Miaraka amin'ny atoma mandritra ny vanim-potoana - ampahany 3

Ny modelin'ny planeta momba ny atoma nataon'i Rutherford dia akaiky kokoa ny zava-misy noho ny "pudding raisin" an'i Thomson. Na izany aza, ny fiainan'ny foto-kevitra io dia naharitra roa taona monja, fa alohan'ny hiresaka momba ny mpandimby, tonga ny fotoana mba hamahana ny zava-miafina atomika manaraka.

1. Isotope amin'ny hidrôzenina: prot stable sy deuterium ary tritium radioaktifa (sary: ​​BruceBlaus/Wikimedia Commons).

Avalanche atomika

Ny fahitana ny trangan-javatra ny radioactivity, izay nanamarika ny fiandohan'ny unraveling ny zava-miafina ny atoma, tamin'ny voalohany nandrahona ny fototry ny simia - ny lalàn'ny periodicity. Tao anatin'ny fotoana fohy dia nisy akora radiôaktifa am-polony maro hita. Ny sasany tamin'izy ireo dia nanana toetra simika mitovy, na dia samy hafa aza ny atomika, fa ny hafa kosa, izay mitovy lanja, dia nanana toetra hafa. Ankoatr'izay, ao amin'ny faritry ny latabatra periodika izay tsy maintsy nametrahana azy ireo noho ny lanjany, dia tsy ampy ny toerana malalaka handraisana azy rehetra. Very ny tabilao ara-potoana noho ny firongatry ny zavatra hita.

2. Dika mitovy amin'ny spektromètre faobe 1911 J. J. Thompson (sary: ​​Jeff Dahl / Wikimedia Commons)

Atomic nucleus

10-100 arivo izany. kely kokoa noho ny atoma manontolo. Raha toa ka nitombo ho toy ny baolina misy savaivony 1 sm ny ivon'ny atoma hydrogène ary napetraka eo afovoan'ny kianja filalaovana baolina kitra, dia hiafara amin'ny manodidina ny elektrôna (kely noho ny lohan'ny pin) ny tanjona (mihoatra ny 50 m).

Saika ny vesatry ny atoma iray manontolo dia mivondrona ao amin'ny nucleus, ohatra, ny volamena dia efa ho 99,98%. Alaivo sary an-tsaina ny goba iray amin’io metaly milanja 19,3 taonina io. rehetra nokleary atomika volamena dia manana totalin'ny boky latsaky ny 1/1000 mm3 (baolina misy savaivony latsaky ny 0,1 mm). Noho izany, ny atoma dia tena foana. Ny mpamaky dia tsy maintsy manao kajy ny hakitroky ny akora fototra.

Ny vahaolana amin'ity olana ity dia hita tamin'ny 1910 avy amin'i Frederick Soddy. Izy no nampiditra ny foto-kevitra momba ny isotopes, i.e. karazana singa iray izay tsy mitovy amin'ny lanjan'ny atomika (1). Noho izany, nametraka fanontaniana iray hafa momba ny postulates Dalton izy - manomboka izao, ny singa simika dia tsy tokony ahitana atôma mitovy lanja. Ny fisainan'ny isotope, taorian'ny fanamafisana andrana (spektrographe faobe, 1911), dia nahafahana nanazava ny soatoavin'ny ampahany amin'ny faobe atomika amin'ny singa sasany - ny ankamaroany dia fifangaroan'ny isotopes maro, ary faobe atomika dia ny salanisan'ny lanjan'ny lanjan'izy rehetra (2).

Ny singa kernel

Ny iray tamin’ireo mpianatr’i Rutherford, Henry Moseley, dia nianatra ny taratra X navoakan’ireo singa fantatra tamin’ny 1913. Tsy toy ny spectra optika be pitsiny, ny spectrum X-ray dia tena tsotra - ny singa tsirairay dia mamoaka onja roa ihany, ny halavany dia mora mifandray amin'ny fiampangan'ny nucleus atomika.

3. Iray amin'ireo milina X-ray nampiasain'i Moseley (sary: ​​Magnus Manske/Wikimedia Commons)

Izany no nahafahana naneho voalohany ny tena isan'ny singa misy, ary koa ny hamaritana hoe firy amin'izy ireo no mbola tsy hita mba hamenoana ny banga ao amin'ny tabilao periodika (3).

Ny singa mitondra fiampangana tsara dia antsoina hoe proton (grika: proton = voalohany). Nipoitra avy hatrany ny olana hafa. Ny lanjan'ny proton dia manodidina ny 1 isa. kosa nokleary atomika Ny sodium miaraka amin'ny fiampangana 11 dia manana lanjan'ny 23? Toy izany koa, mazava ho azy, ny tranga amin'ny singa hafa. Midika izany fa tsy maintsy misy singa hafa ao amin'ny nucleus izay tsy misy fiampangana. Tamin'ny voalohany, ny mpahay fizika dia nihevitra fa ireo protons mifamatotra mafy amin'ny elektrôna, saingy tamin'ny farany dia voaporofo fa nisy singa vaovao niseho - ny neutron (latina neuter = neutre). Tamin'ny 1932 no nahitana an'io singa fototra io (ilay antsoina hoe "vongan-trano" fototra misy ny zavatra rehetra) tamin'ny XNUMX, nataon'i James Chadwick, mpahay fizika anglisy.

Ny proton sy ny neutron dia afaka miova ho samy izy. Ny mpahay fizika dia mihevitra fa endrika singa iray antsoina hoe nucleon (ny latinina = nucleus) izy ireo.

Satria proton ny nucleus amin'ny isotope tsotra indrindra amin'ny hydrogène, dia mazava fa i William Prout ao amin'ny hypothesis "hydrogène" nataony. firafitry ny atoma tsy diso loatra izy (jereo: "Miaraka amin'ny atoma nandritra ny taonjato - ampahany 2"; "Tekinika tanora" No. 8/2015). Tany am-boalohany dia nisy fisalasalana mihitsy aza teo amin'ny anarana proton sy "prouton".

4. Photocells amin'ny farany - ny asany dia mifototra amin'ny vokatry ny photoelectric (sary: ​​Ies/Wikimedia Commons)

Tsy azo atao ny zava-drehetra

Ny modelin'i Rutherford dia nanana "kilema fahaterahana" tamin'ny fotoana nampidirana azy. Araka ny lalàn'i Maxwell momba ny elektrôdinamika (nohamafisin'ny fampielezam-peo efa niasa tamin'izany fotoana izany), ny elektrôna iray mihetsika ao anaty faribolana dia tokony hamoaka onja elektromagnetika.

Noho izany, very angovo izy, ka mianjera amin'ny fotony. Amin'ny toe-javatra mahazatra, ny atôma dia tsy mamoaka (miforona ny spectra rehefa afanaina amin'ny hafanana ambony) ary tsy hita ny loza ateraky ny atomika (latsaky ny iray tapitrisa segondra ny androm-piainan'ny elektronika iray).

Ny modelin'i Rutherford dia nanazava ny vokatry ny fanandramana fanaparitahana sombin-javatra, saingy mbola tsy nifanaraka tamin'ny zava-misy.

Tamin'ny 1913, ny olona dia "zatra" ny hoe ny angovo ao amin'ny microcosm dia raisina ary tsy alefa amin'ny habetsahana, fa amin'ny ampahany antsoina hoe quanta. Miorina amin'izany i Max Planck dia nanazava ny toetoetran'ny taratra taratra avoakan'ny vatana mafana (1900), ary Albert Einstein (1905) nanazava ny tsiambaratelon'ny vokatry ny photoelectric, izany hoe ny famoahana elektronika avy amin'ny metaly mamirapiratra (4).

5. Ny sarin'ny diffraction amin'ny elektrôna amin'ny krystaly oxide tantalum dia mampiseho ny rafitra symmetrika azy (sary: ​​Sven.hovmoeller/Wikimedia Commons)

Niels Bohr, 28 taona, mpahay fizika danoà, dia nanatsara ny modelin'ny atoma nataon'i Rutherford. Nanolo-kevitra izy fa ny elektrôna ihany no mihetsika amin'ny orbitra mifanaraka amin'ny fepetra angovo sasany. Fanampin'izany, ny elektrôna dia tsy mamoaka taratra rehefa mihetsika, ary ny angovo dia raisina sy avoaka raha tsy rehefa mihodina eo anelanelan'ny orbitra. Nifanohitra tamin'ny fizika klasika ny fiheverana, saingy ny vokatra azo tamin'ny fototr'izy ireo (ny haben'ny atôma hidrôzenina sy ny halavan'ny tsipika amin'ny spectrum) dia hita fa nifanaraka tamin'ny fanandramana. Teraka ny iray vaovao modely atomu.

Indrisy anefa fa tsy manan-kery afa-tsy ho an'ny atoma hydrogène ny valiny (fa tsy nanazava ny fandinihana rehetra). Ho an'ireo singa sisa dia tsy nifanaraka tamin'ny zava-misy ny valin'ny kajy. Noho izany, ny mpahay fizika dia tsy mbola nanana modely ara-teorika momba ny atoma.

Nanomboka nazava ny tsiambaratelo taorian'ny iraika ambin'ny folo taona. Ny disertation dokoteran'ny mpahay fizika frantsay Ludwick de Broglie dia mahakasika ny toetran'ny onjan'ny poti-materialy. Efa voaporofo fa ny hazavana, ankoatry ny toetra mampiavaka ny onja (diffraction, refraction), dia mitondra tena toy ny fitambaran'ny singa - photons (ohatra, fifandonana elastika amin'ny elektronika). Fa zavatra faobe? Ny fiheverana dia toa nofinofy sodina ho an'ny printsy, izay te ho lasa fizika. Na izany aza, tamin'ny 1927, nisy fanandramana natao izay nanamafy ny petra-kevitr'i de Broglie - onjam-peo elektronika miparitaka amin'ny kristaly metaly (5).

Avy aiza ny atôma?

Toy ny olon-drehetra: The Big Bang. Ny mpahay fizika dia mino fa ara-bakiteny ao anatin'ny ampahany iray segondra avy amin'ny protons "teboka aotra", ny neutron sy ny elektronika dia niforona, izany hoe ny atôma. Rehefa afaka minitra vitsivitsy (rehefa nangatsiaka ny Universe ary nihena ny hakitroky ny zavatra), dia nitambatra ireo nucleon mba hamorona ny nuclei misy singa hafa ankoatra ny hydrogène. Ny habetsahan'ny hélium lehibe indrindra dia novokarina, ary koa ny dian'ireo singa telo manaraka. Taorian’ny 100 taona vao nisy toe-javatra nahafahana namatotra ny elektrôna tamin’ny nokleary — niforona ireo atôma voalohany. Tsy maintsy niandry ela ny manaraka. Ny fiovaovana kisendrasendra amin'ny hakitroky dia nahatonga ny fiforonan'ny hakitroky, izay, araka ny fisehoany, dia nahasarika zavatra bebe kokoa hatrany. Tsy ela dia niseho tao amin'ny haizin'izao rehetra izao ireo kintana voalohany.

Rehefa afaka arivo tapitrisa taona teo ho eo, dia nanomboka maty ny sasany tamin’izy ireo. Tao anatin'ny dingan'izy ireo dia namokatra izy ireo nokleary atomika hatrany amin'ny vy. Ankehitriny, rehefa maty izy ireo, dia namelatra azy ireo manerana ny faritra, ary nisy kintana vaovao teraka avy amin'ny lavenona. Ny lehibe indrindra tamin'izy ireo dia nanana fiafarana mahatalanjona. Nandritra ny fipoahana supernova, dia nidaroka baomba be dia be ny nokleary ka na dia ny singa mavesatra indrindra aza dia niforona. Avy amin'izy ireo ny kintana vaovao, planeta, ary amin'ny globe sasany - nisy fiainana niforona.

Voaporofo ny fisian'ny onjan-javatra. Amin'ny lafiny iray, ny elektrôna iray ao amin'ny atoma dia noheverina ho onjam-peo mijoro, noho izany dia tsy mamoaka angovo. Ny toetran'ny onjan'ny elektrôna mihetsiketsika dia nampiasaina mba hamoronana mikraoskaopy elektrôna, izay ahafahan'ny atôma ho hita voalohany (6). Tao anatin'ny taona vitsivitsy, ny asan'i Werner Heisenberg sy Erwin Schrödinger (mifototra amin'ny petra-kevitr'i de Broglie) dia namela ny fivoaran'ny modely vaovao empirika tanteraka ny akorandriaka elektronika amin'ny atoma. Fa ireo dia fanontaniana ivelan'ny faritr'ity lahatsoratra ity.

Tanteraka ny nofin’ireo alchemista

Efa fantatra hatramin'ny faran'ny taonjato faha-1919 ny fiovan'ny radioaktifa voajanahary, izay niforonan'ny singa vaovao. Tamin'ny XNUMX, zavatra tsy vitan'ny natiora ihany hatramin'izao. Nandritra io vanim-potoana io, i Ernest Rutherford dia nandinika ny fifandraisan'ny singa amin'ny zavatra. Nandritra ny fitsapana dia nahatsikaritra izy fa ny proton dia niseho vokatry ny taratra tamin'ny entona azota.

Ny hany fanazavana momba an'io trangan-javatra io dia ny fanehoan-kevitra teo amin'ny nuclei hélium (potika sy ivon'ny isotope amin'io singa io) sy ny azota (7). Vokatr'izany dia miforona ny oksizenina sy ny hidrôzenina (ny proton no ivon'ny isotope maivana indrindra). Tanteraka ny nofinofin'ny alchemista momba ny transmutation. Tao anatin'ny am-polony taona maro taty aoriana, dia novokarina ny singa tsy miseho eo amin'ny natiora.

Ny fiomanana radioaktifa voajanahary mamoaka poti alpha dia tsy mety amin'io tanjona io intsony (lehibe loatra ny sakana Coulomb amin'ny nokleary mavesatra ka tsy afaka manatona azy ireo ny singa maivana). Ny accelerators izay manome angovo lehibe ho an'ny nuclei of isotopes mavesatra dia lasa "furnace alchimique" izay nanandrana nahazo ny "mpanjakan'ny metaly" ny razamben'ny mpahay simia ankehitriny (8).

Raha ny marina, ahoana ny momba ny volamena? Matetika ny alchemista no mampiasa merkiora ho akora amin'ny famokarana azy. Tsy maintsy ekena fa amin'ity tranga ity dia nanana "orona" izy ireo. Avy amin'ny merkiora nokarakaraina tamin'ny neutron tao anaty réactor nokleary no nahazoana voalohany ny volamena artifisialy. Naseho tamin'ny 1955 tao amin'ny Kaonferansa Atomika Genève ilay singa metaly.

6. Atôma eo amin'ny habakabaka volamena, hita amin'ny sarin'ny mikraoskaopy manara-penitra.

7. Tetika amin'ny fifindran'ny singa voalohany amin'ny olombelona

Ny vaovao momba ny zava-bitan'ny mpahay fizika aza dia niteraka savorovoro vetivety teo amin'ny fifanakalozam-bola eran-tany, saingy nolavin'ny vaovao momba ny vidin'ny akora trandrahana amin'izany fomba izany ny tatitry ny gazety mampientam-po - lafo lavitra noho ny volamena voajanahary izany. Tsy hisolo toerana fitrandrahana metaly sarobidy ny reactor. Fa ny isotopes sy ny singa artifisialy vokarina ao aminy (ho an'ny tanjona fitsaboana, angovo, fikarohana siantifika) dia sarobidy kokoa noho ny volamena.

8. Ny cyclotron manan-tantara mampifanaraka ireo singa vitsivitsy voalohany aorian'ny uranium ao amin'ny tabilao periodika (Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, August 1939)

Ho an'ireo mpamaky izay te-hijery ireo olana apetraka ao amin'ny lahatsoratra, dia manoro hevitra ny andian-dahatsoratra nosoratan'i Mr. Tomasz Sowiński aho. Niseho tao amin'ny "Teknika tanora" tamin'ny 2006-2010 (ao amin'ny fizarana "Ahoana no nahitana azy"). Hita ao amin'ny tranokalan'ny mpanoratra ao amin'ny: .

Cycle"Miaraka amin'ny atoma mandrakizay“Nanomboka tamin'ny fampahatsiahivana aho fa ny taonjato lasa dia matetika antsoina hoe taonan'ny atoma. Mazava ho azy fa tsy afaka ny tsy hanamarika ny zava-bitan'ny mpahay fizika sy mpahay simia tamin'ny taonjato faha-XNUMX tamin'ny firafitry ny zavatra. Na izany aza, tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny fahalalana momba ny microworld dia mihamitombo haingana sy haingana kokoa, ary ny teknolojia novolavolaina izay ahafahana manodinkodina ny atoma sy ny molekiola tsirairay. Izany dia manome antsika zo hilaza fa mbola tsy tonga ny tena taonan'ny atoma.