Az anyag szerkezetének fizikája. Felfedezések. Kísérletek. Számítások

Az anyag szerkezetének fizikáját először Joseph J komolyan tanulmányozta. Thomson. Sok kérdés azonban megválaszolatlan maradt. Egy idő után, uh. Rutherford képes volt megfogalmazni az atom szerkezetének modelljét. A cikkben megvizsgáljuk azt a tapasztalatot, amely a felfedezéshez vezetett. vagy T. k. a fizikai órákban az anyag szerkezete az egyik legérdekesebb téma, elemezzük annak legfontosabb szempontjait. Lássuk, miből áll egy atom, megtanuljuk, hogyan lehet megtalálni benne az elektronok, protonok, neutronok számát. Ismerkedjünk meg az izotópok és ionok fogalmával.

Az elektron felfedezése

1897-ben. Joseph John Thomson angol tudós (portréja alább látható) tanulmányozta az elektromos áramot, t. e. a töltések irányított mozgása gázokban. Abban az időben a fizika már tudott az anyag molekuláris szerkezetéről. Ismert volt, hogy minden test anyagból áll, amely molekulákból, az utóbbi pedig atomokból áll.

Thomson felfedezte, hogy bizonyos körülmények között a gázatomok negatív töltésű részecskéket bocsátanak ki (q <= 0). Elektronoknak hívják őket. Az atom semleges, ami azt jelenti, hogy ha elektronok repülnek ki belőle, akkor pozitív részecskéknek is ott kell lenniük. Mi az atom része a jelzéssel "+"? Hogyan hat a negatív töltésű elektronnal? Mi határozza meg az atom tömegét? Egy másik tudós képes volt megválaszolni ezeket a kérdéseket.

Rutherford tapasztalatai

A kezdeti információk az anyagfizikus szerkezetéről 1911-ben. már birtokolt. Ernest Rutherford felfedezte azt, amit ma atommagnak nevezünk.

Vannak olyan anyagok, amelyek furcsa tulajdonsággal rendelkeznek: spontán módon különböző részecskéket bocsátanak ki, , mindkettő pozitív, és negatív. Az ilyen anyagokat radioaktívnak nevezik. Rutherford úgynevezett pozitív töltésű elemek alfa-részecskék (Anavar-részecskék).

Van egy díj egy jel "+", egyenlő két elemi (q_α = +2e). Az elemek súlya megközelítőleg négy hidrogénatom tömegével egyenlő. Rutherford egy alfa-részecskéket kibocsátó radioaktív gyógyszert vett be, és egy vékony aranyfóliát (fóliát) bombázott az áramlásukkal.

Azt találta, hogy a legtöbb 6-elemek alig változik az irányt, amikor áthaladnak fém atomok. De van egy nagyon kis számú azok, amelyek eltérnek vissza. Miért történik ez? Ismerve az anyag szerkezetének fizikáját, válaszolhatunk: mert az arany atomok belsejében, mint bármely más, vannak olyan pozitív elemek, amelyek taszítják az alfa-részecskéket. De miért történik ez csak nagyon kis számú elemmel? Mivel az atom pozitív töltésű részének mérete sokkal kisebb, mint maga. Rutherford erre a következtetésre jutott. Az atom pozitív töltésű részét a magnak nevezte.

Az atom szerkezete

Az anyag szerkezetének fizikája: a molekulák olyan atomokból állnak, amelyek apró, pozitív töltésű részt (magot) tartalmaznak elektronokkal körülvéve. Az atom semlegességét azzal magyarázza, hogy az elektronok teljes negatív töltése megegyezik a mag pozitív töltésével. q_magok + q_el=0. Miért nem esnek az elektronok a magra, mert vonzódnak? Válasz ez a kérdés, Rutherford azt javasolta, hogy forogjanak, amikor a bolygók a Nap körül mozognak, és ne ütközzenek vele. , ez a mozgás lehetővé teszi ennek a rendszernek a stabilitását. A Rutherford által feltalált atom modelljét bolygónak hívták.

Ha az atom semleges, és a benne lévő elektronok számának szükségszerűen egész számnak kell lennie, akkor a mag töltése megegyezik ezzel az értékkel egy pluszjellel. q_magok= + z * e. z az elektronok száma Egy semleges atomban. Ebben az esetben a teljes díj nulla. Hogyan lehet megtudni a számot elektronok egy atomban? Használnia kell az elemek időszakos rendszerét. Az atom méretei 10 nagyságúak^-10 m. A magok pedig 100 ezerszer kisebbek —^-10-15 m.

Képzelje el, hogy a mag méretét 1 méterre növeltük. Szilárd anyagban az atomok közötti távolság megközelítőleg megegyezik önmaguk méretével, ami azt jelenti, hogy a méret 10-re növekszik⁵, ez pedig 100 km. Vagyis az atom gyakorlatilag ürességből áll, ezért az alfa-részecskék többnyire a fólián repülnek, szinte anélkül, hogy eltérnének.

Alapvető szerkezet

Az anyag szerkezetének fizikája olyan, hogy a mag kétféle részecskéből áll. Néhány közülük pozitív töltéssel rendelkezik. Ha három elektronnal rendelkező atomot veszünk figyelembe, akkor három pozitív töltésű részecske van benne. Protonoknak hívják őket. Más elemek nem rendelkeznek elektromos töltéssel-neutronok.

A proton és a neutron tömege megközelítőleg egyenlő. Mindkét részecske súlya sokkal nagyobb, mint az elektron. m_{a proton} Xhamster1837m_el. Ugyanez vonatkozik a neutron tömegére is. A következtetés ebből következik: a pozitív és semleges súly töltött részecskék - az atom tömegét meghatározó tényező. A protonoknak és a neutronoknak közös neve van-nukleonok. Az atom súlyát a számuk határozza meg, amelyet a mag tömegének nevezünk. Az atomban lévő elektronok számát z betűvel jelöljük, de. . ha semleges, akkor a szám pozitív és negatív a részecskéknek egybe kell esniük. Ezért z-t proton-vagy töltésszámnak is nevezik.

Ha a tömeg - és töltésszámok ismertek, akkor megtalálhatjuk az n neutronok számát is. N = A-z. Hogyan lehet megtudni, hogy hány nukleon és proton van a magban? Kiderül, hogy a periódusos rendszerben minden elem mellett egy szám van feltüntetve, amelyet a vegyészek a relatív atomtömegnek neveznek.

Ha kerekítjük, akkor nem kapunk mást, mint a tömegszámot vagy a nukleonok számát a magban (A). Az elem sorszáma a protonok száma (z). Az A és z ismeretében könnyű megtalálni az N-t-a neutronok számát. Ha az atom semleges, akkor az elektronok és a protonok száma egyenlő.

Izotópok

A magnak vannak olyan fajtái, amelyekben a protonok száma egybeesik, és a neutronok száma eltérhet (ugyanazt a kémiai elemet jelenti). Izotópoknak nevezik őket. A természetben a különböző fajták atomjai keverednek, így a vegyészek mérik az átlagos tömeget. Ezért a periódusos rendszerben az atom relatív súlya mindig törtszám. Kitaláljuk, mi történik egy semleges atommal, ha eltávolít egy elektronot, vagy fordítva, tegyen egy extra atomot.

Ionok

Vegyünk egy semleges lítium atomot. Van egy mag, két elektron található az egyik héjon, három pedig a másikon. Ha az egyiket vesszük, pozitív töltésű magot kapunk. a q_mag = 3e. Az elektronok a három elemi töltésből csak kettőt kompenzálnak, és pozitív iont kapunk. Ezt a következőképpen jelöljük: Li⁺. Az ion olyan atom, amelynek elektronszáma kisebb vagy nagyobb, mint a magban lévő protonok száma. Az első esetben pozitív ion. Ha hozzáadunk egy extra elektront, akkor már négy lesz, és negatív iont kapunk (Li^-). Ilyen az anyag szerkezetének fizikája. Tehát egy semleges atom abban különbözik az iontól, hogy a benne lévő elektronok teljesen kompenzálják a mag töltését.