Bi atomek bi serdeman - beşa 3

Modela gerstêrk a atomê ya Rutherford ji "pudinga raisin" ya Thomson bêtir nêzî rastiyê bû. Lêbelê, jiyana vê konseptê tenê du sal dom kir, lê berî ku meriv li ser cîgirek biaxive, dem e ku meriv razên atomê yên din eşkere bike.

1. Îzotopên hîdrojenê: prot û deuterium û trîtyuma radyoaktîf stabîl (wêne: BruceBlaus/Wikimedia Commons).

Alava atomî

Vedîtina diyardeya radyoaktîvîteyê, ku destpêka eşkerekirina sirên atomê nîşan da, di destpêkê de bingeha kîmyayê - qanûna periyodîkiyê - tehdîd kir. Di demeke kurt de bi dehan madeyên radyoaktîf hatin tespîtkirin. Hin ji wan, tevî girseyên atomê yên cihê, xwediyê heman taybetmendiyên kîmyewî bûn, lê yên din, bi heman girseyan, xwediyê taybetmendiyên cûda bûn. Wekî din, li qada tabloya perîyodîk a ku ji ber giraniya wan diviyabû bihatana danîn, cîhê belaş têra wan tune bû ku hemî wan bihewîne. Tabloya perîyodîk ji ber berfeke keşfê winda bû.

2. Replika ya 1911 J. J. Thompson spectrometer girseyî (wêne: Jeff Dahl / Wikimedia Commons)

Navoka atomê

Ev 10-100 hezar e. caran ji tevahiya atomê piçûktir e. Ger navika atoma hîdrojenê bi qasî topeke bi qantira 1 cm mezin bibûya û li navenda qada futbolê bihata danîn, wê demê elektron (ji serê pînê piçûktir) dê bihata dorhêla armanc (ser 50 m).

Hema hema tevahiya girseya atomê di navokê de ye; mînakî, ji bo zêr ew hema hema 99,98%. Kubarek ji vê metalê ku giraniya wê 19,3 ton e, bifikirin. Gişt navokên atomê zêr bi tevahî qebareya xwe ji 1/1000 mm3 kêmtir e (topek bi pîvana kêmtir ji 0,1 mm). Ji ber vê yekê, atom bi tirsnak vala ye. Pêdivî ye ku xwendevan tîrêjiya maddeya bingehîn hesab bikin.

Çareseriya vê pirsgirêkê di sala 1910 de ji aliyê Frederick Soddy ve hat dîtin. Wî têgeha îzotopan destnîşan kir, yanî. cureyên heman hêmanê ku di girseya xwe ya atomê de ji hev cuda ne (1). Ji ber vê yekê, wî pirsek din ji postulatên Dalton kir - ji niha û pê ve, hêmanek kîmyewî divê êdî ji atomên heman girseyê pêk neyê. Hîpoteza îzotopê, piştî pejirandina ceribandinê (spektrografa girseyê, 1911), di heman demê de gengaz kir ku nirxên perçeyî yên girseyên atomê yên hin hêmanan rave bike - piraniya wan tevliheviyên gelek îzotopan in, û girseya atomî giraniya girseyên wan hemûyan e (2).

pêkhateyên Kernel

Yek ji xwendekarên Rutherford, Henry Moseley, tîrêjên X-ê yên ku ji hêla hêmanên naskirî ve di sala 1913-an de derketine lêkolîn kir. Berevajî spektrên optîkî yên tevlihev, spektruma tîrêjê ya X pir hêsan e - her element tenê du pêlan derdixe, dirêjahiya wan bi hêsanî bi barkirina navika wê ya atomê ve girêdayî ye.

3. Yek ji makîneyên tîrêjê yên ku ji hêla Moseley ve hatî bikar anîn (wêne: Magnus Manske / Wikimedia Commons)

Vê yekê ji bo cara yekem îmkan da ku hejmara rastîn a hêmanên ku hene were pêşkêş kirin, û hem jî were destnîşankirin ka çend ji wan hîn jî winda ne ku valahiyên di tabloya peryodîk de (3) tije bibin.

Ji parça ku barekî erênî hildigire proton (bi yewnanî: proton = yekem) tê gotin. Di cih de pirsgirêkek din derket holê. Girseya protonê bi qasî 1 yekîne ye. Dema ku navokê atomê sodyûm bi barkirina 11 yekîneyan 23 yekîneyan heye? Heman tişt, helbet bi hêmanên din re jî wisa ye. Ev tê wê wateyê ku divê di navokê de perçeyên din ên ku bar tune ne hebin. Di destpêkê de, fîzîknasan texmîn kir ku ev proton bi elektronan ve girêdayî ne, lê di dawiyê de hate îsbat kirin ku perçeyek nû derketiye - notron (latînî neuter = bêalî). Vedîtina vê parça bingehîn (ku jê re "blokên avahîsaziyê" yên bingehîn tê gotin, ku hemî made jê pêk tê) di sala 1932 de ji hêla fîzîknasê îngilîz James Chadwick ve hate kirin.

Proton û notron dikarin hevdu veguherînin. Fîzîknas teorî dikin ku ew formên parçikekê ne ku jê re nucleon (latînî nucleus = nucleus) tê gotin.

Ji ber ku navika îzotopa herî hêsan a hîdrojenê protonek e, eşkere ye ku William Prout di hîpoteza xwe ya "hîdrojen" de. avahiya atomê ew ne pir şaş bû (binihêre: "Bi atomê bi sedsalan - beş 2"; "Teknîsyenê ciwan" No. 8/2015). Di destpêkê de di navbera navên proton û "prouton" de jî dudil hebû.

4. Fotocellên li dawiyê - xebata wan li ser bingeha bandora fotoelektrîkê ye (wêne: Ies/Wikimedia Commons)

Her tişt destûr nayê dayîn

Modela Rutherford di dema danasîna wê de "kêmasiyek jidayikbûnê" hebû. Li gorî zagonên elektrodînamîk ên Maxwell (ji hêla weşana radyoyê ve ku di wê demê de xebitî ye hate pejirandin), elektronek ku di nav çemberê de tevdigere divê pêlek elektromagnetîk derxe.

Ji ber vê yekê, ew enerjiyê winda dike, dibe sedema ku ew li ser bingehê bikeve. Di şert û mercên normal de atom dernakevin (dema ku di germahiyên bilind de têne germ kirin spektr çêdibin) û felaketên atomê nayên dîtin (texmîna jiyana elektronê ji mîlyonek saniyeyê kêmtir e).

Modela Rutherford encama ceribandina belavbûna pirtikan rave kir, lê dîsa jî bi rastiyê re neguncav bû.

Di sala 1913-an de, mirov "bikar anîn" vê rastiyê ku di mîkrokozmosê de enerjî tê girtin û şandin ne bi her rêjeyek, lê di beşên ku jê re quanta tê gotin. Li ser vê bingehê Max Planck cewhera tîrêjên tîrêjên ku ji laşên germkirî derdixin rave kir (1900), û Albert Einstein (1905) razên bandora fotoelektrîkê, ango derketina elektronan bi metalên ronîkirî vegot (4).

5. Wêneya difraksîyonê ya elektronan a li ser krîstalek oksîta tantalumê avahiya wê ya sîmetrîk nîşan dide (wêne: Sven.hovmoeller/Wikimedia Commons)

Fîzîknasê Danîmarkî yê 28 salî Niels Bohr modela atomê ya Rutherford çêtir kir. Wî pêşniyar kir ku elektron tenê di orbitên ku hin şertên enerjiyê pêk tînin de digerin. Wekî din, elektron dema ku diherikin tîrêjê dernaxin û enerjî tenê dema ku di navbera orbitan de bizivirin, tê kişandin û belav dibin. Texmîn bi fîzîka klasîk re nakok bûn, lê encamên ku li ser bingeha wan (mezinahiya atoma hîdrojenê û dirêjahiya xetên spektruma wê) hatin bidestxistin, bi ceribandinê re hevaheng bûn. Yek nû çêbû modela atomu.

Mixabin, encam tenê ji bo atoma hîdrojenê derbasdar bûn (lê hemî çavdêriyên spektral rave nekir). Ji bo hêmanên mayî, encamên hesabkirinê bi rastiyê re neguncawe. Ji ber vê yekê, fîzîknasan hîn modelek teorîkî ya atomê nebû.

Veşart piştî yanzdeh salan dest pê kir. Teza doktorayê ya fîzîknasê Fransî Ludwick de Broglie li ser taybetiyên pêlên perçeyên maddî bû. Jixwe ve hatî îsbat kirin ku ronahiyê, ji bilî taybetmendiyên tîpîk ên pêlekê (dervekirin, veqetandin), di heman demê de mîna berhevokek perçeyan jî tevdigere - foton (mînakî, pevçûnên elastîk bi elektronan re). Lê tiştên girseyî? Texmîn ji bo mîr, ku dixwest bibe fîzîknas, mîna xewnek boriyê xuya bû. Lêbelê, di sala 1927-an de, ceribandinek hate kirin ku hîpoteza de Broglie piştrast kir - herikek elektronan ku li ser krîstalek metal diqelişe (5).

Atom ji ku tên?

Mîna her kesî: Big Bang. Fîzîknas bawer dikin ku bi rastî di perçeyek saniyeyê de ji "niqteya sifir" proton, notron û elektron, ango atomên pêkhatî çêbûne. Piştî çend deqeyan (ku Gerdûn sar bû û tîrbûna maddeyê kêm bû), nukleon li hev ketin û ji xeynî hîdrojenê hêmanên din ava kirin. Hejmara herî mezin a helyûmê hate hilberandin, her weha şopên sê hêmanên din jî hate hilberandin. Tenê piştî 100 salan bû ku şert û mercan îmkan da ku elektronan bi navokan ve girêbidin - atomên yekem çêbûn. Divê em demeke dirêj li benda yên din bimînin. Guherînên rasthatî yên tîrêjê bû sedema çêbûna dendikan, ku her ku xuya dibûn, her ku diçe bêtir madde dikişine. Zû zû stêrkên yekem di tarîtiya Gerdûnê de xuya bûn.

Piştî nêzîkî mîlyar sal, hinek ji wan dest bi mirinê kirin. Di dersa xwe de hilberandin navokên atomê rast hetanî hesin. Niha, gava ku ew mirin, wan ew li seranserê herêmê belav kirin, û stêrên nû ji xweliyê çêbûn. Ya herî mezin ji wan dawînek balkêş hebû. Di dema teqînên supernova de, navok bi pir pirçiyan hatin bombe kirin ku hêmanên herî giran jî çêbûn. Ji wan stêrkên nû, gerstêrk û li ser hin cîhan - jiyan çêbûn.

Hebûna pêlên madeyê hatiye îspatkirin. Ji aliyê din ve, elektronek di atomê de wekî pêla rawestayî hate hesibandin, ji ber vê yekê ew enerjiyê radike. Taybetmendiyên pêlê yên elektronên diherikin ji bo afirandina mîkroskopên elektronîkî hatin bikar anîn, ku hişt ku atom yekem car werin dîtin (6). Di salên paşerojê de, xebata Werner Heisenberg û Erwin Schrödinger (li ser hîpoteza de Broglie) destûr da ku modelek nû, bi tevahî ampîrîkî ya şêlên elektron ên atomê were pêşve xistin. Lê ev pirs ji çarçoveya vê gotarê ne.

Xeyala alkîmîstan pêk hat

Veguherînên radyoaktîf ên xwezayî, ku di nav wan de hêmanên nû têne çêkirin, ji dawiya sedsala 1919-an ve têne zanîn. Di XNUMX de, tiştek ku tenê xweza heya nuha jêhatî bû. Di vê serdemê de, Ernest Rutherford li ser pêwendiya pirtikan bi maddeyê re lêkolîn kir. Di dema ceribandinê de, wî dît ku proton di encama tîrêjkirina gaza nîtrojenê de xuya bûn.

Tenê ravekirina diyardeyê reaksiyona di navbera navokên helyûmê (parçeyek û navokek îzotopeke vê hêmanê) û nîtrojenê bû (7). Di encamê de oksîjen û hîdrojen çêdibin (proton nucleusa îzotopa herî sivik e). Xewna alkîmîstên veguhertinê pêk hat. Di dehsalên paşerojê de, hêmanên ku di xwezayê de nînin hatin hilberandin.

Amadekariyên radyoaktîf ên xwezayî yên ku pariyên alfa derdixin êdî ji bo vê armancê ne guncaw bûn (astengiya Coulomb a navokên giran pir mezin e ku perçeyek sivik nêzî wan bibe). Lezkerên ku enerjiyeke pir mezin dide navokên îzotopên giran, derketibûn holê ku "firinên alkîmyayî" bûn, ku di wan de bav û kalên kîmyazanên îroyîn hewl dan ku "padîşahê metalan" bi dest bixin (8).

Bi rastî, çi li ser zêr? Alkîmîst bi gelemperî ji bo hilberîna wê merkur wekî madeyek xav bikar tînin. Divê were pejirandin ku di vê rewşê de "poz"ek wan a rastîn hebû. Di reaktoreke nukleerî de ji merkurê ku bi neutronan hatiye dermankirin yekem car zêrê çêkirî hate bidestxistin. Parçeya metal di sala 1955an de di Konferansa Atomê ya Cenevreyê de hat nîşandan.

6. Atomên li ser rûyê zêr, di wêneya mîkroskopa tunekirina tunekirinê de xuya dibin.

7. Scheme ya yekem veguherîna mirovan ya hêmanan

Xebera serkeftina fîzîknasan tewra bû sedema tevliheviyek demkurt li ser danûstendinên cîhanî, lê raporên çapameniyê yên hestiyar ji hêla agahdariya li ser bihayê kanzaya ku bi vî rengî hatî derxistin hate red kirin - ew gelek caran ji zêrê xwezayî bihatir e. Reaktor dê şûna kana metalên hêja negirin. Lê îzotop û hêmanên çêkirî yên ku di wan de têne hilberandin (ji bo armancên derman, enerjî, lêkolînên zanistî) ji zêr pir bi qîmettir in.

8. Cîklotrona dîrokî ku çend hêmanên pêşîn ên piştî uranyumê di tabloya perîyodîk de sentez dike (Lawrence Radyation Laboratory, University of California, Berkeley, Tebax 1939)

Ji bo xwendevanên ku dixwazin mijarên ku di nivîsê de derketine bikolin, ez rêze gotarên birêz Tomasz Sowiński pêşniyar dikim. Di 2006-2010 de di "Teknîka Ciwan" de xuya bû (di beşa "Çawa hate kifş kirin"). Nivîs jî li ser malpera nivîskar li ser: .

Cycle"Bi atomek her û her"Min bi bîranînekê dest pê kir ku sedsala borî bi gelemperî wekî serdema atomê tê gotin. Bê guman, meriv nikare destkeftiyên bingehîn ên fîzîknas û kîmyazanên sedsala XNUMX-an di avahiya maddeyê de bi bîr bîne. Lêbelê, di van salên dawî de, zanîna li ser cîhana mîkro bi lez û bez berfireh dibe, û teknolojiyên pêşde diçin ku manîpulekirina atom û molekulên takekesî gengaz dike. Ev mafê me dide ku em bibêjin ku temenê rast ê atomê hê ne hatîya.