Fizika e strukturës së materies së pari u studiua seriozisht nga Joseph J. Thomson. Megjithatë, shumë pyetje mbetën pa përgjigje. Disa kohë më vonë, E. Rutherford ishte në gjendje të formulonte një model të strukturës së atomit. Në artikull do të shqyrtojmë përvojën që e çoi atë në zbulim. Meqenëse struktura e materies është një nga temat më interesante në mësimet e fizikës, ne do të analizojmë aspektet kryesore të saj. Mësojmë se nga përbëhet një atom, mësojmë se si të gjejmë numrin e elektroneve, protoneve, neutroneve në të. Le të njihemi me konceptin e izotopeve dhe joneve.
Zbulimi i elektronit
Në 1897, shkencëtari anglez Joseph John Thomson (portreti i tij mund të shihet më poshtë) studioi rrymën elektrike, domethënë lëvizjen e drejtuar të ngarkesave në gazra. Në atë kohë, fizika tashmë dinte për strukturën molekulare të materies. Dihej se të gjithë trupat përbëhen nga materia, e cila përbëhet nga molekula, dhe këto të fundit janë prej atomesh.
Thomson zbuloi se, në kushte të caktuara, atomet e gazit lëshojnë grimca me ngarkesë negative (qel <0). Ata quhen elektrone. Atomi është neutral, që do të thotë se nëse elektronet fluturojnë prej tij, atëherë grimcat pozitive duhet të përmbahen atje. Cila është pjesa e atomit me shenjën "+"? Si ndërvepron me një elektron të ngarkuar negativisht? Çfarë e përcakton masën e një atomi? Një tjetër shkencëtar mund t'u përgjigjet të gjitha këtyre pyetjeve.
Eksperimenti i Rutherford
Në vitin 1911, fizika zotëronte tashmë informacionin fillestar rreth strukturës së materies. Ernest Rutherford zbuloi atë që ne sot e quajmë bërthama atomike.
Ka çështje që kanë një veti të çuditshme: ato lëshojnë spontanisht grimca të ndryshme, pozitive dhe negative. Substancat e tilla quhen radioaktive. Elementet e ngarkuar pozitivisht Rutherford i quajti grimcat alfa (a-grimca).
Ata kanë një ngarkesë "+" të barabartë me dy ngarkesa elementare (qα=+2e). Pesha e elementeve është afërsisht e barabartë me katër masa të një atomi hidrogjeni. Rutherford mori një preparat radioaktiv që lëshon grimca alfa dhe bombardoi një shtresë të hollë ari (fletë metalike) me rrjedhën e tyre.
Ai zbuloi se shumica e elementeve α mezi ndryshojnë drejtimin e tyre kur kalojnë nëpër atomet metalike. Por janë shumë të paktë ata që devijojnë mbrapsht. Pse po ndodh kjo? Duke ditur fizikën e strukturës së materies, mund të përgjigjemi: sepse brendaatomet e arit, si çdo tjetër, ka elemente pozitive që sprapsin grimcat alfa. Por pse ndodh kjo vetëm me shumë pak elementë? Sepse madhësia e pjesës së atomit të ngarkuar pozitivisht është shumë më e vogël se ajo vetë. Rutherford doli në këtë përfundim. Ai e quajti bërthamën pjesën e ngarkuar pozitivisht të atomit.
Pajisja e atomit
Fizika e strukturës së materies: Molekulat përbëhen nga atome, të cilat përmbajnë një pjesë të vogël të ngarkuar pozitivisht (bërthamë) të rrethuar nga elektrone. Neutraliteti i atomit shpjegohet me faktin se ngarkesa totale negative e elektroneve është e barabartë me pozitiven - bërthamën. qcore + qel=0. Pse elektronet nuk bien në bërthamë, sepse ato tërhiqen? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, Rutherford sugjeroi që ata të rrotullohen sikur planetët të lëvizin rreth diellit dhe të mos përplasen me të. Është lëvizja që lejon që ky sistem të jetë i qëndrueshëm. Modeli i atomit i Radhërfordit quhet planetar.
Nëse atomi është neutral dhe numri i elektroneve në të duhet të jetë numër i plotë, atëherë ngarkesa e bërthamës është e barabartë me këtë vlerë me një shenjë plus. qbërthamat=+ze. z është numri i elektroneve në një atom neutral. Në këtë rast, tarifa totale është zero. Si të gjeni numrin e elektroneve në një atom? Ju duhet të përdorni tabelën periodike të elementeve. Dimensionet e një atomi janë të rendit 10-10 m. Dhe bërthamat janë 100 mijë herë më të vogla - 10-15 m.
Le të imagjinojmë se kemi rritur madhësinë e bërthamës në 1 metër. Në një trup të ngurtë, distanca midis atomeve është afërsisht e barabartë me madhësinë e tyre, që do të thotë se dimensionetdo të rritet në 105, që është 100 km. Kjo do të thotë, atomi është praktikisht bosh, prandaj grimcat alfa kryesisht fluturojnë nëpër fletë metalike pa pothuajse asnjë devijim.
Struktura e bërthamës
Fizika e strukturës së materies është e tillë që bërthama përbëhet nga dy lloje grimcash. Disa prej tyre janë të ngarkuar pozitivisht. Nëse marrim parasysh një atom që ka tre elektrone, atëherë brenda tij ka tre grimca me një ngarkesë pozitive. Ata quhen protone. Elementët e tjerë nuk kanë ngarkesë elektrike - neutronet.
Masat e protonit dhe neutronit janë afërsisht të barabarta. Të dyja grimcat kanë një peshë shumë më të madhe se një elektron. mproton ≈ 1837mel. E njëjta gjë vlen edhe për masën e neutronit. Nga kjo rrjedh përfundimi: pesha e grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe neutralisht është një faktor që përcakton masën e një atomi. Protonet dhe neutronet kanë një emër të përbashkët - nukleone. Pesha e një atomi përcaktohet nga numri i tyre, i cili quhet numri masiv i bërthamës. Ne shënuam numrin e elektroneve në një atom me shkronjën z, por duke qenë se ai është neutral, numri i grimcave pozitive dhe negative duhet të përputhet. Prandaj, z quhet edhe numri i protonit ose i ngarkesës.
Nëse e dimë masën dhe numrin e ngarkesës, atëherë mund të gjejmë numrin e neutroneve N. N=A - z. Si të zbuloni sa nukleone dhe protone janë në bërthamë? Rezulton se në tabelën periodike, pranë çdo elementi, ka një numër që kimistët e quajnë masë atomike relative.
Nëse e rrumbullakojmë, nuk marrim asgjë më shumë senumri i masës ose numri i nukleoneve në bërthamë (A). Numri atomik i një elementi është numri i protoneve (z). Duke ditur A dhe z, është e lehtë të gjesh N - numrin e neutroneve. Nëse atomi është neutral, atëherë numri i elektroneve dhe protoneve është i barabartë.
Izotope
Ka lloje të bërthamës në të cilat numri i protoneve është i njëjtë, por numri i neutroneve mund të ndryshojë (që do të thotë të njëjtin element kimik). Ata quhen izotopë. Në natyrë, atomet e llojeve të ndryshme janë të përziera, kështu që kimistët matin masën mesatare. Kjo është arsyeja pse në tabelën periodike pesha relative e një atomi është gjithmonë një numër thyesor. Le të kuptojmë se çfarë ndodh me një atom neutral nëse një elektron hiqet prej tij ose, anasjelltas, vendoset një shtesë.
Ione
Konsideroni një atom litium neutral. Ekziston një bërthamë, dy elektrone janë të vendosura në një shtresë dhe tre në tjetrën. Nëse heqim njërën prej tyre, marrim një bërthamë të ngarkuar pozitivisht. qbërthama =3. Elektronet kompensojnë vetëm dy nga tre ngarkesat elementare, dhe marrim një jon pozitiv. Është caktuar si më poshtë: Li+. Një jon është një atom në të cilin numri i elektroneve është më i vogël ose më i madh se numri i protoneve në bërthamë. Në rastin e parë, është një jon pozitiv. Nëse shtojmë një elektron shtesë, atëherë do të jenë katër prej tyre dhe do të marrim një jon negativ (Li-). E tillë është fizika e strukturës së materies. Pra, një atom neutral ndryshon nga një jon në atë që elektronet në të kompensojnë plotësisht ngarkesën e bërthamës.
