Loading

Атоми зовсім крихітні, дуже і дуже маленькі. Ви напевно знаєте, що матерія складається з них, але ви ніколи їх не бачили і не побачите, тому що атом неможливо розгледіти неозброєним (і навіть іноді добре озброєним) оком. Чи варто приймати на слово те, що все в нашому світі побудовано з цих крихітних «цеглинок»?

Варто. Навіть самі скептично налаштовані люди не зможуть поставити під сумнів існуючих доказах. Так як же вчені відкрили для науки атоми? І, що набагато важливіше, як вони змогли довести існування цих крихітних часток?

атом

У чому складність?

Здавалося б, що простіше, ніж розглянути атоми в мікроскоп. Але не все так просто, як самі частинки. Навіть найпотужніший мікроскоп не в змозі розрізнити окремий атом. Все тому, що розмір атома набагато менше розміру світлової хвилі, і світло просто не може відбиватися від крихітних часток, тим самим перетворюючи їх у невидимі навіть збройного оці.

Історія відкриття

Ще в кінці XVIII століття вчені стали помічати дивне явище – нічим не обумовлене рух дрібних частинок, наприклад дрібного пилу над поверхнею води. В середині XIX століття шотландський ботанік Роберт Броун провів ряд експериментів, в ході яких він спостерігав рух найдрібніших частинок кам’яного пилу. Через десятки років приватна теорія відносності Ейнштейна шляхом математичної формули пояснила те, що у фізиці до тих пір називалося «броунівський рух».

До 1908 року всі експерименти, спостереження та математичні розрахунки зводилися до того, що атоми реальні, і саме з них складається будь-яка оточує нас матерія. Однак не минуло й десятиріччя, як наука ступила ще далі і змусила вчених задуматися над тим, з чого ж складаються самі атоми.

структура атома

Ейнштейн

Те, що атом не є єдиним цілим, може здатися несподіванкою, особливо з огляду на походження терміна, який з грецької мови перекладається як «неподільний». Однак фізики давно відомий факт порівняно складної і мінливої ​​структури атомів. Найпростіше порівняти будову «елементарних» частинок із сонячною системою.

Звичайний атом складають три компоненти: протони, нейтрони і електрони. Протони і нейтрони утворюють своєрідне «ядро» атома, тому у фізиці їх часто називають нуклонами. Електрони ж кружляють навколо ядра, як планети навколо сонця. Так само як сонце становить 99,9% маси сонячної системи, так і атомне ядро ​​практично повністю займає масу атома.

електрон

Якщо атоми неймовірно малі, то їх складові частинки ще менше. Дивно, що першим з трьох елементів атомної структури був виявлений найменший за розміром – електрон. Для того щоб зрозуміти, наскільки електрон менше атомного ядра, найлегше уявити собі джмеля, що літає навколо повітряної кулі. Так яким же чином такі неймовірно малі частинки матерії були виявлені? Вся справа в тому, що не дивлячись на розмір, електрони мають величезну енергію, достатню для створення видимих ​​світлових випромінювань.

Саме завдяки цим випромінюванням їх вперше виявив британський фізик Джозеф Джон Томсон, який створив своєрідний прототип прискорювача елементарних частинок. У вигнуту скляну трубку, в якій попередньо було створено вакуум, Томсон з одного краю пустив негативний заряд струму. В результаті заряду електрони, які самі по собі мають негативний заряд, змогли відокремитися від ядра і попрямувати до протилежного краю трубки. При зіткненні з поверхнею скла негативно заряджені частинки створили дивовижне жовто-зелене сяйво.

Протон

протон

Відкриття електрона змусило вчених задуматися над тим, що атом не такий простий, як здається. Більшість атомів мають нейтральним зарядом, і щоб утримати в своїй структурі негативно заряджені частинки, їм потрібен позитивний заряд. Так, в фокус вчених потрапив нуклеус, або атомне ядро. На початку XX століття було проведено кілька експериментів, в результаті яких вчені довели існування протонів і, крім цього, будова атома, що нагадує структуру сонячної системи.

Британський фізик Ернест Резерфорд провів експеримент по розсіюванню часток через тонку золоту фольгу. Сам вчений зізнався, що не очікував багато чого від експерименту. Він направив на фольгу потік радіоактивних альфа-променів, тобто радіацію з позитивним зарядом. Велика частина радіації пройшла прямо крізь фольгу, але деякі частинки відштовхувалися від золотої поверхні під досить великими кутами, що вказувало на позитивно заряджені частинки всередині атомів. Причому частки ці – досить великі і дуже щільні, що дозволило Резерфорда першим створити планетарну модель будови атома.

нейтрон

Здавалося б, і будова та поведінку атомів були детально вивчені і викладені в численних працях, але у науки виникла чергова проблема. Як тільки вчені змогли виміряти атомну масу, постало питання: чому маса ядра в два рази більше, ніж повинні важити позитивно заряджені протони? З самого початку вчені припускали наявність рівного за кількістю і масою числа нуклонів, які не мають електричного заряду. Їх навіть свідомо назвали нейтронами, але ніхто не міг довести їх існування.

Вчений-фізик з Кембриджського університету Джеймс Чедвік зробив прорив в області ядерної фізики, коли не повірив в те, що атоми берилію випромінюють гамма-радіацію. На той момент, гамма-промені були ще дуже свіжим відкриттям, однак Чедвік не повірив більшості вчених і вирішив провести власний експеримент в 1932 році.

Він направив «радіацію», що випромінюється берилієм, на матерію, багату протонами. Протони були виштовхнуті, немов більярдні кулі; так, ніби їх відсунули частки з такою ж масою. Таку реакцію неможливо пояснити гамма-радіацією, тому частинки були визнані нейтронами. Таким чином, всі основні частки атома були знайдені, проте історія його вивчення на цьому не закінчується.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Top