia nyutroni 30 kwa kila chembe milioni ya α-polonium inayopiga safu nene ya berili.

Kwa kufichua vitu mbalimbali kwa kulipuliwa na chembe za α za polonium, Bothe na Becker waligundua kwamba chini ya hali hizi baadhi ya atomi nyepesi hutoa mionzi dhaifu, nguvu ya kupenya ambayo inazidi nguvu ya kupenya ya ngumu zaidi.γ - miale iliyotolewa na vipengele vya mionzi (1930). Mara ya kwanza jambo hili lilielezewa na chafuγ -rays kutokana na msisimko wa nuclei, ambayo inaweza kuambatana na kukamata chembe α. Athari hii ni kali hasa katika berili, lakini pia inaonekana kwa kiasi kidogo katika Li, B, F, Na, Mg, Al. Kwa kutumia njia ya ionization, I. Curie na F. Joliot waligundua mali mpya ya miale ya kupenya inayotolewa na berili au boroni. Ilibadilika kuwa mionzi hii inaweza kugonga nuclei nyepesi, kwa mfano, protoni kutoka kwa vitu vyenye hidrojeni au heliamu (1932). Mali hii ya msingi ya mionzi mpya iliyogunduliwa ndiyo sababu ya kunyonya kwake ... Kuwepo kwa uzushi wa ejection ya atomi ya mwanga ilithibitishwa na mbinu ya Wilson ... Boriti inayopenya inayosababisha ejection ya kiini haina ionize molekuli za gesi na, kwa hiyo, njia yake haionekani kwenye picha... Matokeo ya majaribio haya ni vigumu kueleza ikiwa tunazingatia kwamba miale inayosababisha kutolewa kwa vipengele vya mwanga niγ - miale.
Chadwick alionyesha kuwa jambo hili linaweza kuelezewa kwa njia ya kuridhisha kwa kudhani kuwa mionzi ya kupenya inayotolewa na Be au B ina nyutroni - chembe zenye molekuli ya atomiki karibu na umoja na chaji ya sifuri, ambayo inaweza kujumuisha protoni na elektroni iliyounganishwa kwa karibu zaidi kuliko hidrojeni. atomu... Neutroni ni aina mpya ya mionzi ya corpuscular.

M.Curie. "Mionzi. Msisimko wa miale inayopenya katika atomi nyepesi inapogongana na chembe α.

D. Ivanenko, 1932:“Maelezo ya Dakt. J. Chadwick ya mnururisho wa ajabu wa berili yanavutia sana wanafizikia wa kinadharia. Swali linatokea: inawezekana kudhani kwamba neutroni pia hucheza jukumu muhimu na katika muundo wa viini, ukizingatia elektroni zote za nyuklia "zilizojaa" ama kwenye chembe za α au neutroni? Kwa kweli, kukosekana kwa nadharia ya viini hufanya dhana hii kuwa mbali na ya mwisho, lakini labda haitaonekana kuwa ngumu sana ikiwa tunakumbuka kuwa elektroni, zinazoingia ndani ya viini, hubadilisha sana mali zao - zinapoteza, kwa kusema, umoja wao, kwa mfano mzunguko wake na wakati wa sumaku.
La kufurahisha zaidi ni swali ni kwa kiwango gani neutroni zinaweza kuzingatiwa kama chembe za msingi (kitu sawa na protoni au elektroni). Si vigumu kuhesabu idadi ya chembe za alpha, protoni na neutroni zilizopo katika kila kiini, na hivyo kupata wazo la kasi ya angular ya kiini (ikizingatiwa kasi ya angular ya nyutroni kuwa sawa na 1. /2). Inashangaza kwamba hakuna protoni za bure katika nuclei za berili, lakini tu chembe za α na neutroni.

Neutroni ya bure ni chembe isiyo imara. Nusu ya maisha yake T 1/2 = 10.24 min. Neutroni huharibika na kuwa protoni p, elektroni e na elektroni antineutrino e. Katika hali iliyofungwa kwenye kiini, neutron inaweza kuwa thabiti. Ndio maana viini vya atomiki thabiti vipo.
Ugunduzi wa neutroni ulikuwa hatua muhimu katika maendeleo ya mawazo kuhusu muundo wa kiini cha atomiki. Mfano wa protoni-elektroni wa kiini cha atomiki ulibadilishwa na mfano wa protoni-neutroni ya kiini, kwanza ilitengenezwa kwa kujitegemea katika kazi za D. Ivanenko na W. Heisenberg.

Nafasi kuu ya modeli ya protoni-neutroni ya kiini cha atomiki ni kwamba kiini cha atomiki kina protoni na neutroni. Idadi ya protoni Z katika kiini huamua malipo ya umeme ya kiini. Jumla ya idadi ya protoni na neutroni A = Z + N huamua wingi wa kiini cha atomiki.

Mfano wa protoni-neutroni wa kiini ulisuluhisha kwa mafanikio tatizo la "janga la nitrojeni." Kulingana na mfano wa protoni-neutroni wa kiini, isotopu ina protoni 7 na neutroni 7. Kwa kuwa protoni na nyutroni zote zina spin J = 1/2, jumla ya mzunguko wa kiini lazima iwe na thamani kamili, ambayo inalingana na majaribio. Maelezo pia yalipatikana kwa maadili madogo ya wakati wa sumaku wa viini vya atomiki - kwa mpangilio wa sumaku kadhaa za nyuklia. Ikiwa kiini cha atomiki kilikuwa na elektroni, basi wakati wa sumaku wa nuclei unapaswa kuwa na maadili kwa mpangilio wa sumaku za elektroni za Bohr, i.e. ingezidi maadili yanayozingatiwa ya nyakati za sumaku za viini kwa maelfu ya nyakati.

D. Ivanenko, 1932: “Neutroni zinaweza kuletwa ndani ya kiini kwa njia mbili: ama bila kubadilisha nambari inayokubalika ya chembe α katika kiini na kugeuza si zaidi ya elektroni tatu (Perrin na Auger), au kwa kugeuza elektroni zote. Njia ya kwanza, kwa maoni yangu, inaongoza kwa ugumu sawa kuhusu maadili ya spin. Kwa kuongezea, kuanzia kitu fulani, ziada ya elektroni za nyuklia huonekana, na kutokuwepo kwa miisho inayolingana kwenye viini inaonekana kuwa ya kushangaza sana. Kinyume chake, njia ya pili, ambayo tulipendekeza mapema kidogo, inaonekana inaruhusu sisi kushinda matatizo haya. Hatutaingia katika mijadala ya jumla hapa kuhusu faida za mbinu hii kama ujumlishaji wa wazo la de Broglie kuhusu kuwepo kwa mlinganisho wa kina kati ya mwanga na suala; elektroni za ndani ya nyuklia kwa kweli kwa njia nyingi zinafanana na fotoni zilizofyonzwa, na utoaji wa chembe ya β na kiini ni sawa na kuzaliwa kwa chembe mpya, ambayo katika hali ya kufyonzwa haina umoja. Hebu tuonyeshe muundo wa kiini cha klorini kulingana na mtazamo wa zamani (I) na mbili mpya - Perrin-Auger (II) na yetu (III) [α inaashiria α-chembe, p ni protoni, e ni elektroni, n ni nyutroni]:

37 Cl = 9α + 1p + 2e (I) , 37 Cl = 9α + 1n + 1e (II) , 37 Cl = 8α + 1p + 4n (III).

(isotopu za kipengele fulani hutofautiana kutoka kwa kila mmoja tu kwa idadi ya neutroni).
Tunazingatia nutroni sio kama mfumo wa elektroni na protoni, lakini kama chembe ya msingi. Hii inatulazimisha kutibu nyutroni kama chembe zilizo na spin 1/2 na kulingana na takwimu za Fermi-Dirac. Kwa mfano, punje 14 N (3α + 1p + 1n) inapaswa kupewa spin 1, na viini vya nitrojeni hakika vinatii takwimu za Bose-Einstein. Hii sasa inakuwa wazi, tangu 14 N ina chembe 14 za msingi, i.e. nambari sawa, sio 21 kama katika mpango wa zamani.
Mawazo haya yote, hata kama ya awali, yanaonekana kusababisha maoni mapya kabisa juu ya muundo wa nyuklia."

W. Heisenberg, 1932: "Majaribio ya Curie na Joliot (kama ilivyofasiriwa na Chadwick) yalithibitisha kwamba chembe mpya ya msingi, neutroni, ina jukumu muhimu katika muundo wa nuclei. Hii inaonyesha kwamba viini vya atomiki hujengwa kutoka kwa protoni na neutroni bila ushiriki wa elektroni. Ikiwa dhana hii ni sahihi, basi inahusisha kurahisisha sana nadharia ya muundo wa nyuklia. Shida kuu za nadharia ya kuoza kwa beta na takwimu za nuclei ya atomiki ya nitrojeni kisha huja kwa swali la jinsi nutroni inaoza na kuwa protoni na elektroni na inatii takwimu gani. Kisha muundo wa nuclei unaweza kuelezewa kulingana na sheria za mechanics ya quantum kutokana na mwingiliano kati ya protoni na neutroni.
Katika kile kinachofuata tutadhani kwamba neutroni hutii takwimu za Fermi na zina spin (1/2). Dhana hii ni muhimu kuelezea takwimu za viini vya nitrojeni na inalingana na maadili ya majaribio ya wakati wa nyuklia. Ikiwa neutroni ilijumuisha protoni na elektroni, basi elektroni ingelazimika kukabidhiwa takwimu za Bose na mzunguko wa sifuri. Inaonekana haifai kuchunguza picha hii kwa undani zaidi.
Badala yake, neutron inapaswa kuzingatiwa kama sehemu ya msingi ya kiini, kwa kweli, kwa kuzingatia kwamba chini ya hali fulani inaweza kuoza kuwa protoni na elektroni, na, pengine, sheria za uhifadhi wa nishati na kasi hazitatumika. .
Kati ya mwingiliano wote wa chembe za msingi zinazounda kiini, kwanza kabisa tutazingatia mwingiliano kati ya neutroni na protoni. Neutroni na protoni zinapokaribia umbali unaolinganishwa na ile ya nyuklia, kwa mlinganisho na ayoni, eneo la chaji hasi hubadilika na mzunguko unaoamuliwa na chaguo za kukokotoa J(r)/h, ambapo r ni umbali kati ya chembe. Kiasi J(r) inalingana na kiungo muhimu cha kubadilishana, au tuseme, sehemu muhimu inayoelezea ubadilishanaji wa viwianishi katika nadharia ya molekiuli. Mabadiliko haya ya mahali yanaweza kufanywa kuonekana kwa msaada wa wazo la elektroni ambayo haina spin na inatii takwimu za Bose. Lakini pengine ni sahihi zaidi kuzingatia kwamba kiungo cha J(r) kinaeleza sifa ya kimsingi ya jozi ya neutroni-protoni, ambayo haiwezi kupunguzwa kwa mienendo ya elektroni.”

Tofauti na shells za elektroni za atomi, nuclei zina kabisa saizi maalum. Radi ya msingi R inaelezewa na uhusiano

R = 1.3A 1/3 fm.

Viini vya atomiki vina wingi mkubwa na chaji chanya. Ukubwa wa viini vya atomiki kawaida hupimwa katika kitengo cha ziada cha urefu - Fermi.

1 Fermi = 10 -13 cm.

Mfano wa protoni-neutroni wa kiini ulielezea kuwepo kwa isotopu. Isotopu ni viini vya atomiki ambavyo vina idadi sawa ya protoni Z na idadi tofauti ya neutroni N. Leo zaidi ya isotopu elfu 3.5 zinajulikana. Kwa kawaida, isotopu zinaonyeshwa kwenye mchoro wa N-Z wa viini vya atomiki. Nambari ya wingi ya isotopu A = N + Z.

E. Rutherford, 1936: "Watafiti wengi, wakati wa kutenganisha miili fulani ya mionzi, wamekutana na ugumu wa ajabu, karibu usioweza kushindwa. Soddy alipendezwa sana na jambo hili na akagundua vitu kadhaa vya mionzi ambavyo hakuweza kutenganisha. Dutu hizi zilikuwa tofauti kabisa na zilikuwa na sifa za mionzi, lakini haziwezi kutenganishwa na operesheni za kemikali. Pia aliona kwamba meza ya mara kwa mara haina nafasi hata kwa kundi kubwa la vipengele vya mionzi, na alipendekeza kuwa kuna vipengele ambavyo haviwezi kutenganishwa na mtazamo wa kemikali, lakini vina mali tofauti kutoka kwa mtazamo wa radioactivity. Soddy aliita vitu vinavyolingana vya isotopu za aina hii, na kwa hivyo ilikuwa mwanzo wa uwanja mkubwa wa utafiti, ambao Aston alitoa mchango mkubwa."

Ukubwa wa Kernel

Usambazaji wa radial wa wiani wa malipo katika viini mbalimbali

R = 1.3A 1/3 fm,
t = 4.4a = 2.5 fm.

Saizi ya nyuklia na sheria ya nguvu

E. Rutherford, 1924: "Bealer ilifanya uchunguzi wa kina wa sheria ya hatua ya nguvu karibu na nucleus nyepesi, ambayo ni karibu na kiini cha alumini, kwa kutumia njia ya kutawanya. Kwa kusudi hili, alilinganisha idadi ya jamaa ya chembe za α zilizotawanyika ndani ya pembe sawa imara kutoka kwa alumini na kutoka kwa dhahabu. Kwa safu iliyosomwa ya pembe (hadi 100 °), ilichukuliwa kuwa kueneza kwa dhahabu kunafuata sheria ya uwiano wa kinyume na mraba wa umbali. Beeler aligundua kuwa uwiano wa kueneza kwa alumini na kueneza kwa dhahabu inategemea kasi ya chembe ya α. Kwa mfano, kwa chembe ya alpha yenye upeo wa cm 3.4, uwiano wa kinadharia ulipatikana kwa pembe ndogo kuliko 40 °, lakini ikawa kwamba uwiano wa angle ya kueneza wastani wa 80 ° ilikuwa 7 ° / tu. 0 kidogo. Kwa upande mwingine, kwa chembe za α za kasi na safu ya cm 6.6, kupotoka kutoka kwa uwiano wa kinadharia hutamkwa zaidi na kufikia 29% kwa pembe ya 80 °. Ili kuelezea matokeo haya, Beeler alipendekeza kuwa karibu na msingi wa alumini, nguvu ya kuvutia imewekwa juu ya nguvu ya kawaida ya kukataa. Matokeo yanakubaliana vizuri na dhana kwamba nguvu ya kuvutia inatofautiana kinyume na nguvu ya nne ya umbali na kwamba nguvu za kuchukiza na za kuvutia zina usawa kwa umbali wa 3.4 10 -13 cm kutoka katikati ya msingi. Ndani ya eneo hili muhimu nguvu zinavutia sana; nje - inachukiza sana.
Ingawa hatuwezi kufanya madai yoyote maalum juu ya usahihi wa takwimu iliyopatikana au kwa ukali wa sheria iliyopendekezwa ya kivutio, labda hatutakuwa na makosa sana ikiwa tunadhani kwamba radius ya nucleus ya alumini haizidi 4 10. -13 cm Inafurahisha kutambua kwamba nguvu za mwingiliano kati ya chembe ya α na kiini cha hidrojeni hupitia mabadiliko ya haraka, kuanzia takriban umbali sawa. Kwa hivyo, ni wazi kwamba vipimo vya nucleus ya vipengele vya mwanga ni ndogo, na katika kesi ya alumini, mtu anaweza hata kusema bila kutarajia ndogo, ikiwa tunakumbuka kwamba protoni 27 na elektroni 14 zinafaa kwa kiasi hiki kisicho na maana. Dhana ya kwamba nguvu za mwingiliano kati ya viini hubadilika kutoka kurudisha nyuma hadi kivutio wakati mbinu za karibu sana zinaonekana kuwa sawa sana; Vinginevyo, ni vigumu sana kufikiria jinsi kiini kizito kilicho na ziada kubwa ya malipo chanya kinaweza kuwekwa katika nafasi ndogo. Tutaona kwamba ukweli kadhaa unaunga mkono wazo hili; hata hivyo, haikubaliki kabisa kwamba nguvu zinazovutia karibu na kiini changamani zinaweza kuonyeshwa kwa sheria yoyote rahisi ya nguvu.”

Tabia ya neutroni ya bure na protoni

Tabia za bure nutroni na protoni	n	uk
Misa, MeV/c 2	939.56536±0.00008	938.27203±0.00008
Nambari ya quantum - spin	1/2	1/2
Spin, ћ = 6.58 · 10 -22 MeV·c	ћ 1/2	ћ 1/2
Chaji ya umeme, q e = (1.602176487 ± 40) 10 -19 C	(-0.4 ± 1.1) 10 -21	|q p +q e |/q e< 10 -21
Wakati wa sumaku μ = eћ/2m p c = 3.15 · 10 -18 MeV/G	-1.9130427±0.000005	+2.792847351 ± 000000028
Umeme wakati wa dipole d, e cm	< 0.29·10 -25	< 0.54 10 -23
Malipo ya Baryon B	+1	+1
Radi ya malipo, fm		0.875 ± 0.007
Radius ya usambazaji wa wakati wa sumaku, fm	0.89 ± 0.07	0.86 ± 0.06
Isospin I	1/2	1/2
Makadirio ya Isospin I z	-1/2	+1/2
Muundo wa Quark	udd	uud
Nambari za quantum s,c,b,t	0	0
Nusu uhai	Dakika 10.24	> 2.1 · 10 miaka 29
Usawa	+	+
Takwimu	Fermi-Dirac
Mpango wa kuoza	n → p + e- + e

Jedwali la isotopu za vipengele vya kemikali

Jedwali la vipengele vyote vya kemikali vilivyogunduliwa linaonyesha nambari ya serial, ishara, jina, idadi ya chini na ya juu ya wingi wa isotopu zilizogunduliwa, asilimia ya isotopu katika mchanganyiko wa asili (thamani iliyozunguka). Vipengee vya kemikali vilivyo na Z = 113-118 bado havijapewa majina; hupewa majina maalum ya kimataifa.

1 - nambari ya serial ya kipengele cha kemikali Z,
2 - ishara ya kipengele cha kemikali,
3 - jina la kipengele cha kemikali,
4 - idadi ya chini ya molekuli A ya isotopu ya kipengele cha kemikali,
5 - idadi kubwa ya isotopu A (asilimia ya isotopu katika mchanganyiko wa asili), kuwa na asilimia ya isotopu katika mchanganyiko wa asili zaidi ya 1%.

1	2	3	4	5
0	n	neutroni	1
1	H	hidrojeni	1-7	1 (99,986)
2	Yeye	heliamu	3-10	4 (100)
3	Li	lithiamu	3-12	6 (7,93); 7 (92,07)
4	Kuwa	beriliamu	5-16	9 (100)
5	B	boroni	6-19	10 (19,8); 11 (80,2)
6	C	kaboni	8-22	12 (98,9); 13 (1,1)
7	N	naitrojeni	10-25	14 (99,62)
8	O	oksijeni	12-28	16 (99,76)
9	F	florini	14-31	19 (100)
10	Ne	neoni	16-34	20 (90,0); 22 (9,73)
11	Na	sodiamu	18-37	23 (100)
12	Mg	magnesiamu	19-40	24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
13	Al	alumini	21-43	27 (100)
14	Si	silicon	22-44	28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
15	P	fosforasi	24-46	31 (100)
16	S	salfa	26-49	32 (95,1); 34 (4,2)
17	Cl	klorini	28-51	35 (75,4); 37 (24,6)
18	Ar	argon	30-53	40 (99,632)
19	K	potasiamu	32-55	39 (93,38); 41 (6,61)
20	Ca	kalsiamu	34-57	40 (96,96); 44 (2,06)
21	Sc	scandium	36-60	45 (100)
22	Ti	titani	38-63	46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
23	V	vanadium	40-65	51 (100)
24	Cr	chromium	42-67	50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
25	Mhe	manganese	44-69	55 (100)
26	Fe	chuma	45-72	54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
27	Co	kobalti	50-75	59 (100)
28	Ni	nikeli	48-78	58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
29	Cu	shaba	52-80	63 (70,13); 65 (29,87)
30	Zn	zinki	54-83	64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
31	Ga	galiamu	56-86	69 (61,2); 71 (38,8)
32	Ge	germanium	58-89	70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
33	Kama	arseniki	60-92	75 (100)
34	Se	selenium	64-94	76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
35	Br	bromini	67-97	79 (50,6); 80 (49,4)
36	Kr	kryptoni	69-100	80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
37	Rb	rubidium	71-101	85 (72,8); 87 (27,2)
38	Sr	strontium	73-105	86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
39	Y	yttrium	76-108	89 (100)
40	Zr	zirconium	78-110	90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
41	Nb	niobiamu	81-113	93 (100)
42	Mo	molybdenum	83-115	92 (14,9); 94 (9,4); 95 (16,1); 96 (16,6); 97 (9,65); 98 (24,1); 100 (9,25)
43	Tc	technetium	85-118
44	Ru	ruthenium	87-120	96 (5,68); 98 (2,22); 99 (12,81); 100 (12,70); 101 (16,98); 102 (31,34); 104 (18,27)
45	Rh	rodi	89-122	103 (100)
46	Pd	paladiamu	91-124	104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
47	Ag	fedha	93-130	107 (52,5); 109 (47,5)
48	Cd	kadimiamu	95-132	106 (1,4); 108 (1,0); 110 (12,8); 111 (13,0); 112 (24,2); 113 (12,3); 114 (28,0); 116 (7,3)
49	Katika	ndani	97-135	113 (4,5); 115 (95,5)
50	Sn	bati	99-137	112 (1,1); 116 (15,5); 117 (9,1); 118 (22,5); 119 (9,8); 120 (28,5); 122 (5,5); 124 (6,8)
51	Sb	antimoni	103-139	121 (56); 123 (44)
52	Te	tellurium	105-142	122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0); 126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
53	I	iodini	108-144	127 (100)
54	Xe	xenon	109-147	128 (1,9); 129 (26,23); 130 (4,07); 131 (21,17); 132 (26,96); 134 (10,54); 136 (8,95)
55	Cs	cesium	112-151	133 (100)
56	Ba	bariamu	114-153	134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81); 137 (11,32); 138 (71,66)
57	La	lanthanum	117-155	139 (100)
58	Ce	cerium	119-157	140 (89); 142 (11)
59	Pr	praseodymium	121-159	141 (100)
60	Nd	neodymium	124-161	142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150 (5,95)
61	Pm	promethium	126-163
62	Sm	samarium	128-165	144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15); 150 (5); 152 (26); 154 (20)
63	Umoja	europium	130-167	151 (49,1); 153 (50,9)
64	M-ngu	gadolinium	134-169	154 (1,5); 155 (21); 156 (22); 157 (17); 158 (22); 160 (16)
65	Tb	terbium	135-171	159 (100)
66	Dy	dysprosiamu	138-173	160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
67	Ho	holmium	140-175	165 (100)
68	Er	erbium	143-177	164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4); 168 (26,9); 170 (14,2)
69	Tm	thulium	144-179	169 (100)
70	Yb	ytterbium	148-181	170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49); 173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
71	Lu	lutetium	150-184	175 (97,5); 176 (2,5)
72	Hf	hafnium	151-188	176 (5,3); 177 (18,47); 178 (27,13); 179 (13,85); 180 (35,14)
73	Ta	tantalum	155-190	181 (100)
74	W	tungsten	158-192	182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
75	Re	rhenium	159-194	185 (38,2); 187 (61,8)
76	Os	osmium	162-200	186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3); 189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
77	Ir	iridiamu	164-202	191 (38,5); 193 (61,5)
78	Pt	platinamu	166-203	194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
79	Au	dhahabu	169-205	197 (100)
80	Hg	zebaki	171-210	198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3); 201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
81	Tl	thaliamu	176-212	203 (29,1); 205 (70,9)
82	Pb	kuongoza	178-215	204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
83	Bi	bismuth	184-218	209 (100)
84	Po	polonium	188-220
85	Katika	astatini	191-223
86	Rn	radoni	193-228
87	Fr	Ufaransa	199-232
88	Ra	radiamu	201-234
89	Ac	actinium	206-236
90	Th	waturiamu	208-238	232 (100)
91	Pa	protactinium	212-240
92	U	Uranus	217-242	238 (99,28)
93	Np	neptunium	225-244
94	Pu	plutonium	228-247
95	Am	americium	230-249
96	Sentimita	curium	232-252
97	Bk	berkelium	234-254
98	Cf	californium	237-256
99	Es	einsteinium	240-258
100	Fm	fermium	242-260
101	MD	mendevium	245-262
102	Hapana	nobelium	248-264
103	Lr	sheria	251-266
104	Rf	rutherfordum	253-268
105	Db	dubnium	255-269
106	Sg	seabogium	258-273
107	BH	bohrium	260-275
108	Hs	Hassiy	263-276
109	Mt	meitnerium	265-279
110	Ds	Darmstadt	267-281
111	Rg	roentgenium	272-283
112	Cn	copernicamu	277-285
113	Uut		278-287
114	Uuq		286-289
115	Juu		287-291
116	Uuh		290-293
117	Uus		291-292
118	Uuo		294

Nadharia ya protoni-elektroni

Mwanzoni mwa 1932, chembe tatu tu za msingi zilijulikana: elektroni, protoni na neutroni. Kwa sababu hii, ilichukuliwa kuwa kiini cha atomi kina protoni na elektroni (hypothesis ya proton-electron). Iliaminika kuwa kiini kilicho na nambari $Z$ kwenye jedwali la mara kwa mara la vitu vya D.I. Mendeleev na nambari ya misa $A$ ni pamoja na protoni za $A$ na neutroni za $Z-A$. Kwa mujibu wa dhana hii, elektroni ambazo zilikuwa sehemu ya kiini zilifanya kama wakala wa "saruji", kwa msaada wa protoni zilizo na chaji chanya zilihifadhiwa kwenye kiini. Wafuasi wa nadharia ya protoni-elektroni ya muundo wa kiini cha atomiki waliamini kuwa $\beta ^-$ - radioactivity ni uthibitisho wa usahihi wa nadharia. Lakini nadharia hii haikuweza kueleza matokeo ya jaribio na ikatupwa. Mojawapo ya matatizo haya ilikuwa kutowezekana kwa kueleza kwamba mzunguko wa kiini cha nitrojeni $^(14)_7N$ ni sawa na umoja $(\hbar)$. Kulingana na nadharia ya protoni-elektroni, kiini cha nitrojeni cha $^(14)_7N$ kinapaswa kuwa na protoni $14$ na elektroni $7$. Mzunguko wa protoni na elektroni ni sawa na $1/2$. Kwa sababu hii, kiini cha atomi ya nitrojeni, ambayo kulingana na dhana hii inajumuisha chembe $21$, inapaswa kuwa na mzunguuko wa $1/2,\3/2,\5/2,\dots 21/2$. Tofauti hii na nadharia ya protoni-elektroni inaitwa "janga la nitrojeni." Pia haikueleweka kuwa mbele ya elektroni kwenye kiini, wakati wake wa sumaku una wakati mdogo wa sumaku ikilinganishwa na wakati wa sumaku wa elektroni.

Katika $1932, J. Chadwick aligundua nyutroni. Baada ya ugunduzi huu, D. D. Ivanenko na E. G. Gapon waliweka mbele dhana kuhusu muundo wa protoni-neutroni wa kiini cha atomiki, ambayo ilitengenezwa kwa undani na W. Heisenberg.

Kumbuka 1

Muundo wa protoni-neutroni wa kiini huthibitishwa sio tu na hitimisho la kinadharia, lakini pia moja kwa moja na majaribio juu ya mgawanyiko wa kiini ndani ya protoni na neutroni. Sasa inakubalika kwa ujumla kuwa kiini cha atomiki kina protoni na neutroni, ambazo pia huitwa. viini(kutoka Kilatini kiini- punje, nafaka).

Muundo wa kiini cha atomiki

Msingi ni sehemu ya kati ya atomi, ambamo chaji chanya ya umeme na wingi wa wingi wa atomi hujilimbikizia. Vipimo vya kiini, kwa kulinganisha na obiti za elektroni, ni ndogo sana: $10^(-15)-10^(-14)\ m$. viini vinajumuisha protoni na neutroni, ambazo ni karibu sawa kwa wingi, lakini tu protoni hubeba malipo ya umeme. Nambari kamili protoni inaitwa nambari ya atomiki $Z$ ya atomi, ambayo inawiana na idadi ya elektroni katika atomi ya upande wowote. Nucleons hushikiliwa kwenye kiini na nguvu zenye nguvu; kwa asili yao, nguvu hizi sio umeme au mvuto, na kwa ukubwa wao ni kubwa zaidi kuliko nguvu zinazofunga elektroni kwenye kiini.

Kulingana na mfano wa proton-neutron wa muundo wa kiini:

• viini vya vipengele vyote vya kemikali vinajumuisha nucleons;
• malipo ya kiini ni kutokana na protoni tu;
• idadi ya protoni katika kiini ni sawa na nambari ya atomiki ya kipengele;
• idadi ya neutroni ni sawa na tofauti kati ya nambari ya wingi na idadi ya protoni ($N=A-Z$)

Protoni ($^2_1H\ au\ p$) ni chembe yenye chaji chanya: chaji yake ni sawa na chaji ya elektroni $e=1.6\cdot 10^(-19)\ C$, na uzito wake uliosalia $m_p =1.627\cdot 10^( -27)\ kg$. Protoni ni kiini cha nucleon nyepesi zaidi ya atomi ya hidrojeni.

Ili kurahisisha rekodi na hesabu, wingi wa kiini mara nyingi huamuliwa katika vitengo vya molekuli ya atomiki (a.m.u.) au katika vitengo vya nishati (kwa kuandika nishati inayolingana $E=mc^2$ katika volti-elektroni badala ya wingi). Kizio cha molekuli ya atomiki kinachukuliwa kuwa $1/12$ ya wingi wa nuklidi ya kaboni $^(12)_6C$. Katika vitengo hivi tunapata:

Protoni, kama elektroni, ina kasi yake ya angular - spin, ambayo ni sawa na $1/2$ (katika vitengo vya $\hbar$). Mwisho, katika uwanja wa sumaku wa nje, unaweza tu kuelekezwa kwa njia ambayo makadirio yake na mwelekeo wa uwanja ni sawa na $+1/2$ au $-1/2$. Protoni, kama elektroni, iko chini ya takwimu za quantum za Fermi-Dirac, i.e. ni mali ya fermions.

Protoni ina sifa ya wakati wake wa sumaku, ambayo kwa chembe yenye spin $1/2$, inachaji $e$ na uzito $m$ ni sawa na

Kwa elektroni, wakati wake wa sumaku ni sawa na

Ili kuelezea usumaku wa viini na viini, sumaku ya nyuklia hutumiwa ($1836$ mara ndogo kuliko magneton ya Bohr):

Mara ya kwanza iliaminika kuwa wakati wa magnetic wa protoni ulikuwa sawa na magneton ya nyuklia, kwa sababu wingi wake ni $1836$ mara ya elektroni. Lakini vipimo vilionyesha kwamba kwa kweli wakati wa magnetic wa protoni ni $ 2.79 mara zaidi kuliko ile ya magnetron ya nyuklia na ina ishara nzuri, i.e. mwelekeo sanjari na spin.

Fizikia ya kisasa inaelezea kutokubaliana huku kwa ukweli kwamba protoni na neutroni hubadilishana na kwa muda kubaki katika hali ya kujitenga kuwa $\pi ^\pm $ - meson na nucleon nyingine ya ishara inayolingana:

Misa iliyosalia ya $\pi ^\pm $ meson ni $193.63$ MeV, kwa hivyo muda wake wa sumaku ni mara $6.6$ zaidi ya ule wa sumaku ya nyuklia. Katika vipimo, thamani fulani ya ufanisi ya wakati wa magnetic wa protoni na $\pi ^+$ ya mazingira ya meson inaonekana.

Neutroni ($n$) ni chembe isiyo na kielektroniki; misa yake ya kupumzika

Ingawa nyutroni haina chaji, ina muda wa sumaku $\mu _n=-1.91\mu _I$. Ishara "$-$" inaonyesha kwamba mwelekeo wa wakati wa magnetic ni kinyume na spin ya protoni. Nguvu ya sumaku ya neutroni imedhamiriwa na thamani ya ufanisi ya wakati wa magnetic wa chembe ambazo zinaweza kujitenga.

Katika hali huru, neutroni ni chembe isiyo imara na huoza nasibu (nusu ya maisha $12$ min): ikitoa chembe ya $\beta $ na antineutrino, inageuka kuwa protoni. Mpango wa kuoza kwa nyutroni umeandikwa kama ifuatavyo:

Tofauti na kuoza kwa nyutroni kwa nyutroni, uozo wa $\beta$ ni wa uozo wa ndani na fizikia ya chembe za msingi.

Mabadiliko ya pamoja ya nutroni na protoni, usawa wa spins, ukaribu wa raia na mali hutoa sababu ya kudhani kwamba tunazungumza juu ya aina mbili za chembe moja ya nyuklia - nucleon. Nadharia ya protoni-neutroni inakubaliana vyema na data ya majaribio.

Kama viambajengo vya viini, protoni na nyutroni hupatikana katika athari nyingi za mpasuko na muunganisho.

Katika fissions ya nyuklia ya kiholela na ya mtu binafsi, fluxes ya elektroni, positrons, mesons, neutrinos na antineutrinos pia huzingatiwa. Uzito wa chembe ya $\beta $ (elektroni au positron) ni $1836$ chini ya wingi wa nucleon. Mesons - chembe chanya, hasi na sifuri - huchukua nafasi ya kati kwa wingi kati ya $\beta $ - chembe na nucleons; Muda wa maisha wa chembe hizo ni mfupi sana na ni sawa na mamilioni ya sekunde. Neutrinos na antineutrinos ni chembe za msingi ambazo uzito wake wa kupumzika ni sifuri. Hata hivyo, elektroni, positroni na mesoni haziwezi kuwa vipengele vya kiini. Chembe hizi za mwanga haziwezi kuwekwa ndani kwa ujazo mdogo, ambao ni kiini chenye kipenyo cha $\sim 10^(-15)\ m$.

Ili kudhibitisha hili, tunaamua nishati ya mwingiliano wa umeme (kwa mfano, elektroni iliyo na positroni au protoni kwenye kiini)

na kulinganisha na nishati ya elektroni yenyewe

Kwa kuwa nishati ya mwingiliano wa nje inazidi nishati ya elektroni yenyewe, haiwezi kuwepo na kudumisha umoja wake mwenyewe; chini ya hali ya kiini itaharibiwa. Hali ya viini ni tofauti; nishati yao wenyewe ni zaidi ya $900$ MeV, kwa hivyo wanaweza kuhifadhi sifa zao kwenye kiini.

Chembe za mwanga hutolewa kutoka kwa viini wakati wa mpito wao kutoka hali moja hadi nyingine.

Atomi ina kiini chenye chaji chanya na elektroni zinazoizunguka. Viini vya atomiki vina vipimo vya takriban 10 -14 ... 10 -15 m ( vipimo vya mstari atomi - 10-10 m).

Kiini cha atomiki kinajumuisha chembe za msingi - protoni na neutroni. Mfano wa protoni-neutroni wa kiini ulipendekezwa na mwanafizikia wa Kirusi D. D. Ivanenko, na baadaye kuendelezwa na W. Heisenberg.

Protoni ( R) ina malipo chanya sawa na malipo ya elektroni na wingi wa kupumzika T uk = 1.6726∙10 -27 kg 1836 m e, Wapi m e wingi wa elektroni. Neutroni ( n) - chembe ya upande wowote na misa ya kupumzika m n= 1.6749∙10 -27 kg 1839T e ,. Wingi wa protoni na neutroni mara nyingi huonyeshwa katika kitengo kingine - vitengo vya molekuli ya atomiki (amu, kitengo cha misa sawa na 1/12 ya misa ya atomi ya kaboni.
) Misa ya protoni na neutroni ni takriban kitengo kimoja cha misa ya atomiki. Protoni na neutroni huitwa viini(kutoka lat. kiini msingi). Nambari ya jumla ya nucleoni kwenye kiini cha atomiki inaitwa nambari ya molekuli A).

Radi ya viini huongezeka kwa kuongezeka kwa idadi ya wingi kwa mujibu wa uhusiano R= 1,4A 1/3 10 -13 cm.

Majaribio yanaonyesha kuwa nuclei hazina mipaka kali. Katikati ya kiini kuna msongamano fulani wa suala la nyuklia, na hatua kwa hatua hupungua hadi sifuri na umbali unaoongezeka kutoka katikati. Kwa sababu ya kukosekana kwa mpaka uliobainishwa wazi wa kiini, "radius" yake inafafanuliwa kama umbali kutoka katikati ambapo msongamano wa vitu vya nyuklia umepunguzwa. Usambazaji wa wastani wa msongamano wa vitu kwa viini vingi hugeuka kuwa zaidi ya duara tu. Viini vingi vimeharibika. Mara nyingi viini vina umbo la ellipsoids iliyoinuliwa au iliyopangwa

Nucleus ya atomiki ina sifa malipoZe, Wapi Znambari ya malipo kiini, sawa na idadi ya protoni katika kiini na sanjari na nambari ya atomiki ya kipengele cha kemikali katika Jedwali la mara kwa mara Vipengele vya Mendeleev.

Kiini kinaonyeshwa kwa ishara sawa na atomi ya upande wowote:
, Wapi X- ishara ya kipengele cha kemikali, Z nambari ya atomiki (idadi ya protoni kwenye kiini), A nambari ya molekuli (idadi ya nukleoni kwenye kiini). Nambari ya misa A takriban sawa na wingi wa kiini katika vitengo vya molekuli ya atomiki.

Kwa kuwa atomi haina upande wowote, malipo kwenye kiini Z huamua idadi ya elektroni katika atomi. Usambazaji wao kati ya majimbo katika atomi inategemea idadi ya elektroni. Malipo ya nyuklia huamua maalum ya kipengele fulani cha kemikali, yaani, huamua idadi ya elektroni katika atomi, usanidi wa shells zao za elektroni, ukubwa na asili ya uwanja wa umeme wa intra-atomiki.

Nuclei zenye nambari za malipo sawa Z, lakini kwa idadi tofauti ya wingi A(yaani na idadi tofauti ya nyutroni N = A - Z), huitwa isotopu, na viini vyenye sawa A, lakini tofauti Z - isobars. Kwa mfano, hidrojeni ( Z= l) ina isotopu tatu: N - protini ( Z= l, N= 0), N - deuterium ( Z= l, N= 1), N - tritium ( Z= l, N= 2), bati - isotopu kumi, nk Katika idadi kubwa ya matukio, isotopu za kipengele sawa cha kemikali zina kemikali sawa na karibu sawa na mali ya kimwili.

E, Mev

Viwango vya nishati

na kuona mabadiliko ya kiini cha atomiki ya boroni

Nadharia ya quantum inaweka mipaka ya nguvu ambazo sehemu za msingi za nuclei zinaweza kumiliki. Mkusanyiko wa protoni na neutroni katika nuclei inaweza tu kuwa katika hali fulani za nishati, tabia ya isotopu fulani.

Wakati elektroni inatoka juu hadi hali ya chini ya nishati, tofauti ya nishati hutolewa kama fotoni. Nishati ya fotoni hizi iko kwenye mpangilio wa volti kadhaa za elektroni. Kwa viini, nishati ya kiwango iko katika safu kutoka takriban 1 hadi 10 MeV. Wakati wa mabadiliko kati ya viwango hivi, fotoni za nishati ya juu sana (γ quanta) hutolewa. Ili kuonyesha mabadiliko kama haya kwenye Mtini. 6.1 inaonyesha viwango vitano vya kwanza vya nishati ya nyuklia
.Mistari ya wima inaonyesha mabadiliko yaliyozingatiwa. Kwa mfano, γ-quantum yenye nishati ya 1.43 MeV inatolewa wakati kiini hubadilika kutoka hali yenye nishati ya 3.58 MeV hadi hali yenye nishati ya 2.15 MeV.

Kiini cha atomiki ni sehemu ya kati ya atomi, inayojumuisha protoni na neutroni (pamoja huitwa viini).

Kiini hicho kiligunduliwa na E. Rutherford mwaka wa 1911 alipokuwa akichunguza uambukizaji α -chembe kupitia maada. Ilibadilika kuwa karibu misa yote ya atomi (99.95%) imejilimbikizia kwenye kiini. Saizi ya kiini cha atomiki ni ya mpangilio wa ukubwa wa 10 -1 3 -10 - 12 cm, ambayo ni ndogo mara 10,000 kuliko saizi ya ganda la elektroni.

Muundo wa sayari wa atomi uliopendekezwa na E. Rutherford na uchunguzi wake wa majaribio wa viini vya hidrojeni ulitolewa. α -chembe kutoka kwenye viini vya vipengele vingine (1919-1920), ziliongoza mwanasayansi kwenye wazo la protoni. Neno protoni lilianzishwa mapema miaka ya 20 ya karne ya XX.

Protoni (kutoka Kigiriki. protoni- kwanza, ishara uk) ni chembe ya msingi thabiti, kiini cha atomi ya hidrojeni.

Protoni- chembe yenye chaji chanya ambayo malipo yake ni thamani kamili sawa na malipo ya elektroni e= 1.6 · 10 -1 9 Cl. Uzito wa protoni ni mara 1836 zaidi ya wingi wa elektroni. Misa ya kupumzika ya protoni Bwana= 1.6726231 · 10 -27 kg = 1.007276470 amu

Chembe ya pili iliyojumuishwa kwenye kiini ni neutroni.

Neutron (kutoka lat. upande wowote- hakuna ishara moja au nyingine n) ni chembe ya msingi ambayo haina malipo, yaani neutral.

Uzito wa neutron ni mara 1839 zaidi ya wingi wa elektroni. Uzito wa neutroni ni karibu sawa (kubwa kidogo) na wingi wa protoni: wingi wa neutroni ya bure. m n= 1.6749286 · 10 -27 kg = 1.0008664902 a.m.u. na kuzidi uzito wa protoni kwa mara 2.5 ya wingi wa elektroni. Neutroni, pamoja na protoni chini ya jina la jumla nukleoni ni sehemu ya viini vya atomiki.

Neutron iligunduliwa mwaka wa 1932 na mwanafunzi wa E. Rutherford D. Chadwig wakati wa shambulio la berili. α -chembe. Mionzi iliyosababishwa na uwezo wa juu wa kupenya (ilishinda kizuizi kilichofanywa kwa sahani ya risasi 10-20 cm nene) ilizidisha athari yake wakati wa kupitia sahani ya parafini (angalia takwimu). Tathmini ya nishati ya chembe hizi kutoka kwa nyimbo kwenye chumba cha wingu iliyofanywa na wanandoa wa Joliot-Curie na uchunguzi wa ziada ulifanya iwezekane kuwatenga dhana ya awali kwamba hii. γ -quanta. Uwezo mkubwa wa kupenya wa chembe mpya, zinazoitwa nyutroni, ulielezewa na kutoegemea kwao kwa umeme. Baada ya yote, chembe za kushtakiwa huingiliana kikamilifu na suala na kupoteza nishati yao haraka. Kuwepo kwa neutroni kulitabiriwa na E. Rutherford miaka 10 kabla ya majaribio ya D. Chadwig. Wakati hit α -chembe kwenye viini vya beriliamu mmenyuko ufuatao hutokea:

Hii hapa ishara ya neutroni; malipo yake ni sifuri, na molekuli yake ya atomiki ya jamaa ni takriban sawa na umoja. Neutroni ni chembe isiyo imara: neutroni ya bure katika muda wa ~ dakika 15. huoza ndani ya protoni, elektroni na neutrino - chembe isiyo na misa ya kupumzika.

Baada ya ugunduzi wa neutron na J. Chadwick mnamo 1932, D. Ivanenko na V. Heisenberg walipendekeza kwa uhuru. protoni-neutroni (nucleon) mfano wa kiini. Kulingana na mfano huu, kiini kina protoni na neutroni. Idadi ya protoni Z sanjari na nambari ya ordinal ya kitu kwenye jedwali la D. I. Mendeleev.

Chaji ya msingi Q imedhamiriwa na idadi ya protoni Z, iliyojumuishwa kwenye kiini, na ni kizidisho cha thamani kamili ya chaji ya elektroni e:

Q = +Ze.

Nambari Z kuitwa nambari ya malipo ya kiini au nambari ya atomiki.

Idadi ya wingi wa kiini A kuitwa jumla ya nambari viini, yaani protoni na neutroni zilizomo ndani yake. Idadi ya neutroni kwenye kiini inaonyeshwa na herufi N. Kwa hivyo nambari ya misa ni:

A = Z + N.

Nucleons (protoni na neutroni) hupewa nambari ya misa, sawa na moja, elektroni - thamani ya sifuri.

Wazo la muundo wa kiini pia liliwezeshwa na ugunduzi isotopu.

Isotopu (kutoka Kigiriki. iso- sawa, sawa na topoa- mahali) ni aina za atomi za kitu kimoja cha kemikali, viini vya atomiki ambavyo vina idadi sawa ya protoni ( Z) na idadi tofauti ya neutroni ( N).

Viini vya atomi kama hizo pia huitwa isotopu. Isotopu ni nuclides kipengele kimoja. Nuclide (kutoka lat. kiini- kiini) - kiini chochote cha atomiki (mtawaliwa, atomi) na nambari zilizopewa Z Na N. Uteuzi wa jumla wa nuclides ni ……. Wapi X- ishara ya kipengele cha kemikali, A = Z + N- idadi ya wingi.

Isotopu huchukua nafasi sawa katika Jedwali la Vipengee la Periodic, ambalo jina lao linatoka. Kulingana na mali yake ya nyuklia (kwa mfano, uwezo wa kuingia athari za nyuklia) isotopu, kama sheria, hutofautiana sana. Kemikali (na karibu kwa kiwango sawa kimwili) mali ya isotopu ni sawa. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba mali ya kemikali ya kipengele imedhamiriwa na malipo ya kiini, kwa kuwa ni malipo haya yanayoathiri muundo wa shell ya elektroni ya atomi.

Isipokuwa ni isotopu za vitu vya mwanga. Isotopu za hidrojeni 1 N — protini, 2 N— deuterium, 3 N — tritium hutofautiana sana kwa wingi kwamba mali zao za kimwili na kemikali ni tofauti. Deuterium ni thabiti (yaani haina mionzi) na imejumuishwa kama uchafu mdogo (1: 4500) katika hidrojeni ya kawaida. Wakati deuterium inachanganya na oksijeni, maji nzito huundwa. Kwa shinikizo la angahewa la kawaida huchemka kwa 101.2 °C na kuganda kwa +3.8 °C. Tritium β -ya mionzi yenye nusu ya maisha ya takriban miaka 12.

Vipengele vyote vya kemikali vina isotopu. Baadhi ya vipengele vina isotopu zisizo imara (zinazoangazia mionzi). Isotopu za mionzi zimepatikana kwa vipengele vyote.

Isotopu za uranium. Kipengele cha uranium kina isotopu mbili - na nambari za molekuli 235 na 238. Isotopu ni 1/140 tu ya ile ya kawaida zaidi.

Rudi