Visa matērija sastāv no elementiem. Bet kāpēc viss mums apkārt ir tik atšķirīgs? Atbilde ir saistīta ar sīkām daļiņām. Tos sauc par protoniem. Atšķirībā no elektroniem, kuriem ir negatīvs lādiņš, šīm elementārdaļiņām ir pozitīvs lādiņš. Kas ir šīs daļiņas un kā tās darbojas?
Protoni visur
Kurai elementārdaļiņai ir pozitīvs lādiņš? Viss, ko var pieskarties, redzēt un sajust, sastāv no atomiem, mazākajiem celtniecības blokiem, kas veido cietās vielas, šķidrumus un gāzes. Tie ir pārāk mazi, lai tos aplūkotu tuvāk, taču tie veido tādas lietas kā jūsu dators, ūdens, ko dzerat, un pat gaiss, ko elpojat. Ir daudz veidu atomu, tostarp skābekļa, slāpekļa un dzelzs. Katru no šiem veidiem sauc par elementiem.
Dažas no tām ir gāzes (skābeklis). Niķeļa elements ir sudraba krāsā. Ir arī citiiezīmes, kas atšķir šīs sīkās daļiņas vienu no otras. Ar ko šie elementi patiesībā atšķiras? Atbilde ir vienkārša: to atomos ir atšķirīgs protonu skaits. Šai elementārdaļiņai ir pozitīvs lādiņš, un tā atrodas atoma centrā.
Visi atomi ir unikāli
Atomi ir ļoti līdzīgi, taču atšķirīgais protonu skaits padara tos par unikālu elementa veidu. Piemēram, skābekļa atomiem ir 8 protoni, ūdeņraža atomiem ir tikai 1, bet zelta atomiem – 79. Par atomu var daudz pastāstīt, vienkārši saskaitot tā protonus. Šīs elementārdaļiņas atrodas pašā kodolā. Sākotnēji tā tika uzskatīta par fundamentālu daļiņu, taču jaunākie pētījumi liecina, ka protoni sastāv no mazākām sastāvdaļām, ko sauc par kvarkiem.
Kas ir protons?
Kurai elementārdaļiņai ir pozitīvs lādiņš? Šis ir protons. Tas ir subatomiskās daļiņas nosaukums, kas atrodas katra atoma kodolā. Faktiski protonu skaits katrā atomā ir atomskaitlis. Vēl nesen tā tika uzskatīta par fundamentālu daļiņu. Tomēr jaunās tehnoloģijas ir ļāvušas atklāt, ka protonu veido mazākas daļiņas, ko sauc par kvarkiem. Kvarks ir matērijas pamatdaļiņa, kas atklāta tikai nesen.
No kurienes rodas protoni?
Elementāra daļiņa ar pozitīvu lādiņu,sauc par protonu. Šie elementi var veidoties nestabilu neitronu parādīšanās rezultātā. Pēc aptuveni 900 sekundēm neitrons, kas atsitās no kodola, sadalīsies citās atoma elementārdaļiņās: protonā, elektronā un antineitrīnā.
Atšķirībā no neitrona brīvais protons ir stabils. Kad brīvie protoni mijiedarbojas viens ar otru, tie veido ūdeņraža molekulas. Mūsu saule, tāpat kā lielākā daļa citu Visuma zvaigžņu, lielākoties sastāv no ūdeņraža. Protons ir mazākā elementārdaļiņa, kuras lādiņš ir +1. Elektrona lādiņš ir -1, savukārt neitronam vispār nav lādiņa.
Subatomiskās daļiņas: atrašanās vieta un lādiņš
Elementus raksturo to atomu struktūra, kas sastāv no subatomiskām elementārdaļiņām: protoniem, neitroniem un elektroniem. Pirmās divas grupas atrodas atoma kodolā (centrā), un to masa ir viena atommasa. Elektroni atrodas ārpus kodola, zonās, ko sauc par "čaumalām". Viņi sver gandrīz neko. Aprēķinot atomu masu, uzmanība tiek pievērsta tikai protoniem un neitroniem. Atoma masa ir to summa.
Summējot visu molekulā esošo atomu atomu masu, var novērtēt molekulmasu, kas izteikta atomu masas vienībās (sauktas par d altoniem). Katra no smagajām daļiņām (neitronu, protonu) sver vienu atommasu, tāpēc hēlija atoms (He), kasir divi protoni, divi neitroni un divi elektroni, sver apmēram četras atomu masas vienības (divi protoni plus divi neitroni). Papildus atrašanās vietai un masai katrai subatomiskajai daļiņai ir īpašība, ko sauc par "lādiņu". Tas var būt “pozitīvs” vai “negatīvs”.
Elementi ar vienādu lādiņu mēdz viens otru atstarot, savukārt objekti ar pretēju lādiņu mēdz piesaistīt viens otru. Kurai elementārdaļiņai ir pozitīvs lādiņš? Šis ir protons. Neitroniem vispār nav lādiņa, kas nodrošina kodolam vispārēju pozitīvu lādiņu. Katram elektronam ir negatīvs lādiņš, kura stiprums ir vienāds ar protona pozitīvo lādiņu. Kodola elektroni un protoni tiek piesaistīti viens otram, un tas ir spēks, kas satur atomu kopā, līdzīgi gravitācijas spēkam, kas notur Mēnesi orbītā ap Zemi.
Stabila subatomiskā daļiņa
Kurai elementārdaļiņai ir pozitīvs lādiņš? Atbilde ir zināma: protons. Turklāt tas ir vienāds ar elektrona vienības lādiņu. Tomēr tā masa miera stāvoklī ir 1,67262 × 10-27 kg, kas ir 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Protoni kopā ar elektriski neitrālām daļiņām, ko sauc par neitroniem, veido visus atomu kodolus, izņemot ūdeņradi. Katrā noteiktā ķīmiskā elementa kodolā ir vienāds protonu skaits. Šī elementa atomskaitlis nosaka tā pozīciju periodiskajā tabulā.
Protona atklāšana
Elementārdaļiņa ar pozitīvu lādiņu ir protons, kura atklāšana datēta ar senākajiem atomu struktūras pētījumiem. Pētot jonizēto gāzveida atomu un molekulu plūsmas, no kurām tika izņemti elektroni, tika noteikta pozitīva daļiņa, kas pēc masas ir vienāda ar ūdeņraža atomu. Ernests Raterfords (1919) parādīja, ka slāpeklis, bombardējot ar alfa daļiņām, izdala to, kas šķietami ir ūdeņradis. Līdz 1920. gadam viņš no ūdeņraža kodoliem izolēja elementārdaļiņu, nosaucot to par protonu.
Augstas enerģijas daļiņu fizikas pētījumi 20. gadsimta beigās uzlaboja strukturālo izpratni par protonu dabu subatomisko daļiņu grupā. Ir pierādīts, ka protoni un neitroni sastāv no mazākām daļiņām un tiek klasificēti kā barioni - daļiņas, kas sastāv no trim elementārām vielas vienībām, kas pazīstamas kā kvarki.
Subatomiskā daļiņa: ceļā uz grandiozu vienotu teoriju
Atoms ir mazs matērijas gabals, kas ir īpašs elements. Kādu laiku tika uzskatīts, ka tas ir mazākais matērijas gabals, kas var pastāvēt. Taču 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā zinātnieki atklāja, ka atomi sastāv no noteiktām subatomiskām daļiņām un ka neatkarīgi no elementa vienas un tās pašas subatomiskās daļiņas veido atomu. Dažādu subatomisko daļiņu skaits ir vienīgais, kas mainās.
Zinātnieki tagad atzīst, ka ir daudz subatomisku daļiņu. Bet, lai gūtu panākumus ķīmijā, jums patiešām ir jātiek galā tikai ar trim galvenajiem: protoniem, neitroniem un elektroniem. Matēriju var elektriski uzlādēt vienā no diviem veidiem: pozitīvā vai negatīvā.
Kā sauc elementārdaļiņu ar pozitīvu lādiņu? Atbilde ir vienkārša: protons, tas ir tas, kurš nes vienu pozitīvā lādiņa vienību. Un negatīvi lādētu elektronu klātbūtnes dēļ pats atoms ir neitrāls. Dažreiz daži atomi var iegūt vai zaudēt elektronus un iegūt lādiņu. Šajā gadījumā tos sauc par joniem.
Atoma elementārdaļiņas: sakārtota sistēma
Atomam ir sistemātiska un sakārtota struktūra, kas nodrošina stabilitāti un ir atbildīga par visa veida matērijas īpašībām. Šo subatomisko daļiņu izpēte sākās pirms vairāk nekā simts gadiem, un tagad mēs par tām jau zinām daudz. zinātnieki ir noskaidrojuši, ka lielākā daļa atoma ir tukša un maz apdzīvota ar "elektroniem". Tās ir negatīvi lādētas vieglās daļiņas, kas griežas ap centrālo smago daļu, kas ir 99,99% no kopējās atoma masas. Noskaidrot elektronu būtību bija vieglāk, taču pēc daudziem ģeniāliem pētījumiem kļuva zināms, ka kodolā ir pozitīvi protoni un neitrālie neitroni.
Katra vienība Visumā sastāv no atomiem
Lai izprastu lielāko daļu matērijas īpašību, katra vienība mūsu Visumā sastāv no atomiem. Ir 92 dabā sastopami atomu veidi, un tie veido molekulas, savienojumus un cita veida vielas, lai radītu sarežģīto pasauli ap mums. Lai gan nosaukums "atoms" tika atvasināts no grieķu vārda átomos, kas nozīmē "nedalāms", mūsdienu fizika ir parādījusi, ka tas nav galīgais matērijas būvmateriāls un patiešām "sadalās" subatomiskās daļiņās. Tās ir patiesās fundamentālās vienības, kas veido visu pasauli.
