Marea enciclopedie a petrolului și gazelor. Particule elementare

Întregul Lumea materială, conform fizicii moderne, este construit din trei particule elementare: proton, neutron și electron. În plus, conform științei, există și alte particule „elementare” de materie în univers, unele nume sunt în mod clar mai mult decât norma. În același timp, funcția acestor alte „particule elementare” în existența și evoluția universului nu este clară.

Luați în considerare o altă interpretare a particulelor elementare:

Există doar unul particulă elementară materia este un proton. Toate celelalte „particule elementare”, inclusiv neutronul și electronul, sunt doar derivați ai protonului și joacă un rol foarte modest în evoluția universului. Să luăm în considerare modul în care se formează astfel de „particule elementare”.

Am examinat în detaliu structura unei particule elementare de materie în articolul „”. Pe scurt despre particula elementară:

• O particulă elementară de materie are forma unui fir alungit în spațiu.
• O particulă elementară este capabilă să se întindă. În procesul de întindere, densitatea materiei din interiorul unei particule elementare scade.
• Am numit-o secțiunea unei particule elementare, în care densitatea materiei scade la jumătate materie cuantică .
• În procesul de mișcare, particula elementară absoarbe continuu (pliază, ) energie.
• Punct de absorbție a energiei ( punct de anihilare ) se află în vârful vectorului de mișcare al unei particule elementare.
• Mai precis: pe vârful cuantumului activ al materiei.
• Absorbind energie, particula elementară crește continuu viteza de mișcare înainte.
• Particula elementară a materiei este un dipol. În care forțele de atracție sunt concentrate în partea din față (în direcția de mișcare) a particulei, iar forțele de respingere sunt concentrate în partea din spate.

Proprietatea de a fi elementar în spațiu înseamnă teoretic posibilitatea de a reduce densitatea materiei la zero. Și aceasta, la rândul său, înseamnă posibilitatea ruperii sale mecanice: locul de rupere a unei particule elementare de materie poate fi reprezentat ca secțiunea sa cu densitate zero a materiei.

În procesul de anihilare (absorbția energiei), o particulă elementară, energia de pliere, crește continuu viteza mișcării sale de translație în spațiu.

Evoluția galaxiei, în cele din urmă, conduce particulele elementare ale materiei în momentul în care devin capabile să exercite un efect de sfâșiere unele asupra altora. Particulele elementare s-ar putea să nu se întâlnească pe cursuri paralele, atunci când o particulă se apropie de alta încet și lin, ca o navă către un dig. Se pot întâlni în spațiu și pe traiectorii opuse. Apoi, o coliziune puternică și, ca urmare, o rupere a unei particule elementare este aproape inevitabilă. Ele pot intra sub un val foarte puternic de perturbare a energiei, care duce, de asemenea, la o ruptură.

Care pot fi „rămășițele” formate ca urmare a rupturii unei particule elementare de materie?

Să luăm în considerare cazul în care, ca urmare a influenței externe, din particulele elementare de materie - un atom de deuteriu - s-au degradat într-un proton și un neutron.

Ruperea structurii de pereche nu are loc la locul conexiunii lor -. Una dintre cele două particule elementare ale structurii perechii se rupe.

Protonii și neutronii diferă unul de celălalt prin structura lor.

• Un proton este o particulă elementară ușor scurtată (după o rupere),
• neutron - o structură constând dintr-o particulă elementară cu drepturi depline și un "ciot" - vârful frontal, ușor al primei particule.

O particulă elementară cu drepturi depline are un set complet - „N” cuante de materie în compoziția sa. Protonul are "N-n" cuante de materie. Neutronul are cuante „N + n”.

Comportamentul protonului este clar. Chiar și după ce a pierdut cuantele finale ale materiei, el continuă în mod activ energia: densitatea materiei din noua sa cuantă finală corespunde întotdeauna condițiilor anihilării. Acest nou cuantum final de materie devine un nou punct de anihilare. În general, protonul se comportă conform așteptărilor. Proprietățile protonilor sunt bine descrise în orice manual de fizică. Numai că va deveni puțin mai ușor decât omologul său „cu drepturi depline” - o particulă elementară cu drepturi depline de materie.

Neutronul se comportă diferit. Luați în considerare mai întâi structura neutronului. Este structura sa care explică „ciudatatea”.

În esență, neutronul este format din două părți. Prima parte este o particulă elementară cu drepturi depline de materie cu un punct de anihilare la capătul său frontal. A doua parte este un „ciot” puternic scurtat, ușor al primei particule elementare, rămase după ruperea structurii duble și având, de asemenea, un punct de anihilare. Aceste două părți sunt interconectate prin puncte de anihilare. Astfel, neutronul are un punct de anihilare dublu.

Logica gândirii sugerează că aceste două părți ponderate ale neuronului se vor comporta diferit. Dacă prima parte, care este o particulă elementară cu greutate întreagă, va anihila, așa cum era de așteptat, energia liberă și se va accelera treptat în spațiul universului, atunci a doua parte, ușoară, va începe să anihileze energia liberă la o rată mai mare.

Mișcarea unei particule elementare de materie în spațiu se realizează din cauza: energia care difuzează trage o particulă care a căzut în fluxurile sale. Este clar că, cu cât o particulă de materie este mai puțin masivă, cu atât este mai ușor pentru fluxurile de energie să tragă această particulă împreună cu ea, cu atât viteza acestei particule este mai mare. Este clar că ce cantitate mare energia este pliată simultan de un cuantic activ, cu cât fluxurile de energie difuză sunt mai puternice, cu atât este mai ușor pentru aceste fluxuri să tragă o particulă împreună cu ele. Obținem dependența: Viteza mișcării de translație a unei particule de materie în spațiu este proporțională cu masa materiei cuantumului său activ și este invers proporțională cu masa totală a particulei de materie. :

A doua parte ușoară a neutronului are o masă care este de multe ori mai mică decât masa unei particule elementare cu greutate întreagă de materie. Dar masele cuantelor lor active sunt egale. Adică: anihilează energia în același ritm. Obținem: viteza mișcării de translație a celei de-a doua părți a neutronului va tinde să crească rapid și va începe să anihileze energia mai repede. (Pentru a nu introduce confuzie, o vom numi electron pe a doua parte, ușoară, a neutronului).

desenul unui neutron

O cantitate în creștere bruscă de energie anihilata simultan de un electron, în timp ce acesta se află în compoziția unui neutron, duce la inerția neutronului. Electronul începe să anihileze mai multă energie decât „vecinul” său - o particulă elementară cu drepturi depline. Încă nu se poate desprinde de punctul comun de anihilare a neutronilor: forțe puternice de atracție interferează. Ca rezultat, electronul începe să „mânânce” în spatele punctului comun de anihilare.

În același timp, electronul începe să se miște în raport cu partenerul său și condensarea acestuia energie gratis se încadrează în raza punctului de anihilare al vecinului său. Care începe imediat să „mănânce” această îngroșare. O astfel de trecere a unui electron și a unei particule cu drepturi depline la resurse „interne” - condensarea energiei libere în spatele punctului de anihilare - duce la o scădere rapidă a forțelor de atracție și respingere ale neutronului.

Desprinderea electronului de structura generală a neutronului are loc în momentul în care deplasarea electronului față de o particulă elementară cu greutate întreagă devine suficient de mare, forța care tinde să rupă legăturile de atracție a două puncte de anihilare începe să depășească forța de atracție a acestor puncte de anihilare, iar a doua parte ușoară a neutronului (electronul) zboară rapid departe.

Ca rezultat, neutronul se descompune în două unități: o particulă elementară cu drepturi depline - un proton și o parte ușoară, scurtată a unei particule elementare de materie - un electron.

Conform datelor moderne, structura unui singur neutron există timp de aproximativ cincisprezece minute. Apoi se descompune spontan într-un proton și un electron. Aceste cincisprezece minute sunt timpul de deplasare a electronului în raport cu punctul comun de anihilare a neutronului și lupta lui pentru „libertatea” lui.

Să rezumam câteva rezultate:

• PROTON este o particulă elementară cu drepturi depline de materie, cu un punct de anihilare, sau o parte grea a unei particule elementare de materie, care rămâne după ce cuantele ușoare sunt separate de ea.
• NEUTRONUL este o structură dublă, având două puncte de anihilare și constând dintr-o particulă elementară de materie și o parte frontală ușoară a unei alte particule elementare de materie.
• ELECTRON - partea frontală a particulei elementare de materie, care are un punct de anihilare, constând din cuante de lumină, formate ca urmare a rupturii particulei elementare de materie.
• Structura „proton-neutron” recunoscută de știință este ATOMUL DE DEUTERU, o structură a două particule elementare care are un punct de anihilare dublu.

Un electron nu este o particulă elementară independentă care se rotește în jurul nucleului unui atom.

Electronul, așa cum îl consideră știința, nu se află în compoziția atomului.

Și nucleul unui atom, ca atare, nu există în natură, așa cum nu există neutron sub forma unei particule elementare independente de materie.

Atât electronul, cât și neutronul sunt derivate ale unei structuri de pereche de două particule elementare, după ce este rupt în două părți inegale ca urmare a influenței externe. În compoziția unui atom al oricărui element chimic, un proton și un neutron sunt o structură de pereche standard - două particule elementare cu greutate întreagă de materie - doi protoni uniți prin puncte de anihilare.

În fizica modernă, există o poziție de neclintit conform căreia protonul și electronul au sarcini electrice egale, dar opuse. Se presupune că, ca urmare a interacțiunii acestor sarcini opuse, ei sunt atrași unul de celălalt. O explicație destul de logică. Reflectă corect mecanismul fenomenului, dar este complet greșit - esența sa.

Particulele elementare nu au sarcini „electrice” nici pozitive, nici negative, la fel cum nu există o formă specială de materie sub forma unui „câmp electric”. O astfel de „electricitate” este o invenție a omului, cauzată de incapacitatea lui de a explica starea de lucruri existentă.

„electricul” și electronii unul față de celălalt sunt de fapt create de fluxurile de energie direcționate către punctele lor de anihilare, ca rezultat al mișcării lor înainte în spațiul universului. Când se încadrează în zona de acțiune a forțelor de atracție reciprocă. Chiar arată ca o interacțiune de mărime egală, dar sarcini electrice opuse.

„încărcări electrice similare”, de exemplu: doi protoni sau doi electroni are, de asemenea, o explicație diferită. Repulsia apare atunci când una dintre particule intră în zona de acțiune a forțelor de respingere ale altei particule - adică în zona de condensare a energiei din spatele punctului său de anihilare. Am tratat acest lucru într-un articol anterior.

Interacțiunea „proton – antiproton”, „electron – pozitron” are și o altă explicație. Prin o astfel de interacțiune înțelegem interacțiunea spiritului protonilor sau electronilor atunci când aceștia se deplasează pe un curs de coliziune. În acest caz, datorită interacțiunii lor doar prin atracție (nu există repulsie, deoarece zona de repulsie a fiecăruia dintre ele se află în spatele lor), are loc contactul lor dur. Ca rezultat, în loc de doi protoni (electroni), obținem „particule elementare” complet diferite, care sunt de fapt derivate ale interacțiunii rigide a acestor doi protoni (electroni).

Structura atomică a substanțelor. Modelul Atom

Luați în considerare structura atomului.

Neutronii și electronii - ca particule elementare de materie - nu există. Acesta este ceea ce am discutat mai sus. În consecință: nu există nucleu al unui atom și învelișul său de electroni. Această eroare este un obstacol puternic în calea cercetărilor ulterioare asupra structurii materiei.

Singura particulă elementară de materie este doar protonul. Un atom al oricărui element chimic constă din structuri pereche a două particule elementare de materie (cu excepția izotopilor, unde mai multe particule elementare sunt adăugate structurii pereche).

Pentru raționamentul nostru suplimentar, este necesar să luăm în considerare conceptul de punct comun de anihilare.

Particulele elementare de materie interacționează între ele prin puncte de anihilare. Această interacțiune duce la formarea structurilor materiale: atomi, molecule, corpuri fizice... Care au un punct comun de anihilare a atomului, un punct comun de anihilare a moleculelor...

PUNCT GENERAL DE ANIHILARE - este unirea a două puncte de anihilare unice ale particulelor elementare de materie într-un punct de anihilare comun al unei structuri de pereche sau puncte de anihilare comune ale structurilor de perechi într-un punct de anihilare comun al unui atom al unui element chimic sau anihilare comună puncte ale atomilor elemente chimice– la punctul comun de anihilare moleculară .

Principalul lucru aici este că unirea particulelor de materie acționează ca atracție și respingere ca un singur obiect integral. În cele din urmă, chiar și orice corp fizic poate fi reprezentat ca un punct comun de anihilare a acestui corp fizic: acest corp atrage alte corpuri fizice la sine ca un singur obiect fizic integral, ca un singur punct de anihilare. În acest caz, obținem fenomene gravitaționale - atracție între corpuri fizice.

În faza ciclului de dezvoltare a galaxiei, când forțele de atracție devin suficient de mari, începe unificarea atomilor de deuteriu în structurile altor atomi. Atomii elementelor chimice se formează succesiv, pe măsură ce viteza mișcării de translație a particulelor elementare de materie crește (a se citi: viteza mișcării de translație a galaxiei în spațiul universului crește) prin atașarea unor noi structuri de pereche de particule elementare de materie la atomul de deuteriu.

Unificarea are loc secvenţial: în fiecare atom nou, apare o nouă structură de pereche de particule elementare de materie (mai rar, o singură particulă elementară). Ce ne oferă combinația atomilor de deuteriu în structura altor atomi:

1. Apare un punct comun de anihilare a atomului. Aceasta înseamnă că atomul nostru va interacționa prin atracție și repulsie cu toți ceilalți atomi și particule elementare ca o singură structură integrală.
2. Apare spațiul atomului, în interiorul căruia densitatea energiei libere va depăși de multe ori densitatea energiei libere în afara spațiului său. O densitate de energie foarte mare în spatele unui singur punct de anihilare în spațiul unui atom pur și simplu nu va avea timp să scadă puternic: distanțele dintre particulele elementare sunt prea mici. Densitatea medie de energie liberă în spațiul intraatomic este de multe ori mai mare decât valoarea constantei de densitate a energiei libere a spațiului universului.

În construcția atomilor de elemente chimice, molecule substanțe chimice, corpuri fizice, cea mai importantă lege de interacțiune a particulelor materiale și a corpurilor se manifestă:

Puterea legăturilor intranucleare, chimice, electrice, gravitaționale depinde de distanțele dintre punctele de anihilare din interiorul unui atom, dintre punctele comune de anihilare ale atomilor din interiorul moleculelor, dintre punctele comune de anihilare ale moleculelor din corpurile fizice, dintre corpurile fizice. Cu cât distanța dintre punctele comune de anihilare este mai mică, cu atât forțele atractive mai puternice acționează între ele.

Este clar că:

• Prin legături intranucleare înțelegem interacțiunile dintre particulele elementare și între structurile de perechi din atomi.
• Prin legături chimice înțelegem interacțiunile dintre atomi din structura moleculelor.
• Prin conexiuni electrice, înțelegem interacțiunile dintre molecule din compoziția corpurilor fizice, lichide, gaze.
• Prin legături gravitaționale înțelegem interacțiunile dintre corpurile fizice.

Formarea celui de-al doilea element chimic - atomul de heliu - are loc atunci când galaxia accelerează în spațiu până la o viteză suficient de mare. Când forța de atracție a doi atomi de deuteriu atinge o valoare mare, aceștia se apropie la o distanță care le permite să se combine într-un structura cvadrupla a atomului de heliu.

O creștere suplimentară a vitezei mișcării progresive a galaxiei duce la formarea de atomi ai elementelor chimice ulterioare (conform tabelului periodic). În același timp: geneza atomilor fiecărui element chimic corespunde vitezei proprii, strict definite, a mișcării progresive a galaxiei în spațiul universului. Să o sunăm viteza standard de formare a unui atom al unui element chimic .

Atomul de heliu este al doilea atom după hidrogen care se formează în galaxie. Apoi, pe măsură ce viteza de mișcare înainte a galaxiei crește, următorul atom de deuteriu pătrunde până la atomul de heliu. Aceasta înseamnă că viteza de mișcare înainte a galaxiei a atins rata standard de formare a unui atom de litiu. Apoi va atinge rata standard de formare a unui atom de beriliu, carbon... și așa mai departe, conform tabelului periodic.

model atomic

În diagrama de mai sus, putem observa că:

1. Fiecare perioadă din atom este un inel de structuri pereche.
2. Centrul atomului este întotdeauna ocupat de structura cvadruplă a atomului de heliu.
3. Toate structurile pereche din aceeași perioadă sunt situate strict în același plan.
4. Distanțele dintre perioade sunt mult mai mari decât distanțele dintre structurile de perechi dintr-o perioadă.

Desigur, aceasta este o schemă foarte simplificată și nu reflectă toate realitățile construcției atomilor. De exemplu: fiecare nouă structură de pereche, unind un atom, deplasează restul structurilor de pereche ale perioadei de care este atașată.

Obținem principiul construirii unei perioade sub forma unui inel în jurul centrului geometric al atomului:

• structura de epocă este construită într-un singur plan. Acest lucru este facilitat de vectorul general al mișcării de translație a tuturor particulelor elementare ale galaxiei.
• structuri de perechi din aceeași perioadă sunt construite în jurul centrului geometric al atomului la o distanță egală.
• atomul în jurul căruia se construiește o nouă perioadă se comportă față de această nouă perioadă ca un singur sistem complet.

Deci obținem cea mai importantă regularitate în construcția atomilor elementelor chimice:

REGULARITATEA UNUI NUMĂR STRICT DETERMINAT DE STRUCTURI PERECHI: simultan, la o anumită distanță de centrul geometric al punctului comun de anihilare a unui atom, se poate localiza doar un anumit număr de structuri de perechi de particule elementare de materie.

Adică: în a doua, a treia perioadă a tabelului periodic - câte opt elemente, în a patra, a cincea - optsprezece, în a șasea, a șaptea - treizeci și două. Creșterea diametrului atomului permite ca numărul de structuri perechi să crească în fiecare perioadă ulterioară.

Este clar că acest tipar determină principiul periodicității în construcția atomilor elementelor chimice, descoperit de D.I. Mendeleev.

Fiecare perioadă din interiorul atomului unui element chimic se comportă în raport cu acesta ca un singur sistem integral. Aceasta este determinată de salturi ale distanțelor dintre perioade: mult mai mari decât distanțele dintre structurile perechi dintr-o perioadă.

Un atom cu o perioadă incompletă prezintă activitate chimică în conformitate cu regularitatea de mai sus. Întrucât există un dezechilibru al forțelor de atracție și de respingere ale atomului în favoarea forțelor de atracție. Dar odata cu adaugarea ultimei structuri de pereche, dezechilibrul dispare, noua perioada ia forma cerc drept- devine un sistem unic, integral, complet. Și obținem un atom de gaz inert.

Cel mai important model de construire a structurii unui atom este: atomul are o cascadă planăstructura . Ceva ca un candelabru.

• structurile de perechi din aceeași perioadă ar trebui să fie situate în același plan perpendicular pe vectorul mișcării de translație a atomului.
• în același timp, perioadele din atom trebuie să cadă în cascadă.

Aceasta explică de ce în a doua și a treia perioadă (precum și în a patra - a cincea, a șasea - a șaptea) același număr de structuri pereche (a se vedea figura de mai jos). O astfel de structură a unui atom este o consecință a distribuției forțelor de atracție și respingere a unei particule elementare: forțele de atracție acționează în emisfera frontală (în direcția mișcării) a particulei, forțele de respingere - în emisfera posterioară.

În caz contrar, concentrațiile de energie liberă din spatele punctelor de anihilare ale unor structuri de pereche intră în zona de atracție a punctelor de anihilare ale altor structuri de perechi și atomul se va destrăma inevitabil.

Mai jos vedem o imagine volumetrică schematică a atomului de argon

modelul atomului de argon

În figura de mai jos, putem vedea o „secțiune”, o „vedere laterală” a două perioade ale unui atom - a doua și a treia:

Exact așa ar trebui să fie orientate structurile pereche față de centrul atomului în perioade cu un număr egal de structuri pereche (a doua - a treia, a patra - a cincea, a șasea - a șaptea).

Cantitatea de energie din condensarea din spatele punctului de anihilare al unei particule elementare este în continuă creștere. Acest lucru devine clar din formula:

E1 ~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

Unde:

E 1 este cantitatea de energie liberă rulată (absorbită) de punctul de anihilare din emisfera frontală a mișcării.

E 2 este cantitatea de energie liberă a punctului de anihilare pliat (absorbit) din emisfera posterioară a mișcării.

ΔЕ este diferența dintre cantitatea de energie liberă rulată (absorbită) din emisferele din față și din spate ale mișcării unei particule elementare.

W este viteza de mișcare a unei particule elementare.

Aici vedem o creștere continuă a masei de condensare a energiei în spatele punctului de anihilare al unei particule în mișcare, pe măsură ce viteza mișcării sale înainte crește.

În structura atomului, acest lucru se va manifesta prin faptul că densitatea de energie din spatele structurii fiecărui atom ulterior va crește în progresie geometrică. Punctele de anihilare se țin unele pe altele cu forța lor de atracție cu o „prindere de fier”. În același timp, forța de respingere în creștere va devia din ce în ce mai mult structurile perechi ale atomului una de cealaltă. Deci obținem o construcție plată în cascadă a unui atom.

Atomul, în formă, ar trebui să semene cu forma unui bol, unde „fundul” este structura atomului de heliu. Iar „marginile” vasului este ultima perioadă. Locuri de „coduri ale bolului”: a doua - a treia, a patra - a cincea, a șasea - a șaptea perioade. Aceste „coduri” fac posibilă formarea perioade diferite cu un număr egal de structuri pereche

modelul atomului de heliu

Structura plată - în cascadă a atomului și aranjamentul inel al structurilor de perechi din el determină periodicitatea și rândul construcției sistemului periodic de elemente chimice al lui Mendeleev, periodicitatea manifestării proprietăților chimice similare ale atomilor unuia. rând al tabelului periodic.

Planul - structura în cascadă a atomului dă aspectul unui singur spațiu al atomului cu o densitate mare de energie liberă.

• Toate structurile perechi ale unui atom sunt orientate în direcția centrului atomului (sau mai bine zis: în direcția unui punct situat pe axa geometrică a atomului, în direcția mișcării atomului).
• Toate punctele individuale de anihilare sunt situate de-a lungul inelelor de perioade din interiorul atomului.
• Toate grupurile individuale de energie liberă sunt situate în spatele punctelor lor de anihilare.

Rezultatul: o singură concentrație de energie liberă de înaltă densitate, ale cărei limite sunt limitele atomului. Aceste granițe, după cum înțelegem, sunt granițele acțiunii forțelor cunoscute în știință ca forțele Yukawa.

Structura plan-cascada a atomului dă o redistribuire a zonelor de forțe de atracție și repulsie într-un anumit fel. Observăm deja redistribuirea zonelor de forțe de atracție și repulsie în structura pereche:

Zona de acțiune a forțelor de respingere ale structurii perechi crește datorită zonei de acțiune a forțelor de atracție a acesteia (comparativ cu particulele elementare individuale). Zona de acțiune a forțelor de atracție scade în mod corespunzător. (Zona de acțiune a forței de atracție scade, dar nu și forța în sine). Structura în cascadă plată a atomului ne oferă o creștere și mai mare a zonei de acțiune a forțelor de respingere ale atomului.

• Cu fiecare nouă perioadă, zona de acțiune a forțelor de respingere tinde să formeze o minge plină.
• Zona de acțiune a forțelor de atracție va fi un con din ce în ce mai mic în diametru

În construirea unei noi perioade a atomului, mai poate fi urmărită o regularitate: toate structurile de perechi ale unei perioade sunt situate strict simetric față de centrul geometric al atomului, indiferent de numărul de structuri de perechi din perioadă.

Fiecare nouă structură de pereche, unindu-se, schimbă locația tuturor celorlalte structuri de perechi ale perioadei, astfel încât distanțele dintre ele în perioadă să fie întotdeauna egale între ele. Aceste distanțe scad odată cu adăugarea următoarei structuri de pereche. Incomplet perioada exterioară un atom al unui element chimic îl face activ din punct de vedere chimic.

Distanțele dintre perioade, care sunt mult mai mari decât distanțele dintre particulele pereche dintr-o perioadă, fac perioadele relativ independente unele de altele.

Fiecare perioadă a atomului este legată de toate celelalte perioade și de întregul atom ca o structură întreagă independentă.

Aceasta determină că activitatea chimică a atomului este determinată aproape 100% doar de ultima perioadă a atomului. Ultima perioadă complet umplută ne oferă zona maximă umplută a forțelor de respingere ale atomului. Activitatea chimică a unui atom este aproape zero. Un atom, ca o minge, împinge alți atomi departe de el însuși. Vedem gaz aici. Și nu doar un gaz, ci un gaz inert.

Adăugarea primei structuri de pereche a noii perioade schimbă acest tablou idilic. Distribuția zonelor de acțiune a forțelor de repulsie și atracție se modifică în favoarea forțelor de atracție. Atomul devine activ din punct de vedere chimic. Acesta este un atom metal alcalin.

Odată cu adăugarea fiecărei structuri de pereche următoare, echilibrul zonelor de distribuție a forțelor de atracție și de respingere ale atomului se modifică: zona forțelor de respingere crește, zona forțelor de atracție scade. Și fiecare atom următor devine puțin mai puțin metal și puțin mai nemetal.

Forma în cascadă plată a atomilor, redistribuirea zonelor de acțiune a forțelor de atracție și respingere ne oferă următoarele: Un atom al unui element chimic, întâlnindu-se cu un alt atom chiar și pe un curs de coliziune, cade fără greș în zonă. de acţiune a forţelor de respingere ale acestui atom. Și nu se autodistruge și nu distruge acest alt atom.

Toate acestea ne conduc la un rezultat remarcabil: atomii elementelor chimice, intrând în compuși între ei, formează structuri tridimensionale de molecule. Spre deosebire de structura plată în cascadă a atomilor. O moleculă este o structură tridimensională stabilă a atomilor.

Luați în considerare fluxurile de energie în interiorul atomilor și moleculelor.

În primul rând, observăm că o particulă elementară va absorbi energie în cicluri. Adică: în prima jumătate a ciclului, particula elementară absoarbe energie din spațiul cel mai apropiat. Aici se formează un gol - un spațiu fără energie liberă.

În a doua jumătate a ciclului: energiile dintr-un mediu mai îndepărtat vor începe imediat să umple golul rezultat. Adică, în spațiu vor exista fluxuri de energie îndreptate către punctul de anihilare. Particula primește un impuls pozitiv de mișcare de translație. DAR energie legatăîn interiorul particulei va începe să-și redistribuie densitatea.

Ce ne interesează aici?

Deoarece ciclul anihilării este împărțit în două faze: faza de absorbție a energiei și faza de mișcare a energiei (umplerea golului), atunci viteza medie fluxurile de energie în regiunea punctului de anihilare vor scădea, aproximativ, cu un factor de două.

Și ceea ce este extrem de important:

În construcția atomilor, moleculelor, corpurilor fizice se manifestă o regularitate foarte importantă: stabilitatea tuturor structurilor materiale, cum ar fi: structuri pereche - atomi de deuteriu, perioade individuale în jurul atomilor, atomilor, moleculelor, corpurilor fizice este asigurată de ordinea strictă a proceselor de anihilare a acestora.

Gandeste-te la asta.

1. Fluxuri de energie generate de o structură de pereche. Într-o structură de pereche, particulele elementare anihilează energia în mod sincron. În caz contrar, particulele elementare ar „mânca” concentrația de energie din spatele punctului de anihilare reciprocă. Obținem caracteristici clare de undă ale structurii perechii. În plus, vă reamintim că, din cauza naturii ciclice a proceselor de anihilare, rata medie a fluxurilor de energie aici scade la jumătate.
2. Energia curge în interiorul unui atom. Principiul este același: toate structurile pereche din aceeași perioadă trebuie să anihileze energia în mod sincron - în cicluri sincrone. În mod similar: procesele de anihilare din interiorul atomului trebuie sincronizate între perioade. Orice asincronie duce la distrugerea atomului. Aici sincronicitatea poate varia ușor. Se poate presupune că perioadele dintr-un atom anihilează energia secvenţial, una după alta, într-o undă.
3. Energia curge în interiorul unei molecule, a unui corp fizic. Distanțele dintre atomi din structura unei molecule sunt de multe ori mai mari decât distanțele dintre perioadele din interiorul unui atom. În plus, molecula are o structură în vrac. La fel ca orice corp fizic, are o structură tridimensională. Este clar că sincronismul proceselor de anihilare de aici trebuie să fie consistent. Dirijat de la periferie la centru, sau invers: de la centru la periferie - numărați după cum doriți.

Principiul sincronicității ne oferă încă două regularități:

• Viteza energiei curge în interiorul atomilor, moleculelor, corpurilor fizice este mult mai mică decât constanta de viteză a mișcării energiei în spațiul universului. Acest model ne va ajuta să înțelegem (în articolul #7) procesele electricității.
• Cu cât este mai mare structura pe care o vedem (succesiv: particulă elementară, atom, moleculă, corp fizic), cu atât lungimea de undă este mai mare în caracteristicile sale de undă pe care le vom observa. Acest lucru este valabil și pentru corpurile fizice: cu cât masa unui corp fizic este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mare.

• Traducere

În centrul fiecărui atom se află nucleul, o colecție minusculă de particule numite protoni și neutroni. În acest articol, vom studia natura protonilor și neutronilor, care constau din particule și mai mici - quarci, gluoni și antiquarci. (Gluonii, ca și fotonii, sunt propriile lor antiparticule.) Quarcii și gluonii, din câte știm, pot fi cu adevărat elementari (indivizibili și nu alcătuiți din ceva mai mic). Dar la ei mai târziu.

În mod surprinzător, protonii și neutronii au aproape aceeași masă - până la un procent:

• 0,93827 GeV/c 2 pentru un proton,
• 0,93957 GeV/c 2 pentru un neutron.

Aceasta este cheia naturii lor - de fapt sunt foarte asemănătoare. Da, există o diferență evidentă între ele: protonul are un pozitiv incarcare electrica, în timp ce neutronul nu are sarcină (este neutru, de unde și numele). În consecință, forțele electrice acționează asupra primului, dar nu asupra celui de-al doilea. La prima vedere, această distincție pare a fi foarte importantă! Dar de fapt nu este. În toate celelalte sensuri, protonul și neutronul sunt aproape gemeni. Ele au nu numai mase identice, ci și structura internă.

Pentru că sunt atât de similare și pentru că aceste particule alcătuiesc nucleele, protonii și neutronii sunt adesea denumiți nucleoni.

Protonii au fost identificați și descriși în jurul anului 1920 (deși au fost descoperiți mai devreme; nucleul unui atom de hidrogen este doar un singur proton), iar neutronii au fost găsiți în jurul anului 1933. Faptul că protonii și neutronii sunt atât de asemănători între ei a fost înțeles aproape imediat. Dar faptul că au o dimensiune măsurabilă comparabilă cu dimensiunea nucleului (de aproximativ 100.000 de ori mai mică decât un atom în rază) nu a fost cunoscut până în 1954. Că sunt formați din quarci, antiquarci și gluoni a fost înțeles treptat de la mijlocul anilor 1960 până la mijlocul anilor 1970. Până la sfârșitul anilor 70 și începutul anilor 80, înțelegerea noastră despre protoni, neutroni și din ce sunt alcătuiți s-a stabilit în mare măsură și a rămas neschimbată de atunci.

Nucleonii sunt mult mai greu de descris decât atomii sau nucleii. Ca să nu spun asta, dar cel puțin se poate spune fără ezitare că un atom de heliu este format din doi electroni care orbitează în jurul unui nucleu minuscul de heliu; iar nucleul de heliu este un grup destul de simplu de doi neutroni și doi protoni. Dar cu nucleoni, totul nu este atât de simplu. Am scris deja în articolul „” că atomul arată ca un menuet elegant, iar nucleonul arată ca o petrecere sălbatică.

Complexitatea protonului și neutronului pare să fie reală și nu provine din cunoștințe fizice incomplete. Avem ecuații folosite pentru a descrie quarci, antiquarci și gluoni și forțele nucleare puternice care se desfășoară între ei. Aceste ecuații se numesc QCD, de la „cromodinamică cuantică”. Se poate verifica acuratețea ecuațiilor căi diferite, inclusiv măsurarea numărului de particule care apar la Large Hadron Collider. Înlocuind ecuațiile QCD într-un computer și efectuând calcule privind proprietățile protonilor și neutronilor și ale altor particule similare (numite în mod colectiv „hadroni”), obținem predicții ale proprietăților acestor particule care aproximează bine observațiile făcute în lumea reala. Prin urmare, avem motive să credem că ecuațiile QCD nu mint și că cunoștințele noastre despre proton și neutron se bazează pe ecuațiile corecte. Dar doar a avea ecuațiile potrivite nu este suficient, deoarece:

• La ecuații simple poate fi foarte decizii complexe,
• Uneori nu este posibil să descrii soluții complexe într-un mod simplu.

Din câte putem spune, acesta este exact cazul nucleonilor: sunt soluții complexe la ecuații QCD relativ simple și nu este posibil să le descriem în câteva cuvinte sau imagini.

Din cauza complexității inerente a nucleonilor, tu, cititorul, va trebui să faci o alegere: cât de mult vrei să știi despre complexitatea descrisă? Indiferent cât de departe ai merge, cel mai probabil nu vei fi mulțumit: cu cât vei învăța mai mult, cu atât subiectul va deveni mai ușor de înțeles, dar răspunsul final va rămâne același - protonul și neutronul sunt foarte complexe. Vă pot oferi trei niveluri de înțelegere, cu detalii tot mai mari; te poți opri după orice nivel și trece la alte subiecte sau te poți scufunda până la ultimul. Fiecare nivel ridică întrebări la care pot răspunde parțial în următorul, dar răspunsurile noi ridică întrebări noi. Pe scurt, așa cum fac în discuțiile profesionale cu colegii și studenții avansați, vă pot trimite doar date din experimente reale, diverse argumente teoretice influente și simulări pe computer.

Primul nivel de înțelegere

Din ce sunt alcătuiți protonii și neutronii?

Orez. 1: o versiune suprasimplificată a protonilor, constând din doar doi cuarci up și unul down, și neutroni, constând din doar doi cuarci down și unul up

Pentru a simplifica lucrurile, multe cărți, articole și site-uri web afirmă că protonii sunt formați din trei quarci (doi în sus și unul în jos) și desenează ceva ca o figură. 1. Neutronul este același, fiind format doar dintr-un cuarc sus și doi cuarci down. Această imagine simplă ilustrează ceea ce unii oameni de știință credeau, mai ales în anii 1960. Dar curând a devenit clar că acest punct de vedere a fost prea simplificat, până la punctul în care nu mai era corect.

Din surse de informații mai sofisticate, veți afla că protonii sunt formați din trei quarci (doi în sus și unul în jos) ținuți împreună de gluoni - și poate apărea o imagine similară cu Fig. 2, unde gluonii sunt atrași ca arcuri sau șiruri care dețin quarci. Neutronii sunt la fel, cu doar un cuarc up și doi cuarci down.

Orez. 2: ameliorare fig. 1 datorită accentului pus pe rolul important al forței nucleare puternice, care menține quarcii în proton

Nu este un mod atât de rău de a descrie nucleonii, deoarece subliniază rolul important al forței nucleare puternice, care reține quarcii în proton în detrimentul gluonilor (în același mod în care fotonul, particula care formează lumina, este asociată cu forța electromagnetică). Dar asta este și confuz, deoarece nu explică cu adevărat ce sunt gluonii sau ce fac ei.

Există motive pentru a merge mai departe și a descrie lucrurile așa cum am făcut eu în: un proton este format din trei quarci (doi în sus și unul în jos), o grămadă de gluoni și un munte de perechi quark-antiquark (mai ales quarci sus și jos). , dar sunt și câteva ciudate) . Toate zboară înainte și înapoi cu viteze foarte mari (apropiindu-se de viteza luminii); acest întreg set este ținut împreună de forța nucleară puternică. Am arătat acest lucru în fig. 3. Neutronii sunt din nou la fel, dar cu unul sus și doi cuarci down; quarcul care și-a schimbat proprietatea este indicat printr-o săgeată.

Orez. 3: reprezentare mai realistă, deși încă nu ideală, a protonilor și neutronilor

Acești quarci, antiquarci și gluoni nu numai că se scurg înainte și înapoi, dar se ciocnesc unul cu celălalt și se transformă unul în celălalt prin procese precum anihilarea particulelor (în care un quarc și un antiquarc de același tip se transformă în doi gluoni sau viciu). invers) sau absorbția și emisia unui gluon (în care un cuarc și un gluon se pot ciocni și să producă un cuarc și doi gluoni, sau invers).

Ce fac astea trei descrieri general:

• Doi cuarci up și un cuarc down (plus altceva) pentru un proton.
• Un cuarc up și doi cuarci down (plus altceva) pentru un neutron.
• „Altceva” pentru neutroni este același cu „altceva” pentru protoni. Adică, nucleonii au „altceva” la fel.
• Mica diferență de masă dintre proton și neutron apare datorită diferenței dintre masele cuarcului down și al cuarcului up.

Și din moment ce:

• pentru cuarcii up, sarcina electrică este 2/3 e (unde e este sarcina protonului, -e este sarcina electronului),
• quarcii down au o sarcină de -1/3e,
• gluonii au o sarcină de 0,
• orice quark și antiquarcul său corespunzător au o sarcină totală de 0 (de exemplu, quarcul anti-down are o sarcină de +1/3e, deci quarcul down și antiquarcul down vor avea o sarcină de –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Fiecare cifră atribuie sarcina electrică a protonului la doi quarci sus și unul jos, iar „altceva” adaugă încărcăturii 0. În mod similar, neutronul are sarcină zero din cauza unui quarci sus și a doi quarci down:

• sarcina electrică totală a protonului 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• sarcina electrică totală a neutronului este 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Aceste descrieri diferă după cum urmează:

• cât „altceva” în interiorul nucleonului,
• ce cauta acolo
• de unde provin masa și energia masei (E = mc 2 , energia prezentă acolo chiar și atunci când particula este în repaus) nucleonului.

Deoarece cea mai mare parte a masei unui atom, și deci a întregii materie obișnuită, este conținută în protoni și neutroni, ultimul punct este extrem de important pentru intelegere corecta natura noastră.

Orez. 1 spune că quarkurile, de fapt, reprezintă o treime dintr-un nucleon - la fel ca un proton sau un neutron reprezintă un sfert dintr-un nucleu de heliu sau 1/12 dintr-un nucleu de carbon. Dacă această imagine ar fi adevărată, quarkurile din nucleon s-ar mișca relativ lent (la viteze mult mai mici decât viteza luminii) cu forțe relativ slabe care acționează între ei (deși cu o forță puternică care îi ține pe loc). Masa cuarcului, în sus și în jos, ar fi atunci de ordinul a 0,3 GeV/c 2 , aproximativ o treime din masa unui proton. Dar aceasta este o imagine simplă, iar ideile pe care le impune sunt pur și simplu greșite.

Orez. 3. dă o idee complet diferită despre proton, ca un cazan de particule care se grăbesc prin el la viteze apropiate de viteza luminii. Aceste particule se ciocnesc unele de altele, iar în aceste ciocniri unele dintre ele se anihilează, iar altele sunt create în locul lor. Gluonii nu au masă, masele quarcilor superiori sunt de aproximativ 0,004 GeV/c 2 , iar masele quarcilor inferiori sunt de aproximativ 0,008 GeV/c 2 - de sute de ori mai puțin decât un proton. De unde provine energia de masă a protonului, întrebarea este complexă: o parte din ea provine din energia masei quarcilor și antiquarcilor, o parte provine din energia mișcării quarcilor, antiquarcilor și gluonilor și o parte (eventual pozitiv, posibil negativ) din energia stocată în interacțiunea nucleară puternică, ținând împreună quarcii, antiquarcii și gluonii.

Într-un fel, Fig. 2 încearcă să elimine diferența dintre fig. 1 și fig. 3. Simplifica orezul. 3, eliminând multe perechi quark-antiquarc, care, în principiu, pot fi numite efemere, deoarece apar și dispar în mod constant și nu sunt necesare. Dar dă impresia că gluonii din nucleoni sunt o parte directă a forței nucleare puternice care deține protonii. Și nu explică de unde provine masa protonului.

La fig. 1 are un alt dezavantaj, pe lângă cadrele înguste ale protonului și neutronului. Nu explică unele dintre proprietățile altor hadroni, cum ar fi pionul și mezonul rho. Aceleași probleme există și în Fig. 2.

Aceste restricții au dus la faptul că le ofer studenților mei și pe site-ul meu o poză din fig. 3. Dar vreau să vă avertizez că are și multe limitări, pe care le voi lua în considerare mai târziu.

Trebuie remarcat faptul că complexitatea extremă a structurii, implicată în Fig. 3 este de așteptat de la un obiect ținut împreună de o forță atât de puternică precum forța nucleară puternică. Și încă ceva: trei quarci (doi în sus și unul în jos pentru un proton) care nu fac parte dintr-un grup de perechi quarc-antiquarc sunt adesea numiți „cuarcuri valență”, iar perechile de quarc-antiquarci sunt numite „mare de ​perechi de quarci.” Un astfel de limbaj este convenabil din punct de vedere tehnic în multe cazuri. Dar dă falsa impresie că, dacă ai putea să te uiți în interiorul protonului și să te uiți la un anumit quarc, ai putea spune imediat dacă a fost parte a mării sau o valență. Acest lucru nu se poate face, pur și simplu nu există o astfel de modalitate.

Masa protonilor si masa neutronilor

Deoarece masele protonului și neutronului sunt atât de asemănătoare și deoarece protonul și neutronul diferă doar prin înlocuirea unui cuarc up cu un cuarc down, se pare că masele lor sunt furnizate în același mod, provin din aceeași sursă. , iar diferența lor constă în diferența ușoară dintre quarcii sus și jos. Dar cele trei figuri de mai sus arată că există trei vederi foarte diferite asupra originii masei protonilor.

Orez. 1 spune că quarcii sus și jos reprezintă pur și simplu 1/3 din masa protonului și neutronului: aproximativ 0,313 GeV/c 2 , sau din cauza energiei necesare pentru a menține quarcii în proton. Și întrucât diferența dintre masele unui proton și un neutron este o fracțiune de procent, diferența dintre masele unui cuarc sus și jos trebuie să fie și o fracțiune de procent.

Orez. 2 este mai puțin clar. Ce fracție din masa unui proton există datorită gluonilor? Dar, în principiu, din figură rezultă că cea mai mare parte a masei protonului provine încă din masa quarcilor, ca în Fig. unu.

Orez. 3 reflectă o abordare mai subtilă a modului în care apare de fapt masa protonului (așa cum putem verifica direct prin calcule computerizate cu protoni, și nu folosind direct alte metode matematice). Este foarte diferit de ideile prezentate în fig. 1 și 2 și se dovedește a nu fi atât de simplu.

Pentru a înțelege cum funcționează acest lucru, trebuie să ne gândim nu în termenii masei m a protonului, ci în termenii energiei sale de masă E = mc 2 , energia asociată cu masa. Conceptual intrebare corecta nu va fi „de unde a venit masa protonilor m”, după care se poate calcula E înmulțind m cu c 2 , ci invers: „de unde vine energia masei protonilor E”, după care poți calculați masa m împărțind E la c 2 .

Este util să se clasifice contribuțiile la energia masei protonilor în trei grupe:

A) Energia de masă (energia de repaus) a quarcilor și antiquarcilor conținute în ea (gluoni, particule fără masă, nu aduc nicio contribuție).
B) Energia de mișcare (energia cinetică) a quarcilor, antiquarcilor și gluonilor.
C) Energia de interacțiune (energia de legare sau energia potențială) stocată în interacțiunea nucleară puternică (mai precis, în câmpurile gluonice) care ține protonul.

Orez. 3 spune că particulele din interiorul protonului se mișcă cu o viteză mare și că acesta este plin de gluoni fără masă, deci contribuția lui B) este mai mare decât A). De obicei, în majoritatea sistemelor fizice, B) și C) sunt comparabile, în timp ce C) este adesea negativ. Deci, energia de masă a protonului (și neutronului) este în mare parte derivată din combinația dintre B) și C), cu A) contribuind cu o mică fracție. Prin urmare, masele protonului și neutronului apar în principal nu din cauza maselor particulelor conținute în ele, ci din cauza energiilor de mișcare a acestor particule și a energiei interacțiunii lor asociată cu câmpurile gluoni care generează forțele care țin. protonul. În majoritatea celorlalte sisteme cu care suntem familiarizați, echilibrul energiilor este distribuit diferit. De exemplu, în atomi și în sistem solar A domină), în timp ce B) și C) sunt mult mai mici și comparabile ca mărime.

Rezumând, subliniem că:

• Orez. 1 sugerează că energia de masă a protonului provine din contribuția A).
• Orez. 2 sugerează că ambele contribuții A) și C) sunt importante, iar B) are o contribuție mică.
• Orez. 3 sugerează că B) și C) sunt importante, în timp ce contribuția lui A) este neglijabilă.

Știm că orezul este corect. 3. Pentru a-l verifica, putem efectua simulări pe calculatorși, mai important, datorită diverselor argumente teoretice convingătoare, știm că dacă masele quarcilor sus și jos ar fi zero (și orice altceva ar rămâne așa cum este), masa protonului cu greu s-ar schimba. Deci, aparent, masele quarcilor nu pot aduce contribuții importante la masa protonului.

Dacă fig. 3 nu minte, masele quarcului și antiquarcului sunt foarte mici. Cum sunt de fapt? Masa cuarcului de top (precum și a antiquarcului) nu depășește 0,005 GeV/c 2 , ceea ce este mult mai mic decât 0,313 GeV/c 2 , ceea ce rezultă din Fig. 1. (Masa unui cuarc up este greu de măsurat și variază din cauza efectelor subtile, deci ar putea fi mult mai mică de 0,005 GeV/c2). Masa cuarcului inferior este cu aproximativ 0,004 GeV/c 2 mai mare decât masa celui de sus. Aceasta înseamnă că masa oricărui cuarc sau antiquarc nu depășește un procent din masa unui proton.

Rețineți că aceasta înseamnă (spre deosebire de Fig. 1) că raportul dintre masa cuarcului down și cuarcul up nu se apropie de unitate! Masa cuarcului down este de cel puțin două ori mai mare decât a cuarcului up. Motivul pentru care masele neutronului și protonului sunt atât de asemănătoare nu este că masele cuarcilor sus și jos sunt similare, ci că masele cuarcilor sus și jos sunt foarte mici - iar diferența dintre ele este mică, raportat la masele protonului și neutronului. Amintiți-vă că pentru a converti un proton într-un neutron, trebuie pur și simplu să înlocuiți unul dintre cuarcii lui up cu un cuarc down (Figura 3). Această modificare este suficientă pentru a face neutronul puțin mai greu decât protonul și pentru a-și schimba sarcina de la +e la 0.

Apropo, faptul că diferite particule din interiorul unui proton se ciocnesc între ele și apar și dispar în mod constant, nu afectează lucrurile despre care discutăm - energia este conservată în orice coliziune. Energia de masă și energia de mișcare a quarcilor și gluonilor se pot modifica, precum și energia interacțiunii lor, dar energia totală a protonului nu se schimbă, deși totul în interiorul acestuia se schimbă constant. Deci masa unui proton rămâne constantă, în ciuda vortexului său intern.

În acest moment, puteți opri și absorbi informațiile primite. Uimitor! Practic toată masa conținută în materia obișnuită provine din masa nucleonilor din atomi. Și cea mai mare parte din această masă provine din haosul inerent protonului și neutronului - din energia de mișcare a quarcilor, gluonilor și antiquarcilor în nucleoni și din energia muncii interacțiunilor nucleare puternice care țin nucleonul în întreaga sa stare. Da: planeta noastră, corpurile noastre, respirația noastră sunt rezultatul unui pandemoniu atât de liniștit și, până de curând, de neimaginat.

După cum sa menționat deja, un atom este format din trei tipuri de particule elementare: protoni, neutroni și electroni. Nucleul atomic este partea centrală a atomului, constând din protoni și neutroni. Protonii și neutronii au denumirea comună nucleon, în nucleu se pot transforma unul în celălalt. Nucleul celui mai simplu atom - atomul de hidrogen - este format dintr-o particulă elementară - protonul.

Diametrul nucleului unui atom este de aproximativ 10-13 - 10-12 cm și este de 0,0001 din diametrul atomului. Cu toate acestea, aproape întreaga masă a unui atom (99,95-99,98%) este concentrată în nucleu. Dacă ar fi posibil să se obțină 1 cm3 de materie nucleară pură, masa acesteia ar fi de 100-200 de milioane de tone. Masa nucleului unui atom este de câteva mii de ori mai mare decât masa tuturor electronilor care formează atomul.

Proton- o particulă elementară, nucleul unui atom de hidrogen. Masa unui proton este de 1,6721 x 10-27 kg, este de 1836 de ori masa unui electron. Sarcina electrică este pozitivă și egală cu 1,66 x 10-19 C. Un coulomb este o unitate de sarcină electrică egală cu cantitatea de electricitate care trece prin sectiune transversala conductor pentru un timp de 1s la o putere constantă a curentului de 1A (amperi).

Fiecare atom al oricărui element conține în nucleu un anumit număr protoni. Acest număr este constant pentru element datși își definește fizic și Proprietăți chimice. Adică, numărul de protoni depinde de ce element chimic avem de-a face. De exemplu, dacă un proton din nucleu este hidrogen, dacă 26 de protoni sunt fier. Numărul de protoni din nucleul atomic determină sarcina nucleului (numărul de sarcină Z) și numărul de serie al elementului din sistemul periodic de elemente D.I. Mendeleev (numărul atomic al elementului).

Neutroni- o particulă neutră din punct de vedere electric cu o masă de 1,6749 x 10-27 kg, de 1839 de ori masa unui electron. Un neuron în stare liberă este o particulă instabilă; se transformă independent într-un proton cu emisia unui electron și a unui antineutrin. Timpul de înjumătățire al neutronilor (timpul în care jumătate din numărul inițial de neutroni se descompune) este de aproximativ 12 minute. Cu toate acestea, în stare legatăîn interior stabil nuclee atomice el este stabil. Numărul total nucleonii (protoni și neutroni) din nucleu se numește număr de masă (masă atomică - A). Numărul de neutroni care formează nucleul este egal cu diferența dintre numerele de masă și de sarcină: N = A - Z.

Electron- o particulă elementară, purtătoarea celei mai mici mase - 0,91095x10-27g și cea mai mică sarcină electrică - 1,6021x10-19 C. Aceasta este o particulă încărcată negativ. Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul de protoni din nucleu, adică. atomul este neutru din punct de vedere electric.

Pozitron- o particulă elementară cu sarcină electrică pozitivă, o antiparticulă în raport cu un electron. Masa unui electron și a unui pozitron sunt egale, iar sarcinile electrice sunt egale în valoare absolută, dar în semn opus.

Diferite tipuri de nuclee sunt numite nuclizi. Nuclid - un fel de atomi cu un număr dat de protoni și neutroni. În natură, există atomi ai aceluiași element cu mase atomice diferite (numerele de masă):
, Cl etc. Nucleele acestor atomi conțin acelasi numar protoni, dar număr diferit neutroni. Varietăți de atomi ai aceluiași element care au aceeași sarcină nucleară, dar diferite numar de masa, sunt numite izotopi . Având același număr de protoni, dar diferiți prin numărul de neutroni, izotopii au aceeași structură a învelișurilor de electroni, adică. proprietăți chimice foarte asemănătoare și ocupă același loc în tabelul periodic al elementelor chimice.

Ele sunt notate prin simbolul elementului chimic corespunzător cu indicele A situat în stânga sus - numărul de masă, uneori numărul de protoni (Z) este de asemenea dat în stânga jos. De exemplu, izotopii radioactivi ai fosforului sunt denumiți 32P, 33P sau P și respectiv P. Când desemnați un izotop fără a indica simbolul elementului, numărul de masă este dat după desemnarea elementului, de exemplu, fosfor - 32, fosfor - 33.

Majoritatea elementelor chimice au mai mulți izotopi. Pe lângă izotopul hidrogenului 1H-protiu, sunt cunoscute hidrogenul greu 2H-deuteriu și hidrogenul supergreu 3H-tritiu. Uraniul are 11 izotopi, compuși naturali sunt trei dintre ele (uraniu 238, uraniu 235, uraniu 233). Au 92 de protoni și, respectiv, 146,143 și, respectiv, 141 de neutroni.

În prezent, sunt cunoscuți peste 1900 de izotopi ai 108 elemente chimice. Dintre aceștia, izotopii naturali includ toți cei stabili (există aproximativ 280) și izotopii naturali care fac parte din familiile radioactive (există 46 dintre ei). Restul sunt artificiale, sunt obținute artificial ca urmare a diferitelor reacții nucleare.

Termenul „izotopi” ar trebui folosit numai atunci când vorbim despre atomi ai aceluiași element, de exemplu, carbonul 12C și 14C. Dacă se referă la atomi de diferite elemente chimice, se recomandă utilizarea termenului „nuclizi”, de exemplu, radionuclizi 90Sr, 131J, 137Cs.

Capitol unul. PROPRIETATI ALE NUCLEILOR STABILI

S-a spus deja mai sus că nucleul este format din protoni și neutroni legați de forțe nucleare. Dacă măsuram masa nucleului în unități de masă atomică, atunci aceasta ar trebui să fie aproape de masa protonului înmulțită cu un număr întreg numit număr de masă. Dacă sarcina nucleului și numărul de masă, atunci aceasta înseamnă că compoziția nucleului include protoni și neutroni. (Numărul de neutroni dintr-un nucleu este de obicei notat cu

Aceste proprietăți ale nucleului sunt reflectate în notația simbolică, care va fi folosită ulterior în formă

unde X este numele elementului căruia îi aparține atomul nucleul (de exemplu, nuclee: heliu - , oxigen - , fier - uraniu

Principalele caracteristici ale nucleelor ​​stabili includ: sarcină, masă, rază, momente mecanice și magnetice, spectrul stărilor excitate, paritatea și momentul cvadrupolului. Nucleele radioactive (instabile) sunt caracterizate în plus prin durata de viață, tipul de transformări radioactive, energia particulelor emise și o serie de alte proprietăți speciale, care vor fi discutate mai jos.

În primul rând, să luăm în considerare proprietățile particulelor elementare care alcătuiesc nucleul: proton și neutron.

§ 1. PRINCIPALELE CARACTERISTICI ALE PROTONULUI SI NEUTRONULUI

Greutate.În unități de masă a electronului: masa protonului este masa neutronului.

În unități de masă atomică: masa protonilor masa neutronilor

În unitățile de energie, masa în repaus a protonului este masa în repaus a neutronului

Incarcare electrica. q este un parametru care caracterizează interacțiunea unei particule cu câmp electric, se exprimă în unități de sarcină electronică unde

Toate particulele elementare transportă o cantitate de electricitate egală fie cu 0, fie cu sarcina protonului. Sarcina neutronului este zero.

A învârti. Spinii protonului și neutronului sunt egali.Ambele particule sunt fermioni și se supun statisticii Fermi-Dirac și, prin urmare, principiului Pauli.

moment magnetic. Dacă înlocuim în formula (10), care determină momentul magnetic al electronului în loc de masa electronului, masa protonului, obținem

Mărimea se numește magneton nuclear. S-ar putea presupune prin analogie cu electronul că momentul magnetic de spin al protonului este egal.Cu toate acestea, experiența a arătat că momentul magnetic intrinsec al protonului este mai mare decât magnetonul nuclear: conform datelor moderne

În plus, s-a dovedit că o particulă neîncărcată - un neutron - are, de asemenea, un moment magnetic care este diferit de zero și egal cu

Prezența unui moment magnetic în neutron și așa mare importanță momentul magnetic al protonului contrazice ipotezele despre natura punctuală a acestor particule. O serie de date experimentale obținute în anul trecut, indică faptul că atât protonul, cât și neutronul au o structură complexă neomogenă. În același timp, o sarcină pozitivă este situată în centrul neutronului, iar la periferie există o sarcină negativă egală cu aceasta ca mărime, distribuită în volumul particulei. Dar întrucât momentul magnetic este determinat nu numai de mărimea curentului care curge, ci și de aria acoperită de acesta, momentele magnetice create de acestea nu vor fi egale. Prin urmare, un neutron poate avea un moment magnetic rămânând în general neutru.

Transformări reciproce ale nucleonilor. Masa unui neutron este mai mare decât masa unui proton cu 0,14%, sau 2,5 mase de electroni,

Într-o stare liberă, un neutron se descompune într-un proton, un electron și un antineutrin: durata sa medie de viață este de aproape 17 minute.

Protonul este o particulă stabilă. Cu toate acestea, în interiorul nucleului, se poate transforma într-un neutron; în timp ce reacţia decurge conform schemei

Diferența dintre masele particulelor din stânga și din dreapta este compensată de energia transmisă protonului de către alți nucleoni ai nucleului.

Protonul și neutronul au aceleași spini, aproape aceleași mase și se pot transforma unul în celălalt. Se va arăta mai târziu că forțele nucleare care acționează între aceste particule în perechi sunt, de asemenea, aceleași. De aceea sunt numiti denumire comună- nucleon și se spune că nucleonul poate fi în două stări: proton și neutron, care diferă în relația lor cu câmpul electromagnetic.

Neutronii și protonii interacționează datorită existenței forțelor nucleare, care sunt de natură neelectrică. Forțele nucleare își datorează originea schimbului de mezoni. Dacă descriem dependența energiei potențiale a interacțiunii unui proton și a unui neutron de energie scăzută de distanța dintre ele, atunci aproximativ va arăta ca un grafic prezentat în Fig. 5a, adică are forma unei puțuri potențiale.

Orez. Fig. 5. Dependenţa energiei potenţiale de interacţiune de distanţa dintre nucleoni: a - pentru perechile neutron-neutron sau neutron-proton; b - pentru o pereche de proton - proton

§unu. Faceți cunoștință cu Electronul, Protonul, Neutronul

Atomii sunt cele mai mici particule de materie.
Dacă este mărită la glob un măr de mărime medie, atunci atomii vor deveni doar de mărimea unui măr. În ciuda unei dimensiuni atât de mici, atomul este format din particule fizice și mai mici.
Ar trebui să fiți deja familiarizați cu structura atomului de la cursul de fizică din școală. Și totuși ne amintim că atomul conține un nucleu și electroni care se rotesc în jurul nucleului atât de repede încât devin imposibil de distins - formează un „nor de electroni” sau învelișul de electroni atom.

Electronii este de obicei notat astfel: e − . Electronii e- foarte usoare, aproape fara greutate, dar au negativ incarcare electrica. Este egal cu -1. Electricitate, pe care îl folosim cu toții este un flux de electroni care rulează în fire.

nucleul atomic, în care este concentrată aproape toată masa sa, constă din particule de două tipuri - neutroni și protoni.

Neutroni notată după cum urmează: n 0 , A protoni Asa de: p + .
După masă, neutronii și protonii sunt aproape la fel - 1,675 10 −24 g și 1,673 10 −24 g.
Adevărat, este foarte incomod să numărăm masa unor astfel de particule mici în grame, deci este exprimată în unități de carbon, dintre care fiecare este egal cu 1,673 10 −24 g.
Pentru fiecare particulă obține masa atomică relativă, egal cu câtul de împărțire a masei unui atom (în grame) la masa unei unități de carbon. relativ mase atomice protonul și neutronul sunt egali cu 1, dar sarcina protonilor este pozitivă și egală cu +1, în timp ce neutronii nu au nicio sarcină.

. Ghicitori despre atom

Un atom poate fi asamblat „în minte” din particule, ca o jucărie sau o mașină din piese constructor pentru copii. Este necesar doar să respectați două condiții importante.

• Prima condiție: fiecare tip de atom are propriul său set propriu"Detalii" - particule elementare. De exemplu, un atom de hidrogen va avea în mod necesar un nucleu cu o sarcină pozitivă de +1, ceea ce înseamnă că trebuie să aibă cu siguranță un proton (și nu mai mult).
  Un atom de hidrogen poate conține și neutroni. Mai multe despre asta în paragraful următor.
  Atomul de oxigen (numărul de serie în sistemul periodic este 8) va avea un nucleu încărcat opt sarcini pozitive (+8), ceea ce înseamnă că există opt protoni. Deoarece masa unui atom de oxigen este de 16 unități relative, pentru a obține un nucleu de oxigen vom adăuga încă 8 neutroni.
• A doua condiție este că fiecare atom este neutru din punct de vedere electric. Pentru a face acest lucru, trebuie să aibă destui electroni pentru a echilibra sarcina nucleului. Cu alte cuvinte, numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul de protoniîn miezul ei și numărul de serie al acestui element în sistemul periodic.