Ένα χαρακτηριστικό της ραδιενεργής μόλυνσης, σε αντίθεση με τη μόλυνση από άλλους ρύπους, είναι ότι δεν είναι το ίδιο το ραδιονουκλίδιο (ρύπος) που έχει επιβλαβή επίδραση στον άνθρωπο και τα περιβαλλοντικά αντικείμενα, αλλά η ακτινοβολία, η πηγή της οποίας είναι.

Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις που ένα ραδιονουκλίδιο είναι τοξικό στοιχείο. Για παράδειγμα, μετά από ένα ατύχημα Πυρηνικός σταθμός του Τσερνομπίλσε περιβάλλονπλουτώνιο 239, 242 Pu πετάχτηκαν με σωματίδια πυρηνικού καυσίμου. Εκτός από το γεγονός ότι το πλουτώνιο είναι ένας εκπομπός άλφα και αποτελεί σημαντικό κίνδυνο όταν εισέρχεται στο σώμα, το ίδιο το πλουτώνιο είναι ένα τοξικό στοιχείο.

Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιούνται δύο ομάδες ποσοτικών δεικτών: 1) για την εκτίμηση της περιεκτικότητας σε ραδιονουκλεΐδια και 2) για την αξιολόγηση της επίδρασης της ακτινοβολίας σε ένα αντικείμενο.
Δραστηριότητα- ένα ποσοτικό μέτρο της περιεκτικότητας σε ραδιονουκλεΐδια στο αντικείμενο που αναλύθηκε. Η δραστηριότητα καθορίζεται από τον αριθμό των ραδιενεργών διασπάσεων των ατόμων ανά μονάδα χρόνου. Η μονάδα δραστηριότητας SI είναι το Becquerel (Bq) ίσο με μία αποσύνθεση ανά δευτερόλεπτο (1Bq = 1 διάσπαση/s). Μερικές φορές χρησιμοποιείται μια μονάδα μέτρησης δραστηριότητας εκτός συστήματος - Curie (Ci); 1Ci = 3,7 × 1010 Bq.

Δόση ακτινοβολίαςείναι ένα ποσοτικό μέτρο της επίδρασης της ακτινοβολίας σε ένα αντικείμενο.
Λόγω του γεγονότος ότι η επίδραση της ακτινοβολίας σε ένα αντικείμενο μπορεί να εκτιμηθεί σε διαφορετικά επίπεδα: φυσικό, χημικό, βιολογικό. σε επίπεδο μεμονωμένων μορίων, κυττάρων, ιστών ή οργανισμών κ.λπ., χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι δόσεων: απορροφημένο, αποτελεσματικό ισοδύναμο, έκθεση.

Για να εκτιμηθεί η μεταβολή της δόσης της ακτινοβολίας με την πάροδο του χρόνου, χρησιμοποιείται ο δείκτης «ρυθμός δόσης». Ρυθμός δόσηςείναι η αναλογία δόσης προς χρόνο. Για παράδειγμα, ο ρυθμός δόσης εξωτερικής έκθεσης από φυσικές πηγές ακτινοβολίας στη Ρωσία είναι 4-20 μR/h.

Το κύριο πρότυπο για τον άνθρωπο - το κύριο όριο δόσης (1 mSv / έτος) - εισάγεται σε μονάδες της αποτελεσματικής ισοδύναμης δόσης. Υπάρχουν πρότυπα σε μονάδες δραστηριότητας, επίπεδα ρύπανσης γης, VDU, GWP, SanPiN κ.λπ.

Η δομή του ατομικού πυρήνα.

Το άτομο είναι μικρότερο σωματίδιοένα χημικό στοιχείο που διατηρεί όλες τις ιδιότητές του. Στη δομή του, ένα άτομο είναι ένα σύνθετο σύστημα που αποτελείται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα πολύ μικρού μεγέθους (10 -13 cm) που βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε διάφορες τροχιές. Το αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων είναι ίσο με το θετικό φορτίο του πυρήνα, ενώ γενικά αποδεικνύεται ηλεκτρικά ουδέτερο.

Οι ατομικοί πυρήνες αποτελούνται από νουκλεόνια -πυρηνικά πρωτόνια ( Ζ-αριθμός πρωτονίων) και πυρηνικά νετρόνια (Ν είναι ο αριθμός των νετρονίων). Τα «πυρηνικά» πρωτόνια και νετρόνια διαφέρουν από τα σωματίδια σε ελεύθερη κατάσταση. Για παράδειγμα, ένα ελεύθερο νετρόνιο, σε αντίθεση με ένα δεσμευμένο σε έναν πυρήνα, είναι ασταθές και μετατρέπεται σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο.

Ο αριθμός των νουκλεονίων Am (μαζικός αριθμός) είναι το άθροισμα των αριθμών των πρωτονίων και των νετρονίων: Am = Ζ + Ν.

Πρωτόνιο -στοιχειώδες σωματίδιο οποιουδήποτε ατόμου, έχει θετικό φορτίο ίσο με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο κέλυφος ενός ατόμου καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα.

Νετρόνιο -ένα άλλο είδος πυρηνικών σωματιδίων όλων των στοιχείων. Απουσιάζει μόνο στον πυρήνα του ελαφρού υδρογόνου, που αποτελείται από ένα πρωτόνιο. Δεν έχει φορτίο και είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Στον ατομικό πυρήνα τα νετρόνια είναι σταθερά, ενώ στην ελεύθερη κατάσταση είναι ασταθή. Ο αριθμός των νετρονίων στους πυρήνες των ατόμων του ίδιου στοιχείου μπορεί να κυμαίνεται, επομένως ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα δεν χαρακτηρίζει το στοιχείο.

Τα νουκλεόνια (πρωτόνια + νετρόνια) συγκρατούνται μέσα στον ατομικό πυρήνα από τις πυρηνικές δυνάμεις έλξης. Οι πυρηνικές δυνάμεις είναι 100 φορές ισχυρότερες από τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις και επομένως κρατούν παρόμοια φορτισμένα πρωτόνια μέσα στον πυρήνα. Οι πυρηνικές δυνάμεις εκδηλώνονται μόνο σε πολύ μικρές αποστάσεις (10 -13 cm), αποτελούν τη δυναμική ενέργεια δέσμευσης του πυρήνα, η οποία απελευθερώνεται μερικώς κατά τη διάρκεια ορισμένων μετασχηματισμών, περνά σε κινητική ενέργεια.

Για άτομα που διαφέρουν στη σύνθεση του πυρήνα, χρησιμοποιείται το όνομα "νουκλίδια" και για ραδιενεργά άτομα - "ραδιονουκλίδια".

Νουκλίδιακαλούμε άτομα ή πυρήνες με δεδομένο αριθμό νουκλεονίων και δεδομένο φορτίο του πυρήνα (νουκλεϊδιο χαρακτηρισμός A X).

Τα νουκλεΐδια που έχουν τον ίδιο αριθμό νουκλεονίων (Am = const) ονομάζονται ισοβαρείς.Για παράδειγμα, τα νουκλεΐδια 96 Sr, 96 Y, 96 Zr ανήκουν σε μια σειρά ισοβαρών με αριθμό νουκλεονίων Am = 96.

Νουκλίδια που έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων (Ζ= const) καλούνται ισότοπα.Διαφέρουν μόνο στον αριθμό των νετρονίων, επομένως ανήκουν στο ίδιο στοιχείο: 234 U , 235 U, 236 U , 238 U .

ισότοπα- νουκλεΐδια με τον ίδιο αριθμό νετρονίων (N = Am -Z = const). Νουκλίδια: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca ανήκουν στη σειρά ισοτόπων με 20 νετρόνια.

Τα ισότοπα συνήθως συμβολίζονται ως Z X M, όπου το X είναι το σύμβολο ενός χημικού στοιχείου. M - μαζικός αριθμός, ίσο με το άθροισματον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα· Z είναι ο ατομικός αριθμός ή φορτίο του πυρήνα, ίσο με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Δεδομένου ότι κάθε χημικό στοιχείο έχει τον δικό του μόνιμο ατομικό αριθμό, συνήθως παραλείπεται και περιορίζεται στην εγγραφή μόνο του μαζικού αριθμού, για παράδειγμα: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr, κ.λπ.

Τα άτομα του πυρήνα που έχουν τους ίδιους αριθμούς μάζας, αλλά διαφορετικά φορτία και, κατά συνέπεια, διαφορετικές ιδιότητες ονομάζονται "ισότοπα", για παράδειγμα, ένα από τα ισότοπα φωσφόρου έχει αριθμό μάζας 32 - 15 Р 32, ένα από τα ισότοπα θείου έχει τον ίδιο μαζικό αριθμό - 16 S 32 .

Τα νουκλίδια μπορεί να είναι σταθερά (αν οι πυρήνες τους είναι σταθεροί και δεν διασπώνται) ή ασταθή (αν οι πυρήνες τους είναι ασταθείς και υφίστανται αλλαγές που τελικά αυξάνουν τη σταθερότητα του πυρήνα). Ονομάζονται ασταθείς ατομικοί πυρήνες που μπορούν να διασπαστούν αυθόρμητα ραδιονουκλεΐδια.Το φαινόμενο της αυθόρμητης διάσπασης του πυρήνα ενός ατόμου, που συνοδεύεται από εκπομπή σωματιδίων και (ή) ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, λέγεται ραδιοενέργεια.

Ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής διάσπασης, τόσο ένα σταθερό όσο και ένα ραδιενεργό ισότοπο μπορούν να σχηματιστούν, με τη σειρά τους, που διασπώνται αυθόρμητα. Τέτοιες αλυσίδες ραδιενεργών στοιχείων που συνδέονται με μια σειρά πυρηνικών μετασχηματισμών ονομάζονται ραδιενεργών οικογενειών.

Επί του παρόντος IURAC ( διεθνής ένωσηθεωρητική και εφαρμοσμένη χημεία) ονόμασε επίσημα 109 χημικά στοιχεία. Από αυτά, μόνο 81 έχουν σταθερά ισότοπα, το βαρύτερο από τα οποία είναι το βισμούθιο. (Ζ= 83). Για τα υπόλοιπα 28 στοιχεία, είναι γνωστά μόνο ραδιενεργά ισότοπα, με το ουράνιο (u~ 92) είναι το βαρύτερο στοιχείο που βρίσκεται στη φύση. Το μεγαλύτερο από τα φυσικά νουκλεΐδια έχει 238 νουκλεόνια. Συνολικά, η ύπαρξη περίπου 1700 νουκλιδίων από αυτά τα 109 στοιχεία έχει πλέον αποδειχθεί, με τον αριθμό των γνωστών ισοτόπων για μεμονωμένα στοιχεία να κυμαίνεται από 3 (για το υδρογόνο) έως 29 (για την πλατίνα).

ατομικό πυρήνα- Αυτό κεντρικό τμήμαένα άτομο, που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια (που ονομάζονται συλλογικά νουκλεόνια).

Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε από τον Ε. Ράδερφορντ το 1911 ενώ μελετούσε το απόσπασμα α -σωματίδια μέσω της ύλης. Αποδείχθηκε ότι σχεδόν ολόκληρη η μάζα ενός ατόμου (99,95%) είναι συγκεντρωμένη στον πυρήνα. Το μέγεθος του ατομικού πυρήνα είναι της τάξης των 10 -1 3 -10 - 12 cm, που είναι 10.000 φορές μικρότερο από το μέγεθος του κελύφους των ηλεκτρονίων.

Το πλανητικό μοντέλο του ατόμου που προτάθηκε από τον E. Rutherford και η πειραματική παρατήρησή του στους πυρήνες του υδρογόνου έπεσαν έξω α -σωματίδια από τους πυρήνες άλλων στοιχείων (1919-1920), οδήγησαν τον επιστήμονα στην ιδέα του πρωτόνιο. Ο όρος πρωτόνιο εισήχθη στις αρχές της δεκαετίας του 20 του ΧΧ αιώνα.

Proton (από τα ελληνικά. πρωτόνια- πρώτος, χαρακτήρας Π) είναι ένα σταθερό στοιχειώδες σωματίδιο, ο πυρήνας ενός ατόμου υδρογόνου.

Πρωτόνιο- ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο, του οποίου το φορτίο είναι ίσο σε απόλυτη τιμή με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου μι\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Η μάζα ενός πρωτονίου είναι 1836 φορές η μάζα ενός ηλεκτρονίου. Ηρεμία μάζα πρωτονίου m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Το δεύτερο σωματίδιο στον πυρήνα είναι νετρόνιο.

Νετρόνιο (από λατ. ουδέτερος- ούτε το ένα ούτε το άλλο, σύμβολο n) είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο που δεν έχει φορτίο, δηλαδή ουδέτερο.

Η μάζα του νετρονίου είναι 1839 φορές η μάζα του ηλεκτρονίου. Η μάζα ενός νετρονίου είναι σχεδόν ίση με (λίγο μεγαλύτερη από) αυτή ενός πρωτονίου: η υπόλοιπη μάζα ενός ελεύθερου νετρονίου m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu και υπερβαίνει τη μάζα των πρωτονίων κατά 2,5 μάζες ηλεκτρονίων. Νετρόνιο, μαζί με το πρωτόνιο με την κοινή ονομασία πρωτόνιο στον πυρήνα του ατόμουείναι μέρος του ατομικού πυρήνα.

Το νετρόνιο ανακαλύφθηκε το 1932 από τον D. Chadwig, μαθητή του E. Rutherford, κατά τη διάρκεια του βομβαρδισμού του βηρυλλίου α -σωματίδια. Η προκύπτουσα ακτινοβολία με υψηλή διεισδυτική ισχύ (ξεπέρασε ένα εμπόδιο από μολύβδινη πλάκα πάχους 10–20 cm) ενέτεινε την επίδρασή της όταν περνούσε από την πλάκα παραφίνης (βλ. εικόνα). Οι εκτιμήσεις Joliot-Curie της ενέργειας αυτών των σωματιδίων από τα ίχνη στον θάλαμο σύννεφων και πρόσθετες παρατηρήσεις κατέστησαν δυνατό να εξαλειφθεί η αρχική υπόθεση ότι αυτό γ -κβάντα. Η μεγάλη διεισδυτική δύναμη των νέων σωματιδίων, που ονομάζονται νετρόνια, εξηγείται από την ηλεκτρική τους ουδετερότητα. Εξάλλου, τα φορτισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν ενεργά με την ύλη και χάνουν γρήγορα την ενέργειά τους. Η ύπαρξη νετρονίων είχε προβλεφθεί από τον E. Rutherford 10 χρόνια πριν από τα πειράματα του D. Chadwig. Σε χτύπημα α -σωματίδια στους πυρήνες του βηρυλλίου, εμφανίζεται η ακόλουθη αντίδραση:

Εδώ είναι το σύμβολο του νετρονίου. Το φορτίο του είναι ίσο με μηδέν και η σχετική ατομική μάζα είναι περίπου ίση με ένα. Ένα νετρόνιο είναι ένα ασταθές σωματίδιο: ένα ελεύθερο νετρόνιο σε χρόνο ~ 15 λεπτών. διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο - ένα σωματίδιο χωρίς μάζα ηρεμίας.

Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου από τον J. Chadwick το 1932, ο D. Ivanenko και ο W. Heisenberg πρότειναν ανεξάρτητα μοντέλο πρωτονίου-νετρονίου (νουκλεόνιο) του πυρήνα. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Αριθμός πρωτονίων Ζσυμπίπτει με τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου στον πίνακα του D. I. Mendeleev.

Βασική χρέωση Qκαθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων Ζ, που αποτελούν μέρος του πυρήνα, και είναι πολλαπλάσιο της απόλυτης τιμής του φορτίου ηλεκτρονίου μι:

Q = + Ze.

Αριθμός Ζπου ονομάζεται αριθμός πυρηνικού φορτίουή ατομικός αριθμός.

Μαζικός αριθμός του πυρήνα ΑΛΛΑονομάζεται συνολικός αριθμός νουκλεονίων, δηλαδή πρωτονίων και νετρονίων που περιέχονται σε αυτό. Ο αριθμός των νετρονίων σε έναν πυρήνα συμβολίζεται με το γράμμα Ν. Άρα ο μαζικός αριθμός είναι:

Α = Ζ + Ν.

Στα νουκλεόνια (πρωτόνιο και νετρόνιο) αποδίδεται μαζικός αριθμός ίσος με ένα και στο ηλεκτρόνιο εκχωρείται μηδενική τιμή.

Η ιδέα της σύνθεσης του πυρήνα διευκολύνθηκε επίσης από την ανακάλυψη ισότοπα.

Ισότοπα (από την ελληνική. isosίσα, ίδια και τόποα- τόπος) - πρόκειται για ποικιλίες ατόμων του ίδιου χημικού στοιχείου, οι ατομικοί πυρήνες των οποίων έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων ( Ζ) και διαφορετικό αριθμό νετρονίων ( Ν).

Οι πυρήνες τέτοιων ατόμων ονομάζονται επίσης ισότοπα. Τα ισότοπα είναι νουκλεΐδιαένα στοιχείο. Νουκλίδιο (από λατ. πυρήνας- πυρήνας) - οποιοσδήποτε ατομικός πυρήνας (αντίστοιχα, άτομο) με δεδομένους αριθμούς Ζκαι Ν. Γενικός προσδιορισμόςτα νουκλίδια έχουν τη μορφή ……. που Χ- σύμβολο ενός χημικού στοιχείου, Α=Ζ+Ν- μαζικός αριθμός.

Τα ισότοπα καταλαμβάνουν την ίδια θέση στον Περιοδικό Πίνακα των Στοιχείων, εξ ου και το όνομά τους. Από τις πυρηνικές του ιδιότητες (για παράδειγμα, από την ικανότητα να εισχωρεί σε πυρηνικές αντιδράσεις) τα ισότοπα, κατά κανόνα, διαφέρουν σημαντικά. Οι χημικές (και σχεδόν εξίσου φυσικές) ιδιότητες των ισοτόπων είναι οι ίδιες. Αυτό εξηγείται από Χημικές ιδιότητεςστοιχεία καθορίζονται από το φορτίο του πυρήνα, καθώς είναι αυτός που επηρεάζει τη δομή του κελύφους ηλεκτρονίων του ατόμου.

Εξαίρεση αποτελούν τα ισότοπα ελαφρών στοιχείων. Ισότοπα υδρογόνου 1 H — protium, 2 H— δευτέριο, 3 H — τρίτιοδιαφέρουν τόσο πολύ σε μάζα που οι φυσικές και χημικές τους ιδιότητες είναι διαφορετικές. Το δευτέριο είναι σταθερό (δηλαδή, μη ραδιενεργό) και περιλαμβάνεται ως μικρή ακαθαρσία (1: 4500) στο συνηθισμένο υδρογόνο. Το δευτέριο συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει βαρύ νερό. Βράζει σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση στους 101,2°C και παγώνει στους +3,8°C. Τρίτιο β είναι ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής περίπου 12 χρόνια.

Ολοι έχουν χημικά στοιχείαυπάρχουν ισότοπα. Ορισμένα στοιχεία έχουν μόνο ασταθή (ραδιενεργά) ισότοπα. Για όλα τα στοιχεία, έχουν ληφθεί τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα.

Ισότοπα ουρανίου.Το στοιχείο ουράνιο έχει δύο ισότοπα - με αριθμούς μάζας 235 και 238. Το ισότοπο είναι μόνο το 1/140 του πιο συνηθισμένου.

Όπως γνωρίζετε, οτιδήποτε υλικό στο Σύμπαν αποτελείται από άτομα. Ένα άτομο είναι η μικρότερη μονάδα ύλης που φέρει τις ιδιότητές της. Με τη σειρά του, η δομή ενός ατόμου αποτελείται από μια μαγική τριάδα μικροσωματιδίων: πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια.

Επιπλέον, κάθε ένα από τα μικροσωματίδια είναι καθολικό. Δηλαδή, δεν μπορείτε να βρείτε δύο διαφορετικά πρωτόνια, νετρόνια ή ηλεκτρόνια στον κόσμο. Όλοι τους μοιάζουν απόλυτα μεταξύ τους. Και οι ιδιότητες του ατόμου θα εξαρτηθούν μόνο από την ποσοτική σύνθεση αυτών των μικροσωματιδίων γενική δομήάτομο.

Για παράδειγμα, η δομή ενός ατόμου υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Στη συνέχεια σε πολυπλοκότητα, το άτομο ηλίου αποτελείται από δύο πρωτόνια, δύο νετρόνια και δύο ηλεκτρόνια. Ένα άτομο λιθίου αποτελείται από τρία πρωτόνια, τέσσερα νετρόνια και τρία ηλεκτρόνια κ.λπ.

Δομή των ατόμων (από αριστερά προς τα δεξιά): υδρογόνο, ήλιο, λίθιο

Τα άτομα συνδυάζονται σε μόρια και τα μόρια συνδυάζονται σε ουσίες, μέταλλα και οργανισμούς. Το μόριο DNA, το οποίο είναι η βάση όλης της ζωής, είναι μια δομή που συναρμολογείται από τα ίδια τρία μαγικά δομικά στοιχεία του σύμπαντος όπως η πέτρα που βρίσκεται στο δρόμο. Αν και αυτή η δομή είναι πολύ πιο περίπλοκη.

Ακόμα περισσότερο καταπληκτικά γεγονόταανοιχτό όταν προσπαθούμε να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις αναλογίες και τη δομή του ατομικού συστήματος. Είναι γνωστό ότι ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω του κατά μήκος μιας τροχιάς που περιγράφει μια σφαίρα. Δηλαδή, δεν μπορεί καν να ονομαστεί κίνημα με τη συνήθη έννοια του όρου. Το ηλεκτρόνιο βρίσκεται μάλλον παντού και αμέσως μέσα σε αυτή τη σφαίρα, δημιουργώντας ένα σύννεφο ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα και σχηματίζοντας ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Σχηματικές αναπαραστάσεις της δομής του ατόμου

Ο πυρήνας ενός ατόμου αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια και σχεδόν ολόκληρη η μάζα του συστήματος είναι συγκεντρωμένη σε αυτόν. Αλλά ταυτόχρονα, ο ίδιος ο πυρήνας είναι τόσο μικρός που αν αυξήσετε την ακτίνα του σε κλίμακα 1 cm, τότε η ακτίνα ολόκληρης της δομής του ατόμου θα φτάσει τις εκατοντάδες μέτρα. Έτσι, οτιδήποτε αντιλαμβανόμαστε ως πυκνή ύλη αποτελείται από περισσότερο από το 99% των ενεργειακών δεσμών μεταξύ των φυσικών σωματιδίων μόνο και λιγότερο από το 1% των ίδιων των φυσικών μορφών.

Ποιες είναι όμως αυτές οι φυσικές μορφές; Από τι είναι φτιαγμένα και πόσο υλικό είναι; Για να απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις δομές των πρωτονίων, των νετρονίων και των ηλεκτρονίων. Έτσι, κατεβαίνουμε ένα ακόμη βήμα στα βάθη του μικρόκοσμου - στο επίπεδο των υποατομικών σωματιδίων.

Από τι αποτελείται ένα ηλεκτρόνιο;

Το μικρότερο σωματίδιο ενός ατόμου είναι ένα ηλεκτρόνιο. Ένα ηλεκτρόνιο έχει μάζα αλλά όχι όγκο. Κατά την επιστημονική άποψη, το ηλεκτρόνιο δεν αποτελείται από τίποτα, αλλά είναι ένα σημείο χωρίς δομή.

Ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να δει στο μικροσκόπιο. Παρατηρείται μόνο με τη μορφή ενός νέφους ηλεκτρονίων, που μοιάζει με μια ασαφή σφαίρα γύρω από τον ατομικό πυρήνα. Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να πούμε με ακρίβεια πού βρίσκεται το ηλεκτρόνιο σε μια χρονική στιγμή. Οι συσκευές μπορούν να συλλάβουν όχι το ίδιο το σωματίδιο, αλλά μόνο το ενεργειακό του ίχνος. Η ουσία του ηλεκτρονίου δεν είναι ενσωματωμένη στην έννοια της ύλης. Είναι μάλλον σαν μια κενή μορφή που υπάρχει μόνο μέσα και μέσω της κίνησης.

Δεν έχει βρεθεί ακόμη δομή στο ηλεκτρόνιο. Είναι το ίδιο σημειακό σωματίδιο με το κβάντο της ενέργειας. Στην πραγματικότητα, ένα ηλεκτρόνιο είναι ενέργεια, ωστόσο, αυτή είναι η πιο σταθερή του μορφή από αυτή που αντιπροσωπεύεται από φωτόνια φωτός.

Αυτή τη στιγμή, το ηλεκτρόνιο θεωρείται αδιαίρετο. Αυτό είναι κατανοητό, γιατί είναι αδύνατο να διαιρεθεί κάτι που δεν έχει όγκο. Ωστόσο, υπάρχουν ήδη εξελίξεις στη θεωρία, σύμφωνα με τις οποίες η σύνθεση ενός ηλεκτρονίου περιέχει μια τριάδα τέτοιων οιονεί σωματιδίων όπως:

• Orbiton - περιέχει πληροφορίες σχετικά με την τροχιακή θέση του ηλεκτρονίου.
• Spinon - υπεύθυνος για το σπινάρισμα ή τη ροπή.
• Holon - μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

Ωστόσο, όπως βλέπουμε, τα οιονεί σωματίδια δεν έχουν απολύτως τίποτα κοινό με την ύλη και φέρουν μόνο πληροφορίες.

Φωτογραφίες ατόμων διαφορετικών ουσιών σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

Είναι ενδιαφέρον ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να απορροφήσει ενεργειακά κβάντα, όπως φως ή θερμότητα. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο μετακινείται σε ένα νέο ενεργειακό επίπεδο και τα όρια του νέφους ηλεκτρονίων επεκτείνονται. Συμβαίνει επίσης ότι η ενέργεια που απορροφάται από ένα ηλεκτρόνιο είναι τόσο μεγάλη που μπορεί να πηδήξει έξω από το ατομικό σύστημα και να συνεχίσει την κίνησή του ως ανεξάρτητο σωματίδιο. Ταυτόχρονα, συμπεριφέρεται σαν φωτόνιο φωτός, δηλαδή φαίνεται να παύει να είναι σωματίδιο και αρχίζει να εμφανίζει τις ιδιότητες ενός κύματος. Αυτό έχει αποδειχθεί σε ένα πείραμα.

Το πείραμα του Young

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ένα ρεύμα ηλεκτρονίων κατευθύνθηκε σε μια οθόνη με δύο σχισμές κομμένες σε αυτό. Περνώντας μέσα από αυτές τις σχισμές, τα ηλεκτρόνια συγκρούστηκαν με την επιφάνεια μιας άλλης οθόνης προβολής, αφήνοντας το σημάδι τους πάνω της. Ως αποτέλεσμα αυτού του «βομβαρδισμού» από ηλεκτρόνια, εμφανίστηκε ένα μοτίβο παρεμβολής στην οθόνη προβολής, παρόμοιο με αυτό που θα εμφανιζόταν εάν τα κύματα, αλλά όχι τα σωματίδια, περνούσαν από δύο σχισμές.

Ένα τέτοιο μοτίβο συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι το κύμα, που διέρχεται μεταξύ των δύο σχισμών, χωρίζεται σε δύο κύματα. Ως αποτέλεσμα περαιτέρω κίνησης, τα κύματα επικαλύπτονται μεταξύ τους και σε ορισμένες περιοχές αλληλοεξουδετερώνονται. Ως αποτέλεσμα, έχουμε πολλές λωρίδες στην οθόνη προβολής, αντί για μία, όπως θα ήταν αν το ηλεκτρόνιο συμπεριφερόταν σαν σωματίδιο.

Η δομή του πυρήνα ενός ατόμου: πρωτόνια και νετρόνια

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν τον πυρήνα ενός ατόμου. Και παρά το γεγονός ότι στον συνολικό όγκο ο πυρήνας καταλαμβάνει λιγότερο από 1%, είναι σε αυτή τη δομή που συγκεντρώνεται σχεδόν ολόκληρη η μάζα του συστήματος. Αλλά σε βάρος της δομής των πρωτονίων και των νετρονίων, οι φυσικοί διχάζονται στις απόψεις, και αυτή τη στιγμή υπάρχουν δύο θεωρίες ταυτόχρονα.

• Θεωρία #1 - Πρότυπο

Το Καθιερωμένο Μοντέλο λέει ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από τρία κουάρκ που συνδέονται με ένα νέφος γκλουονίων. Τα κουάρκ είναι σημειακά σωματίδια, όπως τα κβάντα και τα ηλεκτρόνια. Και τα γκλουόνια είναι εικονικά σωματίδια που εξασφαλίζουν την αλληλεπίδραση των κουάρκ. Ωστόσο, ούτε κουάρκ ούτε γκλουόνια έχουν βρεθεί στη φύση, επομένως αυτό το μοντέλο υπόκειται σε αυστηρή κριτική.

• Θεωρία #2 - Εναλλακτική

Αλλά σύμφωνα με την εναλλακτική θεωρία του ενοποιημένου πεδίου που αναπτύχθηκε από τον Αϊνστάιν, το πρωτόνιο, όπως το νετρόνιο, όπως και κάθε άλλο σωματίδιο του φυσικού κόσμου, είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται με την ταχύτητα του φωτός.

Ηλεκτρομαγνητικά πεδία του ανθρώπου και του πλανήτη

Ποιες είναι οι αρχές της δομής του ατόμου;

Τα πάντα στον κόσμο - λεπτά και πυκνά, υγρά, στερεά και αέρια - είναι απλώς οι ενεργειακές καταστάσεις αμέτρητων πεδίων που διαπερνούν τον χώρο του Σύμπαντος. Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο ενέργειας στο πεδίο, τόσο πιο λεπτό και λιγότερο αντιληπτό είναι. Όσο χαμηλότερο είναι το επίπεδο ενέργειας, τόσο πιο σταθερό και απτό είναι. Στη δομή του ατόμου, καθώς και στη δομή οποιασδήποτε άλλης μονάδας του Σύμπαντος, βρίσκεται η αλληλεπίδραση τέτοιων πεδίων - διαφορετικών σε ενεργειακή πυκνότητα. Αποδεικνύεται ότι η ύλη είναι μόνο μια ψευδαίσθηση του νου.

Προσθήκη ιστότοπου σε σελιδοδείκτες

Η έννοια του ατόμου. Η δομή του ατόμου και του ατομικού πυρήνα

Το άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο στοιχείο,διατηρώντας τα χαρακτηριστικά του.

άτομα διάφορα στοιχείαδιαφέρουν μεταξύ τους. Εφόσον υπάρχουν πάνω από 100 διαφορετικά στοιχεία, υπάρχουν και πάνω από 100 διάφορα είδηάτομα.

Εικόνα 1-2. Μέρη ενός ατόμου.

Κάθε άτομο έχει έναν πυρήνα , βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου. Περιέχει θετικά φορτισμένα σωματίδια - πρωτόνια και αφόρτιστα σωματίδια - νετρόνια.

Τα ηλεκτρόνια, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, περιστρέφονται γύρω από τους πυρήνες (βλ. Εικόνα 1-2).

Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου ονομάζεται ατομικός αριθμός του στοιχείου.

Ρύζι. 1-3. Ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε κελύφη γύρω από τον πυρήνα.

Οι ατομικοί αριθμοί σάς επιτρέπουν να διακρίνετε ένα στοιχείο από το άλλο. Κάθε στοιχείο έχει ατομικό βάρος. Ατομικό βάρος είναι η μάζα ενός ατόμου, η οποία καθορίζεται από τον συνολικό αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια δεν συνεισφέρουν σχεδόν καθόλου σε συνολική μάζαένα άτομο, η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι μόνο το 1/1845 της μάζας ενός πρωτονίου και μπορεί να αγνοηθεί.

Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται σε ομόκεντρες τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Κάθε τροχιά ονομάζεται κέλυφος. Αυτά τα κελύφη γεμίζονται με την ακόλουθη σειρά: το κέλυφος K συμπληρώνεται πρώτα, μετά τα L, M, N και ούτω καθεξής. (Βλ. Εικόνα 1-3). Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορούν να χωρέσουν σε κάθε φλοιό φαίνεται στο Σχ. 1-4.

Το εξωτερικό περίβλημα ονομάζεται σθένος και ο αριθμός των ηλεκτρονίων που περιέχει ονομάζεται σθένος. Όσο πιο μακριά από τον πυρήνα είναι το κέλυφος σθένους , τόσο λιγότερη έλξη από την πλευρά του πυρήνα βιώνεται από κάθε ηλεκτρόνιο σθένους. Έτσι, το δυναμικό ενός ατόμου να αποκτήσει ή να χάσει ηλεκτρόνια αυξάνεται εάν το κέλυφος σθένους δεν είναι γεμάτο και βρίσκεται αρκετά μακριά από τον πυρήνα.

Ρύζι. 1-4 και 1-5. Η σύνθεση του ατόμου.

Τα ηλεκτρόνια του κελύφους σθένους μπορούν να λάβουν ενέργεια. Εάν αυτά τα ηλεκτρόνια λαμβάνουν αρκετή ενέργεια από εξωτερικές δυνάμεις, μπορούν να εγκαταλείψουν το άτομο και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, μετακινώντας τυχαία από άτομο σε άτομο. Υλικά που περιέχουν ένας μεγάλος αριθμός απόΤα ελεύθερα ηλεκτρόνια ονομάζονται αγωγοί.

Ρύζι. 1-6. σθένος χαλκού.

Στο Σχ. 1-5 συγκρίνετε τις αγωγιμότητες διαφόρων μετάλλων που χρησιμοποιούνται ως αγωγοί . Στον πίνακα, το ασήμι, ο χαλκός και ο χρυσός έχουν σθένος 1 (βλ. Εικόνα 1-6). Ωστόσο, το ασήμι είναι καλύτερος αγωγός επειδή τα ηλεκτρόνια σθένους του είναι λιγότερο δεσμευμένα.

Οι μονωτές, σε αντίθεση με τους αγωγούς, εμποδίζουν τη ροή του ηλεκτρισμού. Οι μονωτές είναι σταθεροί λόγω του γεγονότος ότι τα ηλεκτρόνια σθένους ορισμένων ατόμων συνδέονται με άλλα άτομα, γεμίζοντας τα κελύφη σθένους τους, αποτρέποντας έτσι τον σχηματισμό ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Ρύζι. 1-7. Διηλεκτρικές ιδιότητες διάφορα υλικάχρησιμοποιείται ως μονωτικό υλικό.

Τα υλικά που ταξινομούνται ως μονωτικά συγκρίνονται στο Σχ. 1-7. Ο μίκας είναι ο καλύτερος μονωτήρας επειδή έχει τα λιγότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια στα κελύφη σθένους του.

Στα μισά της διαδρομής μεταξύ αγωγών και μονωτών βρίσκονται οι ημιαγωγοί.Οι ημιαγωγοί δεν είναι ούτε καλοί αγωγοί ούτε καλοί μονωτές, αλλά είναι σημαντικοί επειδή η αγωγιμότητά τους μπορεί να ποικίλλει από αγωγό σε μονωτή. Το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι ημιαγωγικά υλικά.

Ένα άτομο που έχει τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων και πρωτονίων λέγεται ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Ένα άτομο που δέχεται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια δεν είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Γίνεται αρνητικά φορτισμένο και ονομάζεται αρνητικό ιόν. Εάν ένα άτομο χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια, φορτίζεται θετικά και ονομάζεται θετικό ιόν. Η διαδικασία απόκτησης ή απώλειας ηλεκτρονίων ονομάζεται ιονισμός.Ο ιονισμός παίζει μεγάλο ρόλοστη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.