Belkins I.K. Atoma kodola lādiņš un Mendeļejeva periodiskā elementu sistēma // Kvants. - 1984. - Nr.3. - S. 31-32.

Pēc īpašas vienošanās ar žurnāla "Kvant" redakciju un redaktoriem

Mūsdienu idejas par atoma uzbūvi radās 1911.-1913.gadā pēc slavenajiem Raterforda eksperimentiem par alfa daļiņu izkliedi. Šajos eksperimentos tika pierādīts, ka α -daļiņas (to lādiņš ir pozitīvs), krītot uz plānas metāla folijas, dažkārt tiek novirzītas lielos leņķos un pat izmestas atpakaļ. To varētu izskaidrot tikai ar to, ka pozitīvais lādiņš atomā ir koncentrēts niecīgā tilpumā. Ja mēs to iedomājamies bumbiņas formā, tad, kā konstatēja Rezerfords, šīs bumbas rādiusam jābūt aptuveni 10 -14 -10 -15 m, kas ir desmitiem un simtiem tūkstošu reižu. mazāki izmēri atoms kopumā (~10 -10 m). Tikai tuvu tik mazam pozitīvam lādiņam var būt elektriskais lauks spēj izmest α - daļiņa, kas pārvietojas ar ātrumu aptuveni 20 000 km/s. Rezerfords šo atoma daļu sauca par kodolu.

Tā radās doma, ka jebkuras vielas atoms sastāv no pozitīvi lādēta kodola un negatīvi lādētiem elektroniem, kuru esamība atomos tika konstatēta jau agrāk. Acīmredzot, tā kā atoms kopumā ir elektriski neitrāls, kodola lādiņam ir jābūt skaitliski vienādam ar visu atomā esošo elektronu lādiņu. Ja elektronu lādiņa moduli apzīmējam ar burtu e(elementārais lādiņš), tad lādiņš q i serdeņiem jābūt vienādiem q i = Ze, kur Z ir vesels skaitlis, kas vienāds ar elektronu skaitu atomā. Bet kāds ir numurs Z? Kāda ir maksa q i kodols?

No Rutherforda eksperimentiem, kas ļāva noteikt kodola izmēru, principā ir iespējams noteikt kodola lādiņa vērtību. Galu galā elektriskais lauks, kas noraida α -daļiņa, ir atkarīga ne tikai no izmēra, bet arī no kodola lādiņa. Un Rezerfords patiešām novērtēja kodola lādiņu. Pēc Rezerforda domām, viena vai otra atoma kodola lādiņš ķīmiskais elements aptuveni vienāda ar pusi no tās relatīvās atommasas BET, reizināts ar elementāro lādiņu e, t.i

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

Bet, dīvainā kārtā, patieso kodola lādiņu noteica nevis Rezerfords, bet gan viens no viņa rakstu un ziņojumu lasītājiem, holandiešu zinātnieks Van den Broeks (1870-1926). Tas ir dīvaini, jo Van den Brūks pēc izglītības un profesijas nebija fiziķis, bet gan jurists.

Kāpēc Raterfords, novērtējot atomu kodolu lādiņus, korelēja tos ar atomu masām? Fakts ir tāds, ka 1869. gadā D. I. Mendeļejevs izveidoja periodisku ķīmisko elementu sistēmu, viņš sakārtoja elementus to relatīvās atomu masas palielināšanas secībā. Un pēdējo četrdesmit gadu laikā visi ir pieraduši pie tā, ka ķīmiskā elementa vissvarīgākā īpašība ir tā relatīvā atomu masa, ka tieši tā atšķir vienu elementu no cita.

Tikmēr tieši šajā laikā, 20. gadsimta sākumā, radās grūtības ar elementu sistēmu. Pētot radioaktivitātes fenomenu, tika atklāti vairāki jauni radioaktīvi elementi. Un Mendeļejeva sistēmā viņiem, šķiet, nebija vietas. Likās, ka Mendeļejeva sistēma ir jāmaina. Tas bija tas, par ko Van den Bruks bija īpaši noraizējies. Vairāku gadu laikā viņš piedāvāja vairākus variantus paplašinātai elementu sistēmai, kurā pietiktu vietas ne tikai vēl neatklātajiem stabilajiem elementiem (tiem vietas “sarūpēja” pats DI Mendeļejevs), bet arī arī radioaktīviem elementiem. Van den Broeka pēdējā versija tika publicēta 1913. gada sākumā, tajā bija 120 vietas, un urāns aizņēma 118. šūnu.

Tajā pašā 1913. gadā tika publicēti jaunāko pētījumu rezultāti par izkliedi. α -daļiņas lielos leņķos, ko veica Rutherforda līdzstrādnieki Geigers un Marsdens. Analizējot šos rezultātus, Van den Brūks izdarīja galvenais atklājums. Viņš atklāja, ka numurs Z formulā q i = Ze nav vienāds ar pusi no ķīmiskā elementa atoma relatīvās masas, bet gan ar tā kārtas numuru. Un turklāt elementa kārtas numurs Mendeļejeva sistēmā, nevis viņa, Van den Broek, 120-lokālajā sistēmā. Mendeļejeva sistēmu, izrādās, nevajadzēja mainīt!

No Van den Broek idejas izriet, ka katrs atoms sastāv no atoma kodola, kura lādiņš ir vienāds ar attiecīgā elementa kārtas numuru Mendeļejeva sistēmā, kas reizināts ar elementāro lādiņu un elektroniem, skaitli no kuriem atomā ir arī vienāds ar elementa kārtas numuru. (Piemēram, vara atoms sastāv no kodola ar lādiņu 29 e, un 29 elektroni.) Kļuva skaidrs, ka D. I. Mendeļejevs ķīmiskos elementus intuitīvi sakārtoja augošā secībā nevis pēc elementa atommasas, bet gan pēc tā kodola lādiņa (par to gan viņš nezināja). Līdz ar to viens ķīmiskais elements no cita atšķiras nevis ar savu atommasu, bet gan ar atoma kodola lādiņu. Atoma kodola lādiņš ir galvenā īpašībaķīmiskais elements. Ir pilnīgi dažādu elementu atomi, bet ar vienādām atomu masām (tiem ir īpašs nosaukums - izobāri).

Tas, kas nav atomu masas noteikt elementa pozīciju sistēmā, to var redzēt arī no periodiskās tabulas: trīs vietās tiek pārkāpts atommasas palielināšanas noteikums. Tātad niķeļa (Nr. 28) relatīvā atomu masa ir mazāka nekā kobaltam (Nr. 27), kālijam (Nr. 19) tā ir mazāka nekā argonam (Nr. 18), jodam (Nr. 53) tas ir mazāks nekā telūram (Nr. 52).

Pieņēmums par saistību starp atoma kodola lādiņu un elementa atomskaitli viegli izskaidroja noteikumus par pārvietošanos radioaktīvo pārvērtību laikā, kas atklāti tajā pašā 1913. gadā ("Physics 10", § 103). Patiešām, kad to izstaro kodols α -daļiņai, kuras lādiņš ir vienāds ar diviem elementārlādiņiem, kodola lādiņam un līdz ar to arī tās kārtas numuram (tagad mēdz teikt – atomskaitlis) jāsamazinās par divām vienībām. Izstarojot β -daļiņa, tas ir, negatīvi lādēts elektrons, tai jāpalielinās par vienu vienību. Par to attiecas pārvietošanas noteikumi.

Van den Broek ideja ļoti drīz (burtiski tajā pašā gadā) saņēma pirmo, kaut arī netiešo, eksperimentālo apstiprinājumu. Nedaudz vēlāk tā pareizību pierādīja tieši daudzu elementu kodolu lādiņa mērījumi. Ir skaidrs, ka viņai bija nozīmīga loma tālākai attīstībai atoma un atoma kodola fizika.

PAMATMAKSAS

Mozeleja likums. Kodola elektrisko lādiņu veido protoni, kas veido tā sastāvu. Protonu skaits Z sauc par tā lādiņu, kas nozīmē, ka kodola lādiņa absolūtā vērtība ir vienāda ar Ze. Kodola lādiņš ir tāds pats kā sērijas numuram Z elements iekšā periodiska sistēma Mendeļejeva elementi. Pirmo reizi atomu kodolu lādiņus noteica angļu fiziķis Mozelijs 1913. gadā. Izmērot viļņa garumu ar kristālu λ raksturīgs rentgena starojums noteiktu elementu atomiem Moseley atklāja regulāras viļņa garuma izmaiņas λ elementiem, kas periodiskajā sistēmā seko viens pēc otra (2.1. att.). Moseley interpretēja šo novērojumu kā atkarību λ no kādas atomu konstantes Z, kas mainās par vienu no elementa uz elementu, un vienāds ar vienuūdeņradim:

kur un ir konstantes. No eksperimentiem par rentgena kvantu izkliedi ar atomu elektroniem un α -daļiņas pa atomu kodoliem, jau bija zināms, ka kodola lādiņš ir aptuveni vienāds ar pusi no atoma masas un līdz ar to ir tuvu elementa kārtas skaitlim. Tā kā raksturīgā rentgena starojuma emisija ir atomā notiekošo elektrisko procesu sekas, Mozelijs secināja, ka viņa eksperimentos atrastā atomu konstante, kas nosaka raksturīgā rentgena starojuma viļņa garumu un sakrīt ar elementa sērijas numuru. , var būt tikai atoma kodola lādiņš (Moseleja likums).

Rīsi. 2.1. Moseley iegūtie blakus esošo elementu atomu rentgena spektri

Rentgena viļņu garumu mērīšana tiek veikta ar lielu precizitāti, lai, pamatojoties uz Mozeleja likumu, atoma piederība ķīmiskajam elementam tiktu noteikta absolūti droši. Tomēr fakts, ka pastāvīgā Z pēdējā vienādojumā ir kodola lādiņš, lai gan tas ir pamatots ar netiešiem eksperimentiem, tas galu galā balstās uz postulātu - Mozeleja likumu. Tāpēc pēc Moseley atklājuma izkliedes eksperimentos atkārtoti tika mērīti kodolu lādiņi. α -daļiņas, kuru pamatā ir Kulona likums. 1920. gadā Čadvigs uzlaboja izkliedētās proporcijas mērīšanas metodi α -daļiņas un saņēma vara, sudraba un platīna atomu kodolu lādiņus (skat. 2.1. tabulu). Čadviga dati neatstāj šaubas par Mozeleja likuma pamatotību. Papildus norādītajiem elementiem eksperimentos tika noteikti arī magnija, alumīnija, argona un zelta kodolu lādiņi.

2.1. tabula. Čedvika eksperimentu rezultāti

Definīcijas. Pēc Mozeleja atklājuma kļuva skaidrs, ka atoma galvenā īpašība ir kodola lādiņš, nevis tā atomu masa, kā to pieņēma 19. gadsimta ķīmiķi, jo kodola lādiņš nosaka skaitu. atomu elektroni, kas nozīmē Ķīmiskās īpašības atomi. Ķīmisko elementu atomu atšķirību iemesls ir tieši to kodolu klātbūtne atšķirīgs numurs protoni tā sastāvā. Gluži pretēji, atšķirīgs neitronu skaits atomu kodolos ar vienādu protonu skaitu nekādā veidā nemaina atomu ķīmiskās īpašības. Tiek saukti atomi, kas atšķiras tikai ar neitronu skaitu savos kodolos izotopiķīmiskais elements.

Instrukcija

D.I.Mendeļejeva tabulā kā daudzstāvu daudzdzīvokļu māja"" ķīmiskie elementi, no kuriem katrs aizņem savu savu dzīvokli. Tādējādi katram no elementiem ir noteikts sērijas numurs, kas norādīts tabulā. Ķīmisko elementu numerācija sākas no kreisās puses uz labo un no augšas. Tabulā horizontālās rindas sauc par periodiem, bet vertikālās kolonnas sauc par grupām. Tas ir svarīgi, jo pēc grupas vai perioda numura var raksturot arī dažus parametrus. atoms.

Atoms ir ķīmiski nedalāms, bet tajā pašā laikā sastāv no mazākiem sastāvdaļas, kas ietver (pozitīvi lādētas daļiņas), (negatīvi uzlādētas) (neitrālas daļiņas). Lielākā daļa atoms kodolā (protonu un neitronu dēļ), ap kuru griežas elektroni. Kopumā atoms ir elektriski neitrāls, tas ir, pozitīvo skaits maksas sakrīt ar negatīvo skaitu, tātad, protonu skaitu un ir vienāds. pozitīvs lādiņš kodoli atoms notiek tikai uz protonu rēķina.

Piemērs Nr. 1. Nosakiet lādiņu kodoli atoms ogleklis (C). Mēs sākam analizēt ķīmisko elementu oglekli, koncentrējoties uz D.I. Mendeļejeva tabulu. Ogleklis atrodas “dzīvoklī” Nr.6. Tāpēc tā kodoli+6 6 protonu (pozitīvi lādētu daļiņu) dēļ, kas atrodas kodolā. Ņemot vērā, ka atoms ir elektriski neitrāls, tas nozīmē, ka tajā būs arī 6 elektroni.

Piemērs Nr. 2. Nosakiet lādiņu kodoli atoms alumīnijs (Al). Alumīnijam ir sērijas numurs - Nr 13. Tāpēc maksa kodoli atoms alumīnijs +13 (sakarā ar 13 protoniem). Būs arī 13 elektroni.

Piemērs Nr. 3. Nosakiet lādiņu kodoli atoms sudrabs (Ag). Sudrabam ir sērijas numurs - Nr. 47. Līdz ar to maksa kodoli atoms sudrabs + 47 (sakarā ar 47 protoniem). Ir arī 47 elektroni.

Piezīme

D.I. Mendeļejeva tabulā katram ķīmiskajam elementam vienā šūnā ir norādītas divas skaitliskās vērtības. Nejauciet elementa atomskaitli un relatīvo atommasu

Ķīmiskā elementa atoms sastāv no kodoli Un elektronu apvalks. Kodols ir atoma centrālā daļa, kurā ir koncentrēta gandrīz visa tā masa. Atšķirībā no elektronu apvalka, kodolam ir pozitīvs maksas.

Jums būs nepieciešams

• Ķīmiskā elementa atomskaitlis, Mozeleja likums

Instrukcija

Pa šo ceļu, maksas kodoli vienāds ar protonu skaitu. Savukārt protonu skaits kodolā ir vienāds ar atomskaitli. Piemēram, ūdeņraža atomu skaits ir 1, tas ir, ūdeņraža kodols sastāv no viena protona. maksas+1. Nātrija atomu skaits ir 11, maksas viņa kodoli vienāds ar +11.

Alfa sabrukšanas stadijā kodoli tā atomu skaits tiek samazināts par diviem alfa daļiņas emisijas dēļ ( kodoli atoms). Tādējādi par diviem samazinās arī protonu skaits kodolā, kas ir piedzīvojis alfa sabrukšanu.
Beta sabrukšana var notikt trīs dažādos veidos. "Beta-mīnus" sabrukšanas gadījumā neitrons izstarot pārvēršas par antineitrīnu. Tad maksas kodoli par vienību.
Beta-plus sabrukšanas gadījumā protons pārvēršas par neitronu, pozitronu un neitrīno, maksas kodoli samazinās par vienu.
Elektroniskās uztveršanas gadījumā maksas kodoli arī samazinās par vienu.

Uzlādē kodoli var noteikt arī pēc spektrālo līniju frekvences raksturīgais starojums atoms. Saskaņā ar Mozeleja likumu: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, kur v ir spektrāli raksturīgais starojums, R ir Ridberga konstante, S ir skrīninga konstante, n ir galvenais kvantu skaitlis.
Tādējādi Z = n*sqrt(v/r)+s.

Saistītie video

Avoti:

• Kā mainās kodollādiņš?

Atoms ir katra elementa mazākā daļiņa, kurai ir tā ķīmiskās īpašības. Gan par atoma eksistenci, gan uzbūvi ir diskutēts un pētīts jau kopš seniem laikiem. Tika konstatēts, ka atomu struktūra ir līdzīga struktūrai Saules sistēma: centrā atrodas kodols, kas aizņem ļoti maz vietas, bet ir koncentrējis sevī gandrīz visu masu; ap to griežas "planētas" - elektroni, kas nes negatīvu maksas. Kā jūs varat atrast maksu? kodoli atoms?

Instrukcija

Jebkurš atoms ir elektriski neitrāls. Bet tā kā tie nes negatīvu maksas, tiem jābūt līdzsvarotiem ar pretējiem lādiņiem. Tā ir patiesība. Pozitīvi maksas pārnēsā daļiņas, ko sauc par protoniem, kas atrodas atoma kodolā. Protons ir daudz masīvāks par elektronu: tas sver pat 1836 elektronus!

Vienkāršākais gadījums ir periodiskās tabulas pirmā elementa ūdeņraža atoms. Aplūkojot tabulu, jūs redzēsiet, ka tas atrodas pirmajā skaitļā, un tā kodols sastāv no viena protona, ap kuru griežas vienīgais. No tā izriet, ka kodoliūdeņraža atoms ir +1.

Citu elementu kodoli vairs nesastāv tikai no protoniem, bet arī no tā sauktajiem "neitroniem". Kā jūs viegli varat saprast no paša nosaukuma, tiem nav nekādu lādiņu, ne negatīvu, ne pozitīvu. Tāpēc atcerieties: neatkarīgi no tā, cik neitronu ir iekļauti atomā kodoli, tie ietekmē tikai tā masu, bet ne lādiņu.

Tāpēc pozitīvā lādiņa lielums kodoli atoms ir atkarīgs tikai no tā, cik daudz protonu tas satur. Bet, tā kā, kā jau norādīts, atoms ir elektriski neitrāls, tā kodolam jābūt tādam pašam protonu skaitam, tas griežas ap kodoli. Protonu skaitu nosaka elementa kārtas numurs periodiskajā tabulā.

Apsveriet vairākus elementus. Piemēram, slavens un vitāls nepieciešamais skābeklis atrodas "šūnā" ar numuru 8. Tāpēc tās kodolā ir 8 protoni, un lādiņš kodoli būs +8. Dzelzs aizņem “šūnu” ar numuru 26, un attiecīgi tam ir lādiņš kodoli+26. Un metālam - ar sērijas numuru 79 - būs tieši tāds pats lādiņš kodoli(79), ar + zīmi. Attiecīgi skābekļa atoms satur 8 elektronus, atoms - 26 un zelta atoms - 79.

Saistītie video

Normālos apstākļos atoms ir elektriski neitrāls. Šajā gadījumā atoma kodols, kas sastāv no protoniem un neitroniem, ir pozitīvs, un elektroniem ir negatīvs lādiņš. Ar elektronu pārpalikumu vai trūkumu atoms pārvēršas par jonu.

Instrukcija

Ķīmiskie savienojumi var būt molekulāra vai jonu raksturs. Molekulas ir arī elektriski neitrālas, un joniem ir zināms lādiņš. Tātad amonjaka molekula NH3 ir neitrāla, bet amonija jons NH4+ ir pozitīvi uzlādēts. Saites amonjaka molekulā, ko veido apmaiņas veids. Ceturtais ūdeņraža atoms tiek pievienots saskaņā ar donora-akceptora mehānismu, tas arī ir kovalentā saite. Amonijs veidojas, kad amonjaks reaģē ar skābes šķīdumiem.

Ir svarīgi saprast, ka elementa kodola lādiņš nav atkarīgs no ķīmiskajām pārvērtībām. Neatkarīgi no tā, cik daudz elektronu jūs pievienojat vai atņemat, kodola lādiņš paliek nemainīgs. Piemēram, O atomu, O-anjonu un O+ katjonu raksturo viens un tas pats kodola lādiņš +8. Šajā gadījumā atomam ir 8 elektroni, anjonam 9, katjonam - 7. Pašu kodolu var mainīt tikai ar kodolpārveidojumiem.

Visizplatītākais veids kodolreakcijas- radioaktīvā sabrukšana, kas var notikt iekšā dabiska vide. Elementu atomu masa, kas pakļauta šādai sabrukšanai, ir ievietota kvadrātiekavās. Tas nozīmē, ka masas skaitlis nepastāvīgs, laika gaitā mainās.

Periodiskajā elementu tabulā D.I. Mendeļejeva sudrabam ir sērijas numurs 47 un apzīmējums "Ag" (argentum). Šī metāla nosaukums, iespējams, cēlies no latīņu valodas "argos", kas nozīmē "balts", "spīdīgs".

Instrukcija

Sudrabs cilvēcei bija zināms jau 4. gadu tūkstotī pirms mūsu ēras. IN Senā Ēģipte to pat sauca par "balto zeltu". Šis metāls dabā ir sastopams gan dabiskā veidā, gan savienojumu veidā, piemēram, sulfīdi. Sudraba tīrradņi ir smagi un bieži satur zelta, dzīvsudraba, vara, platīna, antimona un bismuta piemaisījumus.

Sudraba ķīmiskās īpašības.

Sudrabs pieder pie pārejas metālu grupas, un tam piemīt visas metālu īpašības. Taču sudraba aktivitāte ir zema – metālu elektroķīmiskajā spriegumu virknē tas atrodas pa labi no ūdeņraža, gandrīz pašā galā. Savienojumos sudraba oksidācijas pakāpe visbiežāk ir +1.

Normālos apstākļos sudrabs nereaģē ar skābekli, ūdeņradi, slāpekli, oglekli, silīciju, bet mijiedarbojas ar sēru, veidojot sudraba sulfīdu: 2Ag+S=Ag2S. Sildot, sudrabs mijiedarbojas ar halogēniem: 2Ag+Cl2=2AgCl↓.

Šķīstošo sudraba nitrātu AgNO3 izmanto halogenīdu jonu kvalitatīvai noteikšanai šķīdumā – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. Piemēram, mijiedarbojoties ar hlora anjoniem, sudrabs rada nešķīstošu baltas nogulsnes AgCl↓.

Kāpēc sudraba trauki kļūst tumšāki, saskaroties ar gaisu?

Sudraba izstrādājumu pakāpeniskas ražošanas iemesls ir tas, ka sudrabs reaģē ar gaisā esošo sērūdeņradi. Rezultātā uz metāla virsmas veidojas Ag2S plēve: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

Jebkuras vielas atomi ir elektriski neitrālas daļiņas. Atoms sastāv no kodola un elektronu kopas. Kodols nes pozitīvu lādiņu, kura kopējais lādiņš ir vienāds ar visu atoma elektronu lādiņu summu.

Vispārīga informācija par atoma kodola lādiņu

Atoma kodola lādiņš nosaka elementa atrašanās vietu D.I. periodiskajā sistēmā. Mendeļejevs un attiecīgi ķīmiskās īpašības vielai, kas sastāv no šiem atomiem un šo vielu savienojumiem. Kodollādiņa vērtība ir:

kur Z ir elementa numurs periodiskajā tabulā, e ir elektronu lādiņa vērtība vai.

Elementi ar tie paši skaitļi Z, bet dažādas atomu masas sauc par izotopiem. Ja elementiem ir vienāds Z, tad to kodolā ir vienāds protonu skaits, un, ja atomu masas ir atšķirīgas, tad neitronu skaits šo atomu kodolos ir atšķirīgs. Piemēram, ūdeņradim ir divi izotopi: deitērijs un tritijs.

Atomu kodoliem ir pozitīvs lādiņš, jo tie sastāv no protoniem un neitroniem. Protons ir stabila daļiņa, kas pieder hadronu klasei, kas ir ūdeņraža atoma kodols. Protons ir pozitīvi lādēta daļiņa. Tās lādiņš pēc moduļa ir vienāds ar elementāro lādiņu, tas ir, elektrona lādiņa lielumu. Protona lādiņš bieži tiek apzīmēts kā , tad mēs varam rakstīt, ka:

Protona () atlikušā masa ir aptuveni vienāda ar:

Vairāk par protonu var uzzināt, izlasot sadaļu "Protona lādiņš".

Kodollādiņu eksperimenti

Moseley bija pirmais, kas mērīja kodollādiņus 1913. gadā. Mērījumi bija netieši. Zinātnieks noteica saistību starp rentgena starojuma biežumu () un kodola Z lādiņu.

kur C un B ir no elementiem neatkarīgas konstantes aplūkojamai starojuma sērijai.

Čadviks izmērīja kodollādiņu tieši 1920. gadā. Viņš veica daļiņu izkliedēšanu uz metāla plēvēm, būtībā atkārtojot Raterforda eksperimentus, kuru rezultātā Raterfords sāka būvēt. kodolmodelis atoms.

Šajos eksperimentos daļiņas tika izlaistas caur plānu metāla foliju. Rezerfords atklāja, ka vairumā gadījumu daļiņas izgāja cauri folijai, nelielos leņķos novirzoties no sākotnējā kustības virziena. Tas izskaidrojams ar to, ka - elektronu elektrisko spēku ietekmē tiek novirzītas daļiņas, kurām ir daudz mazāka masa nekā - daļiņām. Dažkārt, diezgan reti, daļiņas tika novirzītas leņķos, kas pārsniedz 90 o . Rezerfords šo faktu skaidroja ar lādiņa klātbūtni atomā, kas ir lokalizēts nelielā tilpumā, un šis lādiņš ir saistīts ar masu, kas ir daudz lielāka par daļiņas masu.

Lai matemātiski aprakstītu savu eksperimentu rezultātus, Rezerfords atvasināja formulu, kas nosaka daļiņu leņķisko sadalījumu pēc tam, kad tās ir izkliedētas pa atomiem. Atvasinot šo formulu, zinātnieks izmantoja Kulona likumu punktveida lādiņiem un tajā pašā laikā uzskatīja, ka atoma kodola masa ir daudz lielāka par daļiņu masu. Rezerforda formulu var uzrakstīt šādi:

kur n ir izkliedes kodolu skaits uz folijas laukuma vienību; N ir - daļiņu skaits, kas 1 sekundē iziet cauri vienai zonai, perpendikulāri plūsmas virzienam - daļiņas; - daļiņu skaits, kas izkliedētas telpiskā leņķa iekšpusē - izkliedes centra lādiņš; - masa - daļiņas; - novirzes leņķis - daļiņas; v - ātrums - daļiņas.

Ar Raterforda formulu (3) var atrast atoma kodola lādiņu (Z), ja salīdzinām krītošo daļiņu skaitu (N) ar leņķī izkliedēto daļiņu skaitu (dN), tad funkcija būs atkarīgs tikai no izkliedējošā kodola lādiņa. Veicot eksperimentus un piemērojot Rezerforda formulu, Čedviks atrada platīna, sudraba un vara kodolu lādiņus.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Uzdevums	Metāla plāksne tiek apstarota - ar daļiņām ar lielu ātrumu. Daļa šo daļiņu elastīgās mijiedarbības laikā ar metāla atomu kodoliem maina to kustības virzienu uz pretējo. Kāds ir metāla atomu kodola lādiņš (q), ja minimālais attālums daļiņas un kodola pieeja ir vienāda ar r. Daļiņas masa ir vienāda ar tās ātrumu v. Risinot problēmu, var neņemt vērā relatīvistiskos efektus. Daļiņas tiek uzskatītas par punktveida, kodols ir nekustīgs un punkts.
Risinājums	Uztaisīsim zīmējumu. Virzoties uz atoma kodolu, daļiņa pārvar Kulona spēku, kas to atgrūž no kodola, jo daļiņai un kodolam ir pozitīvi lādiņi. Kustīgas daļiņas kinētiskā enerģija tiek pārvērsta potenciālajā mijiedarbības enerģijā starp metāla atoma kodolu un daļiņu. Par pamatu problēmas risināšanai ir jāņem enerģijas nezūdamības likums.: Mēs atrodam punktveida lādētu daļiņu potenciālo enerģiju kā: kur daļiņu lādiņš ir: , jo un - daļiņas ir hēlija atoma kodols, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem, jo ​​pieņemam, ka eksperiments tiek veikts gaisā. Kinētiskā enerģija - daļiņas pirms sadursmes ar atoma kodolu ir vienādas ar: Saskaņā ar (1.1) mēs pielīdzinām izteiksmju (1.2) un (1.3) labās daļas, mums ir: No formulas (1.4) izsakām kodola lādiņu:
Atbilde

Ka visas lietas sastāv no elementārdaļiņas, pieņēmuši zinātnieki Senā Grieķija. Bet tajos laikos šo faktu nevarēja pierādīt vai atspēkot. Jā, un atomu īpašības senatnē varēja tikai uzminēt, pamatojoties uz viņu pašu novērojumiem par dažādām vielām.

To, ka visas vielas sastāv no elementārdaļiņām, bija iespējams pierādīt tikai 19. gadsimtā, un pēc tam netieši. Tajā pašā laikā fiziķi un ķīmiķi visā pasaulē mēģināja izveidot vienotu elementārdaļiņu teoriju, aprakstot to uzbūvi un izskaidrojot dažādas īpašības, piemēram, kodola lādiņu.

Daudzu zinātnieku darbi ir veltīti molekulu, atomu un to uzbūves izpētei. Fizika pamazām pārcēlās uz mikropasaules - elementārdaļiņu, to mijiedarbības un īpašību izpēti. Zinātnieki sāka interesēties, ko tas veido hipotēžu izvirzīšana un mēģinājums tās vismaz netieši pierādīt.

Rezultātā Ernesta Raterforda un Nīlsa Bora ierosinātā planetārā teorija tika pieņemta kā pamata teorija. Saskaņā ar šo teoriju jebkura atoma kodola lādiņš ir pozitīvs, savukārt negatīvi lādēti elektroni griežas tā orbītās, galu galā padarot atomu elektriski neitrālu. Laika gaitā šī teorija ir vairākkārt apstiprināta. dažāda veida eksperimentiem, sākot ar viena no viņas līdzautores eksperimentiem.

Mūsdienīgs kodolfizika uzskata Rezerforda-Bora teoriju par fundamentālu, visi pētījumi par atomiem un to elementiem balstās uz to. No otras puses, lielākā daļa hipotēžu, kas parādījušās pēdējo 150 gadu laikā, praktiski nav apstiprinājušās. Izrādās, ka kodolfizika lielākoties ir teorētiska pētāmo objektu īpaši mazo izmēru dēļ.

Protams, iekšā mūsdienu pasaule noteikt, piemēram, alumīnija (vai jebkura cita elementa) kodola lādiņu ir daudz vienkāršāk nekā 19. gadsimtā un vēl jo vairāk Senajā Grieķijā. Taču, veicot jaunus atklājumus šajā jomā, zinātnieki dažkārt nonāk pie pārsteidzošiem secinājumiem. Mēģinot rast risinājumu vienai problēmai, fizika saskaras ar jaunām problēmām un paradoksiem.

Sākotnēji Rezerforda teorija saka, ka vielas ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no tās atoma kodola lādiņa un rezultātā no elektronu skaita, kas griežas pa orbītām. Mūsdienu ķīmija un fizika pilnībā apstiprina šo versiju. Neskatoties uz to, ka molekulu struktūras izpēti sākotnēji atbaidīja vienkāršākais modelis- ūdeņraža atoms, kura kodollādiņš ir 1, teorija pilnībā attiecas uz visiem periodiskās tabulas elementiem, arī tiem, kas mākslīgi iegūti pagājušās tūkstošgades beigās.

Interesanti, ka ilgi pirms Rezerforda pētījuma angļu ķīmiķis, pēc izglītības ārsts Viljams Prouts pamanīja, ka īpaša gravitāte dažādas vielas ir šī ūdeņraža indeksa daudzkārtnis. Pēc tam viņš ierosināja, ka visi pārējie elementi vienkārši sastāv no ūdeņraža kādā vienkāršākā līmenī. Ka, piemēram, slāpekļa daļiņa ir 14 tādas minimālas daļiņas, skābeklis ir 16 utt. Ja šo teoriju aplūkojam globāli mūsdienu interpretācijā, tad kopumā tā ir pareiza.