מיט אַן אַטאָם דורך די צייטן - טייל 3
צופרידן
Rutherford's פּלאַנאַטערי מאָדעל פון דעם אַטאָם איז געווען נעענטער צו פאַקט ווי Thomson ס "ראָזשינקע קוגל". אָבער, די לעבן פון דעם באַגריף לאַסטיד בלויז צוויי יאר, אָבער איידער גערעדט וועגן אַ סאַקסעסער, עס איז צייַט צו אַנראַוואַל די ווייַטער אַטאָמישע סיקריץ.
1. יסאָטאָפּעס פון הידראָגען: סטאַביל פּראָט און דעוטעריום און ראַדיאָאַקטיוו טריטיום (פאָטאָ: BruceBlaus / Wikimedia Commons).
אַטאָמישע לאַווינע
די אנטדעקונג פון דער דערשיינונג פון ראדיאאקטיוויטעט, וואס האט אנגעצייכנט דעם אנהייב פון אנטדעקן די סודות פונעם אטאם, האט טכילעס טרעטאַנד די יסוד פון כעמיע - די געזעץ פון פּעריאָדיסיטי. אין א קורצער צייט האט מען אידענטיפיצירט עטליכע צענדליגער ראדיאאקטיווע שטאנדן. טײ ל פו ן ז ײ האב ן געהא ט ד י זעלב ע כעמיש ע אײגנשאפט ן טרא ץ פארשײדענ ע אטאמיש ע מאסע ן או ן אנדער ע מי ט ד י זעלב ע מאסע ן האב ן געהא ט אנדער ע אײגנשאפטן . דערצו, אין דער געגנט פון די פּעריאָדיש טיש ווו זיי האָבן צו זיין געשטעלט רעכט צו זייער וואָג, עס איז נישט גענוג פריי פּלאַץ צו אַקאַמאַדייט זיי אַלע. די פּעריאָדיש טיש איז פאַרפאַלן רעכט צו אַ לאַווינע פון ופדעקונגען.
2. רעפּליקע פון די 1911 JJ Thompson מאַסע ספּעקטראָמעטער (פאָטאָ: Jeff Dahl / Wikimedia Commons)
אַטאָמישע קערן
דאָס איז 10-100 טויזנט. מאל קלענער ווי דער גאנצער אטאם. אויב די קערן פון אַ הידראָגען אַטאָם וואָלט זיין פארגרעסערט צו די גרייס פון אַ פּילקע מיט אַ דיאַמעטער פון 1 סענטימעטער און געשטעלט אין דעם צענטער פון אַ פוטבאָל פעלד, די עלעקטראָן (קלענערער ווי די קאָפּ פון אַ שטיפט) וואָלט ענדלעך אין דער געגנט פון דער ציל (איבער 50 עם).
כּמעט די גאנצע מאַסע פון אַן אַטאָם איז קאַנסאַנטרייטאַד אין די קערן, פֿאַר בייַשפּיל, פֿאַר גאָלד איז כּמעט 99,98%. ימאַדזשאַן אַ קוב פון דעם מעטאַל ווייינג 19,3 טאָנס. אַלע אַטאָמישע קערן גאָלד האָבן אַ גאַנץ באַנד פון ווייניקער ווי 1/1000 מם3 (אַ פּילקע מיט אַ דיאַמעטער פון ווייניקער ווי 0,1 מם). דעריבער, דער אַטאָם איז שרעקלעך ליידיק. לייענער מוזן רעכענען די געדיכטקייַט פון די אַנדערלייינג מאַטעריע.
די לייזונג צו דעם פּראָבלעם איז געפונען אין 1910 דורך Frederick Soddy. ער האָט איינגעפירט דעם באַגריף פון איזאָטאָפּן, ד.ה. ווערייאַטיז פון דער זעלביקער עלעמענט וואָס זענען אַנדערש אין זייער אַטאָמישע מאַסע (1). אזו י הא ט ע ר אויסגעפרעגט , א ן אנדער ע פו ן דאלטאנ ס פאסטולאטן , — פו ן איצ ט טאר ן א כעמישע ר עלעמענט שוי ן ניש ט באשטיי ן פו ן אטאמע ן פו ן דע ר זעלבע ר מאסע . די יסאָטאָפּע כייפּאַטאַסאַס, נאָך יקספּערמענאַל באַשטעטיקונג (מאַסע ספּעקטראָגראַף, 1911), אויך געמאכט עס מעגלעך צו דערקלערן די פראַקשאַנאַל וואַלועס פון די אַטאָמישע מאסע פון עטלעכע עלעמענטן - רובֿ פון זיי זענען מיקסטשערז פון פילע יסאָטאָפּעס, און אַטאָמישע מאַסע איז די ווייטיד דורכשניטלעך פון די מאסע פון זיי אַלע (2).
קערנעל קאַמפּאָונאַנץ
אן אנדער פון Rutherford's סטודענטן, Henry Moseley, געלערנט רענטגענ-שטראַלן ימיטיד דורך באקאנט עלעמענטן אין 1913. ניט ענלעך קאָמפּלעקס אָפּטיש ספּעקטראַ, די X-Ray ספּעקטרום איז זייער פּשוט - יעדער עלעמענט גיט בלויז צוויי כוואליעס, די לענג פון וואָס זענען לייכט שייך צו די אָפּצאָל פון זייַן אַטאָמישע קערן.
3. איינער פון די X-Ray מאשינען געניצט דורך Moseley (פאָטאָ: Magnus Manske / Wikimedia Commons)
דא ם הא ט מע ן צו ם ערשט ן מא ל געמאכ ט צושטעל ן ד י אקטױו ע צא ל עלעמענטן , װא ס עקזיסטירט , װ י אוי ך צ ו באשטימע ן װ י פי ל פו ן ז ײ פעל ן נא ך צ ו אנפיל ן ד י ריס ן אי ן דע ר פעריאדיש ע טיש ( 3 ) .
דער פּאַרטאַקאַל וואָס טראגט אַ positive אָפּצאָל איז גערופן אַ פּראָטאָן (גריכיש: פּראָטאָן = ערשטער). אן אנדער פּראָבלעם מיד אויפגעשטאנען. די מאַסע פון אַ פּראָטאָן איז בעערעך 1 אַפּאַראַט. כוועראַז אַטאָמישע קערן סאָדיום מיט אַ אָפּצאָל פון 11 וניץ האט אַ מאַסע פון 23 וניץ? דאָס זעלבע איז דאָך דער פאַל מיט אַנדערע עלעמענטן. דאָס מיינט אַז עס מוזן זיין אנדערע פּאַרטיקאַלז פאָרשטעלן אין די קערן וואָס האָבן קיין אָפּצאָל. לכתחילה האבן פיזיקער אנגענומען אז דאס זענען ענג געבונדן פראטאנען מיט עלעקטראנען, אבער צום סוף האט מען באוויזן אז עס האט זיך באוויזן א נייע חלק - דער נייטראן (לאטייניש נייטראן = נייטראל). די אנטדעקונג פון דעם עלעמענטאַר פּאַרטאַקאַל (די אַזוי גערופענע יקערדיק "בנין בלאַקס" פון וואָס אַלע מאַטעריע באשטייט) איז געמאכט אין 1932 דורך די ענגליש פיזיקער יעקב טשאַדוויקק.
פּראָטאָנס און נעוטראָן קענען יבערמאַכן אין יעדער אנדערער. פיסיסיסץ טעאָריזירן אַז זיי זענען פארמען פון אַ פּאַרטאַקאַל גערופן אַ נוקלעאָן (לאַטייַן קערן = קערן).
זינט די קערן פון די סימפּלאַסט יסאָטאָפּע פון הידראָגען איז אַ פּראָטאָן, עס איז קלאָר אַז וויליאם פּראָוט אין זיין "הידראָגען" כייפּאַטאַסאַס סטרוקטור פון די אַטאָם ער האָט נישט קיין טעות (זען: "מיטן אַטאָם דורך די סענטשעריז - טייל 2"; "יונג טעכניקער" נומ 8/2015). לכתחילה איז געווען אפילו כעזיטאציע צווישן די נעמען פראטאן און "פרוטאן".
4. פאָטאָסעללס אין די ענדיקן - זייער אַרבעט איז באזירט אויף די פאָטאָעלעקטריק ווירקונג (פאָטאָ: Ies / Wikimedia Commons)
ניט אַלץ איז ערלויבט
Rutherford ס מאָדעל האט אַ "געבורט כיסאָרן" אין דער צייט פון זיין הקדמה. לויט מאַקסוועל ס געזעצן פון עלעקטראָדינאַמיק (באשטעטיקט דורך ראַדיאָ בראָדקאַסטינג שוין אין אָפּעראַציע אין דער צייט), אַ עלעקטראָן וואָס איז רייזינג אין אַ קרייַז זאָל אַרויסלאָזן אַן ילעקטראָומאַגנעטיק כוואַליע.
אזוי, עס פארלירט ענערגיע, קאָזינג עס צו פאַלן אַנטו די האַרץ. אונטער נארמאלע באדינגונגען לאזט מען נישט ארויס אטאמען (ספעקטרא ווערן געשאפן ווען מען הייסט צו הויכע טעמפעראטורן) און אטאמישע קאטאסטראפעס ווערן נישט באמערקט (די געשאצטע לעבן פון אן עלעקטראן איז ווייניגער ווי א מיליאןטע פון א סעקונדע).
Rutherford ס מאָדעל דערקלערט די רעזולטאַט פון די פּאַרטאַקאַל צעוואָרפן עקספּערימענט, אָבער נאָך נישט שטימען צו פאַקט.
אין 1913, מענטשן "געוווינט צו" דעם פאַקט אַז ענערגיע אין די מיקראָקאָסם איז גענומען און געשיקט נישט אין קיין קוואַנטיטי, אָבער אין פּאָרשאַנז גערופן קוואַנטאַ. אויף דעם באזע, מאַקס פּלאַנק דערקלערט די נאַטור פון די ספּעקטראַ פון ראַדיאַציע ימיטיד דורך העאַטעד ללבער (1900), און אַלבערט איינשטיין (1905) דערקלערט די סיקריץ פון די פאָטאָעלעקטריק ווירקונג, ד"ה די ימישאַן פון עלעקטראָנס דורך ילומאַנייטאַד מעטאַלס (4).
5. א דיפראַקשאַן בילד פון עלעקטראָנס אויף אַ טאַנטאַלום אַקסייד קריסטאַל ווייזט זייַן סאַמעטריקאַל סטרוקטור (פאָטאָ: Sven.hovmoeller / Wikimedia Commons)
28-יאָר-אַלט דאַניש פיזיקער נילס באָהר ימפּרוווד Rutherford ס מאָדעל פון דעם אַטאָם. ער האט פארגעשלאגן אז עלעקטראנען רירן זיך נאר אין ארביטן וועלכע טרעפן געוויסע ענערגיע באדינגונגען. אין דערצו, עלעקטראַנז טאָן ניט אַרויסלאָזן ראַדיאַציע ווען איר מאַך, און ענערגיע איז אַבזאָרבד און ימיטיד בלויז ווען שיינט צווישן אָרביטס. די אַסאַמפּשאַנז קאַנטראַדיקטערד די קלאסישע פיזיק, אָבער די רעזולטאַטן באקומען אויף זייער יקער (די גרייס פון די הידראָגען אַטאָם און די לענג פון די שורות פון זייַן ספּעקטרום) איז געווען קאָנסיסטענט מיט עקספּערימענט. א נייער איז געבוירן געווארן אַטאָמישע מאָדעל.
צום באַדויערן, די רעזולטאַטן זענען בלויז גילטיק פֿאַר די הידראָגען אַטאָם (אָבער האט נישט דערקלערן אַלע די ספּעקטראַל אַבזערוויישאַנז). פֿאַר די רוען עלעמענטן, די כעזשבן רעזולטאַטן האָבן נישט שטימען צו פאַקט. אזו י האב ן פיזיק ס נא ך ניש ט געהא ט קײ ן טעארעטיש ן מא ל פו ן אטאם .
די סודות האבן אנגעהויבן ווערן קלאר נאך עלף יאר. די דאָקטאָראַל דיסערטיישאַן פון דער פראנצויזיש פיזיקער Ludwick de Broglie האָט געזאָרגט די כוואַליע פּראָפּערטיעס פון מאַטעריאַל פּאַרטיקאַלז. עס איז שוין פּראָווען אַז ליכט, אין אַדישאַן צו די טיפּיש קעראַקטעריסטיקס פון אַ כוואַליע (דיפראַקשאַן, ריפראַקשאַן), ביכייווז אויך ווי אַ זאַמלונג פון פּאַרטיקאַלז - פאָוטאַנז (למשל, גומע צונויפשטויס מיט עלעקטראָנס). אבער מאַסע אַבדזשעקץ? די האַשאָרע איז געווען ווי אַ רער חלום פֿאַר דעם פּרינץ, וואס געוואלט צו ווערן אַ פיזיקער. אָבער, אין 1927, אַן עקספּערימענט איז געווען דורכגעקאָכט וואָס באשטעטיקט דע בראָגלי ס כייפּאַטאַסאַס - אַ טייַך פון עלעקטראָנס דיפראַקטיד אויף אַ מעטאַל קריסטאַל (5).
פֿון וואַנען קומען אַטאָמס?
ווי אַלעמען אַנדערש: די ביג באַנג. פיסיסיסץ גלויבן אַז ממש אין אַ בראָכצאָל פון אַ סעקונדע פון די "נול פונט" פּראָטאָנס, נעוטראָן און עלעקטראָנס זענען געשאפן, דאָס איז, די קאַנסטיטשואַנט אַטאָמס. נאָך אַ ביסל מינוט (ווי די וניווערסע קולד און די געדיכטקייַט פון מאַטעריע דיקריסט), די נוקלעאָנס פיוזד צוזאַמען צו פאָרעם די נוקליי פון עלעמענטן אנדערע ווי הידראָגען. די גרעסטע סומע פון העליום איז געשאפן, ווי געזונט ווי שפּור פון די ווייַטער דרייַ עלעמענטן. ערשט נאָך 100 יאָר האָבן די באַדינגונגען געמאַכט מעגלעך צו פֿאַרבינדן עלעקטראָנען צו קערן — די ערשטע אַטאָמען האָבן זיך געשאַפֿן. מי ר האב ן געמוז ט א לאנגע ר צײ ט װארטן . צופעליקע פלאַקטשויישאַנז אין געדיכטקייַט האָבן געפֿירט די פאָרמירונג פון געדיכטקייַט, וואָס, ווי זיי ארויס, צוציען מער און מער ענין. באלד די ערשטע שטערן ארויס אין דער פינצטערניש פון די וניווערסע.
נאָך וועגן אַ ביליאָן יאָרן, עטלעכע פון זיי אנגעהויבן צו שטאַרבן. אין זייער לויף זיי געשאפן אַטאָמישע קערן גלײך ביז צום אײזן. אַצונד, װי זײ זײַנען געשטאָרבן, האָבן זײ זײ פֿאַרשפּרײט איבער דער געגנט, און פֿון דעם אַש זײַנען געבאָרן געװאָרן נײַע שטערן. די מערסט מאַסיוו פון זיי האט אַ ספּעקטאַקיאַלער סוף. בעשאַס סופּערנאָוואַ יקספּלאָוזשאַנז, די קערן זענען באָמבאַרדעד מיט אַזוי פילע פּאַרטיקאַלז אַז אַפֿילו די שווערסטע עלעמענטן זענען געשאפן. פֿון זיי האָבן זיך געשאַפֿן נײַע שטערן, פּלאַנעטן און אויף עטלעכע גלאָבעס — לעבן.
די עקזיסטענץ פון ענין כוואליעס איז פּראָווען. פֿון דער אַנדערער זײַט, האָט מען באַטראַכט אַן עלעקטראָן אין אַן אַטאָם ווי אַ שטייענדיקע כוואַליע, צוליב וועלכער עס שטראַלט נישט אַרויס ענערגיע. די כוואַליע פּראָפּערטיעס פון מאָווינג עלעקטראָנס זענען געניצט צו שאַפֿן עלעקטראָן מיקראָסקאָפּעס, אַלאַוינג אַטאָמס צו זיין געזען פֿאַר די ערשטער מאָל (6). אין די שפּעטערדיקע יאָרן, די ווערק פון ווערנער הייזענבערג און ערווין שרעדינגער (באזירט אויף דע בראָגלי ס כייפּאַטאַסאַס) ערלויבט די אַנטוויקלונג פון אַ נייַ, גאָר עמפּיריקאַל מאָדעל פון די עלעקטראָן שעלז פון די אַטאָם. אָבער דאָס זענען פֿראגן אויסער דעם פאַרנעם פון דעם אַרטיקל.
דער חלום פון די אַלטשעמיסן איז דערויף
נאטירלעכע ראדיאאקטיווע פארוואנדלונגען, ביי וועלכע נייע עלעמענטן ווערן געשאפן, זענען באקאנט זינט דעם סוף פונעם 1919טן יארהונדערט. אין XNUMX, עפּעס וואָס בלויז נאַטור איז ביכולת צו ביז איצט. בעשאַס דעם פּעריאָד, Ernest Rutherford געלערנט די ינטעראַקשאַן פון פּאַרטיקאַלז מיט מאַטעריע. בעשאַס טעסטינג, ער באמערקט אַז פּראָטאָנס ארויס ווי אַ רעזולטאַט פון יריידייישאַן מיט ניטראָגען גאַז.
די איינציקע ערקלערונג פאר דער דערשיינונג איז געווען א רעאקציע צווישן העליום קערן (א פּאַרטאַקאַל און קערן פון אַן איזאָטאָפּ פון דעם עלעמענט) און ניטראָגען (7). ווי אַ רעזולטאַט, זויערשטאָף און הידראָגען זענען געשאפן (דער פּראָטאָן איז דער קערן פון די לייטאַסט יסאָטאָפּע). די אַלטשעמיסס חלום פון טראַנסמיטיישאַן איז געווארן אמת. אין סאַבסאַקוואַנט יאָרצענדלינג, עלעמענטן זענען געשאפן וואָס טאָן ניט פאַלן אין נאַטור.
נאַטירלעך ראַדיאָאַקטיוו פּרעפּעריישאַנז ימיטינג אַלף פּאַרטיקאַלז זענען ניט מער פּאַסיק פֿאַר דעם צוועק (די קאָלאָמב באַריער פון שווער קערן איז צו גרויס פֿאַר אַ ליכט פּאַרטאַקאַל צו צוגאַנג זיי). אַקסעלעראַטאָרס וואָס געבן ריזיק ענערגיע צו די קערן פון שווער יסאָטאָפּעס זענען געווען "אַלטשעמיקאַל אויוון" אין וואָס די אָוועס פון הייַנט ס כעמיס געפרוווט צו באַקומען די "קעניג פון מעטאַלס" (8).
אַקטואַללי, וואָס וועגן גאָלד? אַלטשעמיסץ רובֿ אָפט געניצט קוועקזילבער ווי אַ רוי מאַטעריאַל פֿאַר זייַן פּראָדוקציע. מע מוז מודה זײַן, אַז אין דעם פֿאַל האָבן זיי געהאַט אַן אמתע "נאָז". עס איז געווען פון קוועקזילבער באהאנדלט מיט נעוטראָן אין אַ יאָדער רעאַקטאָר אַז קינסטלעך גאָלד איז ערשטער באקומען. די מעטאַל שטיק איז געוויזן אין 1955 בייַ די גענעוואַ אַטאָמישע קאָנפערענסע.
6. אַטאָמס אויף די ייבערפלאַך פון גאָלד, קענטיק אין אַ סקאַנינג טאַנאַלינג מיקראָסקאָפּ בילד.
7. סכעמע פון דער ערשטער מענטש טראַנסמיטיישאַן פון עלעמענטן
די נייַעס פון די דערגרייה פון די פיסיסיסץ אַפֿילו געפֿירט אַ קורץ-געלעבט גערודער אויף וועלט יקסטשיינדזשיז, אָבער סענסיישאַנאַל פּרעסע ריפּאָרץ זענען ריפיוטיד דורך אינפֿאָרמאַציע וועגן די פּרייַז פון אַרץ מיינד אין דעם וועג - עס איז פילע מאל מער טייַער ווי נאַטירלעך גאָלד. רעאַקטאָרס וועט נישט פאַרבייַטן אַ טייַער מעטאַל מייַן. אבער די יסאָטאָפּעס און קינסטלעך עלעמענטן געשאפן אין זיי (פֿאַר די צוועקן פון מעדיצין, ענערגיע, וויסנשאפטלעכע פאָרשונג) זענען פיל מער ווערטפול ווי גאָלד.
8. די היסטארישע סיקלאָטראָן סינטאַסייזיז די ערשטער ביסל עלעמענטן נאָך יערייניאַם אין די פּעריאָדיש טיש (לאָראַנס ראַדיאַטיאָן לאַבאָראַטאָרי, אוניווערסיטעט פון קאַליפאָרניאַ, בערקלי, אויגוסט 1939)
פֿאַר די לייענער, וואָס ווילן אויספֿאָרשן די ענינים וואָס זענען אויפֿגעטראָטן אין דעם טעקסט, רעקאָמענדירט איך די סעריע אַרטיקלען פֿון הער טאָמאַש סאָווינסקי. ארויס אין "יונג טעכניק" אין 2006-2010 (אין די אָפּטיילונג "ווי עס איז דיסקאַווערד"). די טעקסטן זענען אויך בנימצא אויף דער מחבר 'ס וועבזייַטל בייַ: .
ציקל "מיט אַן אַטאָם אויף אייביק"איך סטאַרטעד מיט אַ דערמאָנונג אַז די לעצטע יאָרהונדערט איז אָפט גערופן די עלטער פון די אַטאָם. פון קורס, מען קען נישט פאַרלאָזן צו טאָן די פונדאַמענטאַל דערגרייכונגען פון פיסיסיסץ און קעמיסס פון די XNUMXth יאָרהונדערט אין די סטרוקטור פון ענין. אָבער, אין די לעצטע יאָרן, די וויסן וועגן די מיקראָוואָרלד איז יקספּאַנדיד פאַסטער און פאַסטער, און טעקנאַלאַדזשיז זענען דעוועלאָפּעד וואָס מאַכן עס מעגלעך צו מאַניפּולירן יחיד אַטאָמס און מאַלאַקיולז. דאָס גיט אונדז די רעכט צו זאָגן אַז דער פאַקטיש עלטער פון די אַטאָם איז נאָך נישט אנגעקומען.
