Ո՞րն է ավելի մեծ՝ նեյտրոնը, թե՞ պրոտոնը: Ատոմների կառուցվածքը՝ նյութի տարրական մասնիկներ, էլեկտրոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ

Պրոտոնը կայուն մասնիկ է հադրոնների դասից՝ ջրածնի ատոմի միջուկից։

Դժվար է ասել, թե որ իրադարձությունը պետք է համարել պրոտոնի հայտնաբերումը. չէ՞ որ այն, որպես ջրածնի իոն, հայտնի է վաղուց։ Է.Ռադերֆորդի կողմից ատոմի մոլորակային մոդելի ստեղծումը (1911թ.), իզոտոպների հայտնաբերումը (Ֆ. Սոդի, Ջ. Թոմսոն, Ֆ. Ասթոն, 1906-1919թթ.) և միջուկներից նոկաուտի ենթարկված ջրածնի միջուկների դիտարկումը. ալֆա մասնիկները դեր են խաղացել պրոտոնային ազոտի հայտնաբերման գործում (E. Rutherford, 1919)։ 1925 թվականին Պ. Բլեքեթը ստացավ ամպային խցիկում պրոտոնների հետքերի առաջին լուսանկարները (տես Միջուկային ճառագայթման դետեկտորներ)՝ հաստատելով տարրերի արհեստական ​​փոխակերպման բացահայտումը։ Այս փորձերի ժամանակ β-մասնիկը գրավել է ազոտի միջուկը, որն արտանետել է պրոտոն և վերածվել թթվածնի իզոտոպի։

Նեյտրոնների հետ միասին պրոտոնները կազմում են բոլորի ատոմային միջուկները քիմիական տարրեր, իսկ միջուկի պրոտոնների թիվը որոշում է տվյալ տարրի ատոմային թիվը։ Պրոտոնն ունի դրական էլեկտրական լիցք, որը հավասար է տարրական լիցքին, այսինքն՝ էլեկտրոնի լիցքի բացարձակ արժեքը։ Սա փորձարկվել է 10-21 ճշգրտությամբ: Պրոտոնի զանգված mp = (938,2796 ± 0,0027) MeV կամ ~ 1,6-10-24 գ, այսինքն՝ պրոտոնը 1836 անգամ ավելի ծանր է, քան էլեկտրոնը: ՀԵՏ ժամանակակից կետՏեսանկյունից, պրոտոնը իրական տարրական մասնիկ չէ. այն բաղկացած է երկու u-քվարկից՝ էլեկտրական լիցքերով +2/3 (տարրական լիցքի միավորներով) և մեկ d-քվարկից՝ էլեկտրական լիցքով -1/3: Քվարկները փոխկապակցված են այլ հիպոթետիկ մասնիկների՝ գլյուոնների, ուժեղ փոխազդեցություններ կրող դաշտի քվանտների փոխանակմամբ։ Փորձերի տվյալները, որոնցում դիտարկվել են պրոտոնների վրա էլեկտրոնների ցրման գործընթացները, իսկապես վկայում են պրոտոնների ներսում կետային ցրման կենտրոնների առկայության մասին: Այս փորձերը որոշակի առումով շատ նման են Ռադերֆորդի փորձերին, որոնք հանգեցրին ատոմային միջուկի հայտնաբերմանը։ Լինելով կոմպոզիտային մասնիկ՝ պրոտոնն ունի 10-13 սմ վերջավոր չափ, թեև, իհարկե, այն չի կարող ներկայացվել որպես պինդ գնդակ։ Ավելի շուտ, պրոտոնը հիշեցնում է ամպի անորոշ սահման, որը բաղկացած է ստեղծված և ոչնչացված վիրտուալ մասնիկներից: Պրոտոնը, ինչպես բոլոր հադրոնները, մասնակցում է յուրաքանչյուր հիմնարար փոխազդեցությանը: Այսպիսով. ուժեղ փոխազդեցությունները կապում են պրոտոններն ու նեյտրոնները միջուկներում, էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունները կապում են պրոտոններն ու էլեկտրոնները ատոմներում: Թույլ փոխազդեցությունների օրինակներ են նեյտրոնի բետա քայքայումը կամ պրոտոնի ներմիջուկային փոխակերպումը նեյտրոնի՝ պոզիտրոնի և նեյտրինոյի արտանետմամբ (ազատ պրոտոնի համար նման գործընթաց անհնար է էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքի պատճառով, քանի որ նեյտրոնն ունի մի փոքր ավելի մեծ զանգված): Պրոտոնի սպինը 1/2 է։ Կես ամբողջ թվով սպին ունեցող հադրոնները կոչվում են բարիոններ (հունարեն բառից, որը նշանակում է «ծանր»)։ Բարիոնների թվում են պրոտոնը, նեյտրոնը, տարբեր հիպերոնները (?, ?, ?, ?) և նոր քվանտային թվերով մի շարք մասնիկներ, որոնց մեծ մասը դեռևս չի հայտնաբերվել։ Բարիոնները բնութագրելու համար ներկայացվում է հատուկ համար- բարիոնային լիցք, որը հավասար է 1-ի բարիոնների համար, - 1 - հակաբարիոնների համար և O - բոլոր մյուս մասնիկների համար: Բարիոնային լիցքը բարիոնային դաշտի աղբյուր չէ, այն ներկայացվել է միայն մասնիկների հետ ռեակցիաներում նկատվող օրինաչափությունները նկարագրելու համար։ Այս օրինաչափություններն արտահայտվում են բարիոնային լիցքի պահպանման օրենքի տեսքով՝ համակարգում բարիոնների և հակաբարիոնների քանակի տարբերությունը պահպանվում է ցանկացած ռեակցիայի ժամանակ։ Բարիոնի լիցքի պահպանումը անհնարին է դարձնում պրոտոնի քայքայումը, քանի որ այն բարիոններից ամենաթեթևն է։ Այս օրենքն իր բնույթով էմպիրիկ է և, իհարկե, պետք է փորձարկվի։ Բարիոնի լիցքի պահպանման օրենքի ճշգրտությունը բնութագրվում է պրոտոնի կայունությամբ, որի կյանքի ժամկետի փորձնական գնահատականը տալիս է 1032 տարուց ոչ պակաս արժեք։

Միևնույն ժամանակ, տեսությունները, որոնք միավորում են բոլոր տեսակի հիմնարար փոխազդեցությունները, կանխատեսում են գործընթացներ, որոնք հանգեցնում են բարիոնի լիցքի խզմանը և պրոտոնի քայքայմանը։ Նման տեսություններում պրոտոնի կյանքի տևողությունը այնքան էլ ճշգրիտ չէ՝ մոտավորապես 1032 ± 2 տարի: Այս ժամանակը հսկայական է, այն շատ անգամ ավելի երկար է, քան Տիեզերքի գոյությունը (~ 2*1010 տարի): Հետևաբար, պրոտոնը գործնականում կայուն է, ինչը հնարավոր դարձրեց քիմիական տարրերի ձևավորումը և, ի վերջո, խելացի կյանքի առաջացումը: Այնուամենայնիվ, պրոտոնի քայքայման որոնումն այժմ ներկայացնում է դրանցից մեկը ամենակարևոր առաջադրանքներըփորձարարական ֆիզիկա. 100 մ3 ջրի ծավալում (1 մ3 պարունակում է ~ 1030 պրոտոն) ~ 1032 տարի պրոտոնի կյանքի տևողությամբ, պետք է սպասել տարեկան մեկ պրոտոնի քայքայում: Մնում է միայն արձանագրել այս քայքայումը։ Պրոտոնի քայքայման հայտնաբերումը կարևոր քայլ կլինի բնության ուժերի միասնության ճիշտ ըմբռնման ուղղությամբ:

Նեյտրոնը չեզոք մասնիկ է, որը պատկանում է հադրոնների դասին։ Հայտնաբերվել է 1932 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Ջ.Չադվիքի կողմից։ Պրոտոնների հետ միասին նեյտրոնները մաս են կազմում ատոմային միջուկներ. Նեյտրոնի qn էլեկտրական լիցքը զրո է։ Դա հաստատվում է նեյտրոնային ճառագայթի ուժեղ շեղումից լիցքի ուղղակի չափումներով էլեկտրական դաշտեր, որը ցույց է տվել, որ |քն|<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.

Նեյտրոնները կայուն են միայն կայուն ատոմային միջուկներում։ Ազատ նեյտրոնը անկայուն մասնիկ է, որը քայքայվում է պրոտոնի (p), էլեկտրոնի (e-) և էլեկտրոնային հականեյտրինոյի: Նեյտրոնի կյանքի տևողությունը (917?14) վ է, այսինքն՝ մոտ 15 րոպե: Նյութում նեյտրոններն ազատ ձևով գոյություն ունեն նույնիսկ ավելի քիչ՝ միջուկների կողմից նրանց ուժեղ կլանման պատճառով։ Ուստի դրանք լինում են բնության մեջ կամ արտադրվում են լաբորատորիայում միայն միջուկային ռեակցիաների արդյունքում։

Տարբեր միջուկային ռեակցիաների էներգետիկ հաշվեկշռի հիման վրա որոշվել է նեյտրոնի և պրոտոնի զանգվածների տարբերությունը՝ mn-mp(1,29344 ±0,00007) ՄէՎ։ Համեմատելով այն պրոտոնային զանգվածի հետ՝ ստանում ենք նեյտրոնային զանգված՝ mn = 939,5731 ± 0,0027 ՄէՎ; սա համապատասխանում է mn ~ 1.6-10-24. Նեյտրոնը մասնակցում է բոլոր տեսակի հիմնարար փոխազդեցություններին: Ուժեղ փոխազդեցությունները կապում են նեյտրոններն ու պրոտոնները ատոմային միջուկներում։ Թույլ փոխազդեցության օրինակ է նեյտրոնի բետա քայքայումը։

Արդյո՞ք այս չեզոք մասնիկը մասնակցում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություններին: Նեյտրոնն ունի ներքին կառուցվածք, և ընդհանուր չեզոքությամբ նրանում կան էլեկտրական հոսանքներ, որոնք հանգեցնում են, մասնավորապես, նեյտրոնում մագնիսական մոմենտի առաջացմանը։ Այլ կերպ ասած, մագնիսական դաշտում նեյտրոնն իրեն պահում է կողմնացույցի ասեղի պես: Սա նրա էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ընդամենը մեկ օրինակ է: Մեծ հետաքրքրություն է առաջացրել նեյտրոնի էլեկտրական դիպոլային մոմենտի որոնումը, որի համար վերին սահման է ստացվել։ Այստեղ ամենաարդյունավետ փորձերն իրականացրել են ԽՍՀՄ ԳԱ Լենինգրադի միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտնականները. Նեյտրոնային դիպոլային պահի որոնումը կարևոր է միկրոպրոցեսներում ժամանակի հակադարձման ժամանակ ինվարիանտության խախտման մեխանիզմները հասկանալու համար։

Նեյտրոնների գրավիտացիոն փոխազդեցությունները նկատվել են անմիջապես Երկրի գրավիտացիոն դաշտում դրանց ներթափանցումից։

Այժմ ընդունված է նեյտրոնների սովորական դասակարգումն ըստ կինետիկ էներգիայի.

դանդաղ նեյտրոններ (<105эВ, есть много их разновидностей),

արագ նեյտրոններ (105?108eV), բարձր էներգիա (> 108eV):

Շատ դանդաղ նեյտրոնները (10-7 էՎ), որոնք կոչվում են գերսառը նեյտրոններ, շատ հետաքրքիր հատկություններ ունեն։ Պարզվեց, որ գերսառը նեյտրոնները կարող են կուտակվել «մագնիսական թակարդներում», և դրանց պտույտները կարող են նույնիսկ որոշակի ուղղությամբ կողմնորոշվել այնտեղ։ Օգտագործելով հատուկ կոնֆիգուրացիայի մագնիսական դաշտեր՝ գերսառը նեյտրոնները մեկուսացված են ներծծող պատերից և կարող են «ապրել» թակարդում մինչև քայքայվել։ Սա թույլ է տալիս բազմաթիվ նուրբ փորձեր ուսումնասիրել նեյտրոնների հատկությունները: Ուլտրասառը նեյտրոնների պահպանման մեկ այլ մեթոդ հիմնված է դրանց ալիքային հատկությունների վրա: Նման նեյտրոնները պարզապես կարելի է պահել փակ «բանկայի» մեջ։ Այս միտքը արտահայտել է խորհրդային ֆիզիկոս Յա.

Վերջերս գիտնականներին հաջողվել է կառուցել անոթ, որտեղ գերսառը նեյտրոնները ապրում են մինչև իրենց բնական քայքայումը։

Ազատ նեյտրոնները կարողանում են ակտիվորեն փոխազդել ատոմային միջուկների հետ՝ առաջացնելով միջուկային ռեակցիաներ։ Դանդաղ նեյտրոնների նյութի հետ փոխազդեցության արդյունքում կարելի է դիտարկել ռեզոնանսային էֆեկտներ, բյուրեղներում դիֆրակցիոն ցրում և այլն։ Այս հատկությունների շնորհիվ նեյտրոնները լայնորեն կիրառվում են միջուկային ֆիզիկայում և պինդ վիճակի ֆիզիկայում։ Նրանք կարևոր դեր են խաղում միջուկային էներգիայում, տրանսուրանի տարրերի և ռադիոակտիվ իզոտոպների արտադրության մեջ և գործնական կիրառություն են գտնում քիմիական վերլուծության և երկրաբանական հետախուզման մեջ։

Ատոմները նյութի ամենափոքր մասնիկներն են։
Եթե ​​միջին չափի խնձորը մեծացնեք Երկրի չափով, ապա ատոմները կդառնան միայն խնձորի չափ: Չնայած նման փոքր չափերին, ատոմը բաղկացած է նույնիսկ ավելի փոքր ֆիզիկական մասնիկներից։
Դուք պետք է արդեն ծանոթ լինեք ատոմի կառուցվածքին ձեր դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացից: Եվ այնուամենայնիվ, հիշենք, որ ատոմը պարունակում է միջուկ և էլեկտրոններ, որոնք այնքան արագ են պտտվում միջուկի շուրջը, որ դառնում են անտարբեր՝ ձևավորում են «էլեկտրոնային ամպ», կամ ատոմի էլեկտրոնային թաղանթ։

Էլեկտրոններսովորաբար նշվում է հետևյալ կերպ. ե − . Էլեկտրոններ ե− շատ թեթև, գրեթե անկշիռ, բայց ունեն բացասականէլեկտրական լիցքավորում. Այն հավասար է −1-ի։ Էլեկտրական հոսանքը, որը մենք բոլորս օգտագործում ենք, էլեկտրոնների հոսք է, որն անցնում է լարերի մեջ:

Ատոմային միջուկ, որի մեջ կենտրոնացած է նրա գրեթե ողջ զանգվածը, բաղկացած է երկու տեսակի մասնիկներից՝ նեյտրոններից և պրոտոններից։

Նեյտրոններնշվում է հետևյալ կերպ. n 0 , Ա պրոտոններԱյսպիսով. էջ + .
Զանգվածով նեյտրոններն ու պրոտոնները գրեթե նույնն են՝ 1,675 10−24 գ և 1,673 10−24 գ։
Ճիշտ է, շատ անհարմար է նման փոքր մասնիկների զանգվածը գրամով հաշվել, ուստի այն արտահայտվում է. ածխածնային միավորներ, որոնցից յուրաքանչյուրը հավասար է 1,673 10 −24 գ.
Յուրաքանչյուր մասնիկի համար մենք ստանում ենք հարաբերական ատոմային զանգված, հավասար է ատոմի զանգվածի քանորդին (գրամներով) բաժանված ածխածնային միավորի զանգվածի վրա։ Պրոտոնի և նեյտրոնի հարաբերական ատոմային զանգվածները հավասար են 1-ի, բայց պրոտոնների լիցքը դրական է և հավասար +1-ի, մինչդեռ նեյտրոնները լիցք չունեն։

. Հանելուկներ ատոմի մասին

Ատոմը կարող է «մտքում» հավաքվել մասնիկներից, ինչպես խաղալիքը կամ մեքենան մանկական շինարարական հավաքածուի մասերից: Միայն անհրաժեշտ է պահպանել երկու կարևոր պայման.

• Առաջին պայմանՅուրաքանչյուր տիպի ատոմ ունի իր սեփականը սեփական հավաքածու«մանրամասներ» - տարրական մասնիկներ. Օրինակ, ջրածնի ատոմը հաստատ կունենա +1 դրական լիցքով միջուկ, ինչը նշանակում է, որ այն անպայման պետք է ունենա մեկ պրոտոն (և ոչ ավելի):
  Ջրածնի ատոմը կարող է պարունակել նաև նեյտրոններ։ Այս մասին ավելի շատ հաջորդ պարբերությունում:
  Թթվածնի ատոմը (Պարբերական աղյուսակում ատոմային թիվը 8 է) կունենա լիցքավորված միջուկ. ութդրական լիցքեր (+8), ինչը նշանակում է, որ կա ութ պրոտոն: Քանի որ թթվածնի ատոմի զանգվածը 16 հարաբերական միավոր է, թթվածնի միջուկ ստանալու համար ավելացնում ենք ևս 8 նեյտրոն։
• Երկրորդ պայմանայն է, որ յուրաքանչյուր ատոմ պետք է լինի էլեկտրականորեն չեզոք. Դա անելու համար այն պետք է ունենա բավականաչափ էլեկտրոններ, որպեսզի հավասարակշռի միջուկի լիցքը: Այլ կերպ ասած, ատոմի էլեկտրոնների թիվը հավասար է պրոտոնների թվինիր առանցքում, ինչպես նաև այս տարրի հերթական համարը Պարբերական աղյուսակում.

Ինչպես արդեն նշվեց, ատոմը բաղկացած է երեք տեսակի տարրական մասնիկներից՝ պրոտոններից, նեյտրոններից և էլեկտրոններից: Ատոմային միջուկը ատոմի կենտրոնական մասն է՝ բաղկացած պրոտոններից և նեյտրոններից։ Պրոտոններն ու նեյտրոնները ունեն ընդհանուր անվանումը՝ նուկլոն, նրանք կարող են փոխակերպվել միմյանց միջուկում։ Ամենապարզ ատոմի՝ ջրածնի ատոմի միջուկը բաղկացած է մեկ տարրական մասնիկից՝ պրոտոնից։

Ատոմի միջուկի տրամագիծը մոտավորապես 10-13 - 10-12 սմ է և կազմում է ատոմի տրամագծի 0,0001-ը։ Սակայն ատոմի գրեթե ողջ զանգվածը (99,95-99,98%) կենտրոնացած է միջուկում։ Եթե ​​հնարավոր լիներ ստանալ 1 սմ3 մաքուր միջուկային նյութ, ապա դրա զանգվածը կկազմեր 100-200 մլն տոննա։ Ատոմի միջուկի զանգվածը մի քանի հազար անգամ մեծ է ատոմը կազմող բոլոր էլեկտրոնների զանգվածից։

Պրոտոն- տարրական մասնիկ, ջրածնի ատոմի միջուկ: Պրոտոնի զանգվածը 1,6721 x 10-27 կգ է, ինչը 1836 անգամ մեծ է էլեկտրոնի զանգվածից։ Էլեկտրական լիցքը դրական է և հավասար է 1,66 x 10-19 C: Կուլոնը էլեկտրական լիցքի միավորն է, որը հավասար է հաղորդիչի խաչմերուկով անցնող էլեկտրաէներգիայի քանակին 1 վրկ ժամանակի ընթացքում 1A (ամպեր) մշտական ​​հոսանքի դեպքում։

Ցանկացած տարրի յուրաքանչյուր ատոմ միջուկում պարունակում է որոշակի քանակությամբ պրոտոններ։ Այս թիվը հաստատուն է տվյալ տարրի համար և որոշում է նրա ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները։ Այսինքն՝ պրոտոնների քանակն է որոշում, թե ինչ քիմիական տարրի հետ գործ ունենք։ Օրինակ, եթե միջուկում կա մեկ պրոտոն, ապա դա ջրածին է, եթե կա 26 պրոտոն, ապա դա երկաթ է։ Ատոմային միջուկի պրոտոնների թիվը որոշում է միջուկի լիցքը (լիցքի համարը Z) և տարրի ատոմային թիվը D.I տարրերի պարբերական աղյուսակում։ Մենդելեևը (տարրի ատոմային թիվը).

Նեյտրոն- էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկ՝ 1,6749 x 10-27 կգ զանգվածով, էլեկտրոնի զանգվածից 1839 անգամ։ Ազատ վիճակում գտնվող նեյրոնը անկայուն մասնիկ է, այն ինքնուրույն վերածվում է պրոտոնի՝ էլեկտրոնի և հականեյտրինոյի արտանետմամբ։ Նեյտրոնների կիսամյակը (ժամանակ, որի ընթացքում նեյտրոնների սկզբնական թվի կեսը քայքայվում է) մոտավորապես 12 րոպե է։ Այնուամենայնիվ, կայուն ատոմային միջուկների ներսում կապված վիճակում այն ​​կայուն է: Միջուկում նուկլոնների (պրոտոններ և նեյտրոններ) ընդհանուր թիվը կոչվում է զանգվածային թիվ (ատոմային զանգված՝ A): Միջուկում ընդգրկված նեյտրոնների թիվը հավասար է զանգվածի և լիցքի թվերի տարբերությանը` N = A - Z:

Էլեկտրոն- տարրական մասնիկ, ամենափոքր զանգվածի կրողը` 0,91095x10-27 գ և ամենափոքր էլեկտրական լիցքը` 1,6021x10-19 C: Սա բացասական լիցքավորված մասնիկ է: Ատոմում էլեկտրոնների թիվը հավասար է միջուկի պրոտոնների թվին, այսինքն. ատոմը էլեկտրականորեն չեզոք է:

Պոզիտրոն- դրական էլեկտրական լիցքով տարրական մասնիկ, էլեկտրոնի նկատմամբ հակամասնիկ: Էլեկտրոնի և պոզիտրոնի զանգվածը հավասար է, իսկ էլեկտրական լիցքերը հավասար են բացարձակ արժեքով, բայց հակառակ նշանով։

Միջուկների տարբեր տեսակները կոչվում են նուկլիդներ: Նուկլիդը պրոտոնների և նեյտրոնների տրված թվով ատոմների տեսակ է։ Բնության մեջ կան նույն տարրի ատոմներ՝ տարբեր ատոմային զանգվածներով (զանգվածային թվեր).
, Cl և այլն: Այս ատոմների միջուկները պարունակում են նույն թվով պրոտոններ, բայց տարբեր թվով նեյտրոններ։ Կոչվում են միևնույն տարրի ատոմների այն տեսակները, որոնք ունեն նույն միջուկային լիցքը, բայց տարբեր զանգվածային թվեր իզոտոպներ . Ունենալով նույն թվով պրոտոններ, բայց տարբերվելով նեյտրոնների քանակով, իզոտոպներն ունեն էլեկտրոնային թաղանթների նույն կառուցվածքը, այսինքն. շատ նման քիմիական հատկություններ և զբաղեցնում են նույն տեղը քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակում:

Դրանք նշանակվում են համապատասխան քիմիական տարրի խորհրդանիշով A ինդեքսով, որը գտնվում է վերևի ձախ մասում - ներքևի ձախ մասում տրված է նաև զանգվածային թիվը, երբեմն պրոտոնների թիվը (Z): Օրինակ, ֆոսֆորի ռադիոակտիվ իզոտոպները նշանակված են համապատասխանաբար 32P, 33P կամ P և P: Առանց տարրի նշանը նշելու իզոտոպ նշանակելիս զանգվածային թիվը տրվում է տարրի նշանակումից հետո, օրինակ՝ ֆոսֆոր՝ 32, ֆոսֆոր՝ 33։

Քիմիական տարրերից շատերն ունեն մի քանի իզոտոպներ։ Ջրածնի 1H-պրոտիում իզոտոպից բացի հայտնի են նաև ծանր ջրածին 2H-դեյտերիումը և գերծանր ջրածինը 3H-տրիումը։ Ուրանը ունի 11 իզոտոպ, բնական միացություններում՝ երեք (ուրանը 238, ուրան 235, ուրան 233): Նրանք ունեն համապատասխանաբար 92 պրոտոն և 146143 և 141 նեյտրոն։

Ներկայումս հայտնի են 108 քիմիական տարրերի ավելի քան 1900 իզոտոպներ։ Դրանցից բնական իզոտոպները ներառում են բոլոր կայուն (մոտ 280-ը) և բնական իզոտոպները, որոնք ռադիոակտիվ ընտանիքների մաս են կազմում (դրանցից 46-ը)։ Մնացածը դասակարգվում են որպես արհեստական, դրանք ստացվում են արհեստականորեն՝ տարբեր միջուկային ռեակցիաների արդյունքում։

«Իզոտոպներ» տերմինը պետք է օգտագործվի միայն այն դեպքում, երբ մենք խոսում ենք նույն տարրի ատոմների մասին, օրինակ՝ ածխածնի 12C և 14C: Եթե ​​նկատի ունեն տարբեր քիմիական տարրերի ատոմներ, ապա խորհուրդ է տրվում օգտագործել «նուկլիդներ» տերմինը, օրինակ՝ ռադիոնուկլիդներ 90Sr, 131J, 137Cs:

Եկեք խոսենք, թե ինչպես գտնել պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ: Ատոմում կան երեք տեսակի տարրական մասնիկներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր տարրական լիցքը և զանգվածը։

Հիմնական կառուցվածքը

Որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես կարելի է գտնել պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ, պատկերացրեք, որ դա ատոմի հիմնական մասն է: Միջուկի ներսում կան պրոտոններ և նեյտրոններ, որոնք կոչվում են նուկլոններ: Միջուկի ներսում այս մասնիկները կարող են փոխակերպվել միմյանց:

Օրինակ, մեկում պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ գտնելու համար անհրաժեշտ է իմանալ դրա սերիական համարը: Եթե ​​հաշվի առնենք, որ հենց այս տարրն է գլխավորում պարբերական աղյուսակը, ապա նրա միջուկը պարունակում է մեկ պրոտոն։

Ատոմային միջուկի տրամագիծը ատոմի ընդհանուր չափի տասնհազարերորդականն է։ Այն պարունակում է ամբողջ ատոմի հիմնական մասը: Միջուկի զանգվածը հազարավոր անգամ մեծ է ատոմում առկա բոլոր էլեկտրոնների գումարից։

Մասնիկների բնութագրերը

Եկեք նայենք, թե ինչպես կարելի է գտնել պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ ատոմում և իմանալ դրանց առանձնահատկությունների մասին: Պրոտոնն այն է, ինչը համապատասխանում է ջրածնի ատոմի միջուկին: Նրա զանգվածը էլեկտրոնին գերազանցում է 1836 անգամ։ Տվյալ խաչմերուկով հաղորդիչով անցնող էլեկտրաէներգիայի միավորը որոշելու համար օգտագործվում է էլեկտրական լիցք։

Յուրաքանչյուր ատոմ իր միջուկում ունի որոշակի քանակությամբ պրոտոններ: Այն հաստատուն արժեք է և բնութագրում է տվյալ տարրի քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները։

Ինչպե՞ս գտնել պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ ածխածնի ատոմում: Այս քիմիական տարրի ատոմային թիվը 6 է, հետևաբար, միջուկը պարունակում է վեց պրոտոն։ Համաձայն մոլորակային համակարգի՝ վեց էլեկտրոններ շարժվում են միջուկի շուրջ ուղեծրերով։ Ածխածնի արժեքից (12) որոշելու համար նեյտրոնների թիվը, մենք հանում ենք պրոտոնների թիվը (6), ստանում ենք վեց նեյտրոն։

Երկաթի ատոմի համար պրոտոնների թիվը համապատասխանում է 26-ի, այսինքն՝ այս տարրն ունի պարբերական աղյուսակի 26-րդ ատոմային թիվը։

Նեյտրոնը էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկ է՝ անկայուն ազատ վիճակում։ Նեյտրոնը կարող է ինքնաբերաբար վերածվել դրական լիցքավորված պրոտոնի՝ արտանետելով հականեյտրինո և էլեկտրոն։ Նրա միջին կես կյանքը 12 րոպե է։ Զանգվածային թիվը ատոմի միջուկի ներսում պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թիվն է։ Փորձենք պարզել, թե ինչպես գտնել պրոտոններ, նեյտրոններ և էլեկտրոններ իոնում: Եթե ​​ատոմը մեկ այլ տարրի հետ քիմիական փոխազդեցության ժամանակ ստանում է դրական օքսիդացման վիճակ, ապա նրանում պրոտոնների և նեյտրոնների թիվը չի փոխվում, միայն էլեկտրոններն են պակասում։

Եզրակացություն

Ատոմի կառուցվածքի վերաբերյալ մի քանի տեսություն կար, բայց դրանցից ոչ մեկը կենսունակ չէր։ Մինչ Ռեզերֆորդի ստեղծած տարբերակը, միջուկի ներսում պրոտոնների և նեյտրոնների տեղակայման, ինչպես նաև շրջանաձև ուղեծրերում էլեկտրոնների պտույտի մանրամասն բացատրություն չկար։ Ատոմի մոլորակային կառուցվածքի տեսության ի հայտ գալուց հետո հետազոտողները հնարավորություն ունեցան ոչ միայն որոշել ատոմում տարրական մասնիկների թիվը, այլ նաև կանխատեսել որոշակի քիմիական տարրի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները:

Շատերը դպրոցից լավ գիտեն, որ բոլոր նյութերը բաղկացած են ատոմներից։ Ատոմներն իրենց հերթին բաղկացած են պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք կազմում են միջուկից որոշ հեռավորության վրա գտնվող ատոմների և էլեկտրոնների միջուկը։ Շատերը լսել են նաև, որ լույսը նույնպես բաղկացած է մասնիկներից՝ ֆոտոններից։ Այնուամենայնիվ, մասնիկների աշխարհն այսքանով չի սահմանափակվում։ Մինչ օրս հայտնի է ավելի քան 400 տարբեր տարրական մասնիկներ։ Փորձենք հասկանալ, թե տարրական մասնիկները ինչով են տարբերվում միմյանցից։

Կան բազմաթիվ պարամետրեր, որոնցով տարրական մասնիկները կարելի է տարբերել միմյանցից.

• Քաշը.
• Էլեկտրական լիցքավորում.
• Կյանքի տևողություն. Գրեթե բոլոր տարրական մասնիկներն ունեն վերջավոր կյանք, որից հետո քայքայվում են։
• Պտտել։ Դա կարելի է համարել, շատ մոտավոր, որպես պտտվող պահ։

Եվս մի քանի պարամետր, կամ ինչպես դրանք սովորաբար կոչվում են քվանտային թվերի գիտության մեջ։ Այս պարամետրերը միշտ չէ, որ ունեն հստակ ֆիզիկական նշանակություն, բայց դրանք անհրաժեշտ են որոշ մասնիկներ մյուսներից տարբերելու համար: Այս բոլոր լրացուցիչ պարամետրերը ներկայացվում են որպես որոշ մեծություններ, որոնք պահպանվում են փոխազդեցության մեջ:

Գրեթե բոլոր մասնիկները զանգված ունեն, բացառությամբ ֆոտոնների և նեյտրինոների (ըստ վերջին տվյալների, նեյտրինոները զանգված ունեն, բայց այնքան փոքր, որ հաճախ այն համարվում է զրո): Առանց զանգվածի մասնիկները կարող են գոյություն ունենալ միայն շարժման մեջ: Բոլոր մասնիկները տարբեր զանգվածներ ունեն։ Էլեկտրոնն ունի ամենափոքր զանգվածը՝ չհաշված նեյտրինոն։ Մեզոն կոչվող մասնիկները ունեն էլեկտրոնի զանգվածից 300-400 անգամ մեծ զանգված, պրոտոնը և նեյտրոնը գրեթե 2000 անգամ ավելի ծանր են, քան էլեկտրոնը։ Այժմ հայտնաբերվել են մասնիկներ, որոնք գրեթե 100 անգամ ավելի ծանր են, քան պրոտոնը: Զանգվածը (կամ դրա էներգիայի համարժեքը Էյնշտեյնի բանաձևի համաձայն.

պահպանվում է տարրական մասնիկների բոլոր փոխազդեցություններում։

Ոչ բոլոր մասնիկներն ունեն էլեկտրական լիցք, ինչը նշանակում է, որ ոչ բոլոր մասնիկներն են ունակ մասնակցել էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությանը: Ազատ գոյություն ունեցող բոլոր մասնիկներն ունեն էլեկտրական լիցք, որը էլեկտրոնի լիցքի բազմապատիկն է: Բացի ազատ գոյություն ունեցող մասնիկներից, կան նաև մասնիկներ, որոնք միայն կապված վիճակում են, դրանց մասին կխոսենք մի փոքր ուշ։

Սպինը, ինչպես մյուս քվանտային թվերը, տարբեր է տարբեր մասնիկների համար և բնութագրում է դրանց եզակիությունը։ Որոշ քվանտային թվեր պահպանվում են որոշ փոխազդեցություններում, որոշները՝ մյուսներում։ Այս բոլոր քվանտային թվերը որոշում են, թե որ մասնիկները, որոնց հետ և ինչպես են փոխազդում:

Կյանքի տևողությունը նույնպես մասնիկի շատ կարևոր հատկանիշ է, և մենք այն կքննարկենք ավելի մանրամասն: Սկսենք մի նշումով. Ինչպես ասացինք հոդվածի սկզբում, այն ամենը, ինչ մեզ շրջապատում է, բաղկացած է ատոմներից (էլեկտրոններ, պրոտոններ և նեյտրոններ) և լույսից (ֆոտոններ): Եվ այդ դեպքում որտեղ են հարյուրավոր տարբեր տեսակի տարրական մասնիկներ: Պատասխանը պարզ է՝ ամենուր մեր շուրջը, բայց մենք դա չենք նկատում երկու պատճառով.

Դրանցից առաջինն այն է, որ գրեթե բոլոր մյուս մասնիկները շատ կարճ են ապրում՝ մոտավորապես 10-ից մինչև մինուս 10 վայրկյանի հզորությունը կամ ավելի քիչ, և, հետևաբար, չեն ձևավորում այնպիսի կառուցվածքներ, ինչպիսիք են ատոմները, բյուրեղային ցանցերը և այլն: Երկրորդ պատճառը վերաբերում է նեյտրինոներին, թեև այդ մասնիկները չեն քայքայվում, դրանք ենթակա են միայն թույլ և գրավիտացիոն փոխազդեցությունների: Սա նշանակում է, որ այս մասնիկներն այնքան քիչ են փոխազդում, որ դրանք գրեթե անհնար է հայտնաբերել:

Եկեք պատկերացնենք, թե որքան լավ է փոխազդում մասնիկը: Օրինակ, էլեկտրոնների հոսքը կարող է կասեցնել բավականին բարակ պողպատե թերթիկը՝ մի քանի միլիմետրի կարգի: Դա տեղի կունենա, քանի որ էլեկտրոնները անմիջապես կսկսեն փոխազդել պողպատե թերթիկի մասնիկների հետ, կտրուկ կփոխեն իրենց ուղղությունը, կարձակեն ֆոտոններ և այդպիսով բավական արագ կկորցնեն էներգիան։ Դա այդպես չէ նեյտրինո հոսքի դեպքում, նրանք կարող են անցնել Երկրի միջով գրեթե առանց փոխազդեցության: Եվ հետևաբար շատ դժվար է դրանք հայտնաբերել։

Այսպիսով, մասնիկների մեծ մասն ապրում է շատ կարճ ժամանակ, որից հետո քայքայվում է։ Մասնիկների քայքայումը ամենատարածված ռեակցիաներն են: Քայքայման արդյունքում մի մասնիկ բաժանվում է ավելի փոքր զանգվածի մի քանի մասնիկի, և նրանք, իրենց հերթին, ավելի են քայքայվում: Բոլոր քայքայումները ենթարկվում են որոշակի կանոնների՝ պահպանման օրենքներին: Այսպիսով, օրինակ, քայքայման արդյունքում պետք է պահպանվեն էլեկտրական լիցքը, զանգվածը, սպինը և մի շարք այլ քվանտային թվեր։ Որոշ քվանտային թվեր կարող են փոխվել քայքայման ժամանակ, բայց նաև ենթակա են որոշակի կանոնների: Հենց քայքայման կանոններն են մեզ ասում, որ էլեկտրոնը և պրոտոնը կայուն մասնիկներ են: Նրանք այլևս չեն կարող քայքայվել՝ ենթարկվելով քայքայման կանոններին, և, հետևաբար, նրանք են, որ վերջացնում են քայքայման շղթաները:

Այստեղ ես կցանկանայի մի քանի խոսք ասել նեյտրոնի մասին։ Ազատ նեյտրոնը նույնպես քայքայվում է պրոտոնի և էլեկտրոնի մեջ մոտ 15 րոպեում։ Սակայն դա տեղի չի ունենում, երբ նեյտրոնը գտնվում է ատոմային միջուկում։ Այս փաստը կարելի է բացատրել տարբեր կերպ. Օրինակ, երբ քայքայվող նեյտրոնից էլեկտրոնը և լրացուցիչ պրոտոնը հայտնվում են ատոմի միջուկում, անմիջապես տեղի է ունենում հակադարձ ռեակցիա՝ պրոտոններից մեկը կլանում է էլեկտրոնը և վերածվում նեյտրոնի: Այս պատկերը կոչվում է դինամիկ հավասարակշռություն: Տիեզերքում այն ​​դիտվել է իր զարգացման վաղ փուլում՝ Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո։

Բացի քայքայման ռեակցիաներից, լինում են նաև ցրման ռեակցիաներ՝ երբ երկու կամ ավելի մասնիկներ փոխազդում են միաժամանակ, և արդյունքում ստացվում է մեկ կամ մի քանի այլ մասնիկներ։ Կան նաև կլանման ռեակցիաներ, երբ երկու կամ ավելի մասնիկներ են արտադրում մեկը։ Բոլոր ռեակցիաները տեղի են ունենում ուժեղ թույլ կամ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների արդյունքում: Ուժեղ փոխազդեցության հետևանքով առաջացած ռեակցիաներն ամենաարագն են՝ նման ռեակցիայի ժամանակը կարող է հասնել 10 մինուս 20 վայրկյանի։ Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հետևանքով տեղի ունեցող ռեակցիաների արագությունը ավելի ցածր է, այստեղ ժամանակը կարող է լինել մոտ 10 մինուս 8 վայրկյան: Թույլ փոխազդեցության ռեակցիաների դեպքում ժամանակը կարող է հասնել տասնյակ վայրկյանների, իսկ երբեմն՝ տարիների:

Մասնիկների մասին պատմվածքի վերջում խոսենք քվարկների մասին։ Քվարկները տարրական մասնիկներ են, որոնք ունեն էլեկտրական լիցք, որը էլեկտրոնի լիցքի մեկ երրորդի բազմապատիկն է, և որը չի կարող գոյություն ունենալ ազատ վիճակում։ Նրանց փոխազդեցությունը դասավորված է այնպես, որ նրանք կարող են ապրել միայն որպես ինչ-որ բանի մի մաս: Օրինակ՝ որոշակի տիպի երեք քվարկների համակցությունից առաջանում է պրոտոն։ Մեկ այլ համակցություն առաջացնում է նեյտրոն: Ընդհանուր առմամբ հայտնի է 6 քվարկ։ Նրանց տարբեր համակցությունները մեզ տալիս են տարբեր մասնիկներ, և չնայած ֆիզիկական օրենքներով քվարկների ոչ բոլոր համակցություններն են թույլատրված, քվարկներից կազմված մասնիկները բավականին շատ են:

Այստեղ կարող է հարց առաջանալ՝ ինչպե՞ս կարելի է պրոտոնը տարրական անվանել, եթե այն բաղկացած է քվարկներից։ Դա շատ պարզ է. պրոտոնը տարրական է, քանի որ այն չի կարող բաժանվել իր բաղադրիչ մասերի` քվարկների: Բոլոր մասնիկները, որոնք մասնակցում են ուժեղ փոխազդեցությանը, բաղկացած են քվարկներից և միևնույն ժամանակ տարրական են։

Տարրական մասնիկների փոխազդեցության ըմբռնումը շատ կարևոր է տիեզերքի կառուցվածքը հասկանալու համար: Այն ամենը, ինչ տեղի է ունենում մակրոմարմինների հետ, մասնիկների փոխազդեցության արդյունք է։ Հենց մասնիկների փոխազդեցությունն է նկարագրում երկրի վրա ծառերի աճը, աստղերի ինտերիերի ռեակցիաները, նեյտրոնային աստղերի ճառագայթումը և շատ ավելին: