Preguntes "En què consisteix la matèria?", "Quina és la naturalesa de la matèria?" sempre ha ocupat la humanitat. Des de l'antiguitat, filòsofs i científics han estat buscant respostes a aquestes preguntes, creant teories i hipòtesis tant realistes com completament sorprenents i fantàstiques. No obstant això, literalment fa un segle, la humanitat va estar el més a prop possible de desentranyar aquest misteri descobrint l'estructura atòmica de la matèria. Però quina és la composició del nucli d'un àtom? De què està fet tot?
De la teoria a la realitat
A principis del segle XX, l'estructura atòmica havia deixat de ser només una hipòtesi, però s'havia convertit en un fet absolut. Va resultar que la composició del nucli d'un àtom és un concepte molt complex. Conté càrregues elèctriques. Però va sorgir la pregunta: la composició de l'àtom i el nucli atòmic inclouen quantitats diferents d'aquestes càrregues o no?
Model planetari
Inicialment, es pensava que l'àtom estava construït molt semblant al nostre sistema solar. malgrat aixòRàpidament va resultar que aquesta visió no era del tot correcta. El problema d'una transferència purament mecànica de l'escala astronòmica de la imatge a una àrea que ocupa milionèsimes de mil·límetre ha provocat un canvi significatiu i espectacular en les propietats i qualitats dels fenòmens. La diferència principal eren les lleis i regles molt més estrictes amb les quals es construeix l'àtom.
Inconvenients del model planetari
En primer lloc, com que els àtoms del mateix tipus i element han de ser exactament iguals quant a paràmetres i propietats, les òrbites dels electrons d'aquests àtoms també han de ser les mateixes. Tanmateix, les lleis del moviment dels cossos astronòmics no podien donar respostes a aquestes preguntes. La segona contradicció rau en el fet que el moviment d'un electró al llarg de l'òrbita, si s'hi apliquen lleis físiques ben estudiades, ha d'anar necessàriament acompanyat d'un alliberament permanent d'energia. Com a resultat, aquest procés portaria a l'esgotament de l'electró, que finalment s'extingiria i fins i tot cauria al nucli.
Estructura de l'ona marei
L'any 1924, el jove aristòcrata Louis de Broglie va presentar una idea que va canviar les idees de la comunitat científica sobre qüestions com l'estructura de l'àtom, la composició dels nuclis atòmics. La idea era que un electró no és només una bola en moviment que gira al voltant del nucli. Es tracta d'una substància borrosa que es mou segons lleis semblants a la propagació de les ones a l'espai. Molt ràpidament, aquesta idea es va estendre al moviment de qualsevol cosen general, explicant que només notem un costat d'aquest mateix moviment, però el segon no es manifesta realment. Podem veure la propagació de les ones i no notar el moviment de la partícula, o viceversa. De fet, aquests dos costats del moviment sempre existeixen, i la rotació d'un electró en òrbita no és només el moviment de la càrrega en si, sinó també la propagació de les ones. Aquest enfocament és fonamentalment diferent del model planetari acceptat anteriorment.
Fonamentació elemental
El nucli d'un àtom és el centre. Els electrons giren al seu voltant. Tota la resta està determinada per les propietats del nucli. Cal parlar d'un concepte com la composició del nucli d'un àtom des del punt més important: des de la càrrega. Un àtom conté un cert nombre d'electrons que porten una càrrega negativa. El nucli mateix té una càrrega positiva. D'això podem extreure certes conclusions:
- Un nucli és una partícula carregada positivament.
- Al voltant del nucli hi ha una atmosfera vibrant creada per les càrregues.
- És el nucli i les seves característiques els que determinen el nombre d'electrons en un àtom.
Propietats del nucli
El coure, el vidre, el ferro i la fusta tenen els mateixos electrons. Un àtom pot perdre un parell d'electrons o fins i tot tots. Si el nucli roman carregat positivament, llavors és capaç d'atreure la quantitat adequada de partícules carregades negativament d' altres cossos, cosa que li permetrà sobreviure. Si un àtom perd un cert nombre d'electrons, aleshores la càrrega positiva del nucli serà més gran que la resta de càrregues negatives. ATEn aquest cas, tot l'àtom adquirirà un excés de càrrega i es pot anomenar ió positiu. En alguns casos, un àtom pot atraure més electrons i després es carregarà negativament. Per tant, es pot anomenar ió negatiu.
Quant pesa un àtom?
La massa d'un àtom està determinada principalment pel nucli. Els electrons que formen l'àtom i el nucli atòmic pesen menys d'una mil·lèsima part de la massa total. Com que la massa es considera una mesura de la reserva d'energia que té una substància, aquest fet es considera increïblement important quan s'estudia una qüestió com la composició del nucli atòmic.
Radioactivitat
Les preguntes més difícils van sorgir després del descobriment dels raigs X. Els elements radioactius emeten ones alfa, beta i gamma. Però aquesta radiació ha de tenir una font. Rutherford el 1902 va demostrar que aquesta font és el propi àtom, o millor dit, el nucli. D' altra banda, la radioactivitat no és només l'emissió de raigs, sinó també la conversió d'un element en un altre, amb propietats químiques i físiques completament noves. És a dir, la radioactivitat és un canvi al nucli.
Què sabem sobre l'estructura nuclear?
Fa gairebé cent anys, el físic Prout va plantejar la idea que els elements de la taula periòdica no són formes aleatòries, sinó que són combinacions d'àtoms d'hidrogen. Per tant, es podria esperar que tant les càrregues com les masses dels nuclis s'expressessin en termes de càrregues enteres i múltiples del propi hidrogen. Tanmateix, això no és del tot cert. Estudiant les propietats de l'atòmicnuclis amb l'ajuda de camps electromagnètics, el físic Aston va establir que els elements els pesos atòmics dels quals no eren nombres enters i múltiples, de fet, són una combinació de diferents àtoms, i no una substància. En tots els casos en què el pes atòmic no és un nombre enter, observem una barreja de diferents isòtops. Què és això? Si parlem de la composició del nucli d'un àtom, els isòtops són àtoms amb la mateixa càrrega, però amb masses diferents.
Einstein i el nucli de l'àtom
La teoria de la relativitat diu que la massa no és una mesura per la qual es determina la quantitat de matèria, sinó una mesura de l'energia que posseeix la matèria. En conseqüència, la matèria es pot mesurar no per la massa, sinó per la càrrega que forma aquesta matèria i l'energia de la càrrega. Quan la mateixa càrrega s'acosta a una altra de la mateixa, l'energia augmentarà, sinó disminuirà. Això, per descomptat, no significa un canvi de matèria. En conseqüència, des d'aquesta posició, el nucli d'un àtom no és una font d'energia, sinó més aviat un residu després del seu alliberament. Per tant, hi ha una certa contradicció.
Neutrons
Els Curies, quan van ser bombardejats amb partícules alfa de beril·li, van descobrir uns raigs incomprensibles que, xocant amb el nucli d'un àtom, el repel·leixen amb gran força. No obstant això, són capaços de passar per un gran gruix de matèria. Aquesta contradicció es va resoldre pel fet que la partícula donada va resultar tenir una càrrega elèctrica neutra. En conseqüència, es va anomenar neutró. Gràcies a més investigacions, va resultar que la massa del neutró és gairebé la mateixa que la del protó. En termes generals, el neutró i el protó són increïblement semblants. Amb consideracióA partir d'aquest descobriment va ser definitivament possible establir que la composició del nucli d'un àtom inclou tant protons com neutrons, i en quantitats iguals. Tot va anar anant al seu lloc a poc a poc. El nombre de protons és el nombre atòmic. El pes atòmic és la suma de les masses de neutrons i protons. Un isòtop també es pot anomenar un element en el qual el nombre de neutrons i protons no serà igual entre si. Com s'ha comentat anteriorment, en aquest cas, tot i que l'element segueix essent essencialment el mateix, les seves propietats poden canviar substancialment.
