Otázky "Z čoho pozostáva hmota?", "Aká je povaha hmoty?" odjakživa zamestnávala ľudstvo. Od staroveku hľadali filozofi a vedci odpovede na tieto otázky a vytvárali tak realistické, ako aj úplne úžasné a fantastické teórie a hypotézy. Doslova pred storočím sa však ľudstvo čo najviac priblížilo k rozlúšteniu tejto záhady objavením atómovej štruktúry hmoty. Aké je však zloženie jadra atómu? Z čoho je to celé vyrobené?
Od teórie k realite
Začiatkom dvadsiateho storočia prestala byť atómová štruktúra iba hypotézou, ale stala sa absolútnou skutočnosťou. Ukázalo sa, že zloženie jadra atómu je veľmi zložitý pojem. Obsahuje elektrické náboje. Vyvstala však otázka: obsahuje zloženie atómu a atómového jadra rôzne množstvá týchto nábojov alebo nie?
Planetárny model
Spočiatku sa predpokladalo, že atóm je postavený veľmi podobne ako naša slnečná sústava. AvšakRýchlo sa ukázalo, že tento názor nebol úplne správny. Problém čisto mechanického prenosu astronomickej mierky obrazu na oblasť, ktorá zaberá milióntiny milimetra, viedol k významnej a dramatickej zmene vlastností a kvalít javov. Hlavným rozdielom boli oveľa prísnejšie zákony a pravidlá, podľa ktorých je atóm postavený.
Nevýhody planetárneho modelu
Po prvé, keďže atómy rovnakého druhu a prvku musia byť z hľadiska parametrov a vlastností úplne rovnaké, musia byť rovnaké aj dráhy elektrónov týchto atómov. Pohybové zákony astronomických telies však na tieto otázky odpovedať nedokázali. Druhý rozpor spočíva v tom, že pohyb elektrónu po obežnej dráhe, ak sú naň aplikované dobre naštudované fyzikálne zákony, musí byť nevyhnutne sprevádzaný trvalým uvoľňovaním energie. V dôsledku toho by tento proces viedol k vyčerpaniu elektrónu, ktorý by nakoniec vymrel a dokonca by spadol do jadra.
Štruktúra materskej vlnya
V roku 1924 predložil mladý aristokrat Louis de Broglie myšlienku, ktorá zmenila predstavy vedeckej komunity o takých problémoch, ako je štruktúra atómu, zloženie atómových jadier. Myšlienka bola, že elektrón nie je len pohybujúca sa guľa, ktorá sa točí okolo jadra. Ide o rozmazanú látku, ktorá sa pohybuje podľa zákonov pripomínajúcich šírenie vĺn v priestore. Pomerne rýchlo sa táto myšlienka rozšírila na pohyb akéhokoľvek telesavo všeobecnosti, vysvetľujúc, že si všimneme len jednu stranu práve tohto pohybu, ale tá druhá sa v skutočnosti neprejavuje. Môžeme vidieť šírenie vĺn a nevšimnúť si pohyb častice, alebo naopak. V skutočnosti vždy existujú obe tieto strany pohybu a rotácia elektrónu na obežnej dráhe nie je len pohybom samotného náboja, ale aj šírením vĺn. Tento prístup sa zásadne líši od predtým akceptovaného planetárneho modelu.
Základná nadácia
Jadro atómu je stred. Okolo nej sa točia elektróny. Všetko ostatné je určené vlastnosťami jadra. Je potrebné hovoriť o takom koncepte, ako je zloženie jadra atómu z najdôležitejšieho bodu - z náboja. Atóm obsahuje určitý počet elektrónov, ktoré nesú záporný náboj. Samotné jadro má kladný náboj. Z toho môžeme vyvodiť určité závery:
- Jadro je kladne nabitá častica.
- Okolo jadra je pulzujúca atmosféra vytvorená nábojmi.
- Je to jadro a jeho charakteristiky, ktoré určujú počet elektrónov v atóme.
Vlastnosti jadra
Meď, sklo, železo, drevo majú rovnaké elektróny. Atóm môže stratiť pár elektrónov alebo dokonca všetky. Ak jadro zostane kladne nabité, potom je schopné pritiahnuť správne množstvo záporne nabitých častíc z iných telies, čo mu umožní prežiť. Ak atóm stratí určitý počet elektrónov, potom bude kladný náboj na jadre väčší ako zvyšok záporných nábojov. ATV tomto prípade celý atóm získa nadmerný náboj a možno ho nazvať kladným iónom. V niektorých prípadoch môže atóm pritiahnuť viac elektrónov a potom sa nabije negatívne. Preto ho možno nazvať záporným iónom.
Koľko váži atóm?
Hmotnosť atómu je určená hlavne jadrom. Elektróny, ktoré tvoria atóm a atómové jadro, vážia menej ako jednu tisícinu celkovej hmotnosti. Keďže hmotnosť sa považuje za mieru energetickej rezervy, ktorú látka má, táto skutočnosť sa považuje za neuveriteľne dôležitú pri štúdiu takej otázky, ako je zloženie atómového jadra.
Rádioaktivita
Najťažšie otázky vyvstali po objavení röntgenových lúčov. Rádioaktívne prvky vyžarujú alfa, beta a gama vlny. Ale takéto žiarenie musí mať zdroj. Rutherford v roku 1902 ukázal, že takýmto zdrojom je samotný atóm alebo skôr jadro. Na druhej strane rádioaktivita nie je len vyžarovanie lúčov, ale aj premena jedného prvku na druhý s úplne novými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami. To znamená, že rádioaktivita je zmena v jadre.
Čo vieme o jadrovej štruktúre?
Takmer pred sto rokmi predložil fyzik Prout myšlienku, že prvky v periodickej tabuľke nie sú náhodné formy, ale sú to kombinácie atómov vodíka. Preto by sa dalo očakávať, že náboje aj hmotnosti jadier budú vyjadrené ako celé číslo a viacnásobné náboje samotného vodíka. Nie je to však celkom pravda. Štúdiom vlastností atomjadrá pomocou elektromagnetických polí, fyzik Aston zistil, že prvky, ktorých atómové hmotnosti neboli celé čísla a násobky, sú v skutočnosti kombináciou rôznych atómov a nie jednej látky. Vo všetkých prípadoch, kde atómová hmotnosť nie je celé číslo, pozorujeme zmes rôznych izotopov. Čo to je? Ak hovoríme o zložení jadra atómu, izotopy sú atómy s rovnakým nábojom, ale s rôznou hmotnosťou.
Einstein a jadro atómu
Teória relativity hovorí, že hmotnosť nie je mierou, ktorou sa určuje množstvo hmoty, ale mierou energie, ktorú hmota vlastní. V súlade s tým môže byť hmota meraná nie hmotnosťou, ale nábojom, ktorý tvorí túto hmotu, a energiou náboja. Keď sa rovnaký náboj priblíži k druhému rovnakému, energia sa zvýši, inak sa zníži. To samozrejme neznamená zmenu hmoty. Z tejto pozície teda jadro atómu nie je zdrojom energie, ale skôr zvyškom po jeho uvoľnení. Existuje teda určitý rozpor.
Neutróny
Curieovci, keď boli bombardovaní alfa časticami berýlia, objavili nejaké nepochopiteľné lúče, ktoré sa zrazili s jadrom atómu a odpudzovali ho veľkou silou. Sú však schopné prejsť veľkou hrúbkou hmoty. Tento rozpor bol vyriešený tým, že sa ukázalo, že daná častica má neutrálny elektrický náboj. Podľa toho sa nazýval neutrón. Vďaka ďalšiemu výskumu sa ukázalo, že hmotnosť neutrónu je takmer rovnaká ako hmotnosť protónu. Vo všeobecnosti sú neutrón a protón neuveriteľne podobné. S uváženímZ tohto objavu bolo definitívne možné zistiť, že zloženie jadra atómu zahŕňa protóny aj neutróny a to v rovnakých množstvách. Všetko do seba postupne zapadalo. Počet protónov je atómové číslo. Atómová hmotnosť je súčet hmotností neutrónov a protónov. Izotop možno nazvať aj prvkom, v ktorom sa počet neutrónov a protónov nebude rovnať. Ako je uvedené vyššie, v takom prípade, hoci prvok zostáva v podstate rovnaký, jeho vlastnosti sa môžu podstatne zmeniť.
