Care sunt nucleonii și ce pot fi construiți din ele?

Mijlocul secolului trecut a marcat nașterea unei noi ere în istoria omenirii. Epoca de piatră a fost înlocuită odată cu una de bronz, apoi au continuat perioadele de domnie de fier, abur și electricitate. Acum suntem la începutul erei atomului. Chiar și cunoașterea superficială în domeniul structurii nucleului atomic deschide orizonturi fără precedent pentru omenire.

Ce știm despre nucleul atomic? Faptul că este de 99,99% din masa întregului atom și constă din particule numite în mod obișnuit nucleoni. Care sunt nucleonii, câți dintre ei, ceea ce sunt, este acum cunoscut tuturor elevilor de liceu, care au un solid patru în fizică.

Cum ne imaginăm structura unui atom

Din păcate, nu va exista în curând o tehnică care ne permite să vedem particulele care alcătuiesc atomul, nucleul atomic. Pentru modul în care este aranjată materia, există mii de întrebări și există, de asemenea, multe teorii despre structura particulelor elementare. Până în prezent, teoria care răspunde majorității întrebărilor este un model planetar al structurii atomului.

Potrivit acesteia, în jurul nucleului încărcat pozitiv există rotirea electronilor încărcați negativ, susținute de atracția electrică. Și care sunt nucleonii? Faptul este că nucleul nu este monolit, constă în protoni și neutroni încărcați pozitiv - particule cu încărcare zero. Aici sunt ele, particulele din care este construit nucleul atomic și este obișnuit să le numim nucleoni.

De unde a venit această teorie, dacă particulele sunt atât de mici? Oamenii de știință au ajuns la concluzia despre structura planetară a atomului, direcționând fasciculele de microparticule pe cele mai fine plăci de metale.

Care sunt dimensiunile sale

Cunoașterea structurii atomului nu va fi completă decât dacă cineva își poate imagina elementele pe o scară. Nucleul este extrem de mic chiar și în comparație cu atomul însuși. Dacă îți atragi imaginația un atom, de exemplu, din aur, sub forma unui balon uriaș de 200 de metri în diametru, atunci nucleul său va fi doar un Heillip-Hazel. Dar ce sunt nucleonii și de ce joacă un rol atât de important? Da, dacă numai pentru că în ele este concentrată întreaga masă a atomului.

În cuiburile laturii cristaline, atomii de aur sunt destul de densi, astfel încât distanța dintre "nucile" vecine în scala pe care am adoptat-o ​​va fi de aproximativ 250-300 de metri.

protoni

Oamenii de știință au suspectat de mult că nucleul unui atom nu este o substanță monolit. În mod ciudat lovit de magnitudinea masei și încărcăturii, în creștere "pașii" de la un element chimic la altul. Era logic să presupunem că există anumite particule cu o sarcină fixă ​​fixă, din care nucleele tuturor atomilor sunt "tipărite". Câți nucleoni de încărcare pozitivă sunt prezenți în nucleu, la fel și încărcarea sa.

Ipoteze despre structura complexă a nucleului atomic s-au făcut chiar și în perioada în care Mendeleev a construit tabelul său periodic de elemente. Cu toate acestea, nu existau posibilități tehnice de confirmare experimentală a presupunerilor la momentul respectiv. Numai la începutul secolului al XX-lea Ernest Rutherford a fost stabilit un experiment care a confirmat existența unui proton.

Ca rezultat al expunerii la o substanță prin radiații de metale radioactive, din când în când apar o particulă - o copie a nucleului atomului de hidrogen. Avea aceeași greutate (1,67 ∙ 10^-27 kg) și o încărcătură atomică de +1.

neutron

Concluzia privind necesitatea căutării unei alte particule, numită în absență de un neutron, a venit rapid. Deoarece întrebarea, cât de mulți nucleoni din nucleu și ceea ce sunt, se află în creșterea neuniformă a masei și încărcăturii cu o schimbare a numărului de ordine al elementului. Rutherford a făcut ipoteza existenței unui dublu al unui proton cu taxă zero, dar el nu a putut confirma presupunerea.

În general, oamenii de știință din domeniul nuclear au fost deja conștienți de ceea ce reprezintă nucleonii și compoziția cantitativă a nucleelor ​​atomice. Particula evazivă, până nu a fost găsită de nimeni experimental, aștepta timpul. Se consideră că inițiatorul acestuia este James Chadwick, care a reușit să separe "invizibilul" de substanță, supunându-i bombardamentului cu nucleele de heliu (particule alfa) dispersate la viteze ultrahigh. Masa particulei, așa cum era de așteptat, sa dovedit a fi egală cu masa protonului descoperit mai devreme. Potrivit cercetărilor moderne, neutronul este ușor mai greu.

Mai mult despre "cărămizile" nucleului atomic

Nu este dificil să se calculeze numărul de nucleoni din nucleul unui element chimic sau al izotopului său. Pentru aceasta, sunt necesare două lucruri: masa lui Mendeleev și un calculator, deși pot fi numărate în minte. Un exemplu sunt doi izotopi obișnuiți ai uraniului: 235 și 238. Aceste numere reprezintă masa atomică. Numărul ordinal al uraniului este de 92, acesta denotă întotdeauna încărcarea nucleului.

După cum se știe, nucleonii din nucleul unui atom pot fi fie protoni încărcați pozitiv, fie neutroni de aceeași masă, dar fără încărcătură. Numărul ordinal 92 indică numărul din miezul protonului. Numărul de neutroni se calculează prin scăderea simplă:

• - uraniu 235, numărul de neutroni = 235 - 92 = 143;
• - uraniu 238, numărul de neutroni = 238 - 92 = 146.

Și câte nucleoni pot fi asamblate la un moment dat? Se crede că, la un moment dat în viața de stele, cu o masă suficientă pentru ca o reacție termonucleară nu mai este în măsură să conțină forța gravitațională, presiunea în măruntaiele corpurilor de iluminat este crescut atât de mult încât „cleiurile“ electronii protonilor. Ca urmare, încărcarea devine zero, iar perechea de protoni-electroni devine un neutron. Substanța rezultată, constând în neutroni "presați", este extrem de densă.

O stea care cântărește în Soarele nostru se transformă într-o minge cu câțiva zeci de kilometri în diametru. O lingurita de astfel de "terci de neutroni" ar putea canta cateva sute de tone pe Pamant.