Structura nucleului atomic (proton, neutron, electron). Capitolul II.Structura atomilor si legea periodica

NEUTRONI(n) (din lat. neutru - nici una, nici alta) - o particulă elementară cu zero electric. sarcină și masă, puțin mai mari decât masa protonului. Alături de protonul sub denumirea generală. Nucleonul face parte din nucleele atomice. H. are spin 1/2 și de aceea se supune Statistici Fermi - Dirac(este un fermion). aparține familiei adra-nov; are numărul barion B= 1, adică incluse în grup barionii.

A fost descoperit în 1932 de J. Chadwick, care a arătat că radiația cu penetrare dură rezultată din bombardarea nucleelor de beriliu de către particule a constă din particule neutre din punct de vedere electric cu o masă aproximativ egală cu cea a unui proton. În 1932, D. D. Ivanenko și W. Heisenberg au avansat ipoteza că nucleele atomice constau din protoni și H. Spre deosebire de sarcină. particule, H. pătrunde cu ușurință în nuclee la orice energie și cu mare probabilitate cauzează reactii nucleare captați (n,g), (n,a), (n,p) dacă bilanţul energetic în reacţie este pozitiv. Probabilitatea de exotermie crește cu decelerația H. invers proporțională. viteza lui. O creștere a probabilității reacțiilor de captare a H. atunci când acestea sunt încetinite în medii care conțin hidrogen a fost descoperită de E. Fermi (E. Fermi) și colegii săi în 1934. Abilitatea lui H. de a provoca fisiunea nucleelor grele, a fost descoperită. de O. Gan (O. Hahn) și F. Strassmann (F. . Strassman) în 1938 (vezi Fisiune nucleara), a servit drept bază pentru crearea de arme nucleare și. Particularitatea interacțiunii neutronilor lenți cu materia, care au o lungime de undă de Broglie de ordinul distanțelor atomice (efecte de rezonanță, difracție etc.), servește drept bază pentru utilizarea pe scară largă a fasciculelor de neutroni în fizică. corp solid. (Clasificarea H. după energie - rapidă, lentă, termică, rece, ultrarece - vezi art. fizica neutronilor.)

În stare liberă, H. este instabilă - suferă dezintegrare B; n p + e - + v e; durata sa de viață t n = 898(14) s, energia de limită a spectrului de electroni este de 782 keV (vezi Fig. dezintegrarea neutronilor beta). ÎN stare legatăîn alcătuirea nucleelor stabile, H. este stabil (conform estimărilor experimentale, durata sa de viață depășește 10 32 ani). Potrivit lui Aster. Se estimează că 15% din materia vizibilă a Universului este reprezentată de H., care fac parte din cele 4 nuclee He. H. este principalul. componentă stele neutronice. H. libere în natură se formează în reactii nucleare, cauzată de particulele a de dezintegrare radioactivă, raze cosmiceşi ca urmare a fisiunii spontane sau forţate a nucleelor grele. art. sursele de H. sunt reactoare nucleare, explozii nucleare, acceleratori de protoni (pentru cf. energie) și electroni cu ținte formate din elemente grele. Sursele de fascicule monocromatice H. cu o energie de 14 MeV sunt cu energie redusă. acceleratoare de deuteron cu o țintă de tritiu sau litiu și, în viitor, instalațiile termonucleare ale CTS se pot dovedi a fi surse intense de astfel de H. (Cm. .)

Caracteristici cheie H.

Greutate h. t p = 939,5731(27) MeV/c2 = = 1,008664967(34) at. unitati mase 1.675. 10 -24 g. Diferența dintre masele de H. și proton a fost măsurată de la max. acuratețe din energetic. echilibrul reacției de captare a H. de către un proton: n + p d + g (g-energie cuantică = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Sarcina electrica H. Q n = 0. Cele mai precise măsurători directe Q n realizat prin devierea fasciculelor de H rece sau ultrarece în electrostatic. camp: Q n<= 3·10 -21 a ei este sarcina electronilor). Cosv. date electrice. neutralitate macroscopică. cantitatea de gaz da Qn<= 2 10 -22 e.

Rotire H. J= 1 / 2 s-a determinat din experimente directe asupra divizării fasciculului H. într-un câmp magnetic neomogen. câmpul în două componente [în cazul general, numărul de componente este (2 J + 1)].

Consistent descrierea structurii hadronilor bazată pe modern. teoria interacțiunii puternice - cromodinamica cuantică- în timp ce întâlnește teoretic. dificultăţi, însă, pentru mulţi sarcinile sunt destul de satisfăcătoare. rezultatele oferă o descriere a interacțiunii nucleonilor, reprezentați ca obiecte elementare, prin schimbul de mezoni. Experiment. explorarea spatiilor. structura H. se realizează folosind împrăștierea leptonilor de înaltă energie (electroni, muoni, neutrini, considerați în teoria modernă drept particule punctiforme) pe deutroni. Contribuția împrăștierii pe un proton se măsoară în dep. experiment și poate fi scăzut folosind def. calculati. proceduri.

Difuzarea elastică și cvasielastică (cu divizarea deuteronului) a electronilor pe deuteron face posibilă găsirea distribuției densității electrice. încărcătură și magnet. momentul H. ( factor de formă H.). Conform experimentului, distribuția densității magnetice. momentul H. cu o precizie de ordinul mai multor. procentul coincide cu distribuția densității electrice. sarcină de protoni și are o rază RMS de ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. factorul de formă H. este destul de bine descris de așa-numitul. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , unde q 2 este pătratul impulsului transferat în unități (GeV/c) 2 .

Mai complicată este problema mărimii electricului. (încărcare) factor de formă H. GE n. Din experimentele privind împrăștierea deuteronului, se poate concluziona că GE n ( q 2 ) <= 0,1 în intervalul de pătrate al impulsurilor transferate (0-1) (GeV/c) 2 . La q 2 0 din cauza zero electric. taxa H. GE n- > 0, dar experimental este posibil să se determine dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Această valoare este max. găsit exact din măsurători lungime de împrăștiere H. pe învelișul de electroni a atomilor grei. Principal o parte a acestei interacțiuni este determinată de magnetic. moment H. Max. experimente precise dau lungimea ne-împrăștiere dar ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, care diferă de cel calculat, determinat de magn. momentul H.: A ne \u003d -1.468. 10 -16 cm. Diferența dintre aceste valori oferă rădăcina pătrată medie electrică. raza 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. Aceste cifre nu pot fi considerate ca fiind finale din cauza dispersării mari a datelor decomp. experimente care depășesc erorile date.

O caracteristică a interacțiunii lui H. cu majoritatea nucleelor este pozitivă. lungimea de împrăștiere, ceea ce duce la coeficient. refracţie< 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. optica neutronilor).

H. şi interacţiunea slabă (electroslabă).. O sursă importantă de informații despre interacțiunea electroslabă este dezintegrarea b a H liber. La nivel de quarc, acest proces corespunde tranziției. Procesul invers al interacțiunii unui electron cu un proton, numit. dezintegrarea inversă a b. Această clasă de procese include captura electronică, având loc în nuclee, re - n v e.

Dezintegrarea H. liberă, ținând cont de cinematică. parametrii este descris de două constante - vector G V, care se datorează conservarea curentului vectorial universal constantă de interacțiune slabă și vector axial G A, a cărui valoare este determinată de dinamica componentelor puternic interacționate ale nucleonului - quarci și gluoni. Funcţiile de undă ale H. iniţiale şi protonul final şi elementul matricei de tranziţie n p datorită izotopicului. invarianțele sunt calculate destul de precis. Ca urmare, calculul constantelor G VȘi G A de la dezintegrarea H. liber (spre deosebire de calculele din dezintegrarea b a nucleelor) nu are legătură cu contabilizarea factorilor structurali nucleari.

Durata de viaţă a lui H. fără a ţine cont de unele corecţii este: t n = kg 2 V+ 3G 2 A) -1 , unde k include cinematica. factorii şi corecţiile coulombiane în funcţie de energia de limită a dezintegrarii b şi corecții radiative.

Probabilitatea dezintegrarii polarizatoarelor. H. cu spin S , energiile și momentele electronului și antineutrinului și R e, este în general descris prin expresia:

Coef. corelații a, A, B, D poate fi reprezentat în funcție de parametru a = (G A/G V,)exp( i f). Faza f este nenulă sau p dacă T- invarianța este întreruptă. În tabel. se dau experimente. valorile acestor coeficienți. si valorile rezultate Ași f.

Există o diferență notabilă între date experimente pentru t n , ajungând la mai multe. la sută.

Descrierea interacțiunii electroslabe care implică H. la energii mai mari este mult mai dificilă din cauza necesității de a se ține cont de structura nucleonilor. De exemplu, m - captura, m - p n v m este descris de cel puțin două ori numărul de constante. H. experimentează, de asemenea, interacțiune electroslabă cu alți hadroni fără participarea leptonilor. Aceste procese includ următoarele.

1) Dezintegrarea hiperonilor L np 0 , S + np + , S - np - etc. Probabilitatea redusă a acestor dezintegrari în mai multe ori mai mic decât pentru particulele nestrăine, care este descris prin introducerea unghiului Cabibbo (vezi Fig. colțul cabibbo).

2) Interacțiune slabă n - n sau n - p, care se manifestă ca forțe nucleare care nu păstrează spațiile. paritate.Mărimea obişnuită a efectelor cauzate de acestea este de ordinul 10 -6 -10 -7 .

Interacțiunea lui H. cu nucleele medii și grele are o serie de caracteristici, conducând în unele cazuri la un sporirea efectelor neconservarea parităţii în nuclee. Unul dintre aceste efecte este legat. diferența dintre secțiunea transversală de absorbție a lui H. c în direcția de propagare și împotriva acesteia, care în cazul nucleului 139 La este de 7% la \u003d 1,33 eV, corespunde cu R-rezonanta neutronilor undei. Motivul amplificării este o combinație de energie scăzută. lățimea stărilor nucleului compus și densitatea mare a nivelurilor cu paritate opusă în acest nucleu compus, care asigură amestecarea componentelor cu paritate diferită cu 2-3 ordine de mărime mai mare decât în stările joase ale nucleelor. Ca urmare, o serie de efecte: asimetria emisiei de g-quanta în raport cu spin-ul polarizatoarelor capturate. H. în reacție (n, g), asimetria emisiei de sarcină. particule în timpul dezintegrarii stărilor de compus în reacție (n, p) sau asimetria emisiei unui fragment de fisiune ușor (sau greu) în reacție (n, p) f). Asimetriile au o valoare de 10 -4 -10 -3 la energia termica H. In R-se realizează suplimentar rezonanţe neutronice de unde. îmbunătățirea asociată cu suprimarea probabilității de formare a unei componente care păstrează paritatea a acestei stări compuse (datorită lățimii mici a neutronilor R-rezonanță) în raport cu componenta de impuritate cu paritatea opusă, adică s-rezonanta-somn. Este o combinație a mai multor Factorul de amplificare permite ca un efect extrem de slab să se manifeste cu o valoare caracteristică interacțiunii nucleare.

Interacțiuni care încalcă numărul barionului. Teoretic modele mare unireȘi suprauniuni prezice instabilitatea barionilor - descompunerea lor în leptoni și mezoni. Aceste dezintegrari pot fi observate numai pentru cei mai ușoare barioni - p și n, care fac parte din nucleele atomice. Pentru o interacțiune cu o modificare a numărului barion cu 1, D B= 1, ne-am aștepta la o transformare de tip H.: n e + p - , sau la o transformare cu emisie de mezoni ciudați. Căutarea unor astfel de procese a fost efectuată în experimente folosind detectoare subterane cu o masă de mai multe. mii de tone. Pe baza acestor experimente, se poate concluziona că timpul de dezintegrare a lui H. cu încălcarea numărului de barion este mai mare de 10 32 de ani.

Dr. posibil tip de interacțiune cu D ÎN= 2 poate duce la fenomenul de interconversie H. şi antineutroniîn vid, adică la oscilație . În absenţa externă câmpuri sau cu valoarea lor mică, stările lui H. și antineutronul sunt degenerate, deoarece masele lor sunt aceleași, prin urmare chiar și interacțiunea superslabă le poate amesteca. Criteriul pentru micimea ext. câmpuri este micșorarea energiei de interacțiune a magnetului. momentul H. cu magn. câmpul (n și n ~ au momente magnetice opuse în semn) față de energia determinată de timp T observații H. (după relația de incertitudine), D<=hT-unu . La observarea producerii de antineutroni în fasciculul H. dintr-un reactor sau altă sursă T este timpul zborului H. la detector. Numărul de antineutroni din fascicul crește pătratic odată cu timpul de zbor: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , unde t osc - timpul de oscilație.

Experimentele directe pentru a observa producția și în fascicule de H. reci dintr-un reactor cu flux mare dau o limită t osc > 10 7 s. În experimentele viitoare, ne putem aștepta la o creștere a sensibilității la un nivel de t osc ~ 10 9 s. Circumstanțele limită sunt max. intensitatea fasciculelor H. și imitarea fenomenelor de antineutroni în detectorul kosmich. razele.

Dr. metoda de observare a oscilațiilor este observarea anihilării antineutronilor, care se pot forma în nuclee stabile. În acest caz, datorită diferenței mari în energiile de interacțiune ale antineutronului emergent în nucleu față de energia de legare H. eff. timpul de observare devine ~ 10 -22 s, dar numărul mare de nuclee observate (~10 32) compensează parțial scăderea sensibilității în comparație cu experimentul fasciculului H. oarecare incertitudine, în funcție de necunoașterea tipului exact de interacțiune a antineutronul din interiorul nucleului, care t osc > (1-3) . 10 7 p. Creaturi. creșterea limitei t osc în aceste experimente este împiedicată de fondul cauzat de interacțiunea spațiului. neutrini cu nuclee în detectoare subterane.

Trebuie remarcat faptul că căutarea dezintegrarii nucleonilor cu D B= 1 și căutarea -oscilațiilor sunt experimente independente, deoarece acestea sunt cauzate de fundamental diferite. tipuri de interacțiuni.

Interacțiunea gravitațională H. Neutronul este unul dintre puținii particule elementare, căzând să roiască în gravitac. Câmpul Pământului poate fi observat experimental. Măsurarea directă pentru H. se realizează cu o precizie de 0,3% și nu diferă de macroscopică. Problema conformității rămâne principiul echivalenței(egalitățile maselor inerțiale și gravitaționale) pentru H. și protoni.

Cele mai precise experimente au fost efectuate prin metoda Et-vesh pentru corpuri cu diferite cf. valori de relație A/Z, Unde DAR- la. cameră, Z- sarcina nucleelor (în unități de sarcină elementară e). Din aceste experimente rezultă aceeași accelerație a căderii libere pentru H. și protoni la nivelul 2·10 -9 , și egalitatea gravitației. iar masa inerţială la nivelul ~10 -12 .

Gravitatie accelerația și decelerația sunt utilizate pe scară largă în experimentele cu H ultrarece. Utilizarea gravitației refractometru pentru rece și ultrarece H. vă permite să măsurați lungimea împrăștierii coerente H. pe o substanță cu mare precizie.

H. în cosmologie şi astrofizică

Conform modernului reprezentări, în modelul Universului fierbinte (vezi. teoria universului fierbinte) formarea barionilor, inclusiv protonii și H., are loc în primele minute de viață ale Universului. În viitor, o anumită parte a lui H., care nu a avut timp să se descompună, este capturată de protoni cu formarea lui 4 He. Raportul dintre hidrogen și 4 He în acest caz este de 70% până la 30% în greutate. În timpul formării stelelor și evoluției lor, mai departe nucleosinteză până la nuclee de fier. Formarea nucleelor mai grele are loc ca urmare a exploziilor de supernove odată cu nașterea stelelor neutronice, creând posibilitatea succesiunii. H. captare de către nuclizi. În același timp, combinația dintre așa-numitele. s-proces - captare lenta a H. cu dezintegrare b intre capturi succesive si r-proces - urmărire rapidă. captura în timpul exploziilor de stele în principal. poate explica cele observate abundenta de elemente in spatiu obiecte.

În componenta primară a cosmicului razele H. sunt probabil absente din cauza instabilitatii lor. H., s-a format în apropierea suprafeței Pământului, difuzându-se în spațiu. spațiul și degradarea acolo, aparent, contribuie la formarea componentelor electronice și protonice curele de radiații Pământ.

Lit.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Fizica neutronilor de energie joasă, M., 1965; Alexandrov Yu. A.,. Proprietățile fundamentale ale neutronului, ed. a 2-a, M., 1982.

→

Mulți de la școală știe bine că toată materia era formată din atomi. Atomii, la rândul lor, sunt formați din protoni și neutroni care formează nucleul atomilor și electronilor aflați la o anumită distanță de nucleu. Mulți au auzit, de asemenea, că lumina constă și din particule - fotoni. Cu toate acestea, lumea particulelor nu se limitează la asta. Până în prezent, sunt cunoscute peste 400 de particule elementare diferite. Să încercăm să înțelegem cum diferă particulele elementare unele de altele.

Există mulți parametri prin care particulele elementare pot fi distinse unele de altele:

Greutate.
Incarcare electrica.
Durata de viață. Aproape toate particulele elementare au o durată de viață finită, după care se degradează.
A învârti. Poate fi, foarte aproximativ, considerat ca un moment de rotatie.

Încă câțiva parametri, sau așa cum sunt numiți în mod obișnuit în știința numerelor cuantice. Acești parametri nu au întotdeauna o semnificație fizică clară, dar sunt necesari pentru a distinge o particulă de alta. Toți acești parametri suplimentari sunt introduși ca niște cantități care se păstrează în interacțiune.

Aproape toate particulele au masă, cu excepția fotonilor și neutrinilor (conform ultimelor date, neutrinii au o masă, dar atât de mică încât este adesea considerată zero). Fără masă, particulele pot exista doar în mișcare. Masa tuturor particulelor este diferită. Electronul are masa minimă, în afară de neutrin. Particulele numite mezoni au o masă de 300-400 de ori mai mare decât masa unui electron, un proton și un neutron sunt de aproape 2000 de ori mai grele decât un electron. Au fost deja descoperite particule care sunt de aproape 100 de ori mai grele decât un proton. Masa, (sau echivalentul său energetic conform formulei lui Einstein:

se păstrează în toate interacțiunile particulelor elementare.

Nu toate particulele au o sarcină electrică, ceea ce înseamnă că nu toate particulele sunt capabile să participe la interacțiunea electromagnetică. Toate particulele care există liber incarcare electrica multiplu al sarcinii electronilor. Pe lângă particulele care există liber, există și particule care sunt doar într-o stare legată, despre ele vom vorbi puțin mai târziu.

Spinul, precum și alte numere cuantice de particule diferite sunt diferite și le caracterizează unicitatea. Unele numere cuantice sunt conservate în unele interacțiuni, altele în altele. Toate aceste numere cuantice determină ce particule interacționează cu care și cum.

Durata de viață este, de asemenea, o caracteristică foarte importantă a unei particule și o vom lua în considerare mai detaliat. Să începem cu o notă. După cum spuneam la începutul articolului, tot ceea ce ne înconjoară este format din atomi (electroni, protoni și neutroni) și lumină (fotoni). Și unde, atunci, sunt sute de tipuri diferite de particule elementare. Răspunsul este simplu - peste tot în jurul nostru, dar nu observăm din două motive.

Prima dintre ele este că aproape toate celelalte particule trăiesc foarte puțin, aproximativ 10 până la minus 10 secunde sau mai puțin și, prin urmare, nu formează structuri precum atomii, rețelele cristaline etc. Al doilea motiv se referă la neutrini, deși aceste particule nu se degradează, ele sunt supuse doar unei interacțiuni slabe și gravitaționale. Aceasta înseamnă că aceste particule interacționează atât de puțin încât este aproape imposibil să le detectezi.

Să vizualizăm ceea ce exprimă cât de bine interacționează particula. De exemplu, fluxul de electroni poate fi oprit de o foaie de oțel destul de subțire, de ordinul câțiva milimetri. Acest lucru se va întâmpla deoarece electronii vor începe imediat să interacționeze cu particulele tablei de oțel, își vor schimba brusc direcția, vor emite fotoni și, astfel, vor pierde energie destul de repede. Cu fluxul de neutrini, totul nu este așa, ei pot trece prin Pământ aproape fără interacțiuni. De aceea este foarte greu să le găsești.

Deci, majoritatea particulelor trăiesc un timp foarte scurt, după care se degradează. Descompunerile particulelor sunt cele mai frecvente reacții. Ca rezultat al dezintegrarii, o particulă se descompune în alte câteva de masă mai mică, iar acestea, la rândul lor, se descompun în continuare. Toate degradarile se supun anumitor reguli - legi de conservare. Deci, de exemplu, ca rezultat al dezintegrarii, o sarcină electrică, masă, spin și un număr de numere cuantice trebuie conservate. Unele numere cuantice se pot schimba în timpul dezintegrarii, dar și sub rezerva anumitor reguli. Regulile de dezintegrare sunt cele care ne spun că electronul și protonul sunt particule stabile. Ei nu mai pot să se descompună respectând regulile decăderii și, prin urmare, lanțurile decăderii se termină cu ei.

Aici aș vrea să spun câteva cuvinte despre neutron. De asemenea, un neutron liber se descompune într-un proton și un electron în aproximativ 15 minute. Cu toate acestea, atunci când neutronul se află în nucleul atomic, acest lucru nu se întâmplă. Acest fapt poate fi explicat în diferite moduri. De exemplu, atunci când în nucleul unui atom apar un electron și un proton suplimentar dintr-un neutron degradat, are loc imediat reacția inversă - unul dintre protoni absoarbe un electron și se transformă într-un neutron. Această imagine se numește echilibru dinamic. A fost observată în univers într-un stadiu incipient al dezvoltării sale, la scurt timp după Big Bang.

Pe lângă reacțiile de degradare, există și reacții de împrăștiere - atunci când două sau mai multe particule interacționează simultan, iar rezultatul este una sau mai multe alte particule. Există și reacții de absorbție, când una este obținută din două sau mai multe particule. Toate reacțiile apar ca urmare a unei interacțiuni puternice, slabe sau electromagnetice. Reacțiile datorate interacțiunii puternice sunt cele mai rapide, timpul unei astfel de reacții poate ajunge la 10 până la minus 20 de secunde. Viteza reacțiilor din cauza interacțiunii electromagnetice este mai mică, aici timpul poate fi de aproximativ 10 până la minus 8 secunde. Pentru reacțiile de interacțiune slabă, timpul poate ajunge la zeci de secunde și uneori chiar la ani.

La sfârșitul poveștii despre particule, să vorbim despre quarci. Quarcii sunt particule elementare care au o sarcină electrică care este un multiplu al unei treimi din sarcina unui electron și care nu poate exista în stare liberă. Interacțiunea lor este aranjată în așa fel încât să poată trăi doar ca parte a ceva. De exemplu, o combinație de trei quarci de un anumit tip formează un proton. O altă combinație dă un neutron. Se cunosc un total de 6 quarci. Diversele lor combinații ne oferă particule diferite și, deși nu toate combinațiile de quarci sunt permise de legile fizice, există destul de multe particule formate din quarci.

Aici poate apărea întrebarea cum poate fi numit un proton elementar dacă este format din quarci. Foarte simplu - protonul este elementar, deoarece nu poate fi împărțit în părțile sale componente - quarci. Toate particulele care participă la interacțiunea puternică sunt compuse din quarci și, în același timp, sunt elementare.

Înțelegerea interacțiunilor particulelor elementare este foarte importantă pentru înțelegerea structurii universului. Tot ceea ce se întâmplă cu corpurile macro este rezultatul interacțiunii particulelor. Este interacțiunea particulelor care descrie creșterea copacilor pe pământ, reacțiile în adâncurile stelelor, radiația stelelor neutronice și multe altele.

Probabilități și mecanică cuantică

Ce este un neutron? Care sunt structura, proprietățile și funcțiile sale? Neutronii sunt cele mai mari dintre particulele care formează atomii, care sunt blocuri de construcție toată contează.

Structura atomului

Neutronii sunt localizați în nucleu - o regiune densă a atomului, plină de asemenea cu protoni (particule încărcate pozitiv). Aceste două elemente sunt ținute împreună de o forță numită nucleară. Neutronii au o sarcină neutră. Sarcina pozitivă a protonului se potrivește cu sarcina negativă a electronului pentru a crea un atom neutru. Deși neutronii din nucleu nu afectează sarcina unui atom, ei au multe proprietăți care afectează un atom, inclusiv nivelul de radioactivitate.

Neutroni, izotopi și radioactivitate

O particulă care se află în nucleul unui atom - un neutron este cu 0,2% mai mare decât un proton. Împreună, ele reprezintă 99,99% din masa totală a aceluiași element și pot avea un număr diferit de neutroni. Când oamenii de știință se referă la masa atomică, ei înseamnă masa atomică medie. De exemplu, carbonul are de obicei 6 neutroni și 6 protoni cu o masă atomică de 12, dar uneori apare cu o masă atomică de 13 (6 protoni și 7 neutroni). Carbonul cu număr atomic 14 există și el, dar este rar. Asa de, masă atomică pentru carbon este mediată la 12.011.

Când atomii au un număr diferit de neutroni, ei se numesc izotopi. Oamenii de știință au găsit modalități de a adăuga aceste particule în nucleu pentru a crea izotopi mari. Acum adăugarea de neutroni nu afectează sarcina atomului, deoarece aceștia nu au nicio sarcină. Cu toate acestea, ele cresc radioactivitatea atomului. Acest lucru poate duce la atomi foarte instabili care se pot descărca niveluri înalte energie.

Ce este un nucleu?

În chimie, nucleul este centrul încărcat pozitiv al unui atom, care este format din protoni și neutroni. Cuvântul „miez” provine din latinescul nucleus, care este o formă a cuvântului care înseamnă „nucă” sau „miez”. Termenul a fost inventat în 1844 de Michael Faraday pentru a descrie centrul unui atom. Se numesc științele implicate în studiul nucleului, studiul compoziției și caracteristicilor acestuia fizica nuclearași chimie nucleară.

Protonii și neutronii sunt ținuți împreună de forța nucleară puternică. Electronii sunt atrași de nucleu, dar se mișcă atât de repede încât rotația lor se realizează la o anumită distanță de centrul atomului. Sarcina nucleară pozitivă provine de la protoni, dar ce este un neutron? Este o particulă care nu are sarcină electrică. Aproape toată greutatea unui atom este conținută în nucleu, deoarece protonii și neutronii au mult mai multă masă decât electronii. Numărul de protoni dintr-un nucleu atomic determină identitatea acestuia ca element. Numărul de neutroni indică care izotop al unui element este un atom.

Dimensiunea nucleului atomic

Nucleul este mult mai mic diametrul total atom, deoarece electronii pot fi îndepărtați de centru. Un atom de hidrogen este de 145.000 de ori mai mare decât nucleul său, iar un atom de uraniu este de 23.000 de ori mai mare decât centrul său. Nucleul de hidrogen este cel mai mic deoarece este format dintr-un singur proton.

Localizarea protonilor și neutronilor în nucleu

Protonii și neutronii sunt de obicei reprezentați ca împachetate împreună și distribuiți uniform pe sfere. Cu toate acestea, aceasta este o simplificare a structurii actuale. Fiecare nucleon (proton sau neutron) poate ocupa un anumit nivel de energie și o gamă de locații. În timp ce nucleul poate fi sferic, poate fi, de asemenea, în formă de para, globular sau în formă de disc.

Nucleele de protoni și neutroni sunt barioni, formați din cei mai mici, numiți quarci. Forța de atracție are o rază foarte scurtă, astfel încât protonii și neutronii trebuie să fie foarte aproape unul de celălalt pentru a fi legați. Această atracție puternică învinge repulsia naturală a protonilor încărcați.

Proton, neutron și electron

Un impuls puternic în dezvoltarea unei astfel de științe precum fizica nucleară a fost descoperirea neutronului (1932). Mulțumesc pentru asta ar trebui să fie un fizician englez care a fost student al lui Rutherford. Ce este un neutron? Aceasta este o particulă instabilă, care în stare liberă în doar 15 minute este capabilă să se descompună într-un proton, un electron și un neutrin, așa-numita particulă neutră fără masă.

Particula și-a primit numele datorită faptului că nu are sarcină electrică, este neutră. Neutronii sunt extrem de densi. Într-o stare izolată, un neutron va avea o masă de numai 1,67·10 - 27, iar dacă luați o linguriță plină dens cu neutroni, atunci bucata de materie rezultată va cântări milioane de tone.

Numărul de protoni din nucleul unui element se numește număr atomic. Acest număr conferă fiecărui element propria identitate unică. În atomii unor elemente, cum ar fi carbonul, numărul de protoni din nuclee este întotdeauna același, dar numărul de neutroni poate varia. Atom element dat cu un anumit număr de neutroni în nucleu se numește izotop.

Sunt neutronii unici periculoși?

Ce este un neutron? Aceasta este o particulă care, împreună cu protonul, este inclusă în Cu toate acestea, uneori pot exista singure. Când neutronii se află în afara nucleelor atomilor, aceștia dobândesc un potențial proprietăți periculoase. Când se mișcă cu de mare viteză, ele produc radiații letale. Așa-numitele bombe cu neutroni, cunoscute pentru capacitatea lor de a ucide oameni și animale, având în același timp un efect minim asupra structurilor fizice nevii.

Neutronii sunt o parte foarte importantă a unui atom. Densitatea mare a acestor particule, combinată cu viteza lor, le conferă o putere și o energie distructive extraordinare. În consecință, ele pot altera sau chiar rupe nucleele atomilor care lovesc. Deși neutronul are o sarcină electrică neutră netă, este alcătuit din componente încărcate care se anulează reciproc în ceea ce privește sarcina.

Neutronul dintr-un atom este o particulă minusculă. La fel ca protonii, ei sunt prea mici pentru a fi văzuti chiar și cu un microscop electronic, dar sunt acolo pentru că doar așa se explică comportamentul atomilor. Neutronii sunt foarte importanți pentru stabilitatea unui atom, dar în afara centrului său atomic ei nu pot exista mult timp și se descompun în medie în doar 885 de secunde (aproximativ 15 minute).

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 o singură particulă elementară de materie - protonul. 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 - 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 ruptură 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 particule elementare de materie - un atom de deuteriu - s-au degradat într-un proton și un neutron.

Ruptura structurii perechi 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 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 unui electron de structura generală a unui neutron are loc în momentul în care deplasarea unui electron în raport cu 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 dintr-o particulă elementară 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 numai prin atracție (nu există repulsie, deoarece zona de repulsie a fiecăruia dintre ele se află în spatele lor), are loc contactul lor dur. Drept urmare, 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 al acestuia învelișul 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...

PUNCTUL 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:

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.
Apare spațiul atomului, în interiorul căruia densitatea energiei libere va depăși de multe ori densitatea energiei libere în afara spațiului său. O densitate foarte mare de energie 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:

Fiecare perioadă din atom este un inel de structuri pereche.
Centrul atomului este întotdeauna ocupat de structura cvadruplă a atomului de heliu.
Toate structurile pereche din aceeași perioadă sunt situate strict în același plan.
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 perechi (vezi 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, în raport cu 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 particulei 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

model de atom de heliu

Structura plată în cascadă a atomului și aranjamentul inel al structurilor de perechi din acesta determină periodicitatea și construcția rândurilor. sistem periodic elemente chimice ale lui Mendeleev, frecvența de manifestare a similare proprietăți chimice atomi dintr-un 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 (mai precis: 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 dintr-o perioadă 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 pereche 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.

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, datorită naturii ciclice a proceselor de anihilare, viteza medie a fluxurilor de energie aici scade la jumătate.
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.
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 un corp fizic are mai multă masă, cu atât lungimea de undă este mai mare.

Pagina 1

Sarcina neutronilor este zero. În consecință, neutronii nu joacă un rol în mărimea sarcinii nucleului unui atom. Numărul de serie al cromului este egal cu aceeași valoare.

Sarcina de proton qp e Sarcina de neutron este egală cu zero.

Este ușor de observat că în acest caz sarcina neutronului este zero, iar cea a protonului este 1, așa cum era de așteptat. Se obțin toți barionii incluși în două familii - cei opt și cei zece. Mezonii sunt formați dintr-un cuarc și un antiquarc. Bara denotă antiquarci; sarcina lor electrică diferă ca semn de cea a quarcului corespunzător. Un quarc ciudat nu intră într-un pi-mezon, pi-mesonii, așa cum am spus deja, sunt particule cu ciudățenie și spin egal cu zero.

Deoarece sarcina protonului este egală cu sarcina electronului și sarcina neutronului este egală cu glonțul, atunci dacă interacțiunea puternică este oprită, interacțiunea protonului cu câmp electromagneticȘi va fi interacțiunea obișnuită a particulei Dirac - Yp / V. Neutronul nu ar avea nicio interacțiune electromagnetică.

Denumiri: 67 - diferenta de sarcina intre electron si proton; q este sarcina cu neutroni; qg este valoarea absolută a sarcinii electronilor.

Nucleul este format din particule elementare încărcate pozitiv - protoni și neutroni care nu poartă o sarcină.

Baza ideilor moderne despre structura materiei este afirmația despre existența atomilor materiei, constând din protoni încărcați pozitiv și neutroni fără sarcină, formând un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ care se rotesc în jurul nucleului. Nivelurile de energie ale electronilor, conform acestei teorii, sunt de natură discretă, iar pierderea sau dobândirea de energie suplimentară de către aceștia este considerată ca o tranziție de la un nivel de energie permis la altul. În același timp, natura discretă a energiei nivele electronice devine cauza aceleiași absorbții sau emisii discrete de energie de către un electron în timpul tranziției de la un nivel de energie la altul.

Am presupus că sarcina unui atom sau a unei molecule este complet determinată de suma scalară q Z (q Nqn, unde Z este numărul de perechi electron-proton, (q qp - qe este diferența dintre sarcinile electronului și protonului). , N este numărul de neutroni, iar qn este sarcina neutronului.

Sarcina nucleară este determinată numai de numărul de protoni Z și de acesta numar de masa A coincide cu numărul total de protoni și neutroni. Deoarece sarcina neutronului este zero, nu există nicio interacțiune electrică conform legii Coulomb între doi neutroni și, de asemenea, între un proton și un neutron. În același timp, între cei doi protoni acționează o forță electrică de respingere.

Mai mult, în limitele preciziei măsurătorii, nu a fost înregistrat vreodată un singur proces de coliziune, în care legea de conservare a sarcinii să nu fie respectată. De exemplu, inflexibilitatea neutronilor este omogen câmpuri electrice ne permite să considerăm sarcina de neutroni ca zero precisă la 1 (sarcină de electroni H7.

Am spus deja că diferența dintre momentul magnetic al unui proton și al unui magneton nuclear este un rezultat uimitor. Și mai surprinzător (Se pare că există un moment magnetic pentru un neutron fără încărcare.

Este ușor de observat că aceste forțe nu sunt reduse la niciunul dintre tipurile de forțe luate în considerare în părțile anterioare ale cursului de fizică. Într-adevăr, dacă presupunem, de exemplu, că între nucleoni în nuclei există forte gravitationale, atunci este ușor de calculat din masele cunoscute ale protonului și neutronului că energia de legare per particulă va fi neglijabilă - va fi de 1036 de ori mai mică decât cea observată experimental. De asemenea, ipoteza despre caracterul electric al forțelor nucleare dispare. Într-adevăr, în acest caz, este imposibil să ne imaginăm un nucleu stabil format dintr-un singur proton încărcat și nicio sarcină de neutron.

Legătura puternică care există între nucleonii din nucleu indică prezența în nucleele atomice a unor forțe speciale, așa-numitele nucleare. Este ușor de observat că aceste forțe nu sunt reduse la niciunul dintre tipurile de forțe luate în considerare în părțile anterioare ale cursului de fizică. Într-adevăr, dacă presupunem, de exemplu, că forțele gravitaționale acționează între nucleonii din nuclee, atunci este ușor de calculat din masele cunoscute ale protonului și neutronului că energia de legare per particulă va fi neglijabilă - va fi de 1038 de ori mai mică decât care s-a observat experimental. De asemenea, ipoteza despre caracterul electric al forțelor nucleare dispare. Într-adevăr, în acest caz, este imposibil să ne imaginăm un nucleu stabil format dintr-un singur proton încărcat și nicio sarcină de neutron.