የቁስ አወቃቀር ፊዚክስ። ግኝቶች። ሙከራዎች. ስሌቶች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-02 17:40

የቁስ አወቃቀር ፊዚክስ በመጀመሪያ በጆሴፍ ጄ. ቶምሰን አጥንቷል። ይሁን እንጂ ብዙ ጥያቄዎች መልስ አላገኙም። ከተወሰነ ጊዜ በኋላ፣ ኢ. ራዘርፎርድ የአቶምን መዋቅር ሞዴል ማዘጋጀት ቻለ። በጽሁፉ ውስጥ ወደ ግኝቱ ያመራውን ልምድ እንመለከታለን. በፊዚክስ ትምህርቶች ውስጥ የቁስ አወቃቀሩ በጣም አስደሳች ከሆኑት ርእሶች አንዱ ስለሆነ ዋና ዋና ገጽታዎችን እንመረምራለን ። አቶም ምን እንደሚያካትት እንማራለን, በውስጡ የኤሌክትሮኖች, ፕሮቶኖች, ኒውትሮኖች ብዛት እንዴት ማግኘት እንደሚችሉ እንማራለን. ከአይሶቶፕስ እና ionዎች ጽንሰ-ሀሳብ ጋር እንተዋወቅ።

የኤሌክትሮን ግኝት

በ1897 እንግሊዛዊው ሳይንቲስት ጆሴፍ ጆን ቶምሰን (ሥዕሉ ከዚህ በታች ይታያል) የኤሌትሪክ ፍሰትን ማለትም በጋዞች ውስጥ የሚደረጉ የኃይል መሙያዎችን እንቅስቃሴ አጥንቷል። በዚያን ጊዜ ፊዚክስ ስለ ቁስ አካል ሞለኪውላዊ መዋቅር አስቀድሞ ያውቅ ነበር። ሁሉም አካላት ከቁስ፣ ከሞለኪውሎች፣ የኋለኛው ደግሞ ከአተሞች እንደተፈጠሩ ይታወቃል።

Thomson በተወሰኑ ሁኔታዎች ጋዝ አተሞች ቅንጣቶችን በአሉታዊ ክፍያ (q_{el <0) እንደሚለቁ አወቀ። ኤሌክትሮኖች ተብለው ይጠራሉ. አቶም ገለልተኛ ነው, ይህም ማለት ኤሌክትሮኖች ከእሱ የሚበሩ ከሆነ, ከዚያም አዎንታዊ ቅንጣቶች እዚያ ውስጥ መያያዝ አለባቸው. የ "+" ምልክት ያለው የአቶም ክፍል ምንድን ነው? አሉታዊ ኃይል ካለው ኤሌክትሮን ጋር እንዴት ይገናኛል? የአቶምን ብዛት የሚወስነው ምንድን ነው? ሌላ ሳይንቲስት ለእነዚህ ሁሉ ጥያቄዎች መልስ መስጠት ይችላል።}

የራዘርፎርድ ሙከራ

በ1911 ፊዚክስ አስቀድሞ የቁስ አወቃቀሩን የመጀመሪያ መረጃ ይዞ ነበር። ኤርነስት ራዘርፎርድ ዛሬ አቶሚክ ኒውክሊየስ የምንለውን አገኘ።

እንግዳ የሆነ ንብረት ያላቸው ጉዳዮች አሉ፡- በአዎንታዊም ሆነ በአሉታዊ መልኩ የተለያዩ ቅንጣቶችን በራሳቸው ያመነጫሉ። እንደነዚህ ያሉት ንጥረ ነገሮች ራዲዮአክቲቭ ይባላሉ. አዎንታዊ ቻርጅ የተደረገባቸው አባሎች ራዘርፎርድ አልፋ ቅንጣቶች (α-particles) ብለው ይጠሩታል።

ከሁለት አንደኛ ደረጃ (q_{α=+2e) ጋር እኩል የሆነ የ"+" ክፍያ አላቸው። የንጥረ ነገሮች ክብደት በግምት ከአራት የሃይድሮጂን አቶም ጋር እኩል ነው። ራዘርፎርድ የአልፋ ቅንጣቶችን የሚያመነጭ የራዲዮአክቲቭ ዝግጅት ወስዶ ቀጭን የወርቅ ፊልም (ፎይል) በዥረታቸው ደበደበ።}

አብዛኞቹ የ α-ኤለመንቶች በብረት አተሞች ውስጥ በሚያልፉበት ጊዜ አቅጣጫቸውን የሚቀይሩት በጭንቅ እንደሆነ ተረድቷል። ወደ ኋላ የሚያፈነግጡ ግን በጣም ጥቂት ናቸው። ይህ ለምን እየሆነ ነው? የቁስ አወቃቀሩን ፊዚክስ ማወቅ, መልስ መስጠት እንችላለን: ምክንያቱም ውስጥየወርቅ አተሞች፣ ልክ እንደሌላው፣ የአልፋ ቅንጣቶችን የሚገፉ አወንታዊ አካላት አሉ። ግን ለምንድነው ይህ የሚከሰተው በጣም ጥቂት በሆኑ ንጥረ ነገሮች ብቻ ነው? ምክንያቱም በአዎንታዊ ኃይል የተሞላው የአቶም ክፍል መጠን ከራሱ በጣም ያነሰ ነው. ራዘርፎርድ እዚህ መደምደሚያ ላይ ደርሷል። አዎንታዊ ኃይል ያለው የአቶም ክፍል አስኳል ብሎ ጠራው።

የአቱም መሳሪያ

የቁስ አወቃቀር ፊዚክስ፡- ሞለኪውሎች በአተሞች የተገነቡ ሲሆኑ በኤሌክትሮኖች የተከበበ ትንሽ ፖዘቲቭ ቻርጅ (ኒውክሊየስ) ይይዛሉ። የአቶም ገለልተኛነት የኤሌክትሮኖች አጠቃላይ አሉታዊ ክፍያ ከአዎንታዊ - ኒውክሊየስ ጋር እኩል ነው በሚለው እውነታ ተብራርቷል. q_ኮር +q_{el=0። ለምን ኤሌክትሮኖች በኒውክሊየስ ላይ አይወድቁም, ምክንያቱም ይሳባሉ? ይህንን ጥያቄ ለመመለስ ራዘርፎርድ ፕላኔቶች በፀሐይ ዙሪያ እንደሚንቀሳቀሱ እና ከሷ ጋር እንዳይጋጩ እንዲሽከረከሩ ሐሳብ አቀረበ። ይህ ስርዓት እንዲረጋጋ የሚያደርገው እንቅስቃሴ ነው. የራዘርፎርድ የአተም ሞዴል ፕላኔት ይባላል።}

አቱም ገለልተኛ ከሆነ እና በውስጡ ያሉት ኤሌክትሮኖች ቁጥር ኢንቲጀር መሆን ካለበት የኒውክሊየስ ክፍያ ከተጨማሪ ምልክት ጋር እኩል ነው። q_ኮሮች=+zሠ. z በገለልተኛ አቶም ውስጥ የኤሌክትሮኖች ብዛት ነው. በዚህ ሁኔታ, አጠቃላይ ክፍያ ዜሮ ነው. በአተም ውስጥ የኤሌክትሮኖች ብዛት እንዴት ማግኘት ይቻላል? ወቅታዊውን የንጥረ ነገሮች ሰንጠረዥ መጠቀም ያስፈልግዎታል። የአንድ አቶም መጠን የ10^-10 ሜትር ነው ። እና አስኳሎቹ በ100 ሺህ እጥፍ ያነሱ ናቸው - 10^{-15 m።}

የኮርን መጠን ወደ 1 ሜትር እንደጨመርን እናስብ። በጠንካራው ውስጥ, በአተሞች መካከል ያለው ርቀት በግምት ከራሳቸው መጠን ጋር እኩል ነው, ይህም ማለት ልኬቶችወደ 105 ያድጋል፣ ይህም 100 ኪሜ ነው። ማለትም፣ አቶም በተግባር ባዶ ነው፣ ለዚህም ነው የአልፋ ቅንጣቶች በአብዛኛው ምንም ማፈንገጥ ሳይኖራቸው በፎይል ውስጥ የሚበሩት።

የኒውክሊየስ መዋቅር

የቁስ አወቃቀሩ ፊዚክስ አስኳል ሁለት አይነት ቅንጣቶችን ያካተተ ነው። አንዳንዶቹ በአዎንታዊ መልኩ ተከፍለዋል. ሶስት ኤሌክትሮኖች ያለውን አቶም ብንመለከት በውስጡም አዎንታዊ ክፍያ ያላቸው ሶስት ቅንጣቶች አሉ። ፕሮቶን ተብለው ይጠራሉ. ሌሎች ንጥረ ነገሮች የኤሌክትሪክ ክፍያ የላቸውም - ኒውትሮን።

የፕሮቶን እና የኒውትሮን ብዛት በግምት እኩል ነው። ሁለቱም ቅንጣቶች ከኤሌክትሮን የበለጠ ክብደት አላቸው. m_ፕሮቶን ≈ 1837ሚ_{ኤል። በኒውትሮን ብዛት ላይም ተመሳሳይ ነው። መደምደሚያው ከዚህ በመነሳት ነው፡ በአዎንታዊ እና በገለልተኝነት የሚሞሉ ቅንጣቶች ክብደት የአቶምን ብዛት የሚወስን አካል ነው። ፕሮቶን እና ኒውትሮን የጋራ ስም አላቸው - ኑክሊዮኖች። የአንድ አቶም ክብደት የሚወሰነው ቁጥራቸው ነው, እሱም የኒውክሊየስ የጅምላ ቁጥር ይባላል. በአንድ አቶም ውስጥ ያሉትን ኤሌክትሮኖች ቁጥር በ z ፊደል ጠቁመናል፣ ነገር ግን ገለልተኛ ስለሆነ፣ የአዎንታዊ እና አሉታዊ ቅንጣቶች ብዛት መመሳሰል አለበት። ስለዚህ፣ የፕሮቶን ወይም የቻርጅ ቁጥር ተብሎም ይጠራል።}

የጅምላ እና ቻርጅ ቁጥሩን ካወቅን የኒውትሮን ብዛት N. N=A -z ማግኘት እንችላለን። በኒውክሊየስ ውስጥ ስንት ኑክሊዮኖች እና ፕሮቶኖች እንዳሉ እንዴት ማወቅ ይቻላል? በፔሪዲክ ሠንጠረዥ ውስጥ ከእያንዳንዱ ኤለመንት ቀጥሎ ኬሚስቶች አንጻራዊ የአቶሚክ ክብደት ብለው የሚጠሩት ቁጥር አለ።

ከሰበሰብነው ከምንም በላይ አናገኝም።የጅምላ ቁጥር ወይም በኒውክሊየስ (A) ውስጥ ያሉ ኒውክሊዮኖች ቁጥር. የአንድ ንጥረ ነገር አቶሚክ ቁጥር የፕሮቶኖች (z) ቁጥር ነው። A እና z ማወቅ, N ን ማግኘት ቀላል ነው - የኒውትሮኖች ብዛት. አቶም ገለልተኛ ከሆነ የኤሌክትሮኖች እና የፕሮቶኖች ብዛት እኩል ነው።

ኢሶቶፕስ

የፕሮቶን ብዛት ተመሳሳይ የሆነባቸው የኒውክሊየስ ዓይነቶች አሉ ነገር ግን የኒውትሮኖች ብዛት ሊለያይ ይችላል (ተመሳሳይ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር ማለት ነው)። ኢሶቶፕስ ተብለው ይጠራሉ. በተፈጥሮ ውስጥ, የተለያዩ አይነት አተሞች ይደባለቃሉ, ስለዚህ ኬሚስቶች አማካይ ክብደት ይለካሉ. ለዚህም ነው በጊዜ ሰንጠረዥ ውስጥ የአንድ አቶም አንጻራዊ ክብደት ሁልጊዜ ክፍልፋይ ቁጥር የሚሆነው። ኤሌክትሮን ከእሱ ከተወገደ ወይም በተቃራኒው አንድ ተጨማሪ ከተቀመጠ ገለልተኛ አቶም ምን እንደሚሆን እንወቅ።

Ions

ገለልተኛ የሊቲየም አቶምን አስቡ። ኒውክሊየስ አለ, ሁለት ኤሌክትሮኖች በአንድ ሼል ላይ እና ሶስት በሌላኛው ላይ ይገኛሉ. ከመካከላቸው አንዱን ከወሰድን, አዎንታዊ ኃይል ያለው ኒውክሊየስ እናገኛለን. q_ኮሮች =3ኛ። ኤሌክትሮኖች ከሦስቱ የመጀመሪያ ደረጃ ክፍያዎች ሁለቱን ብቻ ይከፍላሉ, እና አዎንታዊ ion እናገኛለን. እንደሚከተለው ተሰይሟል፡ ሊ⁺። ion የኤሌክትሮኖች ቁጥር በኒውክሊየስ ውስጥ ካሉት ፕሮቶኖች ያነሰ ወይም የበለጠ የሆነበት አቶም ነው። በመጀመሪያው ሁኔታ, አዎንታዊ ion ነው. ተጨማሪ ኤሌክትሮን ከጨመርን አራቱ ይሆናሉ እና አሉታዊ ion (ሊ^{-) እናገኛለን። የቁስ አካል አወቃቀር ፊዚክስ እንደዚህ ነው። ስለዚህ፣ ገለልተኛ አቶም ከአይዮን የሚለየው በውስጡ ያሉት ኤሌክትሮኖች የኒውክሊየስን ክፍያ ሙሉ በሙሉ በማካካስ ነው።}