Struktur inti atom (proton, neutron, elektron). Bab II Struktur atom dan hukum periodik

NETRON(n) (dari lat. netral - tidak satu atau yang lain) - partikel elementer dengan nol listrik. muatan dan massa, sedikit lebih besar dari massa proton. Bersama dengan proton dengan nama umum. Nukleon adalah bagian dari inti atom. H. memiliki putaran 1/2 dan karena itu mematuhi Fermi - Statistik Dirac(adalah fermion). milik keluarga adra-nov; memiliki baryon nomor B = 1, yaitu termasuk dalam grup baryon.

Ditemukan pada tahun 1932 oleh J. Chadwick, yang menunjukkan bahwa radiasi penetrasi keras yang timbul dari pemboman inti berilium oleh partikel-a terdiri dari partikel-partikel netral dengan massa kira-kira sama dengan massa proton. Pada tahun 1932, D. D. Ivanenko dan W. Heisenberg mengajukan hipotesis bahwa inti atom terdiri dari proton dan H. Berbeda dengan muatan. partikel, H. dengan mudah menembus inti pada energi apa pun dan dengan probabilitas tinggi menyebabkan reaksi nuklir tangkap (n,g), (n,a), (n, p) jika keseimbangan energi dalam reaksi positif. Peluang eksoterm meningkat dengan perlambatan H. berbanding terbalik. kecepatannya. Peningkatan kemungkinan reaksi penangkapan H. ketika mereka diperlambat dalam media yang mengandung hidrogen ditemukan oleh E. Fermi (E. Fermi) dan rekan pada tahun 1934. Kemampuan H. untuk menyebabkan fisi inti berat, ditemukan oleh O. Gan (O. Hahn) dan F. Strassmann (F. . Strassman) pada tahun 1938 (lihat fisi nuklir), berfungsi sebagai dasar untuk pembuatan senjata nuklir dan. Keunikan interaksi neutron lambat dengan materi, yang memiliki panjang gelombang de Broglie dari urutan jarak atom (efek resonansi, difraksi, dll.), berfungsi sebagai dasar untuk meluasnya penggunaan berkas neutron dalam fisika. tubuh yang kokoh. (Klasifikasi H. menurut energi - cepat, lambat, termal, dingin, sangat dingin - lihat Art. fisika neutron.)

Dalam keadaan bebas, H. tidak stabil - ia mengalami peluruhan-B; n p + e - + ve; masa pakainya t n = 898 (14) s, energi batas spektrum elektron adalah 782 keV (lihat Gambar. peluruhan beta neutron). DI DALAM keadaan terikat dalam komposisi inti stabil, H. stabil (menurut perkiraan eksperimental, masa hidupnya melebihi 10 32 tahun). Menurut aster. Diperkirakan bahwa 15% dari materi yang terlihat di Alam Semesta diwakili oleh H., yang merupakan bagian dari inti 4 He. H. yang utama. komponen bintang neutron. H. bebas di alam terbentuk di reaksi nuklir, disebabkan oleh partikel-a peluruhan radioaktif, sinar kosmik dan sebagai akibat dari fisi spontan atau paksa dari inti berat. Seni. sumber H. are reaktor nuklir, ledakan nuklir, akselerator proton (untuk energi lih.) dan elektron dengan target yang terbuat dari elemen berat. Sumber sinar monokromatik H. dengan energi 14 MeV berenergi rendah. akselerator deuteron dengan target tritium atau lithium, dan di masa depan, instalasi termonuklir CTS dapat menjadi sumber intens H. (cm. .)

Fitur Utama H.

Berat t p = 939.5731(27) MeV/c 2 = = 1.008664967(34) pada. unit massa 1,675. 10 -24 g Selisih antara massa H. dan proton diukur dari maks. akurasi dari energik. keseimbangan reaksi penangkapan H. oleh proton: n + p d + g (energi kuantum g = 2,22 MeV), M n- M p = 1.293323 (16) MeV/c 2 .

Muatan listrik H Q n = 0. Pengukuran langsung paling akurat Q n dilakukan dengan pembelokan berkas H. dingin atau ultradingin secara elektrostatik. bidang: Q n<= 3·10 -21 dia adalah muatan elektron). biaya data listrik. netralitas makroskopik. jumlah gas yang diberikan Qn<= 2 10 -22 e.

Putar H J= 1/2 ditentukan dari eksperimen langsung pada pemisahan berkas H. dalam medan magnet yang tidak homogen. medan menjadi dua komponen [dalam kasus umum, jumlah komponen adalah (2 J + 1)].

Konsisten deskripsi struktur hadron berdasarkan modern. teori interaksi kuat - kromodinamika kuantum- sementara memenuhi teoritis. kesulitan, namun, bagi banyak orang tugas cukup memuaskan. hasil memberikan deskripsi interaksi nukleon, direpresentasikan sebagai objek dasar, melalui pertukaran meson. Percobaan. eksplorasi ruang. struktur H. dilakukan dengan menggunakan hamburan lepton berenergi tinggi (elektron, muon, neutrino, yang dalam teori modern dianggap sebagai partikel titik) pada deuteron. Kontribusi hamburan pada proton diukur dalam dep. eksperimen dan dapat dikurangkan menggunakan def. menghitung. Prosedur.

Elastis dan kuasi-elastis (dengan pemisahan deuteron) hamburan elektron pada deuteron memungkinkan untuk menemukan distribusi kerapatan listrik. muatan dan magnet. momen H. ( faktor bentuk H.). Menurut percobaan, distribusi kerapatan magnet. momen H. dengan ketelitian orde beberapa. persen bertepatan dengan distribusi kerapatan listrik. muatan proton dan memiliki radius RMS ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). besar faktor bentuk H. cukup baik dijelaskan oleh apa yang disebut. dipol f-loy G M n = m n (1 + Q 2 /0.71) -2 , dimana Q 2 adalah kuadrat dari momentum yang ditransfer dalam satuan (GeV/c) 2 .

Lebih rumit lagi adalah pertanyaan tentang besaran listrik. (muatan) faktor bentuk H. G E n. Dari percobaan penghamburan oleh deuteron, dapat disimpulkan bahwa G E n ( Q 2 ) <= 0,1 dalam interval kuadrat dari impuls yang ditransfer (0-1) (GeV/c) 2 . Pada Q 2 0 karena nol listrik. muatan H G E n- > 0, tetapi secara eksperimental dimungkinkan untuk menentukan dG E n ( Q 2 )/dq 2 | Q 2=0 . Nilai ini maks. persis ditemukan dari pengukuran panjang hamburan H. pada kulit elektron atom berat. Utama bagian dari interaksi ini ditentukan oleh magnet. momen H.Max. eksperimen yang tepat memberikan panjang hamburan ne tetapi ne = -1.378(18) . 10 -16 cm, yang berbeda dari yang dihitung, ditentukan oleh magn. momen H.: Sebuah ne \u003d -1.468. 10 -16 cm Perbedaan antara nilai-nilai ini memberikan akar kuadrat listrik rata-rata. radius 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. Angka-angka ini tidak dapat dianggap sebagai final karena penyebaran dekompilasi data yang besar. percobaan yang melebihi kesalahan yang diberikan.

Ciri interaksi H. dengan sebagian besar inti adalah positif. panjang hamburan, yang mengarah ke koefisien. pembiasan< 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. optik neutron).

H. dan interaksi lemah (elektrolemah). Sumber informasi penting tentang interaksi elektrolemah adalah peluruhan b dari H bebas. Pada tingkat quark, proses ini sesuai dengan transisi. Proses kebalikan dari interaksi elektron dengan proton, disebut. peluruhan b terbalik. Kelas proses ini termasuk: penangkapan elektronik, berlangsung di inti, re - n v e.

Peluruhan H. bebas, dengan mempertimbangkan kinematik. parameter dijelaskan oleh dua konstanta - vektor G V, yang disebabkan oleh konservasi arus vektor universal konstanta interaksi lemah, dan vektor aksial G A, yang nilainya ditentukan oleh dinamika komponen yang berinteraksi kuat dari nukleon - quark dan gluon. Fungsi gelombang dari H. awal dan proton akhir dan elemen matriks transisi n p karena isotop. invarian dihitung dengan cukup akurat. Akibatnya, perhitungan konstanta G V Dan G A dari peluruhan H bebas (berlawanan dengan perhitungan dari peluruhan b inti) tidak berhubungan dengan penghitungan faktor struktural inti.

Umur H. tanpa memperhitungkan beberapa koreksi adalah: t n = k(G 2 V+ 3G 2 SEBUAH) -1 , dimana k termasuk kinematik. faktor dan koreksi Coulomb tergantung pada energi batas peluruhan b dan koreksi radiasi.

Probabilitas peluruhan polarizer. H. dengan putaran S , energi dan momentum elektron dan antineutrino dan R e, umumnya digambarkan dengan ekspresi:

koefisien korelasi a, A, B, D dapat direpresentasikan sebagai fungsi dari parameter a = (G A/G V,) exp( saya F). Fase f bukan nol atau p jika T- invarian rusak. Di meja. percobaan diberikan. nilai untuk koefisien ini. dan nilai yang dihasilkan Sebuah dan f.

Ada perbedaan mencolok antara data percobaan untuk t n , mencapai beberapa. persen.

Deskripsi interaksi elektrolemah yang melibatkan H. pada energi yang lebih tinggi jauh lebih sulit karena kebutuhan untuk memperhitungkan struktur nukleon. Misalnya, m - tangkap, m - p n v m dijelaskan oleh setidaknya dua kali jumlah konstanta. H. juga mengalami interaksi elektrolemah dengan hadron lain tanpa partisipasi lepton. Proses-proses tersebut antara lain sebagai berikut.

1) Peluruhan hiperon L np 0 , S + np + , S - np - dll. Penurunan kemungkinan peluruhan ini dalam beberapa kali lebih kecil daripada partikel tidak asing, yang dijelaskan dengan memperkenalkan sudut Cabibbo (lihat Gambar. sudut cabibbo).

2) Interaksi lemah n - n atau n - p, yang memanifestasikan dirinya sebagai gaya nuklir yang tidak melestarikan ruang. keseimbangan. Besarnya efek yang biasa disebabkan oleh mereka adalah dari urutan 10 -6 -10 -7 .

Interaksi H. dengan inti sedang dan berat memiliki sejumlah fitur, yang menyebabkan dalam beberapa kasus menjadi signifikan meningkatkan efek nonkonservasi paritas dalam inti. Salah satu efek ini terkait. perbedaan antara penampang penyerapan H. c dalam arah propagasi dan melawannya, yang dalam kasus 139 inti La adalah 7% pada \u003d 1,33 eV, sesuai dengan R-resonansi neutron gelombang Alasan amplifikasi adalah kombinasi energi rendah. lebar keadaan inti majemuk dan kepadatan tinggi tingkat dengan paritas yang berlawanan dalam inti majemuk ini, yang memberikan 2-3 kali lipat lebih besar pencampuran komponen dengan paritas berbeda daripada di keadaan inti yang rendah. Akibatnya, sejumlah efek: asimetri emisi g-quanta sehubungan dengan putaran polarizer yang ditangkap. H. dalam reaksi (n, g), asimetri emisi muatan. partikel selama peluruhan keadaan senyawa dalam reaksi (n, p) atau asimetri emisi fragmen fisi ringan (atau berat) dalam reaksi (n, p) F). Asimetri memiliki nilai 10 -4 -10 -3 pada energi panas H. In R resonansi neutron gelombang-direalisasikan sebagai tambahan. peningkatan yang terkait dengan penekanan kemungkinan pembentukan komponen pengawet paritas dari keadaan senyawa ini (karena lebar neutron yang kecil R-resonansi) sehubungan dengan komponen pengotor dengan paritas yang berlawanan, yaitu S-resonansi-lele. Ini adalah kombinasi dari beberapa Faktor amplifikasi memungkinkan efek yang sangat lemah untuk memanifestasikan dirinya dengan karakteristik nilai interaksi nuklir.

Interaksi Pelanggaran Nomor Baryon. Teoretis model penyatuan yang hebat Dan serikat pekerja memprediksi ketidakstabilan baryon - pembusukannya menjadi lepton dan meson. Peluruhan ini dapat terlihat hanya untuk baryon paling ringan - p dan n, yang merupakan bagian dari inti atom. Untuk interaksi dengan perubahan bilangan baryon sebesar 1, D B= 1, orang akan mengharapkan transformasi H. ketik: n e + p - , atau transformasi dengan emisi meson aneh. Pencarian proses tersebut dilakukan dalam percobaan menggunakan detektor bawah tanah dengan massa beberapa. ribu ton. Berdasarkan percobaan tersebut, dapat disimpulkan bahwa waktu peluruhan H. dengan pelanggaran nomor baryon lebih dari 10 32 tahun.

dr. kemungkinan jenis interaksi dengan D DI DALAM= 2 dapat menyebabkan fenomena interkonversi H. dan antineutron dalam ruang hampa, yaitu untuk osilasi . Dengan tidak adanya eksternal medan atau dengan nilainya yang kecil, keadaan H. dan antineutron merosot, karena massanya sama, oleh karena itu interaksi superlemah pun dapat mencampurnya. Kriteria untuk kecilnya ext. medan adalah kecilnya energi interaksi magnet. momen H. dengan magn. medan (n dan n ~ memiliki momen magnet yang berlawanan tanda) dibandingkan dengan energi yang ditentukan oleh waktu T pengamatan H. (menurut hubungan ketidakpastian), D<=hT-satu . Saat mengamati produksi antineutron dalam berkas H. dari reaktor atau sumber lain T adalah waktu penerbangan H. ke detektor. Jumlah antineutron dalam berkas meningkat secara kuadrat dengan waktu penerbangan: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , di mana t osc - waktu osilasi.

Eksperimen langsung untuk mengamati produksi dan dalam sinar H. dingin dari reaktor fluks tinggi memberikan batas t osc > 107 s. Dalam percobaan yang akan datang, kita dapat mengharapkan peningkatan sensitivitas ke tingkat t osc ~ 109 s. Keadaan yang membatasi adalah maks. intensitas sinar H. dan peniruan fenomena antineutron di detektor kosmich. sinar.

dr. Metode pengamatan osilasi adalah pengamatan pemusnahan antineutron yang dapat terbentuk pada inti stabil. Dalam hal ini, karena perbedaan besar energi interaksi antineutron yang muncul dalam inti dari energi ikat H. eff. waktu pengamatan menjadi ~ 10 -22 detik, tetapi sejumlah besar inti yang diamati (~ 10 32) sebagian mengkompensasi penurunan sensitivitas dibandingkan dengan percobaan sinar H. beberapa ketidakpastian, tergantung pada ketidaktahuan jenis interaksi yang tepat dari antineutron di dalam nukleus, yaitu t osc > (1-3). 10 7 hal. Makhluk. peningkatan batas t osc dalam eksperimen ini terhalang oleh latar belakang yang disebabkan oleh interaksi ruang. neutrino dengan inti di detektor bawah tanah.

Perlu dicatat bahwa pencarian peluruhan nukleon dengan D B= 1 dan pencarian -osilasi adalah eksperimen independen, karena disebabkan oleh perbedaan mendasar. jenis interaksi.

Interaksi gravitasi H. Neutron adalah salah satu dari sedikit partikel dasar, jatuh ke-swarm di gravitac. Medan bumi dapat diamati secara eksperimental. Pengukuran langsung untuk H. dilakukan dengan akurasi 0,3% dan tidak berbeda dengan makroskopik. Masalah kepatuhan tetap ada prinsip kesetaraan(persamaan massa inersia dan gravitasi) untuk H. dan proton.

Eksperimen yang paling akurat dilakukan dengan metode Et-vesh untuk benda dengan lih. nilai hubungan A/Z, di mana TETAPI- pada. kamar, Z- muatan inti (dalam satuan muatan dasar e). Dari percobaan ini mengikuti percepatan jatuh bebas yang sama untuk H. dan proton pada tingkat 2·10 -9 , dan persamaan gravitasi. dan massa inersia pada tingkat ~10 -12 .

Gravitasi akselerasi dan deselerasi banyak digunakan dalam eksperimen dengan H ultra dingin. Penggunaan gravitasi refraktometer untuk H. dingin dan ultradingin memungkinkan Anda mengukur panjang hamburan koheren H. pada zat dengan akurasi tinggi.

H. dalam kosmologi dan astrofisika

Menurut modern representasi, dalam model Semesta Panas (lihat. teori alam semesta panas) pembentukan baryon, termasuk proton dan H., terjadi pada menit-menit pertama kehidupan Semesta. Di masa depan, bagian tertentu dari H., yang tidak sempat meluruh, ditangkap oleh proton dengan pembentukan 4 He. Rasio hidrogen dan 4 He dalam hal ini adalah 70% hingga 30% berat. Selama pembentukan bintang dan evolusinya, selanjutnya nukleosintesis sampai inti besi. Pembentukan inti yang lebih berat terjadi sebagai akibat dari ledakan supernova dengan lahirnya bintang-bintang neutron, menciptakan kemungkinan suksesi. H. ditangkap oleh nuklida. Pada saat yang sama, kombinasi dari apa yang disebut. S-proses - penangkapan H. lambat dengan peluruhan-b antara penangkapan berturut-turut dan R-proses - ikuti cepat. menangkap selama ledakan bintang di utama. dapat menjelaskan yang diamati kelimpahan elemen di ruang hampa objek.

Dalam komponen utama kosmik Sinar H. mungkin tidak ada karena ketidakstabilannya. H., terbentuk di dekat permukaan Bumi, menyebar ke luar angkasa. ruang dan membusuk di sana, tampaknya, berkontribusi pada pembentukan komponen elektronik dan proton sabuk radiasi Bumi.

Lit.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Fisika neutron energi rendah, M., 1965; Alexandrov Yu.A.,. Sifat-sifat dasar neutron, edisi ke-2., M., 1982.

→

Sudah diketahui banyak orang dari sekolah bahwa semua materi terdiri dari atom. Atom, pada gilirannya, terdiri dari proton dan neutron yang membentuk inti atom dan elektron yang terletak agak jauh dari inti. Banyak juga yang mendengar bahwa cahaya juga terdiri dari partikel - foton. Namun, dunia partikel tidak terbatas pada ini. Sampai saat ini, lebih dari 400 partikel elementer yang berbeda telah diketahui. Mari kita coba memahami bagaimana partikel elementer berbeda satu sama lain.

Ada banyak parameter di mana partikel elementer dapat dibedakan satu sama lain:

Bobot.
Muatan listrik.
Seumur hidup. Hampir semua partikel elementer memiliki masa hidup yang terbatas setelah itu mereka meluruh.
Putaran. Hal ini dapat, sangat kira-kira, dianggap sebagai momen rotasi.

Beberapa parameter lagi, atau seperti yang biasa disebut dalam ilmu bilangan kuantum. Parameter ini tidak selalu memiliki arti fisik yang jelas, tetapi mereka diperlukan untuk membedakan satu partikel dari yang lain. Semua parameter tambahan ini diperkenalkan sebagai beberapa kuantitas yang dipertahankan dalam interaksi.

Hampir semua partikel memiliki massa, kecuali foton dan neutrino (menurut data terakhir, neutrino memiliki massa, tetapi sangat kecil sehingga sering dianggap nol). Tanpa massa partikel hanya bisa eksis dalam gerak. Massa semua partikel berbeda. Elektron memiliki massa minimum, selain neutrino. Partikel yang disebut meson memiliki massa 300-400 kali lebih besar dari massa elektron, proton dan neutron hampir 2000 kali lebih berat dari elektron. Partikel yang hampir 100 kali lebih berat dari proton telah ditemukan. Massa, (atau setara energinya menurut rumus Einstein:

dipertahankan dalam semua interaksi partikel elementer.

Tidak semua partikel memiliki muatan listrik, yang berarti tidak semua partikel dapat berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik. Semua partikel yang ada secara bebas muatan listrik kelipatan dari muatan elektron. Selain partikel yang ada secara bebas, ada juga partikel yang hanya dalam keadaan terikat, kita akan membicarakannya nanti.

Spin, serta bilangan kuantum lain dari partikel yang berbeda berbeda dan mencirikan keunikannya. Beberapa bilangan kuantum dilestarikan dalam beberapa interaksi, beberapa lainnya. Semua bilangan kuantum ini menentukan partikel mana yang berinteraksi dengan mana dan bagaimana.

Seumur hidup juga merupakan karakteristik yang sangat penting dari sebuah partikel, dan kami akan mempertimbangkannya secara lebih rinci. Mari kita mulai dengan sebuah catatan. Seperti yang kami katakan di awal artikel, segala sesuatu yang mengelilingi kita terdiri dari atom (elektron, proton, dan neutron) dan cahaya (foton). Dan di mana, kemudian, adalah ratusan jenis partikel elementer yang berbeda. Jawabannya sederhana - di mana-mana di sekitar kita, tetapi kita tidak menyadarinya karena dua alasan.

Yang pertama adalah bahwa hampir semua partikel lain hidup sangat sedikit, sekitar 10 hingga minus 10 detik atau kurang, dan karena itu tidak membentuk struktur seperti atom, kisi kristal, dll. Alasan kedua menyangkut neutrino, meskipun partikel-partikel ini tidak meluruh, mereka hanya tunduk pada interaksi yang lemah dan gravitasi. Ini berarti bahwa partikel-partikel ini berinteraksi sangat sedikit sehingga hampir tidak mungkin untuk mendeteksinya.

Mari kita visualisasikan apa yang mengungkapkan seberapa baik partikel berinteraksi. Misalnya, aliran elektron dapat dihentikan oleh lembaran baja yang agak tipis, pada orde beberapa milimeter. Ini akan terjadi karena elektron akan segera mulai berinteraksi dengan partikel lembaran baja, mereka akan mengubah arahnya secara tajam, memancarkan foton, dan dengan demikian kehilangan energi dengan lebih cepat. Dengan aliran neutrino, semuanya tidak begitu, mereka dapat melewati Bumi dengan hampir tidak ada interaksi. Itulah mengapa sangat sulit untuk menemukan mereka.

Jadi, sebagian besar partikel hidup dalam waktu yang sangat singkat, setelah itu mereka meluruh. Peluruhan partikel adalah reaksi yang paling umum. Sebagai hasil peluruhan, satu partikel pecah menjadi beberapa partikel lain yang bermassa lebih kecil, dan partikel itu, pada gilirannya, meluruh lebih jauh. Semua peluruhan mematuhi aturan tertentu - hukum konservasi. Jadi, misalnya, sebagai akibat peluruhan, muatan listrik, massa, putaran, dan sejumlah bilangan kuantum harus dilestarikan. Beberapa bilangan kuantum dapat berubah selama peluruhan, tetapi juga tunduk pada aturan tertentu. Ini adalah aturan peluruhan yang memberitahu kita bahwa elektron dan proton adalah partikel yang stabil. Mereka tidak bisa lagi membusuk dengan mematuhi aturan peluruhan, dan karena itu dengan merekalah rantai peluruhan berakhir.

Di sini saya ingin mengatakan beberapa kata tentang neutron. Neutron bebas juga meluruh menjadi proton dan elektron dalam waktu sekitar 15 menit. Namun, ketika neutron berada di dalam inti atom, hal ini tidak terjadi. Fakta ini dapat dijelaskan dengan berbagai cara. Misalnya, ketika elektron dan proton ekstra dari neutron yang membusuk muncul di inti atom, reaksi sebaliknya segera terjadi - salah satu proton menyerap elektron dan berubah menjadi neutron. Gambar ini disebut keseimbangan dinamis. Itu diamati di alam semesta pada tahap awal perkembangannya tak lama setelah big bang.

Selain reaksi peluruhan, ada juga reaksi hamburan - ketika dua atau lebih partikel berinteraksi secara bersamaan, dan hasilnya adalah satu atau lebih partikel lain. Ada juga reaksi penyerapan, ketika satu diperoleh dari dua atau lebih partikel. Semua reaksi terjadi sebagai akibat dari interaksi kuat lemah atau elektromagnetik. Reaksi akibat interaksi kuat adalah yang tercepat, waktu reaksi seperti itu bisa mencapai 10 hingga minus 20 detik. Kecepatan reaksi akibat interaksi elektromagnetik lebih rendah, di sini waktunya bisa sekitar 10 hingga minus 8 detik. Untuk reaksi interaksi lemah, waktunya bisa mencapai puluhan detik bahkan terkadang bertahun-tahun.

Di akhir cerita tentang partikel, mari kita bicara tentang quark. Quark adalah partikel elementer yang memiliki muatan listrik yang merupakan kelipatan dari sepertiga muatan elektron dan tidak dapat berada dalam keadaan bebas. Interaksi mereka diatur sedemikian rupa sehingga mereka dapat hidup hanya sebagai bagian dari sesuatu. Misalnya, kombinasi tiga quark dari jenis tertentu membentuk proton. Kombinasi lain memberikan neutron. Sebanyak 6 quark diketahui. Berbagai kombinasi mereka memberi kita partikel yang berbeda, dan meskipun tidak semua kombinasi quark diizinkan oleh hukum fisika, ada cukup banyak partikel yang terdiri dari quark.

Di sini mungkin timbul pertanyaan, bagaimana sebuah proton bisa disebut elementer jika terdiri dari quark. Sangat sederhana - proton bersifat elementer, karena tidak dapat dipecah menjadi bagian-bagian komponennya - quark. Semua partikel yang berpartisipasi dalam interaksi kuat terdiri dari quark, dan pada saat yang sama bersifat elementer.

Memahami interaksi partikel elementer sangat penting untuk memahami struktur alam semesta. Segala sesuatu yang terjadi pada benda makro adalah hasil interaksi partikel. Ini adalah interaksi partikel yang menggambarkan pertumbuhan pohon di bumi, reaksi di kedalaman bintang, radiasi bintang neutron, dan banyak lagi.

Probabilitas dan mekanika kuantum

Apa itu neutron? Bagaimana struktur, sifat dan fungsinya? Neutron adalah partikel terbesar penyusun atom, yaitu blok bangunan semua penting.

struktur atom

Neutron terletak di nukleus - daerah padat atom, juga diisi dengan proton (partikel bermuatan positif). Kedua elemen ini disatukan oleh gaya yang disebut nuklir. Neutron memiliki muatan netral. Muatan positif proton dicocokkan dengan muatan negatif elektron untuk membuat atom netral. Meskipun neutron dalam inti tidak mempengaruhi muatan atom, mereka memiliki banyak sifat yang mempengaruhi atom, termasuk tingkat radioaktivitas.

Neutron, isotop, dan radioaktivitas

Partikel yang berada dalam inti atom - neutron adalah 0,2% lebih besar dari proton. Bersama-sama mereka membentuk 99,99% dari total massa elemen yang sama dan dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda. Ketika para ilmuwan mengacu pada massa atom, yang mereka maksud adalah massa atom rata-rata. Sebagai contoh, karbon biasanya memiliki 6 neutron dan 6 proton dengan massa atom 12, tetapi kadang-kadang terjadi dengan massa atom 13 (6 proton dan 7 neutron). Karbon dengan nomor atom 14 juga ada, tetapi jarang. Jadi, massa atom untuk karbon rata-rata menjadi 12,011.

Ketika atom memiliki jumlah neutron yang berbeda, mereka disebut isotop. Para ilmuwan telah menemukan cara untuk menambahkan partikel-partikel ini ke nukleus untuk membuat isotop besar. Sekarang menambahkan neutron tidak mempengaruhi muatan atom, karena mereka tidak memiliki muatan. Namun, mereka meningkatkan radioaktivitas atom. Ini dapat menyebabkan atom yang sangat tidak stabil yang dapat melepaskan level tinggi energi.

Apa itu inti?

Dalam kimia, nukleus adalah pusat atom bermuatan positif, yang terdiri dari proton dan neutron. Kata "inti" berasal dari bahasa Latin nukleus, yang merupakan bentuk kata yang berarti "kacang" atau "inti". Istilah ini diciptakan pada tahun 1844 oleh Michael Faraday untuk menggambarkan pusat atom. Ilmu-ilmu yang terlibat dalam studi nukleus, studi tentang komposisi dan karakteristiknya, disebut fisika nuklir dan kimia nuklir.

Proton dan neutron disatukan oleh gaya nuklir kuat. Elektron tertarik ke nukleus, tetapi bergerak sangat cepat sehingga rotasinya dilakukan pada jarak tertentu dari pusat atom. Muatan inti positif berasal dari proton, tetapi apa itu neutron? Ini adalah partikel yang tidak memiliki muatan listrik. Hampir semua berat atom terkandung dalam inti, karena proton dan neutron memiliki massa yang lebih banyak daripada elektron. Jumlah proton dalam inti atom menentukan identitasnya sebagai unsur. Jumlah neutron menunjukkan isotop mana dari suatu unsur yang merupakan atom.

Ukuran inti atom

Inti jauh lebih kecil diameter keseluruhan atom, karena elektron dapat dipindahkan dari pusat. Sebuah atom hidrogen 145.000 kali lebih besar dari intinya, dan atom uranium 23.000 kali lebih besar dari pusatnya. Inti hidrogen adalah yang terkecil karena terdiri dari satu proton.

Lokasi proton dan neutron dalam inti

Proton dan neutron biasanya digambarkan sebagai dikemas bersama-sama dan didistribusikan secara merata di atas bola. Namun, ini adalah penyederhanaan dari struktur yang sebenarnya. Setiap nukleon (proton atau neutron) dapat menempati tingkat energi dan jangkauan lokasi tertentu. Sementara nukleus mungkin bulat, mungkin juga berbentuk buah pir, bulat, atau berbentuk cakram.

Inti proton dan neutron adalah baryon, terdiri dari yang terkecil, yang disebut quark. Gaya tarik menarik memiliki jangkauan yang sangat pendek, sehingga proton dan neutron harus sangat dekat satu sama lain untuk dapat terikat. Daya tarik yang kuat ini mengatasi tolakan alami dari proton bermuatan.

Proton, neutron dan elektron

Dorongan kuat dalam pengembangan ilmu seperti fisika nuklir adalah penemuan neutron (1932). Terima kasih untuk ini harus menjadi fisikawan Inggris yang merupakan mahasiswa Rutherford. Apa itu neutron? Ini adalah partikel yang tidak stabil, yang dalam keadaan bebas hanya dalam 15 menit dapat meluruh menjadi proton, elektron, dan neutrino, yang disebut partikel netral tak bermassa.

Partikel mendapatkan namanya karena fakta bahwa ia tidak memiliki muatan listrik, ia netral. Neutron sangat padat. Dalam keadaan terisolasi, satu neutron akan memiliki massa hanya 1,67·10 - 27, dan jika Anda mengambil satu sendok teh yang penuh dengan neutron, maka potongan materi yang dihasilkan akan berbobot jutaan ton.

Jumlah proton dalam inti suatu unsur disebut nomor atom. Nomor ini memberikan setiap elemen identitas uniknya sendiri. Dalam atom beberapa unsur, seperti karbon, jumlah proton dalam inti selalu sama, tetapi jumlah neutron dapat bervariasi. Atom elemen yang diberikan dengan jumlah neutron tertentu di dalam inti disebut isotop.

Apakah neutron tunggal berbahaya?

Apa itu neutron? Ini adalah partikel yang, bersama dengan proton, termasuk di dalamnya. Namun, terkadang mereka bisa eksis dengan sendirinya. Ketika neutron berada di luar inti atom, mereka memperoleh potensial sifat berbahaya. Ketika mereka bergerak dengan kecepatan tinggi, mereka menghasilkan radiasi mematikan. Yang disebut bom neutron, dikenal karena kemampuannya membunuh manusia dan hewan, sementara memiliki efek minimal pada struktur fisik tak hidup.

Neutron adalah bagian yang sangat penting dari sebuah atom. Kepadatan tinggi dari partikel-partikel ini, dikombinasikan dengan kecepatannya, memberi mereka kekuatan dan energi penghancur yang luar biasa. Akibatnya, mereka dapat mengubah atau bahkan mengobrak-abrik inti atom yang menyerang. Meskipun neutron memiliki muatan listrik netral bersih, neutron terdiri dari komponen bermuatan yang saling meniadakan sehubungan dengan muatan.

Neutron dalam atom adalah partikel kecil. Seperti proton, mereka terlalu kecil untuk dilihat bahkan dengan mikroskop elektron, tetapi mereka ada karena itulah satu-satunya cara untuk menjelaskan perilaku atom. Neutron sangat penting untuk stabilitas atom, tetapi di luar pusat atomnya mereka tidak dapat eksis dalam waktu lama dan rata-rata meluruh hanya dalam 885 detik (sekitar 15 menit).

Utuh dunia materi, menurut fisika modern, dibangun dari tiga partikel dasar: proton, neutron, dan elektron. Selain itu, menurut sains, ada partikel materi "dasar" lainnya di alam semesta, beberapa nama di antaranya jelas lebih dari biasanya. Pada saat yang sama, fungsi "partikel dasar" lainnya ini dalam keberadaan dan evolusi alam semesta tidak jelas.

Pertimbangkan interpretasi lain dari partikel elementer:

Hanya ada satu partikel dasar materi - proton. Semua "partikel dasar" lainnya, termasuk neutron dan elektron, hanyalah turunan dari proton, dan mereka memainkan peran yang sangat sederhana dalam evolusi alam semesta. Mari kita perhatikan bagaimana "partikel dasar" seperti itu terbentuk.

Kami memeriksa secara rinci struktur partikel dasar materi dalam artikel "". Secara singkat tentang partikel dasar:

Sebuah partikel dasar materi memiliki bentuk benang memanjang di ruang angkasa.
Sebuah partikel elementer mampu meregang. Dalam proses peregangan, kerapatan materi di dalam partikel elementer turun.
Bagian dari partikel elementer, di mana kerapatan materi turun setengahnya, kami sebut materi kuantum .
Dalam proses gerak, partikel elementer terus menerus menyerap (melipat, ) energi.
Titik penyerapan energi ( titik pemusnahan ) berada di ujung vektor gerak partikel elementer.
Lebih tepatnya: di ujung kuantum materi aktif.
Menyerap energi, partikel elementer terus meningkatkan kecepatan gerakan majunya.
Partikel dasar materi adalah dipol. Di mana gaya tarik menarik terkonsentrasi di bagian depan (dalam arah gerak) partikel, dan gaya tolak terkonsentrasi di bagian belakang.

Sifat menjadi elementer dalam ruang secara teoritis berarti kemungkinan mengurangi kepadatan materi menjadi nol. Dan ini, pada gilirannya, berarti kemungkinan pecahnya mekanisnya: tempat pecahnya partikel dasar materi dapat direpresentasikan sebagai bagiannya dengan kepadatan nol materi.

Dalam proses pemusnahan (penyerapan energi), sebuah partikel elementer, yang melipat energi, secara terus menerus meningkatkan kecepatan gerak translasinya di ruang angkasa.

Evolusi galaksi, pada akhirnya, membawa partikel elementer materi ke momen ketika mereka mampu memberikan efek robek satu sama lain. Partikel dasar mungkin tidak bertemu pada jalur paralel, ketika satu partikel mendekati yang lain secara perlahan dan lancar, seperti kapal ke dermaga. Mereka dapat bertemu di luar angkasa dan di lintasan yang berlawanan. Kemudian tumbukan keras dan, sebagai akibatnya, pecahnya partikel elementer hampir tak terelakkan. Mereka bisa berada di bawah gelombang gangguan energi yang sangat kuat, yang juga mengarah pada perpecahan.

Apa yang bisa menjadi "puing-puing" yang terbentuk sebagai akibat dari pecahnya partikel dasar materi?

Mari kita pertimbangkan kasus ketika, sebagai akibat dari pengaruh eksternal, dari partikel dasar materi - atom deuterium - meluruh menjadi proton dan neutron.

Pecahnya struktur pasangan tidak terjadi di tempat koneksi mereka -. Salah satu dari dua partikel elementer dari struktur pasangan putus.

Proton dan neutron berbeda satu sama lain dalam strukturnya.

Proton adalah partikel elementer yang sedikit memendek (setelah putus),
neutron - struktur yang terdiri dari satu partikel elementer lengkap dan "tunggul" - bagian depan, ujung ringan dari partikel pertama.

Partikel elementer lengkap memiliki set lengkap - kuanta materi "N" dalam komposisinya. Proton memiliki kuanta materi "N-n". Neutron memiliki kuanta "N + n".

Perilaku proton jelas. Bahkan setelah kehilangan kuanta akhir materi, ia secara aktif melanjutkan energi: kerapatan materi kuantum terakhirnya yang baru selalu sesuai dengan kondisi pemusnahan. Kuantum materi terakhir yang baru ini menjadi titik pemusnahan yang baru. Secara umum, proton berperilaku seperti yang diharapkan. Sifat-sifat proton dijelaskan dengan baik dalam buku teks fisika mana pun. Hanya itu yang akan menjadi sedikit lebih ringan daripada rekan "penuh" - partikel dasar materi yang lengkap.

Neutron berperilaku berbeda. Pertimbangkan terlebih dahulu struktur neutron. Strukturnyalah yang menjelaskan "keanehannya".

Pada dasarnya, neutron terdiri dari dua bagian. Bagian pertama adalah partikel dasar materi yang lengkap dengan titik pemusnahan di ujung depannya. Bagian kedua adalah "tunggul" ringan yang sangat pendek dari partikel dasar pertama, yang tersisa setelah pecahnya struktur ganda, dan juga memiliki titik pemusnahan. Kedua bagian ini saling berhubungan oleh titik pemusnahan. Dengan demikian, neutron memiliki titik pemusnahan ganda.

Logika berpikir menunjukkan bahwa kedua bagian neuron yang berbobot ini akan berperilaku berbeda. Jika bagian pertama, yang merupakan partikel elementer berbobot penuh, akan, seperti yang diharapkan, memusnahkan energi bebas dan secara bertahap berakselerasi di ruang alam semesta, maka bagian kedua yang ringan akan mulai memusnahkan energi bebas pada tingkat yang lebih tinggi.

Pergerakan partikel elementer materi di ruang angkasa terjadi karena: energi yang menyebar menyeret partikel yang jatuh ke alirannya. Jelas bahwa semakin kecil partikel materi, semakin mudah energi mengalir untuk menyeret partikel ini bersamanya, semakin tinggi kecepatan partikel ini. Jelas bahwa apa jumlah besar energi secara bersamaan dilipat oleh kuantum aktif, semakin kuat aliran energi yang menyebar, semakin mudah aliran ini untuk menyeret partikel bersamanya. Kami mendapatkan ketergantungan: Kecepatan gerak translasi partikel materi di ruang angkasa sebanding dengan massa materi kuantum aktifnya dan berbanding terbalik dengan massa total partikel materi :

Bagian kedua dari neutron yang ringan memiliki massa yang berkali-kali lebih kecil daripada massa partikel elementer berbobot penuh. Tetapi massa kuanta aktif mereka sama. Yaitu: mereka memusnahkan energi pada tingkat yang sama. Kita dapatkan: kecepatan gerak translasi bagian kedua neutron akan cenderung meningkat dengan cepat, dan akan mulai memusnahkan energi lebih cepat. (Agar tidak menimbulkan kebingungan, kami akan menyebut bagian kedua, ringan, dari neutron sebagai elektron).

menggambar neutron

Jumlah energi yang meningkat tajam yang dimusnahkan secara bersamaan oleh elektron, sementara ia berada dalam komposisi neutron, mengarah ke inersia neutron. Elektron mulai memusnahkan lebih banyak energi daripada "tetangganya" - partikel dasar yang lengkap. Ia belum dapat melepaskan diri dari titik pemusnahan neutron yang umum: gaya tarik-menarik yang kuat mengganggu. Akibatnya, elektron mulai "makan" di belakang titik pemusnahan bersama.

Pada saat yang sama, elektron mulai bergeser relatif terhadap pasangannya dan kondensasinya energi bebas berada dalam jangkauan titik pemusnahan tetangganya. Yang segera mulai "memakan" pengental ini. Peralihan elektron dan partikel penuh seperti itu ke sumber daya "internal" - kondensasi energi bebas di belakang titik pemusnahan - mengarah pada penurunan cepat dalam gaya tarik dan tolak neutron.

Pelepasan elektron dari struktur umum neutron terjadi pada saat perpindahan elektron relatif terhadap partikel elementer berbobot penuh menjadi cukup besar, gaya yang cenderung memutuskan ikatan tarik-menarik dua titik pemusnahan mulai melebihi gaya tarik titik-titik pemusnahan ini, dan yang kedua, bagian ringan dari neutron (elektron) dengan cepat terbang menjauh.

Akibatnya, neutron meluruh menjadi dua unit: partikel elementer yang lengkap - proton dan bagian yang lebih pendek dari partikel elementer materi - elektron.

Menurut data modern, struktur neutron tunggal ada selama sekitar lima belas menit. Kemudian secara spontan meluruh menjadi proton dan elektron. Lima belas menit ini adalah waktu perpindahan elektron relatif terhadap titik umum pemusnahan neutron dan perjuangannya untuk "kebebasannya".

Mari kita simpulkan beberapa hasil:

PROTON adalah partikel dasar materi yang lengkap, dengan satu titik pemusnahan, atau bagian berat dari partikel dasar materi, yang tersisa setelah kuanta cahaya dipisahkan darinya.
NEUTRON adalah struktur ganda, memiliki dua titik pemusnahan, dan terdiri dari partikel dasar materi, dan bagian depan yang ringan dari partikel materi dasar lainnya.
ELEKTRON - bagian depan partikel elementer materi, yang memiliki satu titik pemusnahan, terdiri dari kuanta ringan, yang terbentuk sebagai hasil dari pecahnya partikel elementer materi.
Struktur "proton-neutron" yang dikenal oleh sains adalah DEUTERIUM ATOM, sebuah struktur dari dua partikel elementer yang memiliki titik musnah ganda.

Elektron bukanlah partikel elementer independen yang berputar di sekitar inti atom.

Elektron, menurut ilmu pengetahuan, tidak berada dalam komposisi atom.

Dan inti atom, dengan demikian, tidak ada di alam, sama seperti tidak ada neutron dalam bentuk partikel dasar materi yang independen.

Baik elektron maupun neutron adalah turunan dari struktur pasangan dua partikel elementer, setelah dipecah menjadi dua bagian yang tidak sama akibat pengaruh eksternal. Dalam komposisi atom unsur kimia apa pun, proton dan neutron adalah struktur pasangan standar - dua partikel dasar materi berbobot penuh - dua proton disatukan oleh titik pemusnahan.

Dalam fisika modern, ada posisi yang tak tergoyahkan bahwa proton dan elektron memiliki muatan listrik yang sama tetapi berlawanan. Diduga, sebagai akibat dari interaksi muatan yang berlawanan ini, mereka saling tertarik. Penjelasan yang cukup logis. Ini mencerminkan mekanisme fenomena dengan benar, tetapi sepenuhnya salah - esensinya.

Partikel dasar tidak memiliki muatan "listrik" positif maupun negatif, seperti halnya tidak ada bentuk materi khusus dalam bentuk "medan listrik". "Listrik" semacam itu adalah penemuan manusia, yang disebabkan oleh ketidakmampuannya untuk menjelaskan keadaan yang ada.

"Listrik" dan elektron satu sama lain sebenarnya diciptakan oleh aliran energi yang diarahkan ke titik pemusnahannya, sebagai akibat dari gerakan maju mereka di ruang alam semesta. Ketika mereka jatuh ke zona aksi kekuatan tarik-menarik satu sama lain. Itu benar-benar terlihat seperti interaksi yang besarnya sama tetapi muatan listriknya berlawanan.

“muatan listrik yang serupa”, misalnya: dua proton atau dua elektron juga memiliki penjelasan yang berbeda. Tolakan terjadi ketika salah satu partikel memasuki zona aksi gaya tolak menolak partikel lain - yaitu, zona kondensasi energi di belakang titik pemusnahannya. Kami membahas ini di artikel sebelumnya.

Interaksi "proton - antiproton", "elektron - positron" juga memiliki penjelasan yang berbeda. Dengan interaksi seperti itu kita memahami interaksi roh proton atau elektron ketika mereka bergerak pada jalur tumbukan. Dalam hal ini, karena interaksi mereka hanya dengan daya tarik (tidak ada tolakan, karena zona tolakan masing-masing ada di belakang mereka), kontak keras mereka terjadi. Akibatnya, alih-alih dua proton (elektron), kita mendapatkan "partikel dasar" yang sama sekali berbeda, yang sebenarnya merupakan turunan dari interaksi kaku kedua proton (elektron) ini.

Struktur atom zat. Model Atom

Perhatikan struktur atom.

Neutron dan elektron - sebagai partikel dasar materi - tidak ada. Inilah yang telah kita bahas di atas. Dengan demikian: tidak ada inti atom dan kulit elektron. Kesalahan ini merupakan hambatan kuat untuk penelitian lebih lanjut ke dalam struktur materi.

Satu-satunya partikel dasar materi hanyalah proton. Sebuah atom dari setiap unsur kimia terdiri dari struktur berpasangan dari dua partikel dasar materi (dengan pengecualian isotop, di mana lebih banyak partikel elementer ditambahkan ke struktur berpasangan).

Untuk alasan kami lebih lanjut, perlu untuk mempertimbangkan konsep titik pemusnahan bersama.

Partikel dasar materi berinteraksi satu sama lain dengan titik pemusnahan. Interaksi ini mengarah pada pembentukan struktur material: atom, molekul, benda fisik... Yang memiliki titik musnah atom yang sama, titik musnah molekul yang sama...

GENERAL ANNIHILATION POINT - adalah penyatuan dua titik musnah tunggal partikel elementer materi menjadi titik musnah bersama dari struktur pasangan, atau titik musnah bersama dari struktur berpasangan menjadi titik musnah umum atom unsur kimia, atau musnah bersama titik atom unsur kimia– ke titik pemusnahan molekul umum.

Hal utama di sini adalah bahwa penyatuan partikel materi bertindak sebagai daya tarik dan tolakan sebagai objek integral tunggal. Pada akhirnya, bahkan tubuh fisik apa pun dapat direpresentasikan sebagai titik umum pemusnahan tubuh fisik ini: tubuh ini menarik tubuh fisik lain ke dirinya sendiri sebagai satu objek fisik integral, sebagai satu titik pemusnahan. Dalam hal ini, kita mendapatkan fenomena gravitasi - tarik-menarik antara tubuh fisik.

Pada fase siklus perkembangan galaksi, ketika gaya tarik menarik menjadi cukup besar, penyatuan atom deuterium ke dalam struktur atom lain dimulai. Atom-atom unsur kimia terbentuk secara berurutan, seiring dengan meningkatnya kecepatan gerak translasi partikel elementer materi (baca: kecepatan gerak translasi galaksi di ruang alam semesta meningkat) dengan menempelkan struktur pasangan baru partikel elementer materi ke atom deuterium.

Penyatuan terjadi secara berurutan: di setiap atom baru, satu struktur pasangan baru dari partikel elementer materi muncul (lebih jarang, satu partikel elementer). Apa yang memberi kita kombinasi atom deuterium ke dalam struktur atom lain:

Titik umum pemusnahan atom muncul. Ini berarti bahwa atom kita akan berinteraksi dengan gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak dengan semua atom dan partikel elementer lainnya sebagai suatu struktur integral tunggal.
Ruang atom muncul, di dalamnya kerapatan energi bebas akan berkali-kali melebihi kerapatan energi bebas di luar ruangnya. Kepadatan energi yang sangat tinggi di belakang satu titik pemusnahan di dalam ruang atom tidak akan punya waktu untuk turun dengan kuat: jarak antara partikel elementer terlalu kecil. Rata-rata kerapatan energi bebas dalam ruang intraatomik berkali-kali lebih besar daripada nilai konstanta kerapatan energi bebas ruang alam semesta.

Dalam konstruksi atom unsur kimia, molekul zat kimia, tubuh fisik, hukum interaksi partikel dan benda material yang paling penting dimanifestasikan:

Kekuatan ikatan intranuklear, kimia, listrik, gravitasi tergantung pada jarak antara titik musnah di dalam atom, antara titik musnah umum atom di dalam molekul, antara titik musnah umum molekul di dalam tubuh fisik, antara tubuh fisik. Semakin kecil jarak antara titik pemusnahan bersama, semakin kuat gaya tarik menarik yang bekerja di antara mereka.

Jelas bahwa:

Yang dimaksud dengan ikatan intranuklear adalah interaksi antara partikel elementer dan antara struktur pasangan dalam atom.
Dengan ikatan kimia yang kami maksud adalah interaksi antara atom dalam struktur molekul.
Dengan sambungan listrik, kita memahami interaksi antara molekul dalam komposisi tubuh fisik, cairan, gas.
Dengan ikatan gravitasi yang kami maksud adalah interaksi antara tubuh fisik.

Pembentukan unsur kimia kedua - atom helium - terjadi ketika galaksi berakselerasi di ruang angkasa hingga kecepatan yang cukup tinggi. Ketika gaya tarik menarik dua atom deuterium mencapai nilai yang besar, mereka mendekat pada jarak yang memungkinkan mereka bergabung menjadi sebuah struktur rangkap empat dari atom helium.

Peningkatan lebih lanjut dalam kecepatan gerak progresif galaksi mengarah pada pembentukan atom-atom unsur kimia berikutnya (menurut tabel periodik). Pada saat yang sama: asal-usul atom dari setiap elemen kimia sesuai dengan kecepatannya sendiri yang ditentukan secara ketat dari pergerakan progresif galaksi di ruang alam semesta. Mari kita panggil dia tingkat standar pembentukan atom dari unsur kimia .

Atom helium adalah atom kedua setelah hidrogen yang terbentuk di galaksi. Kemudian, ketika kecepatan gerak maju galaksi meningkat, atom deuterium berikutnya menerobos ke atom helium. Ini berarti bahwa kecepatan gerak maju galaksi telah mencapai tingkat standar pembentukan atom lithium. Kemudian akan mencapai tingkat standar pembentukan atom berilium, karbon ..., dan seterusnya, menurut tabel periodik.

model atom

Pada diagram di atas, kita dapat melihat bahwa:

Setiap periode dalam atom adalah cincin struktur berpasangan.
Pusat atom selalu ditempati oleh struktur rangkap empat dari atom helium.
Semua struktur berpasangan dari periode yang sama terletak secara ketat di bidang yang sama.
Jarak antar periode jauh lebih besar daripada jarak antar struktur pasangan dalam satu periode.

Tentu saja, ini adalah skema yang sangat disederhanakan, dan tidak mencerminkan semua realitas konstruksi atom. Sebagai contoh: setiap struktur pasangan baru, yang bergabung dengan sebuah atom, menggantikan struktur pasangan lainnya pada periode yang bersangkutan.

Kami mendapatkan prinsip membangun periode dalam bentuk cincin di sekitar pusat geometris atom:

struktur periode dibangun dalam satu bidang. Ini difasilitasi oleh vektor umum gerak translasi dari semua partikel elementer galaksi.
struktur pasangan periode yang sama dibangun di sekitar pusat geometris atom pada jarak yang sama.
atom di sekitar mana periode baru dibangun berperilaku terhadap periode baru ini sebagai satu sistem lengkap.

Jadi kita mendapatkan keteraturan paling penting dalam konstruksi atom unsur kimia:

REGULERITAS JUMLAH STRUKTUR PASANGAN YANG TERTENTU KETAT: secara bersamaan, pada jarak tertentu dari pusat geometrik titik bersama pemusnahan atom, hanya sejumlah struktur pasangan partikel materi yang dapat ditemukan.

Yaitu: pada periode kedua, ketiga dari tabel periodik - masing-masing delapan elemen, pada keempat, kelima - delapan belas, pada keenam, ketujuh - tiga puluh dua. Peningkatan diameter atom memungkinkan jumlah struktur berpasangan meningkat pada setiap periode berikutnya.

Jelas bahwa pola ini menentukan prinsip periodisitas dalam konstruksi atom unsur kimia, yang ditemukan oleh D.I. Mendeleev.

Setiap periode di dalam atom suatu unsur kimia berperilaku dalam hubungannya dengan itu sebagai sistem integral tunggal. Ini ditentukan oleh lompatan dalam jarak antar periode: jauh lebih besar daripada jarak antara struktur pasangan dalam suatu periode.

Sebuah atom dengan periode yang tidak lengkap menunjukkan aktivitas kimia sesuai dengan keteraturan di atas. Karena ada ketidakseimbangan gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak atom yang mendukung gaya tarik-menarik. Tetapi dengan penambahan struktur pasangan terakhir, ketidakseimbangan menghilang, periode baru terbentuk lingkaran kanan- menjadi satu, integral, sistem yang lengkap. Dan kita mendapatkan sebuah atom dari gas inert.

Pola terpenting dalam membangun struktur atom adalah: atom memiliki kaskade bidangstruktur . Sesuatu seperti lampu gantung.

struktur pasangan periode yang sama harus ditempatkan pada bidang yang sama tegak lurus terhadap vektor gerakan translasi atom.
pada saat yang sama, periode dalam atom harus mengalir.

Ini menjelaskan mengapa pada periode kedua dan ketiga (juga pada periode keempat - kelima, keenam - ketujuh) jumlah struktur berpasangan yang sama (lihat gambar di bawah). Struktur atom seperti itu adalah konsekuensi dari distribusi gaya tarik-menarik dan tolak-menolak partikel elementer: gaya tarik menarik bekerja di belahan depan (dalam arah gerakan) partikel, gaya tolak - di belahan belakang.

Jika tidak, konsentrasi energi bebas di belakang titik musnah dari beberapa struktur pasangan jatuh ke dalam zona tarik-menarik titik musnah dari struktur pasangan lain, dan atom pasti akan berantakan.

Di bawah ini kita melihat gambar volumetrik skema atom argon

model atom argon

Pada gambar di bawah, kita dapat melihat "bagian", "tampilan samping" dari dua periode atom - yang kedua dan ketiga:

Inilah tepatnya bagaimana struktur berpasangan harus diorientasikan, relatif terhadap pusat atom, dalam periode dengan jumlah struktur berpasangan yang sama (kedua - ketiga, keempat - kelima, keenam - ketujuh).

Jumlah energi dalam kondensasi di belakang titik pemusnahan partikel elementer terus bertambah. Ini menjadi jelas dari rumus:

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

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

E~W×m

di mana:

E 1 adalah jumlah energi bebas yang digulung (diserap) oleh titik pemusnahan dari gerak belahan depan.

E 2 adalah jumlah energi bebas dari titik pemusnahan yang terlipat (diserap) dari belahan belakang gerak.

adalah selisih antara jumlah energi bebas yang digulung (diserap) dari belahan depan dan belakang gerakan partikel elementer.

W adalah kecepatan gerak partikel elementer.

Di sini kita melihat peningkatan terus menerus dalam massa kondensasi energi di belakang titik pemusnahan partikel yang bergerak, karena kecepatan gerak majunya meningkat.

Dalam struktur atom, ini akan memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa kerapatan energi di belakang struktur setiap atom berikutnya akan meningkat dalam deret geometri. Titik-titik pemusnahan saling menahan dengan kekuatan tarik-menariknya dengan “pegangan besi”. Pada saat yang sama, gaya tolak yang semakin besar akan semakin membelokkan struktur pasangan atom satu sama lain. Jadi kita mendapatkan konstruksi datar - kaskade atom.

Atom, dalam bentuknya, harus menyerupai bentuk mangkuk, di mana "bagian bawah" adalah struktur atom helium. Dan "tepi" mangkuk adalah periode terakhir. Tempat "tikungan mangkuk": periode kedua - ketiga, keempat - kelima, keenam - ketujuh. Ini "tikungan" memungkinkan untuk membentuk periode yang berbeda dengan jumlah yang sama dari struktur berpasangan

model atom helium

Ini adalah struktur kaskade datar atom dan susunan cincin dari struktur pasangan di dalamnya yang menentukan periodisitas dan konstruksi baris sistem periodik unsur kimia Mendeleev, frekuensi manifestasi yang serupa sifat kimia atom dalam satu baris tabel periodik.

Pesawat - struktur kaskade atom memberikan tampilan ruang tunggal atom dengan kepadatan energi bebas yang tinggi.

Semua struktur pasangan atom berorientasi ke arah pusat atom (lebih tepatnya: ke arah titik yang terletak pada sumbu geometrik atom, ke arah pergerakan atom).
Semua titik pemusnahan individu terletak di sepanjang cincin periode di dalam atom.
Semua kelompok energi bebas individu terletak di belakang titik pemusnahannya.

Hasilnya: konsentrasi energi bebas berdensitas tinggi tunggal, yang batas-batasnya adalah batas-batas atom. Batas-batas ini, seperti yang kita pahami, adalah batas-batas aksi gaya yang dikenal dalam sains sebagai gaya Yukawa.

Struktur kaskade bidang atom memberikan redistribusi zona gaya tarik dan tolak dengan cara tertentu. Kami telah mengamati redistribusi zona gaya tarik dan tolak dalam struktur berpasangan:

Zona aksi gaya tolak-menolak struktur pasangan meningkat karena zona aksi gaya tariknya (dibandingkan dengan partikel elementer tunggal). Zona aksi gaya tarik menarik berkurang. (Zona aksi gaya tarik-menarik berkurang, tetapi bukan gaya itu sendiri). Struktur atom kaskade datar memberi kita peningkatan yang lebih besar di zona aksi gaya tolak atom.

Dengan setiap periode baru, zona aksi gaya tolak-menolak cenderung membentuk bola penuh.
Zona aksi gaya tarik-menarik akan menjadi kerucut yang semakin mengecil diameternya

Dalam konstruksi periode baru atom, satu keteraturan lagi dapat dilacak: semua struktur pasangan dari satu periode terletak sangat simetris relatif terhadap pusat geometris atom, terlepas dari jumlah struktur pasangan dalam periode tersebut..

Setiap struktur pasangan baru, bergabung, mengubah lokasi semua struktur pasangan lain dari periode sehingga jarak antara mereka dalam periode selalu sama satu sama lain. Jarak ini berkurang dengan penambahan struktur pasangan berikutnya. Tidak lengkap periode luar atom dari unsur kimia membuatnya aktif secara kimia.

Jarak antar periode, yang jauh lebih besar daripada jarak antara partikel berpasangan dalam suatu periode, membuat periode relatif independen satu sama lain.

Setiap periode atom terkait dengan semua periode lainnya dan dengan seluruh atom sebagai keseluruhan struktur yang independen.

Ini menentukan bahwa aktivitas kimia atom hampir 100% ditentukan hanya oleh periode terakhir atom. Periode terakhir yang terisi penuh memberi kita zona terisi maksimum dari gaya tolak atom. Aktivitas kimia atom hampir nol. Sebuah atom, seperti bola, mendorong atom lain menjauh dari dirinya sendiri. Kami melihat gas di sini. Dan bukan hanya gas, tapi gas inert.

Penambahan struktur pasangan pertama dari periode baru mengubah gambaran yang indah ini. Distribusi zona aksi gaya tolak-menolak dan tarik-menarik berubah mendukung gaya tarik-menarik. Atom menjadi aktif secara kimia. Ini adalah atom logam alkali.

Dengan penambahan setiap struktur pasangan berikutnya, keseimbangan zona distribusi gaya tarik dan tolak atom berubah: zona gaya tolak meningkat, zona gaya tarik menurun. Dan setiap atom berikutnya menjadi sedikit lebih sedikit logam dan sedikit lebih banyak non-logam.

Bentuk atom kaskade datar, redistribusi zona aksi gaya tarik dan tolak memberi kita hal berikut: Sebuah atom dari unsur kimia, bertemu dengan atom lain bahkan pada jalur tumbukan, tanpa gagal jatuh ke dalam zona aksi gaya tolak menolak atom ini. Dan itu tidak menghancurkan dirinya sendiri dan tidak menghancurkan atom lain ini.

Semua ini membawa kita pada hasil yang luar biasa: atom-atom unsur kimia, yang saling masuk ke dalam senyawa, membentuk struktur molekul tiga dimensi. Berbeda dengan struktur atom yang datar - kaskade. Molekul adalah struktur tiga dimensi atom yang stabil.

Pertimbangkan energi yang mengalir di dalam atom dan molekul.

Pertama-tama, kita perhatikan bahwa partikel elementer akan menyerap energi dalam siklus. Yaitu: pada paruh pertama siklus, partikel elementer menyerap energi dari ruang terdekat. Kekosongan terbentuk di sini - ruang tanpa energi bebas.

Di paruh kedua siklus: energi dari lingkungan yang lebih jauh akan segera mulai mengisi kekosongan yang dihasilkan. Artinya, di ruang angkasa akan ada aliran energi yang diarahkan ke titik pemusnahan. Partikel menerima momentum positif dari gerak translasi. TETAPI energi terikat di dalam partikel akan mulai mendistribusikan kembali kerapatannya.

Apa yang kita minati di sini?

Karena siklus pemusnahan dibagi menjadi dua fase: fase penyerapan energi dan fase pergerakan energi (mengisi kekosongan), maka kecepatan rata-rata aliran energi di wilayah titik pemusnahan akan berkurang, secara kasar, dengan faktor dua.

Dan yang sangat penting:

Dalam konstruksi atom, molekul, benda fisik, keteraturan yang sangat penting dimanifestasikan: stabilitas semua struktur material, seperti: struktur berpasangan - atom deuterium, periode individu di sekitar atom, atom, molekul, tubuh fisik dipastikan dengan keteraturan yang ketat dari proses pemusnahannya.

Pertimbangkan ini.

Aliran energi yang dihasilkan oleh struktur pasangan. Dalam struktur berpasangan, partikel elementer memusnahkan energi secara serempak. Jika tidak, partikel elementer akan "memakan" konsentrasi energi di belakang titik pemusnahan satu sama lain. Kami memperoleh karakteristik gelombang yang jelas dari struktur pasangan. Selain itu, kami mengingatkan Anda bahwa karena sifat siklus dari proses pemusnahan, laju rata-rata aliran energi di sini turun setengahnya.
Energi mengalir di dalam atom. Prinsipnya sama: semua struktur berpasangan pada periode yang sama harus memusnahkan energi secara sinkron - dalam siklus sinkron. Demikian pula: proses pemusnahan dalam atom harus disinkronkan antara periode. Setiap asinkron menyebabkan kehancuran atom. Di sini sinkronisitas mungkin sedikit berbeda. Dapat diasumsikan bahwa periode dalam atom memusnahkan energi secara berurutan, satu demi satu, dalam gelombang.
Energi mengalir di dalam molekul, tubuh fisik. Jarak antar atom dalam struktur molekul berkali-kali lebih besar daripada jarak antar periode di dalam atom. Selain itu, molekul memiliki struktur massal. Sama seperti tubuh fisik lainnya, ia memiliki struktur tiga dimensi. Jelas bahwa sinkronisme proses pemusnahan di sini harus konsisten. Diarahkan dari pinggiran ke pusat, atau sebaliknya: dari pusat ke pinggiran - hitung sesuka Anda.

Prinsip sinkronisitas memberi kita dua keteraturan lagi:

Kecepatan aliran energi di dalam atom, molekul, tubuh fisik jauh lebih kecil daripada kecepatan konstan pergerakan energi di ruang alam semesta. Pola ini akan membantu kita memahami (dalam artikel #7) proses listrik.
Semakin besar struktur yang kita lihat (berturut-turut: partikel elementer, atom, molekul, tubuh fisik), semakin besar panjang gelombang dalam karakteristik gelombangnya yang akan kita amati. Ini juga berlaku untuk tubuh fisik: semakin besar massa tubuh fisik, semakin besar panjang gelombang yang dimilikinya.

Halaman 1

Muatan neutron adalah nol. Akibatnya, neutron tidak berperan dalam besarnya muatan inti atom. Nomor seri kromium sama dengan nilai yang sama.

Muatan proton qp e Muatan neutron sama dengan nol.

Mudah untuk melihat bahwa dalam hal ini muatan neutron adalah nol, dan proton adalah 1, seperti yang diharapkan. Semua baryon yang termasuk dalam dua keluarga diperoleh - delapan dan sepuluh. Meson terdiri dari quark dan antiquark. Bilah menunjukkan barang antik; muatan listriknya berbeda tanda dari quark yang bersangkutan. Sebuah quark aneh tidak masuk ke dalam pi-meson, pi-meson, seperti yang telah kita katakan, adalah partikel dengan keanehan dan spin sama dengan nol.

Karena muatan proton sama dengan muatan elektron dan muatan neutron sama dengan peluru, maka jika interaksi kuat dimatikan, interaksi proton dengan medan elektromagnetik Dan itu akan menjadi interaksi biasa partikel Dirac - Yp / V. Neutron tidak akan memiliki interaksi elektromagnetik.

Sebutan: 67 - perbedaan muatan antara elektron dan proton; q adalah muatan neutron; qg adalah nilai absolut dari muatan elektron.

Inti terdiri dari partikel elementer bermuatan positif - proton dan neutron yang tidak membawa muatan.

Dasar pemikiran modern tentang struktur materi adalah pernyataan tentang keberadaan atom materi, yang terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan, membentuk inti bermuatan positif, dan elektron bermuatan negatif yang berputar di sekitar inti. Tingkat energi elektron, menurut teori ini, bersifat diskrit, dan kehilangan atau perolehan beberapa energi tambahan oleh mereka dianggap sebagai transisi dari satu tingkat energi yang diizinkan ke tingkat energi yang lain. Pada saat yang sama, sifat energi yang diskrit level elektronik menjadi penyebab absorpsi diskrit yang sama atau emisi energi oleh elektron selama transisi dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya.

Kami berasumsi bahwa muatan atom atau molekul sepenuhnya ditentukan oleh jumlah skalar q Z (q Nqn, di mana Z adalah jumlah pasangan elektron-proton, (q qp - qe adalah perbedaan muatan elektron dan proton , N adalah jumlah neutron, dan qn adalah muatan neutron.

Muatan inti hanya ditentukan oleh jumlah proton Z, dan nomor massa A bertepatan dengan jumlah total proton dan neutron. Karena muatan neutron adalah nol, tidak ada interaksi listrik menurut hukum Coulomb antara dua neutron, dan juga antara proton dan neutron. Pada saat yang sama, gaya tolak listrik bekerja antara dua proton.

Selanjutnya, dalam batas akurasi pengukuran, tidak ada satu pun proses tumbukan yang pernah didaftarkan, di mana hukum kekekalan muatan tidak akan dipatuhi. Misalnya, ketidakfleksibelan neutron dalam homogen medan listrik memungkinkan kita untuk mempertimbangkan muatan neutron sebagai nol akurat hingga 1 (muatan elektron H7.

Kami telah mengatakan bahwa perbedaan antara momen magnetik proton dan satu magneton nuklir adalah hasil yang menakjubkan. Lebih mengejutkan lagi (Tampaknya ada momen magnetik untuk neutron tanpa muatan.

Sangat mudah untuk melihat bahwa gaya-gaya ini tidak direduksi menjadi jenis gaya mana pun yang dipertimbangkan dalam bagian sebelumnya dari kursus fisika. Memang, jika kita berasumsi, misalnya, bahwa antara nukleon dalam nuklei ada gaya gravitasi, maka mudah untuk menghitung dari massa proton dan neutron yang diketahui bahwa energi ikat per partikel akan diabaikan - itu akan menjadi 1036 kali lebih kecil daripada yang diamati secara eksperimental. Asumsi tentang sifat listrik dari gaya nuklir juga hilang. Memang, dalam hal ini tidak mungkin membayangkan inti stabil yang terdiri dari satu proton bermuatan dan tidak ada neutron yang bermuatan.

Ikatan kuat yang ada di antara nukleon-nukleon di dalam nukleus menunjukkan adanya nukleus-nukleus khusus yang disebut gaya nuklir dalam inti atom. Sangat mudah untuk melihat bahwa gaya-gaya ini tidak direduksi menjadi jenis gaya mana pun yang dipertimbangkan dalam bagian sebelumnya dari kursus fisika. Memang, jika kita berasumsi, misalnya, bahwa gaya gravitasi bekerja antara nukleon dalam inti, maka mudah untuk menghitung dari massa proton dan neutron yang diketahui bahwa energi ikat per partikel akan diabaikan - itu akan menjadi 1038 kali lebih kecil dari yang diamati secara eksperimental. Asumsi tentang sifat listrik dari gaya nuklir juga hilang. Memang, dalam hal ini tidak mungkin membayangkan inti stabil yang terdiri dari satu proton bermuatan dan tidak ada neutron yang bermuatan.