La structure du noyau atomique (proton, neutron, électron). Chapitre II La structure des atomes et la loi périodique

NEUTRON(n) (du lat. neutre - ni l'un ni l'autre) - une particule élémentaire avec zéro électrique. charge et masse, légèrement supérieures à la masse du proton. Avec le proton sous le nom général. Le nucléon fait partie des noyaux atomiques. H. a vrille 1/2 et obéit donc Statistiques Fermi - Dirac(est un fermion). appartient à la famille adra-nov ; possède nombre de baryons B= 1, c'est-à-dire inclus dans le groupe baryons.

Il a été découvert en 1932 par J. Chadwick, qui a montré que le rayonnement pénétrant dur résultant du bombardement des noyaux de béryllium par des particules a est constitué de particules électriquement neutres avec une masse approximativement égale à celle d'un proton. En 1932, D. D. Ivanenko et W. Heisenberg ont émis l'hypothèse que les noyaux atomiques sont constitués de protons et de H. Contrairement à la charge. particules, H. pénètre facilement dans les noyaux à n'importe quelle énergie et provoque avec une forte probabilité réactions nucléaires capturer (n,g), (n,a), (n, p) si le bilan énergétique de la réaction est positif. Probabilité d'exothermie augmente avec la décélération H. inversement proportionnelle. sa vitesse. Une augmentation de la probabilité des réactions de capture de H. lorsqu'elles sont ralenties dans des milieux contenant de l'hydrogène a été découverte par E. Fermi (E. Fermi) et ses collègues en 1934. La capacité de H. à provoquer la fission de noyaux lourds, découverte par O. Gan (O. Hahn) et F. Strassmann (F. . Strassman) en 1938 (voir fission nucléaire), a servi de base à la création d'armes nucléaires et. La particularité de l'interaction des neutrons lents avec la matière, qui ont une longueur d'onde de Broglie de l'ordre des distances atomiques (effets de résonance, diffraction, etc.), sert de base à l'utilisation généralisée des faisceaux de neutrons en physique corps solide. (Classification des H. par énergie - rapide, lente, thermique, froide, ultrafroide - voir Art. physique des neutrons.)

À l'état libre, H. est instable - il subit une désintégration B; n p + e - + v e; sa durée de vie t n = 898(14) s, l'énergie limite du spectre électronique est de 782 keV (voir Fig. désintégration bêta des neutrons). À état lié dans la composition des noyaux stables, H. est stable (selon des estimations expérimentales, sa durée de vie dépasse 10 32 ans). D'après aster. On estime que 15% de la matière visible de l'Univers est représentée par H., qui font partie des noyaux 4 He. H. est le principal. composant étoiles à neutrons. Les H. libres dans la nature sont formés dans réactions nucléaires, causée par des particules a de désintégration radioactive, rayons cosmiques et à la suite de la fission spontanée ou forcée de noyaux lourds. Arts. les sources de H. sont réacteurs nucléaires, explosions nucléaires, des accélérateurs de protons (pour cf. énergie) et d'électrons avec des cibles constituées d'éléments lourds. Les sources de faisceaux monochromatiques H. d'une énergie de 14 MeV sont de faible énergie. les accélérateurs de deutérons à cible tritium ou lithium, et à l'avenir, les installations thermonucléaires du CTS pourraient s'avérer être des sources intenses de H. (Cm. .)

Principales caractéristiques H.

Poids h. t p = 939,5731(27) MeV/c 2 = = 1,008664967(34) à. unités masse 1,675. 10 -24 G. La différence entre les masses de H. et le proton a été mesurée à partir du max. précision d'énergétique. bilan de la réaction de capture de H. par un proton : n + p d + g (g-énergie quantique = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Charge électrique H. Q n = 0. Mesures directes les plus précises Q n réalisée par la déflexion de faisceaux de H froid ou ultrafroid en électrostatique. domaine: Q n<= 3·10 -21 son est la charge de l'électron). Cosv. données électriques. neutralité macroscopique. quantité de gaz donnée Qn<= 2 10 -22 e.

Tourne H. J= 1 / 2 a été déterminé à partir d'expériences directes sur la séparation du faisceau H. dans un champ magnétique inhomogène. champ en deux composantes [dans le cas général, le nombre de composantes est (2 J + 1)].

Cohérent description de la structure des hadrons basée sur moderne. théorie de l'interaction forte - chromodynamique quantique- alors que rencontre théorique. difficultés, cependant, pour beaucoup les tâches sont tout à fait satisfaisantes. résultats donne une description de l'interaction des nucléons, représentés comme des objets élémentaires, par l'échange de mésons. Expérience. exploration des espaces. la structure H. est réalisée à l'aide de la diffusion de leptons de haute énergie (électrons, muons, neutrinos, considérés dans la théorie moderne comme des particules ponctuelles) sur les deutérons. La contribution de la diffusion sur un proton est mesurée en dep. expérience et peut être soustrait en utilisant def. calculer. procédures.

La diffusion élastique et quasi-élastique (avec dédoublement du deutéron) des électrons sur le deutéron permet de retrouver la répartition de la densité électrique. charge et aimant. moment H. ( facteur de forme H.). Selon l'expérience, la distribution de la densité magnétique. moment H. avec une précision de l'ordre de plusieurs. coïncide avec la distribution de la densité électrique. charge de proton et a un rayon RMS d'environ 0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. facteur de forme H. est assez bien décrit par le soi-disant. dipôle f-loy GM n = m n (1 + q 2 /0.71) -2 , où q 2 est le carré de la quantité de mouvement transférée en unités (GeV/c) 2 .

Plus compliquée est la question de l'ampleur de l'électricité. (charge) facteur de forme H. GE n.m. Des expériences sur la diffusion par le deutéron, on peut conclure que GE n ( q 2 ) <= 0,1 dans l'intervalle des carrés des impulsions transférées (0-1) (GeV/c) 2 . À q 2 0 dû au zéro électrique. charger H. GE n- > 0, mais expérimentalement il est possible de déterminer dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Cette valeur est maximale. trouvé exactement à partir des mesures longueur de diffusion H. sur la couche électronique des atomes lourds. Principale une partie de cette interaction est déterminée par le magnétique. moment H. Max. des expériences précises donnent la longueur de diffusion ne un ne = -1.378(18) . 10 -16 cm, qui diffère de celui calculé, déterminé par le magn. instant H. : un ne \u003d -1,468. 10 -16 cm La différence entre ces valeurs donne la racine carrée moyenne électrique. rayon H.<r 2 E n >= = 0.088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Ces chiffres ne peuvent pas être considérés comme définitifs en raison de la grande dispersion des données décomposées. expériences qui dépassent les erreurs données.

Une caractéristique de l'interaction de H. avec la plupart des noyaux est positive. longueur de diffusion, qui conduit au coefficient. réfraction< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. optique à neutrons).

Interaction H. et faible (électrofaible). Une importante source d'information sur l'interaction électrofaible est la désintégration b de H libre. Au niveau des quarks, ce processus correspond à la transition. Le processus inverse de l'interaction d'un électron avec un proton, appelé. désintégration b inverse. Cette classe de processus comprend capture électronique, se déroulant dans les noyaux, re - n v e.

La décroissance de H. libre, en tenant compte de la cinématique. paramètres est décrit par deux constantes - vecteur G V, ce qui est dû à conservation du courant vectoriel universel constante d'interaction faible et vecteur axial GA, dont la valeur est déterminée par la dynamique des composants en interaction forte du nucléon - quarks et gluons. Fonctions d'onde du H initial et du proton final et de l'élément de matrice de transition n p dues à l'isotope. les invariances sont calculées assez précisément. Par conséquent, le calcul des constantes G V et GA de la désintégration de H. libre (contrairement aux calculs de la désintégration b des noyaux) n'est pas liée à la prise en compte des facteurs structurels nucléaires.

La durée de vie de H. sans prendre en compte certaines corrections est : t n = kg 2 V+ 3g 2 UN) -1 , où k inclut la cinématique. facteurs et les corrections de Coulomb en fonction de l'énergie limite de la désintégration b et corrections radiatives.

Probabilité de désintégration des polariseurs. H. avec rotation S , les énergies et les impulsions de l'électron et de l'antineutrino et R e, est généralement décrit par l'expression :

Coef. corrélations a, A, B, D peut être représenté en fonction du paramètre un = (GA/G V,)exp( je F). La phase f est non nulle ou p si J- l'invariance est rompue. En tableau. des expériences sont données. valeurs pour ces coefficients. et les valeurs résultantes un et f.

Il y a une différence notable entre les données expériences pour t n , atteignant plusieurs. pour cent.

La description de l'interaction électrofaible impliquant H. à des énergies plus élevées est beaucoup plus difficile en raison de la nécessité de prendre en compte la structure des nucléons. Par exemple, m - capture, m - p n v m est décrit par au moins deux fois le nombre de constantes. H. subit également une interaction électrofaible avec d'autres hadrons sans la participation de leptons. Ces processus comprennent les suivants.

1) Désintégrations des hypérons L np 0 , S + np + , S - np - etc. La probabilité réduite de ces désintégrations dans plusieurs fois plus petit que pour les particules non étranges, ce qui est décrit en introduisant l'angle de Cabibbo (voir Fig. coin cabibbo).

2) Interaction faible n - n ou n - p, qui se manifeste par des forces nucléaires qui ne préservent pas les espaces. parité.L'ampleur habituelle des effets qu'elles provoquent est de l'ordre de 10 -6 -10 -7 .

L'interaction de H. avec les noyaux moyens et lourds présente un certain nombre de caractéristiques, conduisant dans certains cas à une renforcer les effets non-conservation de la parité dans les noyaux. L'un de ces effets est lié. la différence entre la section efficace d'absorption de H. c dans la direction de propagation et contre elle, qui dans le cas du noyau 139 La est de 7% à \u003d 1,33 eV, correspond à R-onde de résonance neutronique. La raison de l'amplification est une combinaison de faible énergie. la largeur des états du noyau composé et la haute densité de niveaux avec une parité opposée dans ce noyau composé, ce qui fournit un mélange de composants de 2 à 3 ordres de grandeur supérieur avec une parité différente que dans les états bas des noyaux. Il en résulte un certain nombre d'effets : l'asymétrie de l'émission des g-quanta par rapport au spin des polariseurs capturés. H. dans la réaction (n, g), asymétrie d'émission de charge. particules lors de la désintégration d'états composés dans la réaction (n, p) ou de l'asymétrie de l'émission d'un fragment de fission léger (ou lourd) dans la réaction (n, p) F). Les asymétries ont une valeur de 10 -4 -10 -3 à l'énergie thermique H. Dans R-les résonances neutroniques des ondes sont réalisées en plus. amélioration associée à la suppression de la probabilité de formation d'un composant préservant la parité de cet état composé (en raison de la faible largeur des neutrons R-résonance) par rapport au composant d'impureté avec la parité opposée, qui est s-résonance-poisson-chat. C'est la combinaison de plusieurs Le facteur d'amplification permet à un effet extrêmement faible de se manifester avec une valeur caractéristique de l'interaction nucléaire.

Interactions violant le nombre de baryons. Théorique des modèles grande unification et superunions prédire l'instabilité des baryons - leur désintégration en leptons et en mésons. Ces désintégrations ne peuvent être perceptibles que pour les baryons les plus légers - p et n, qui font partie des noyaux atomiques. Pour une interaction avec un changement du nombre de baryons de 1, D B= 1, on s'attendrait à une transformation de type H. : n e + p - , soit une transformation avec émission de mésons étranges. La recherche de tels processus a été effectuée dans des expériences utilisant des détecteurs souterrains d'une masse de plusieurs. mille tonnes. Sur la base de ces expériences, on peut conclure que le temps de désintégration de H. avec violation du nombre de baryons est supérieur à 10 32 ans.

Dr. type d'interaction possible avec D À= 2 peut conduire au phénomène d'interconversion H. et antineutrons dans le vide, c'est-à-dire à l'oscillation . En l'absence d'externe champs ou avec leur petite valeur, les états de H. et de l'antineutron sont dégénérés, puisque leurs masses sont les mêmes, donc même une interaction superfaible peut les mélanger. Le critère de la petitesse de l'ext. champs est la petitesse de l'énergie d'interaction de l'aimant. moment H. avec magn. champ (n et n ~ ont des moments magnétiques opposés en signe) par rapport à l'énergie déterminée par le temps J observations H. (selon la relation d'incertitude), D<=hT-une . Lors de l'observation de la production d'antineutrons dans le faisceau H. d'un réacteur ou d'une autre source J est le temps de vol H. jusqu'au détecteur. Le nombre d'antineutrons dans le faisceau augmente quadratiquement avec le temps de vol : /N n ~ ~ (J/t osc) 2 , où t osc - temps d'oscillation.

Des expériences directes d'observation de la production de et dans des faisceaux H. froids d'un réacteur à haut flux donnent une limite to osc > 10 7 s. Dans les expériences à venir, on peut s'attendre à une augmentation de la sensibilité jusqu'à un niveau de tosc ~ 10 9 s. Les circonstances limitantes sont max. intensité des faisceaux H. et imitation des phénomènes d'antineutrons dans le détecteur kosmich. des rayons.

Dr. la méthode d'observation des oscillations est l'observation de l'annihilation des antineutrons, qui peuvent se former dans des noyaux stables. Dans ce cas, en raison de la grande différence entre les énergies d'interaction de l'antineutron émergent dans le noyau et l'énergie de liaison H. eff. le temps d'observation devient ~ 10 -22 s, mais le grand nombre de noyaux observés (~10 32) compense en partie la baisse de sensibilité par rapport à l'expérience faisceau H. une certaine incertitude, dépendant de l'ignorance du type exact d'interaction de l'antineutron à l'intérieur du noyau, que to osc > (1-3) . 10 7 p. Créatures. l'augmentation de la limite de tosc dans ces expériences est entravée par le bruit de fond causé par l'interaction de l'espace. neutrinos avec des noyaux dans des détecteurs souterrains.

Il est à noter que la recherche de la désintégration du nucléon avec D B= 1 et la recherche des -oscillations sont des expériences indépendantes, puisqu'elles sont provoquées par des phénomènes fondamentalement différents. types d'interactions.

Interaction gravitationnelle H. Le neutron est l'un des rares particules élémentaires, tombant à essaim dans gravitac. Le champ terrestre peut être observé expérimentalement. La mesure directe pour H. est effectuée avec une précision de 0,3% et ne diffère pas de macroscopique. La question de la conformité demeure principe d'équivalence(égalités des masses inertielle et gravitationnelle) pour H. et les protons.

Les expériences les plus précises ont été réalisées par la méthode Et-vesh pour des corps avec différents cf. valeurs de relation A/Z, où MAIS- à. salle, Z- charge des noyaux (en unités de charge élémentaire e). De ces expériences découle la même accélération de chute libre pour H. et les protons au niveau de 2·10 -9 , et l'égalité de gravité. et masse inertielle au niveau de ~10 -12 .

La gravité l'accélération et la décélération sont largement utilisées dans les expériences avec H ultrafroid. L'utilisation de la gravitationnelle réfractomètre pour froid et ultrafroid H. vous permet de mesurer la longueur de diffusion cohérente H. sur une substance avec une grande précision.

H. en cosmologie et astrophysique

Selon la modernité représentations, dans le modèle de l'Univers Chaud (cf. théorie de l'univers chaud) la formation de baryons, y compris les protons et H., se produit dans les premières minutes de la vie de l'Univers. À l'avenir, une certaine partie de H., qui n'a pas eu le temps de se désintégrer, est capturée par des protons avec formation de 4 He. Le rapport de l'hydrogène et de 4 He est dans ce cas de 70 % à 30 % en poids. Au cours de la formation des étoiles et de leur évolution, d'autres nucléosynthèse jusqu'aux noyaux de fer. La formation de noyaux plus lourds se produit à la suite d'explosions de supernova avec la naissance d'étoiles à neutrons, créant la possibilité d'une succession. H. capture par les nucléides. Dans le même temps, la combinaison de ce qu'on appelle. s-processus - capture lente de H. avec désintégration b entre captures successives et r-processus - suivi rapide. capture lors d'explosions d'étoiles dans l'ensemble. peut expliquer ce que l'on observe abondance d'éléments dans l'espace objets.

Dans la composante primaire du cosmique Les rayons H. sont probablement absents en raison de leur instabilité. H., formé près de la surface de la Terre, diffusant dans l'espace. l'espace et s'y désintégrer, apparemment, contribuent à la formation des composants électroniques et protoniques ceintures de rayonnement Terre.

Litt. : Gurevich I. S., Tarasov L. V., Physique des neutrons de basse énergie, M., 1965; Alexandrov Yu. A.,. Propriétés fondamentales du neutron, 2e éd., M., 1982.

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Il est bien connu de beaucoup d'étudiants que toute matière est constituée d'atomes. Les atomes, à leur tour, sont constitués de protons et de neutrons qui forment le noyau d'atomes et d'électrons situés à une certaine distance du noyau. Beaucoup ont également entendu dire que la lumière se compose également de particules - les photons. Cependant, le monde des particules ne se limite pas à cela. A ce jour, plus de 400 particules élémentaires différentes sont connues. Essayons de comprendre en quoi les particules élémentaires diffèrent les unes des autres.

Il existe de nombreux paramètres permettant de distinguer les particules élémentaires les unes des autres :

Masse.
Charge électrique.
Durée de vie. Presque toutes les particules élémentaires ont une durée de vie finie après laquelle elles se désintègrent.
Tournoyer. Il peut être, très approximativement, considéré comme un moment de rotation.

Quelques paramètres supplémentaires, ou comme on les appelle communément dans la science des nombres quantiques. Ces paramètres n'ont pas toujours une signification physique claire, mais ils sont nécessaires pour distinguer une particule d'une autre. Tous ces paramètres supplémentaires sont introduits comme des quantités qui sont conservées dans l'interaction.

Presque toutes les particules ont une masse, à l'exception des photons et des neutrinos (selon les dernières données, les neutrinos ont une masse, mais si petite qu'elle est souvent considérée comme nulle). Sans masse, les particules ne peuvent exister qu'en mouvement. La masse de toutes les particules est différente. L'électron a la masse minimale, à l'exception du neutrino. Les particules appelées mésons ont une masse 300 à 400 fois supérieure à la masse d'un électron, un proton et un neutron sont presque 2000 fois plus lourds qu'un électron. Des particules presque 100 fois plus lourdes qu'un proton ont déjà été découvertes. Masse, (ou son équivalent énergétique selon la formule d'Einstein :

est préservée dans toutes les interactions de particules élémentaires.

Toutes les particules n'ont pas de charge électrique, ce qui signifie que toutes les particules ne sont pas capables de participer à l'interaction électromagnétique. Toutes les particules existant librement charge électrique multiple de la charge de l'électron. En plus des particules existant librement, il existe également des particules qui ne sont que dans un état lié, nous en parlerons un peu plus tard.

Le spin, ainsi que d'autres nombres quantiques de différentes particules sont différents et caractérisent leur unicité. Certains nombres quantiques sont conservés dans certaines interactions, d'autres dans d'autres. Tous ces nombres quantiques déterminent quelles particules interagissent avec lesquelles et comment.

La durée de vie est également une caractéristique très importante d'une particule, et nous l'examinerons plus en détail. Commençons par une note. Comme nous le disions au début de l'article, tout ce qui nous entoure est constitué d'atomes (électrons, protons et neutrons) et de lumière (photons). Et où se trouvent alors des centaines de types différents de particules élémentaires. La réponse est simple - partout autour de nous, mais nous ne le remarquons pas pour deux raisons.

Le premier d'entre eux est que presque toutes les autres particules vivent très peu, environ 10 à moins 10 secondes ou moins, et ne forment donc pas de structures telles que des atomes, des réseaux cristallins, etc. La deuxième raison concerne les neutrinos, bien que ces particules ne se désintègrent pas, elles ne sont soumises qu'à une interaction faible et gravitationnelle. Cela signifie que ces particules interagissent si peu qu'il est presque impossible de les détecter.

Visualisons ce qui exprime la qualité de l'interaction de la particule. Par exemple, le flux d'électrons peut être arrêté par une tôle d'acier assez fine, de l'ordre de quelques millimètres. Cela se produira car les électrons commenceront immédiatement à interagir avec les particules de la tôle d'acier, ils changeront brusquement de direction, émettront des photons et perdront ainsi de l'énergie assez rapidement. Avec le flux de neutrinos, tout n'est pas ainsi, ils peuvent traverser la Terre sans presque aucune interaction. C'est pourquoi il est très difficile de les trouver.

Ainsi, la plupart des particules vivent très peu de temps, après quoi elles se désintègrent. Les désintégrations de particules sont les réactions les plus courantes. À la suite de la désintégration, une particule se décompose en plusieurs autres de plus petite masse, et celles-ci, à leur tour, se désintègrent davantage. Toutes les désintégrations obéissent à certaines règles - les lois de conservation. Ainsi, par exemple, à la suite d'une désintégration, une charge électrique, une masse, un spin et un certain nombre de nombres quantiques doivent être conservés. Certains nombres quantiques peuvent changer au cours de la décroissance, mais aussi sous réserve de certaines règles. Ce sont les règles de désintégration qui nous disent que l'électron et le proton sont des particules stables. Ils ne peuvent plus se décomposer en obéissant aux règles de la décomposition, et c'est donc avec eux que les chaînes de la décomposition se terminent.

Ici, je voudrais dire quelques mots sur le neutron. Un neutron libre se désintègre également en un proton et un électron en 15 minutes environ. Cependant, lorsque le neutron se trouve dans le noyau atomique, cela ne se produit pas. Ce fait peut s'expliquer de diverses manières. Par exemple, lorsqu'un électron et un proton supplémentaire d'un neutron désintégré apparaissent dans le noyau d'un atome, la réaction inverse se produit immédiatement - l'un des protons absorbe un électron et se transforme en neutron. Cette image est appelée équilibre dynamique. Il a été observé dans l'univers à un stade précoce de son développement peu après le big bang.

En plus des réactions de désintégration, il existe également des réactions de diffusion - lorsque deux particules ou plus interagissent simultanément et que le résultat est une ou plusieurs autres particules. Il existe également des réactions d'absorption, lorsqu'une est obtenue à partir de deux particules ou plus. Toutes les réactions se produisent à la suite d'une forte interaction faible ou électromagnétique. Les réactions dues à l'interaction forte sont les plus rapides, le temps d'une telle réaction peut atteindre 10 à moins 20 secondes. La vitesse des réactions dues à l'interaction électromagnétique est plus faible, ici le temps peut être d'environ 10 à moins 8 secondes. Pour les réactions d'interaction faible, le temps peut atteindre des dizaines de secondes et parfois même des années.

À la fin de l'histoire des particules, parlons des quarks. Les quarks sont des particules élémentaires dont la charge électrique est un multiple du tiers de la charge d'un électron et qui ne peuvent exister à l'état libre. Leur interaction est arrangée de telle manière qu'ils ne peuvent vivre qu'en tant que partie de quelque chose. Par exemple, une combinaison de trois quarks d'un certain type forme un proton. Une autre combinaison donne un neutron. Au total, 6 quarks sont connus. Leurs diverses combinaisons nous donnent des particules différentes, et bien que toutes les combinaisons de quarks ne soient pas autorisées par les lois physiques, il existe un certain nombre de particules composées de quarks.

Ici, la question peut se poser, comment un proton peut-il être qualifié d'élémentaire s'il est constitué de quarks. Très simplement - le proton est élémentaire, car il ne peut pas être divisé en ses composants - les quarks. Toutes les particules qui participent à l'interaction forte sont composées de quarks et sont en même temps élémentaires.

Comprendre les interactions des particules élémentaires est très important pour comprendre la structure de l'univers. Tout ce qui arrive aux macro-corps est le résultat de l'interaction des particules. C'est l'interaction des particules qui décrit la croissance des arbres sur terre, les réactions dans les profondeurs des étoiles, le rayonnement des étoiles à neutrons, et bien plus encore.

Probabilités et mécanique quantique

Qu'est-ce qu'un neutron ? Quelles sont sa structure, ses propriétés et ses fonctions ? Les neutrons sont les plus grosses des particules qui composent les atomes, qui sont blocs de construction Tout compte.

Structure atomique

Les neutrons sont situés dans le noyau - une région dense de l'atome, également remplie de protons (particules chargées positivement). Ces deux éléments sont maintenus ensemble par une force appelée nucléaire. Les neutrons ont une charge neutre. La charge positive du proton correspond à la charge négative de l'électron pour créer un atome neutre. Bien que les neutrons dans le noyau n'affectent pas la charge d'un atome, ils ont de nombreuses propriétés qui affectent un atome, y compris le niveau de radioactivité.

Neutrons, isotopes et radioactivité

Une particule qui se trouve dans le noyau d'un atome - un neutron est 0,2% plus grand qu'un proton. Ensemble, ils représentent 99,99 % de la masse totale d'un même élément et peuvent avoir un nombre différent de neutrons. Lorsque les scientifiques se réfèrent à la masse atomique, ils veulent dire la masse atomique moyenne. Par exemple, le carbone a généralement 6 neutrons et 6 protons avec une masse atomique de 12, mais parfois il se produit avec une masse atomique de 13 (6 protons et 7 neutrons). Le carbone de numéro atomique 14 existe aussi, mais il est rare. Alors, masse atomique pour le carbone est moyenné à 12,011.

Lorsque les atomes ont des nombres différents de neutrons, ils sont appelés isotopes. Les scientifiques ont trouvé des moyens d'ajouter ces particules au noyau pour créer de grands isotopes. Maintenant, l'ajout de neutrons n'affecte pas la charge de l'atome, car ils n'ont pas de charge. Cependant, ils augmentent la radioactivité de l'atome. Cela peut conduire à des atomes très instables qui peuvent se décharger niveaux élevésénergie.

Qu'est-ce qu'un noyau ?

En chimie, le noyau est le centre chargé positivement d'un atome, composé de protons et de neutrons. Le mot « noyau » vient du noyau latin, qui est une forme du mot signifiant « noix » ou « noyau ». Le terme a été inventé en 1844 par Michael Faraday pour décrire le centre d'un atome. Les sciences impliquées dans l'étude du noyau, l'étude de sa composition et de ses caractéristiques, sont appelées Physique nucléaire et la chimie nucléaire.

Les protons et les neutrons sont maintenus ensemble par la force nucléaire forte. Les électrons sont attirés par le noyau, mais se déplacent si vite que leur rotation s'effectue à une certaine distance du centre de l'atome. La charge nucléaire positive provient des protons, mais qu'est-ce qu'un neutron ? C'est une particule qui n'a pas de charge électrique. Presque tout le poids d'un atome est contenu dans le noyau, puisque les protons et les neutrons ont beaucoup plus de masse que les électrons. Le nombre de protons dans un noyau atomique détermine son identité en tant qu'élément. Le nombre de neutrons indique quel isotope d'un élément est un atome.

Taille du noyau atomique

Le noyau est beaucoup plus petit diamètre global atome, car les électrons peuvent être éloignés du centre. Un atome d'hydrogène est 145 000 fois plus grand que son noyau et un atome d'uranium est 23 000 fois plus grand que son centre. Le noyau d'hydrogène est le plus petit car il est constitué d'un seul proton.

Localisation des protons et des neutrons dans le noyau

Le proton et les neutrons sont généralement représentés comme entassés et uniformément répartis sur des sphères. Cependant, il s'agit d'une simplification de la structure réelle. Chaque nucléon (proton ou neutron) peut occuper un niveau d'énergie et une gamme d'emplacements spécifiques. Bien que le noyau puisse être sphérique, il peut également être en forme de poire, globuleux ou en forme de disque.

Les noyaux des protons et des neutrons sont des baryons, constitués des plus petits, appelés quarks. La force d'attraction a une portée très courte, de sorte que les protons et les neutrons doivent être très proches les uns des autres pour être liés. Cette forte attraction surmonte la répulsion naturelle des protons chargés.

Proton, neutron et électron

La découverte du neutron (1932) a donné une impulsion puissante au développement d'une science telle que la physique nucléaire. Merci pour cela devrait être un physicien anglais qui était un étudiant de Rutherford. Qu'est-ce qu'un neutron ? Il s'agit d'une particule instable qui, à l'état libre en seulement 15 minutes, est capable de se désintégrer en un proton, un électron et un neutrino, la soi-disant particule neutre sans masse.

La particule tire son nom du fait qu'elle n'a pas de charge électrique, elle est neutre. Les neutrons sont extrêmement denses. Dans un état isolé, un neutron aura une masse de seulement 1,67·10 - 27, et si vous prenez une cuillère à café densément remplie de neutrons, le morceau de matière résultant pèsera des millions de tonnes.

Le nombre de protons dans le noyau d'un élément s'appelle le numéro atomique. Ce numéro donne à chaque élément sa propre identité unique. Dans les atomes de certains éléments, comme le carbone, le nombre de protons dans les noyaux est toujours le même, mais le nombre de neutrons peut varier. Atome élément donné avec un certain nombre de neutrons dans le noyau s'appelle un isotope.

Les neutrons isolés sont-ils dangereux ?

Qu'est-ce qu'un neutron ? Il s'agit d'une particule qui, avec le proton, est incluse dans Cependant, ils peuvent parfois exister seuls. Lorsque les neutrons sont à l'extérieur des noyaux des atomes, ils acquièrent un potentiel propriétés dangereuses. Quand ils se déplacent avec grande vitesse, ils produisent des radiations mortelles. Connues pour leur capacité à tuer les humains et les animaux, les soi-disant bombes à neutrons ont un impact minimal sur les structures physiques non vivantes.

Les neutrons sont une partie très importante d'un atome. La haute densité de ces particules, combinée à leur vitesse, leur confère une puissance et une énergie destructrice extraordinaires. En conséquence, ils peuvent altérer voire déchirer les noyaux des atomes qui frappent. Bien que le neutron ait une charge électrique nette neutre, il est composé de composants chargés qui s'annulent en termes de charge.

Le neutron dans un atome est une minuscule particule. Comme les protons, ils sont trop petits pour être vus même avec un microscope électronique, mais ils sont là parce que c'est la seule façon d'expliquer le comportement des atomes. Les neutrons sont très importants pour la stabilité d'un atome, mais en dehors de son centre atomique, ils ne peuvent exister longtemps et se désintègrent en moyenne en seulement 885 secondes (environ 15 minutes).

Entier monde matériel, selon la physique moderne, est construit à partir de trois particules élémentaires : proton, neutron et électron. De plus, selon la science, il existe d'autres particules "élémentaires" de matière dans l'univers, dont certains noms sont clairement plus que la norme. En même temps, la fonction de ces autres "particules élémentaires" dans l'existence et l'évolution de l'univers n'est pas claire.

Considérons une autre interprétation des particules élémentaires :

Il n'y a qu'une seule particule élémentaire de matière - le proton. Toutes les autres "particules élémentaires", y compris le neutron et l'électron, ne sont que des dérivés du proton, et elles jouent un rôle très modeste dans l'évolution de l'univers. Considérons comment ces "particules élémentaires" se forment.

Nous avons examiné en détail la structure d'une particule élémentaire de matière dans l'article "". En bref sur la particule élémentaire :

Une particule élémentaire de matière a la forme d'un fil allongé dans l'espace.
Une particule élémentaire est capable de s'étirer. Au cours du processus d'étirement, la densité de matière à l'intérieur d'une particule élémentaire diminue.
La section d'une particule élémentaire, où la densité de la matière diminue de moitié, nous l'appelons quantique de matière .
Dans le processus de mouvement, la particule élémentaire absorbe continuellement (plis, ) de l'énergie.
Point d'absorption d'énergie( point d'annihilation ) est à la pointe du vecteur mouvement d'une particule élémentaire.
Plus précisément : sur la pointe du quantum actif de matière.
Absorbant de l'énergie, la particule élémentaire augmente continuellement la vitesse de son mouvement vers l'avant.
La particule élémentaire de matière est un dipôle. Dans lequel les forces attractives sont concentrées dans la partie avant (dans le sens du mouvement) de la particule, et les forces répulsives sont concentrées dans la partie arrière.

La propriété d'être élémentaire dans l'espace signifie théoriquement la possibilité de réduire à zéro la densité de la matière. Et cela, à son tour, signifie la possibilité de sa rupture mécanique: le lieu de rupture d'une particule élémentaire de matière peut être représenté comme sa section à densité nulle de matière.

Dans le processus d'annihilation (absorption d'énergie), une particule élémentaire, repliant l'énergie, augmente continuellement la vitesse de son mouvement de translation dans l'espace.

L'évolution de la galaxie conduit finalement les particules élémentaires de matière au moment où elles deviennent capables d'exercer un effet d'arrachement les unes sur les autres. Les particules élémentaires peuvent ne pas se rencontrer sur des parcours parallèles, lorsqu'une particule s'approche d'une autre lentement et en douceur, comme un navire vers un quai. Ils peuvent se rencontrer dans l'espace et sur des trajectoires opposées. Ensuite, une collision dure et, par conséquent, une rupture d'une particule élémentaire est presque inévitable. Ils peuvent subir une très puissante onde de perturbation d'énergie, qui conduit également à une rupture.

Quels peuvent être les "débris" formés à la suite de la rupture d'une particule élémentaire de matière ?

Considérons le cas où, à la suite d'une influence extérieure, des particules élémentaires de matière - un atome de deutérium - se sont désintégrées en un proton et un neutron.

La rupture de la structure des paires ne se produit pas à l'endroit de leur connexion -. L'une des deux particules élémentaires de la structure paire se casse.

Le proton et le neutron diffèrent l'un de l'autre par leur structure.

Un proton est une particule élémentaire légèrement raccourcie (après une cassure),
neutron - une structure composée d'une particule élémentaire à part entière et d'une "souche" - la pointe avant et légère de la première particule.

Une particule élémentaire à part entière a un ensemble complet - "N" quanta de matière dans sa composition. Le proton a des quanta de matière "N-n". Le neutron a des quanta "N + n".

Le comportement du proton est clair. Même ayant perdu les quanta finaux de matière, il continue activement l'énergie : la densité de matière de son nouveau quantum final correspond toujours aux conditions d'annihilation. Ce nouveau quantum final de matière devient un nouveau point d'annihilation. En général, le proton se comporte comme prévu. Les propriétés des protons sont bien décrites dans n'importe quel manuel de physique. Seulement, il deviendra un peu plus léger que son homologue "à part entière" - une particule élémentaire de matière à part entière.

Le neutron se comporte différemment. Considérons d'abord la structure du neutron. C'est sa structure qui explique son "étrangeté".

Essentiellement, le neutron se compose de deux parties. La première partie est une particule élémentaire de matière à part entière avec un point d'annihilation à son extrémité avant. La deuxième partie est une "souche" légère fortement raccourcie de la première particule élémentaire, laissée après la rupture de la double structure, et ayant également un point d'annihilation. Ces deux parties sont reliées entre elles par des points d'annihilation. Ainsi, le neutron a un double point d'annihilation.

La logique de la pensée suggère que ces deux parties pondérées du neurone se comporteront différemment. Si la première partie, qui est une particule élémentaire de poids total, annihilera, comme prévu, l'énergie libre et s'accélérera progressivement dans l'espace de l'univers, alors la seconde partie, légère, commencera à annihiler l'énergie libre à un rythme plus élevé.

Le mouvement d'une particule élémentaire de matière dans l'espace s'effectue grâce à : l'énergie diffusante entraîne une particule tombée dans ses flux. Il est clair que moins une particule de matière est massive, plus il est facile pour les flux d'énergie d'entraîner cette particule avec elle, plus la vitesse de cette particule est élevée. Il est clair que ce que grande quantité l'énergie est simultanément repliée par un quantum actif, plus les flux d'énergie diffusante sont puissants, plus il est facile pour ces flux d'entraîner une particule avec eux. On obtient la dépendance : La vitesse du mouvement de translation d'une particule de matière dans l'espace est proportionnelle à la masse de matière de son quantum actif et est inversement proportionnelle à la masse totale de la particule de matière :

La seconde partie légère du neutron a une masse plusieurs fois inférieure à la masse d'une particule élémentaire de matière de poids total. Mais les masses de leurs quanta actifs sont égales. C'est-à-dire qu'ils anéantissent l'énergie au même rythme. On obtient : la vitesse du mouvement de translation de la seconde partie du neutron aura tendance à augmenter rapidement, et il commencera à annihiler l'énergie plus rapidement. (Afin de ne pas introduire de confusion, nous appellerons la seconde partie, légère, du neutron un électron).

dessin d'un neutron

Une quantité fortement croissante d'énergie annihilée simultanément par un électron, alors qu'il est dans la composition d'un neutron, conduit à l'inertie du neutron. L'électron commence à annihiler plus d'énergie que son "voisin" - une particule élémentaire à part entière. Il ne peut pas encore se détacher du point commun d'annihilation des neutrons : de puissantes forces d'attraction interfèrent. En conséquence, l'électron commence à "manger" derrière le point d'annihilation commun.

Dans le même temps, l'électron commence à se déplacer par rapport à son partenaire et sa condensation énergie gratuite se situe dans la plage du point d'annihilation de son voisin. Qui commence immédiatement à "manger" cet épaississement. Une telle commutation d'un électron et d'une particule à part entière vers des ressources "internes" - une condensation d'énergie libre derrière le point d'annihilation - conduit à une chute rapide des forces d'attraction et de répulsion du neutron.

Le détachement d'un électron de la structure générale d'un neutron se produit au moment où le déplacement d'un électron par rapport à une particule élémentaire de plein poids devient suffisamment important, la force tendant à rompre les liaisons d'attraction de deux points d'annihilation commence à dépasser la force d'attraction de ces points d'annihilation, et la seconde partie légère du neutron (électron) s'envole rapidement.

En conséquence, le neutron se désintègre en deux unités: une particule élémentaire à part entière - un proton et une partie légère et raccourcie d'une particule élémentaire de matière - un électron.

Selon les données modernes, la structure d'un seul neutron existe pendant environ quinze minutes. Il se désintègre alors spontanément en un proton et un électron. Ces quinze minutes sont le temps du déplacement de l'électron par rapport au point commun d'annihilation du neutron et de sa lutte pour sa « liberté ».

Résumons quelques résultats :

Le PROTON est une particule élémentaire de matière à part entière, avec un point d'annihilation, ou une partie lourde d'une particule élémentaire de matière, qui reste après que les quanta de lumière en ont été séparés.
NEUTRON est une structure double, ayant deux points d'annihilation, et constituée d'une particule élémentaire de matière, et d'une partie avant légère d'une autre particule élémentaire de matière.
ÉLECTRON - la partie avant de la particule élémentaire de matière, qui a un point d'annihilation, constitué de quanta de lumière, formé à la suite de la rupture de la particule élémentaire de matière.
La structure « proton-neutron » reconnue par la science est l'ATOME DE DEUTÉRIUM, une structure de deux particules élémentaires qui possède un double point d'annihilation.

Un électron n'est pas une particule élémentaire indépendante tournant autour du noyau d'un atome.

L'électron, tel que le considère la science, n'entre pas dans la composition de l'atome.

Et le noyau d'un atome, en tant que tel, n'existe pas dans la nature, tout comme il n'y a pas de neutron sous la forme d'une particule élémentaire indépendante de matière.

L'électron et le neutron sont tous deux des dérivés d'une structure de paires de deux particules élémentaires, après qu'elle se soit brisée en deux parties inégales sous l'effet d'une influence extérieure. Dans la composition d'un atome de tout élément chimique, un proton et un neutron forment une structure de paire standard - deux particules élémentaires de poids total - deux protons unis par des points d'annihilation.

En physique moderne, il existe une position inébranlable selon laquelle le proton et l'électron ont des charges électriques égales mais opposées. Apparemment, à la suite de l'interaction de ces charges opposées, elles sont attirées l'une vers l'autre. Explication assez logique. Il reflète correctement le mécanisme du phénomène, mais il est complètement faux - son essence.

Les particules élémentaires n'ont ni charges "électriques" positives ni négatives, tout comme il n'y a pas de forme spéciale de matière sous la forme d'un "champ électrique". Une telle "électricité" est une invention de l'homme, causée par son incapacité à expliquer l'état actuel des choses.

Le « électrique » et l'électron entre eux sont en fait créés par des flux d'énergie dirigés vers leurs points d'annihilation, du fait de leur mouvement vers l'avant dans l'espace de l'univers. Lorsqu'ils tombent dans la zone d'action des forces d'attraction les uns des autres. Cela ressemble vraiment à une interaction d'amplitude égale mais de charges électriques opposées.

"charges électriques similaires", par exemple : deux protons ou deux électrons a aussi une explication différente. La répulsion se produit lorsqu'une des particules entre dans la zone d'action des forces répulsives d'une autre particule, c'est-à-dire la zone de condensation d'énergie derrière son point d'annihilation. Nous en avons parlé dans un article précédent.

L'interaction "proton - antiproton", "électron - positron" a également une explication différente. Par une telle interaction, nous entendons l'interaction de l'esprit des protons ou des électrons lorsqu'ils se déplacent sur une trajectoire de collision. Dans ce cas, en raison de leur interaction uniquement par attraction (il n'y a pas de répulsion, puisque la zone de répulsion de chacun d'eux est derrière eux), leur contact dur se produit. En conséquence, au lieu de deux protons (électrons), nous obtenons des «particules élémentaires» complètement différentes, qui sont en fait des dérivés de l'interaction rigide de ces deux protons (électrons).

La structure atomique des substances. Modèle d'atome

Considérez la structure de l'atome.

Le neutron et l'électron - en tant que particules élémentaires de matière - n'existent pas. C'est ce dont nous avons parlé plus haut. En conséquence : il n'y a pas de noyau d'un atome et son coquille d'électrons. Cette erreur est un puissant obstacle à la poursuite des recherches sur la structure de la matière.

La seule particule élémentaire de matière n'est que le proton. Un atome de tout élément chimique est constitué de structures appariées de deux particules élémentaires de matière (à l'exception des isotopes, où davantage de particules élémentaires sont ajoutées à la structure appariée).

Pour poursuivre notre raisonnement, il est nécessaire de considérer le concept de point d'annihilation commun.

Les particules élémentaires de matière interagissent entre elles par des points d'annihilation. Cette interaction conduit à la formation de structures matérielles : atomes, molécules, corps physiques… Qui ont un point d'annihilation commun aux atomes, un point d'annihilation commun aux molécules…

POINT D'ANNIHILATION GÉNÉRAL - est l'union de deux points d'annihilation simples de particules élémentaires de matière en un point d'annihilation commun d'une structure de paire, ou points d'annihilation communs de structures de paire en un point d'annihilation commun d'un atome d'un élément chimique, ou annihilation commune points d'atomes éléments chimiques– au point d'annihilation moléculaire commun .

L'essentiel ici est que l'union des particules de matière agit comme attraction et répulsion en tant qu'objet intégral unique. En fin de compte, même n'importe quel corps physique peut être représenté comme un point commun d'anéantissement de ce corps physique : ce corps attire à lui d'autres corps physiques comme un seul objet physique intégral, comme un seul point d'anéantissement. Dans ce cas, nous obtenons des phénomènes gravitationnels - l'attraction entre les corps physiques.

Dans la phase du cycle de développement de la galaxie, lorsque les forces d'attraction deviennent suffisamment importantes, l'unification des atomes de deutérium dans les structures d'autres atomes commence. Les atomes d'éléments chimiques se forment séquentiellement, à mesure que la vitesse du mouvement de translation des particules élémentaires de matière augmente (lire: la vitesse du mouvement de translation de la galaxie dans l'espace de l'univers augmente) en attachant de nouvelles structures de paires de particules élémentaires de la matière à l'atome de deutérium.

L'unification se produit séquentiellement : dans chaque nouvel atome, une nouvelle structure de paire de particules élémentaires de matière apparaît (moins souvent, une seule particule élémentaire). Ce qui nous donne la combinaison d'atomes de deutérium dans la structure d'autres atomes :

Un point commun d'annihilation de l'atome apparaît. Cela signifie que notre atome interagira par attraction et répulsion avec tous les autres atomes et particules élémentaires comme une seule structure intégrale.
L'espace de l'atome apparaît, à l'intérieur duquel la densité d'énergie libre dépassera plusieurs fois la densité d'énergie libre en dehors de son espace. Une densité d'énergie très élevée derrière un seul point d'annihilation à l'intérieur de l'espace d'un atome n'aura tout simplement pas le temps de chuter fortement : les distances entre particules élémentaires sont trop petites. La densité d'énergie libre moyenne dans l'espace intraatomique est plusieurs fois supérieure à la valeur de la constante de densité d'énergie libre de l'espace de l'univers.

Dans la construction d'atomes d'éléments chimiques, de molécules substances chimiques, corps physiques, la loi la plus importante d'interaction des particules matérielles et des corps se manifeste:

La force des liaisons gravitationnelles intranucléaires, chimiques, électriques dépend des distances entre les points d'annihilation à l'intérieur d'un atome, entre les points d'annihilation communs des atomes à l'intérieur des molécules, entre les points d'annihilation communs des molécules à l'intérieur des corps physiques, entre les corps physiques. Plus la distance entre les points d'annihilation communs est petite, plus les forces attractives agissent entre eux.

Il est clair que:

Par liaisons intranucléaires, nous entendons les interactions entre les particules élémentaires et entre les structures de paires au sein des atomes.
Par liaisons chimiques, nous entendons les interactions entre les atomes dans la structure des molécules.
Par liaisons électriques, on entend les interactions entre molécules entrant dans la composition des corps physiques, liquides, gaz.
Par liaisons gravitationnelles, nous entendons les interactions entre corps physiques.

La formation du deuxième élément chimique - l'atome d'hélium - se produit lorsque la galaxie accélère dans l'espace à une vitesse suffisamment élevée. Lorsque la force d'attraction de deux atomes de deutérium atteint une grande valeur, ils s'approchent à une distance qui leur permet de se combiner en un structure quadruple de l'atome d'hélium.

Une nouvelle augmentation de la vitesse du mouvement progressif de la galaxie conduit à la formation d'atomes des éléments chimiques suivants (selon le tableau périodique). En même temps: la genèse des atomes de chaque élément chimique correspond à sa propre vitesse strictement définie du mouvement progressif de la galaxie dans l'espace de l'univers. Appelons-la le taux standard de formation d'un atome d'un élément chimique .

L'atome d'hélium est le deuxième atome après l'hydrogène à se former dans la galaxie. Puis, à mesure que la vitesse du mouvement vers l'avant de la galaxie augmente, le prochain atome de deutérium traverse l'atome d'hélium. Cela signifie que la vitesse du mouvement vers l'avant de la galaxie a atteint le taux standard de formation d'un atome de lithium. Ensuite, il atteindra le taux standard de formation d'un atome de béryllium, de carbone ..., et ainsi de suite, selon le tableau périodique.

modèle d'atome

Dans le schéma ci-dessus, nous pouvons voir que :

Chaque période de l'atome est un anneau de structures appariées.
Le centre de l'atome est toujours occupé par la structure quadruple de l'atome d'hélium.
Toutes les structures appariées de la même période sont situées strictement dans le même plan.
Les distances entre les périodes sont beaucoup plus grandes que les distances entre les structures de paires au sein d'une même période.

Bien sûr, c'est un schéma très simplifié, et il ne reflète pas toutes les réalités de la construction des atomes. Par exemple : chaque nouvelle structure de paires, rejoignant un atome, déplace le reste des structures de paires de la période à laquelle elle se rattache.

On obtient le principe de construction d'une période en forme d'anneau autour du centre géométrique de l'atome :

la structure d'époque est construite sur un seul plan. Ceci est facilité par le vecteur général du mouvement de translation de toutes les particules élémentaires de la galaxie.
des structures de paires de même période sont construites autour du centre géométrique de l'atome à égale distance.
l'atome autour duquel se construit une nouvelle période se comporte vis-à-vis de cette nouvelle période comme un seul système complet.

On obtient ainsi la régularité la plus importante dans la construction des atomes d'éléments chimiques :

RÉGULARITÉ D'UN NOMBRE STRICTEMENT DÉTERMINÉ DE STRUCTURES PAIRES : simultanément, à une certaine distance du centre géométrique du point commun d'annihilation d'un atome, on ne peut localiser qu'un certain nombre de structures paires de particules élémentaires de matière.

C'est-à-dire: dans les deuxième et troisième périodes du tableau périodique - huit éléments chacun, dans le quatrième, cinquième - dix-huit, dans le sixième, septième - trente-deux. Le diamètre croissant de l'atome permet au nombre de structures appariées d'augmenter à chaque période suivante.

Il est clair que ce schéma détermine le principe de périodicité dans la construction des atomes d'éléments chimiques, découvert par D.I. Mendeleev.

Chaque période à l'intérieur de l'atome d'un élément chimique se comporte par rapport à lui comme un seul système intégral. Ceci est déterminé par des sauts dans les distances entre les périodes : beaucoup plus grandes que les distances entre les structures de paires au sein d'une période.

Un atome avec une période incomplète présente une activité chimique conformément à la régularité ci-dessus. Puisqu'il y a un déséquilibre des forces d'attraction et de répulsion de l'atome en faveur des forces d'attraction. Mais avec l'ajout de la dernière structure de paires, le déséquilibre disparaît, la nouvelle période prend la forme cercle droit- devient un système unique, intégral et complet. Et nous obtenons un atome d'un gaz inerte.

Le modèle le plus important de construction de la structure d'un atome est : l'atome a une cascade planestructure . Quelque chose comme un lustre.

les structures de paires de même période doivent être situées dans le même plan perpendiculaire au vecteur du mouvement de translation de l'atome.
en même temps, les périodes dans l'atome doivent cascader.

Cela explique pourquoi dans les deuxième et troisième périodes (ainsi que dans les quatrième - cinquième, sixième - septième) le même nombre de structures appariées (voir la figure ci-dessous). Une telle structure d'un atome est une conséquence de la répartition des forces d'attraction et de répulsion d'une particule élémentaire : les forces attractives agissent dans l'hémisphère avant (dans le sens du mouvement) de la particule, les forces répulsives - dans l'hémisphère arrière.

Sinon, les concentrations d'énergie libre derrière les points d'annihilation de certaines structures de paires tombent dans la zone d'attraction des points d'annihilation d'autres structures de paires, et l'atome s'effondrera inévitablement.

Ci-dessous, nous voyons une image volumétrique schématique de l'atome d'argon

modèle d'atome d'argon

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir une "coupe", une "vue de côté" de deux périodes d'un atome - la deuxième et la troisième :

C'est exactement ainsi que les structures appariées doivent être orientées, par rapport au centre de l'atome, dans des périodes avec un nombre égal de structures appariées (la deuxième - la troisième, la quatrième - la cinquième, la sixième - la septième).

La quantité d'énergie dans la condensation derrière le point d'annihilation d'une particule élémentaire augmente continuellement. Cela ressort clairement de la formule :

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

ΔE \u003d E 1 -E 2 \u003d m (C + W) / 2 - m (C - W) / 2

∆E~W×m

où:

E 1 est la quantité d'énergie libre enroulée (absorbée) par le point d'annihilation de l'hémisphère avant du mouvement.

E 2 est la quantité d'énergie libre du point d'annihilation plié (absorbé) de l'hémisphère arrière de mouvement.

ΔЕ est la différence entre la quantité d'énergie libre enroulée (absorbée) des hémisphères avant et arrière du mouvement d'une particule élémentaire.

W est la vitesse de déplacement d'une particule élémentaire.

Ici, nous voyons une augmentation continue de la masse de condensation d'énergie derrière le point d'annihilation d'une particule en mouvement, à mesure que la vitesse de son mouvement vers l'avant augmente.

Dans la structure de l'atome, cela se manifestera par le fait que la densité d'énergie derrière la structure de chaque atome suivant augmentera en progression géométrique. Les points d'annihilation se tiennent avec leur force d'attraction avec une "poignée de fer". Dans le même temps, la force répulsive croissante détournera de plus en plus les structures de paires de l'atome les unes des autres. Nous obtenons donc une construction plate en cascade d'un atome.

L'atome, en forme, devrait ressembler à la forme d'un bol, où le "fond" est la structure de l'atome d'hélium. Et les "bords" du bol sont la dernière période. Lieux des "plis du bol": le deuxième - le troisième, le quatrième - le cinquième, le sixième - le septième périodes. Ces « virages » permettent de former différentes périodes avec un nombre égal de structures appariées

modèle d'atome d'hélium

C'est la structure en cascade plate de l'atome et l'arrangement en anneau des structures de paires qui déterminent la périodicité et la construction des rangées système périodiqueéléments chimiques de Mendeleïev, la fréquence de manifestation d'éléments similaires propriétés chimiques atomes dans une rangée du tableau périodique.

La structure plane - en cascade de l'atome donne l'apparence d'un espace unique de l'atome avec une haute densité d'énergie libre.

Toutes les structures de paires d'un atome sont orientées dans la direction du centre de l'atome (plus précisément : dans la direction d'un point situé sur l'axe géométrique de l'atome, dans la direction du mouvement de l'atome).
Tous les points d'annihilation individuels sont situés le long des anneaux de périodes à l'intérieur de l'atome.
Tous les amas d'énergie libre individuels sont situés derrière leurs points d'annihilation.

Le résultat : une seule concentration d'énergie libre à haute densité, dont les limites sont les limites de l'atome. Ces limites, comme nous le comprenons, sont les limites de l'action des forces connues en science sous le nom de forces de Yukawa.

La structure plan-cascade de l'atome donne une certaine redistribution des zones de forces d'attraction et de répulsion. On observe déjà la redistribution des zones de forces d'attraction et de répulsion dans la structure jumelée :

La zone d'action des forces répulsives de la structure paire augmente en raison de la zone d'action des forces de son attraction (par rapport aux particules élémentaires simples). La zone d'action des forces attractives diminue en conséquence. (La zone d'action de la force d'attraction diminue, mais pas la force elle-même). La structure en cascade plate de l'atome nous donne une augmentation encore plus grande de la zone d'action des forces répulsives de l'atome.

A chaque nouvelle période, la zone d'action des forces répulsives tend à former une boule pleine.
La zone d'action des forces d'attraction sera un cône de diamètre toujours décroissant

Dans la construction d'une nouvelle période de l'atome, une autre régularité peut être tracée : toutes les structures de paires d'une période sont situées de manière strictement symétrique par rapport au centre géométrique de l'atome, quel que soit le nombre de structures de paires dans la période.

Chaque nouvelle structure de paires, se rejoignant, modifie l'emplacement de toutes les autres structures de paires de la période afin que les distances entre elles dans la période soient toujours égales les unes aux autres. Ces distances diminuent avec l'ajout de la structure de paire suivante. Incomplet période extérieure un atome d'un élément chimique le rend chimiquement actif.

Les distances entre les périodes, qui sont beaucoup plus grandes que les distances entre les particules appariées au sein d'une période, rendent les périodes relativement indépendantes les unes des autres.

Chaque période de l'atome est liée à toutes les autres périodes et à l'atome entier en tant que structure entière indépendante.

Cela détermine que l'activité chimique de l'atome est déterminée à presque 100% uniquement par la dernière période de l'atome. La dernière période complètement remplie nous donne la zone remplie maximale des forces répulsives de l'atome. L'activité chimique d'un atome est presque nulle. Un atome, comme une balle, éloigne les autres atomes de lui-même. Nous voyons du gaz ici. Et pas seulement un gaz, mais un gaz inerte.

L'ajout de la première structure de paires de la nouvelle période modifie ce tableau idyllique. La répartition des zones d'action des forces de répulsion et d'attraction change en faveur des forces d'attraction. L'atome devient chimiquement actif. Ceci est un atome métal alcalin.

Avec l'ajout de chaque structure de paire suivante, l'équilibre des zones de répartition des forces d'attraction et de répulsion de l'atome change : la zone des forces répulsives augmente, la zone des forces d'attraction diminue. Et chaque atome suivant devient un peu moins de métal et un peu plus de non-métal.

La forme en cascade plate des atomes, la redistribution des zones d'action des forces d'attraction et de répulsion nous donne ceci : Un atome d'un élément chimique, rencontrant un autre atome même sur une trajectoire de collision, tombe immanquablement dans la zone d'action des forces de répulsion de cet atome. Et il ne se détruit pas et ne détruit pas cet autre atome.

Tout cela nous amène à un résultat remarquable : les atomes d'éléments chimiques, entrant dans des composés les uns avec les autres, forment des structures tridimensionnelles de molécules. Contrairement à la structure plate en cascade des atomes. Une molécule est une structure tridimensionnelle stable d'atomes.

Considérez les flux d'énergie à l'intérieur des atomes et des molécules.

Tout d'abord, notons qu'une particule élémentaire va absorber de l'énergie par cycles. C'est-à-dire que dans la première moitié du cycle, la particule élémentaire absorbe l'énergie de l'espace le plus proche. Un vide se forme ici - un espace sans énergie libre.

Dans la seconde moitié du cycle : les énergies d'un environnement plus éloigné commenceront immédiatement à combler le vide résultant. Autrement dit, dans l'espace, il y aura des flux d'énergie dirigés vers le point d'annihilation. La particule reçoit une impulsion positive de mouvement de translation. MAIS énergie liéeà l'intérieur de la particule commencera à redistribuer sa densité.

Qu'est-ce qui nous intéresse ici ?

Puisque le cycle d'annihilation est divisé en deux phases : la phase d'absorption d'énergie et la phase de mouvement d'énergie (remplissage du vide), alors vitesse moyenne les flux d'énergie dans la région du point d'annihilation diminueront, grosso modo, d'un facteur deux.

Et ce qui est extrêmement important :

Dans la construction des atomes, des molécules, des corps physiques, une régularité très importante se manifeste : la stabilité de toutes les structures matérielles, telles que: structures appariées - atomes de deutérium, périodes individuelles autour des atomes, atomes, molécules, corps physiques est assurée par le strict ordre de leurs processus d'annihilation.

Considère ceci.

Flux d'énergie générés par une structure de paires. Dans une structure de paires, les particules élémentaires annihilent l'énergie de manière synchrone. Sinon, les particules élémentaires "mangeraient" la concentration d'énergie derrière le point d'annihilation de l'autre. Nous obtenons des caractéristiques d'onde claires de la structure de la paire. De plus, nous vous rappelons qu'en raison de la nature cyclique des processus d'annihilation, le taux moyen des flux d'énergie diminue ici de moitié.
L'énergie circule dans un atome. Le principe est le même : toutes les structures appariées de la même période doivent annihiler l'énergie de manière synchrone - dans des cycles synchrones. De même : les processus d'annihilation au sein de l'atome doivent être synchronisés entre les périodes. Toute asynchronie conduit à la destruction de l'atome. Ici, la synchronicité peut varier légèrement. On peut supposer que les périodes dans un atome annihilent l'énergie séquentiellement, l'une après l'autre, dans une onde.
L'énergie circule à l'intérieur d'une molécule, un corps physique. Les distances entre les atomes dans la structure d'une molécule sont plusieurs fois supérieures aux distances entre les périodes à l'intérieur d'un atome. De plus, la molécule a une structure en vrac. Comme tout corps physique, il a une structure tridimensionnelle. Il est clair que le synchronisme des processus d'annihilation ici doit être cohérent. Dirigé de la périphérie vers le centre, ou vice versa : du centre vers la périphérie - comptez comme vous voulez.

Le principe de synchronicité nous donne deux régularités supplémentaires :

La vitesse des flux d'énergie à l'intérieur des atomes, des molécules et des corps physiques est bien inférieure à la vitesse constante du mouvement de l'énergie dans l'espace de l'univers. Ce modèle nous aidera à comprendre (dans l'article #7) les processus de l'électricité.
Plus la structure que nous voyons est grande (successivement : particule élémentaire, atome, molécule, corps physique), plus grande sera la longueur d'onde dans ses caractéristiques ondulatoires que nous observerons. Ceci s'applique également aux corps physiques : plus la masse d'un corps physique est grande, plus sa longueur d'onde est grande.

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La charge des neutrons est nulle. Par conséquent, les neutrons ne jouent aucun rôle dans l'amplitude de la charge du noyau d'un atome. Le numéro de série du chrome est égal à la même valeur.

Charge du proton qp e La charge du neutron est égale à zéro.

Il est facile de voir que dans ce cas la charge du neutron est nulle, et celle du proton est de 1, comme prévu. Tous les baryons inclus dans deux familles sont obtenus - les huit et les dix. Les mésons sont constitués d'un quark et d'un antiquark. La barre indique les antiquarks ; leur charge électrique diffère en signe de celle du quark correspondant. Un quark étrange n'entre pas dans un méson pi, les mésons pi, comme nous l'avons déjà dit, sont des particules dont l'étrangeté et le spin sont égaux à zéro.

Puisque la charge du proton est égale à la charge de l'électron et que la charge du neutron est égale à la balle, alors si l'interaction forte est désactivée, l'interaction du proton avec Champ électromagnétique Et ce sera l'interaction habituelle de la particule de Dirac - Yp/V. Le neutron n'aurait aucune interaction électromagnétique.

Désignations : 67 - différence de charge entre l'électron et le proton ; q est la charge du neutron ; qg est la valeur absolue de la charge électronique.

Le noyau est constitué de particules élémentaires chargées positivement - protons et neutrons qui ne portent pas de charge.

La base des idées modernes sur la structure de la matière est la déclaration sur l'existence d'atomes de matière, constitués de protons chargés positivement et de neutrons sans charge, formant un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement tournant autour du noyau. Les niveaux d'énergie des électrons, selon cette théorie, sont de nature discrète, et la perte ou l'acquisition d'une certaine énergie supplémentaire par eux est considérée comme une transition d'un niveau d'énergie autorisé à un autre. En même temps, la nature discrète de l'énergie niveaux électroniques devient la cause de la même absorption ou émission discrète d'énergie par l'électron lors de la transition d'un niveau d'énergie à un autre.

Nous avons supposé que la charge d'un atome ou d'une molécule est entièrement déterminée par la somme scalaire q Z (q Nqn, où Z est le nombre de paires électron-proton, (q qp - qe est la différence des charges de l'électron et du proton , N est le nombre de neutrons et qn est la charge du neutron.

La charge nucléaire n'est déterminée que par le nombre de protons Z, et son nombre de masse A coïncide avec le nombre total de protons et de neutrons. La charge du neutron étant nulle, il n'y a pas d'interaction électrique selon la loi de Coulomb entre deux neutrons, et aussi entre un proton et un neutron. En même temps, une force électrique répulsive agit entre les deux protons.

De plus, dans les limites de la précision des mesures, pas un seul processus de collision n'a jamais été enregistré, dans lequel la loi de conservation de la charge ne serait pas observée. Par exemple, la rigidité des neutrons dans des conditions homogènes champs électriques permet de considérer la charge neutronique comme zéro précis à 1 (charge électronique H7.

Nous avons déjà dit que la différence entre le moment magnétique d'un proton et d'un magnéton nucléaire est un résultat étonnant. Encore plus surprenant (Il semble qu'il existe un moment magnétique pour un neutron sans charge.

Il est facile de voir que ces forces ne se réduisent à aucun des types de forces considérés dans les parties précédentes du cours de physique. En effet, si l'on suppose, par exemple, qu'entre les nucléons dans les noyaux il y a forces gravitationnelles, il est alors facile de calculer à partir des masses connues du proton et du neutron que l'énergie de liaison par particule sera négligeable - elle sera 1036 fois inférieure à celle observée expérimentalement. L'hypothèse sur la nature électrique des forces nucléaires disparaît également. En effet, dans ce cas, il est impossible d'imaginer un noyau stable constitué d'un seul proton chargé et d'un neutron sans charge.

La forte liaison qui existe entre les nucléons du noyau indique la présence dans les noyaux atomiques de forces spéciales dites nucléaires. Il est facile de voir que ces forces ne se réduisent à aucun des types de forces considérés dans les parties précédentes du cours de physique. En effet, si nous supposons, par exemple, que les forces gravitationnelles agissent entre les nucléons dans les noyaux, alors il est facile de calculer à partir des masses connues du proton et du neutron que l'énergie de liaison par particule sera négligeable - elle sera 1038 fois inférieure à celle observée expérimentalement. L'hypothèse sur la nature électrique des forces nucléaires disparaît également. En effet, dans ce cas, il est impossible d'imaginer un noyau stable constitué d'un seul proton chargé et d'un neutron sans charge.