მთელი მატერია შედგება ელემენტებისაგან. მაგრამ რატომ არის ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ ასე განსხვავებული? პასუხი ეხება პაწაწინა ნაწილაკებს. მათ პროტონებს უწოდებენ. ელექტრონებისაგან განსხვავებით, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი მუხტი, ამ ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ დადებითი მუხტი. რა არის ეს ნაწილაკები და როგორ მუშაობენ ისინი?
პროტონები ყველგან
რომელ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს დადებითი მუხტი? ყველაფერი, რისი შეხება, დანახვა და შეგრძნება შესაძლებელია, შედგება ატომებისგან, უმცირესი სამშენებლო ბლოკებისგან, რომლებიც ქმნიან მყარი, სითხეები და აირები. ისინი ზედმეტად პატარები არიან, რომ უფრო ახლოს დავაკვირდეთ, მაგრამ ისინი ქმნიან ისეთ ნივთებს, როგორიცაა თქვენი კომპიუტერი, წყალი, რომელსაც სვამთ და ჰაერიც კი, რომელსაც სუნთქავთ. არსებობს ატომების მრავალი სახეობა, მათ შორის ჟანგბადი, აზოტი და რკინა. თითოეულ ამ ტიპს ეწოდება ელემენტები.
ზოგიერთი მათგანი არის აირები (ჟანგბადი). ნიკელის ელემენტი ვერცხლისფერია. არიან სხვებიცთვისებები, რომლებიც განასხვავებენ ამ პაწაწინა ნაწილაკებს ერთმანეთისგან. რეალურად რა განასხვავებს ამ ელემენტებს? პასუხი მარტივია: მათ ატომებს აქვთ პროტონების განსხვავებული რაოდენობა. ამ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს დადებითი მუხტი და მდებარეობს ატომის ცენტრში.
ყველა ატომი უნიკალურია
ატომები ძალიან ჰგავს ერთმანეთს, მაგრამ პროტონების განსხვავებული რაოდენობა მათ ელემენტის უნიკალურ ტიპად აქცევს. მაგალითად, ჟანგბადის ატომებს აქვთ 8 პროტონი, წყალბადის ატომებს აქვთ მხოლოდ 1, ხოლო ოქროს ატომებს აქვთ 79. ატომზე ბევრი რამის თქმა შეგიძლიათ მხოლოდ მისი პროტონების დათვლით. ეს ელემენტარული ნაწილაკები განლაგებულია თავად ბირთვში. თავდაპირველად ფუნდამენტურ ნაწილაკად ითვლებოდა, თუმცა, ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ პროტონები შედგება პატარა ინგრედიენტებისგან, რომლებსაც კვარკები ეწოდებათ.
რა არის პროტონი?
რომელ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს დადებითი მუხტი? ეს არის პროტონი. ეს არის სუბატომური ნაწილაკის სახელი, რომელიც არის ყველა ატომის ბირთვში. სინამდვილეში, პროტონების რაოდენობა თითოეულ ატომში არის ატომური რიცხვი. ბოლო დრომდე ის ფუნდამენტურ ნაწილაკად ითვლებოდა. თუმცა, ახალმა ტექნოლოგიებმა განაპირობა აღმოჩენა, რომ პროტონი შედგება პატარა ნაწილაკებისგან, რომელსაც კვარკები ეწოდება. კვარკი არის მატერიის ფუნდამენტური ნაწილაკი, რომელიც ახლახან აღმოაჩინეს.
საიდან მოდის პროტონები?
ელემენტარული ნაწილაკი დადებითი მუხტით,პროტონს უწოდებენ. ეს ელემენტები შეიძლება ჩამოყალიბდეს არასტაბილური ნეიტრონების გამოჩენის შედეგად. დაახლოებით 900 წამის შემდეგ, ბირთვიდან მობრუნებული ნეიტრონი დაიშლება ატომის სხვა ელემენტარულ ნაწილაკებად: პროტონში, ელექტრონსა და ანტინეიტრინოში.
ნეიტრონისგან განსხვავებით, თავისუფალი პროტონი სტაბილურია. როდესაც თავისუფალი პროტონები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ისინი ქმნიან წყალბადის მოლეკულებს. ჩვენი მზე, ისევე როგორც სამყაროს სხვა ვარსკვლავების უმეტესობა, ძირითადად წყალბადია. პროტონი არის ყველაზე პატარა ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც აქვს +1 მუხტი. ელექტრონს აქვს მუხტი -1, ხოლო ნეიტრონს არ აქვს მუხტი.
სუბატომური ნაწილაკები: მდებარეობა და მუხტი
ელემენტები ხასიათდება მათი ატომური სტრუქტურით, რომელიც შედგება სუბატომური ელემენტარული ნაწილაკებისგან: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. პირველი ორი ჯგუფი განლაგებულია ატომის ბირთვში (ცენტრში) და აქვს ერთი ატომური მასის მასა. ელექტრონები განლაგებულია ბირთვის გარეთ, ზონებში, რომელსაც ეწოდება "ჭურვი". ისინი თითქმის არაფერს იწონიან. ატომური მასის გაანგარიშებისას ყურადღება ეთმობა მხოლოდ პროტონებსა და ნეიტრონებს. ატომის მასა არის მათი ჯამი.
მოლეკულაში ყველა ატომის ატომური მასის შეჯამებით შეიძლება შეფასდეს მოლეკულური მასა, რომელიც გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში (ე.წ. დალტონები). თითოეული მძიმე ნაწილაკი (ნეიტრონი, პროტონი) იწონის ერთ ატომურ მასას, ამიტომ ჰელიუმის ატომი (He), რომელიცაქვს ორი პროტონი, ორი ნეიტრონი და ორი ელექტრონი, იწონის დაახლოებით ოთხი ატომური მასის ერთეულს (ორი პროტონი პლუს ორი ნეიტრონი). მდებარეობისა და მასის გარდა, თითოეულ სუბატომურ ნაწილაკს აქვს თვისება, რომელსაც ეწოდება "მუხტი". ეს შეიძლება იყოს "დადებითი" ან "უარყოფითი".
ერთი და იგივე მუხტის მქონე ელემენტები ერთმანეთს ასახავს, ხოლო საპირისპირო მუხტის მქონე ობიექტები ერთმანეთს მიიზიდავენ. რომელ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს დადებითი მუხტი? ეს არის პროტონი. ნეიტრონებს საერთოდ არ აქვთ მუხტი, რაც ბირთვს აძლევს მთლიან დადებით მუხტს. თითოეულ ელექტრონს აქვს უარყოფითი მუხტი, რომელიც სიძლიერით პროტონის დადებითი მუხტის ტოლია. ბირთვის ელექტრონები და პროტონები იზიდავს ერთმანეთს, და ეს არის ძალა, რომელიც ატომს ერთმანეთთან აკავშირებს, მიზიდულობის ძალის მსგავსი, რომელიც აკავებს მთვარეს დედამიწის გარშემო ორბიტაზე.
სტაბილური სუბატომური ნაწილაკი
რომელ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს დადებითი მუხტი? პასუხი ცნობილია: პროტონი. გარდა ამისა, ის სიდიდით უდრის ელექტრონის ერთეული მუხტის. თუმცა, მისი მასა დასვენების დროს არის 1,67262 × 10-27 კგ, რაც 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონები ელექტრულად ნეიტრალურ ნაწილაკებთან ერთად, რომლებსაც ნეიტრონები ეწოდება, ქმნიან ყველა ატომის ბირთვს წყალბადის გარდა. მოცემული ქიმიური ელემენტის თითოეულ ბირთვს აქვს პროტონების იგივე რაოდენობა. ამ ელემენტის ატომური რიცხვი განსაზღვრავს მის პოზიციას პერიოდულ სისტემაში.
პროტონის აღმოჩენა
დადებითი მუხტის მქონე ელემენტარული ნაწილაკი არის პროტონი, რომლის აღმოჩენაც თარიღდება ატომის სტრუქტურის ადრეული კვლევებით. იონიზებული აირის ატომებისა და მოლეკულების ნაკადების შესწავლისას, საიდანაც ამოიღეს ელექტრონები, განისაზღვრა დადებითი ნაწილაკი, ტოლი წყალბადის ატომის მასით. ერნესტ რეზერფორდმა (1919) აჩვენა, რომ აზოტი, ალფა ნაწილაკებით დაბომბვისას, გამოყოფს წყალბადს. 1920 წლისთვის მან წყალბადის ბირთვებიდან გამოყო ელემენტარული ნაწილაკი და მას პროტონი უწოდა.
მაღალი ენერგიის ნაწილაკების ფიზიკის კვლევამ მე-20 საუკუნის ბოლოს გააუმჯობესა პროტონის ბუნების სტრუქტურული გაგება სუბატომური ნაწილაკების ჯგუფში. ნაჩვენებია, რომ პროტონები და ნეიტრონები შედგება პატარა ნაწილაკებისგან და კლასიფიცირდება როგორც ბარიონები - ნაწილაკები, რომლებიც შედგება მატერიის სამი ელემენტარული ერთეულისგან, რომლებიც ცნობილია როგორც კვარკები.
სუბატომური ნაწილაკი: დიდი ერთიანი თეორიისკენ
ატომი არის მატერიის პატარა ნაჭერი, რომელიც წარმოადგენს სპეციფიკურ ელემენტს. გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ ეს იყო მატერიის ყველაზე პატარა ნაჭერი, რომელიც შეიძლება არსებობდეს. მაგრამ მე-19 საუკუნის ბოლოს და მე-20 საუკუნის დასაწყისში მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ატომები შედგება გარკვეული სუბატომური ნაწილაკებისგან და რომელ ელემენტსაც არ აქვს მნიშვნელობა, იგივე სუბატომური ნაწილაკები ქმნიან ატომს. სხვადასხვა სუბატომური ნაწილაკების რაოდენობა ერთადერთია, რაც იცვლება.
მეცნიერები ახლა აღიარებენ, რომ არსებობს მრავალი სუბატომური ნაწილაკი. მაგრამ იმისათვის, რომ იყოთ წარმატებული ქიმიაში, თქვენ ნამდვილად უნდა გაუმკლავდეთ სამ მთავარს: პროტონებს, ნეიტრონებს და ელექტრონებს. მატერიის ელექტრული დამუხტვა შესაძლებელია ორიდან ერთი გზით: დადებითი ან უარყოფითი.
რა ჰქვია დადებითი მუხტის მქონე ელემენტარულ ნაწილაკს? პასუხი მარტივია: პროტონი, ის არის ის, ვინც ატარებს დადებითი მუხტის ერთ ერთეულს. და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების არსებობის გამო, თავად ატომი ნეიტრალურია. ზოგჯერ ზოგიერთ ატომს შეუძლია მოიპოვოს ან დაკარგოს ელექტრონები და მოიპოვოს მუხტი. ამ შემთხვევაში მათ იონებს უწოდებენ.
ატომის ელემენტარული ნაწილაკები: მოწესრიგებული სისტემა
ატომს აქვს სისტემატური და მოწესრიგებული სტრუქტურა, რომელიც უზრუნველყოფს სტაბილურობას და პასუხისმგებელია მატერიის ყველა სახის თვისებაზე. ამ სუბატომური ნაწილაკების შესწავლა დაიწყო ასზე მეტი წლის წინ და ამ დროისთვის ჩვენ უკვე ბევრი რამ ვიცით მათ შესახებ. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ატომის უმეტესი ნაწილი ცარიელია და იშვიათად არის დასახლებული "ელექტრონებით". ისინი უარყოფითად დამუხტული მსუბუქი ნაწილაკებია, რომლებიც ბრუნავენ ცენტრალური მძიმე ნაწილის გარშემო, რაც შეადგენს ატომის მთლიანი მასის 99,99%-ს. ელექტრონების ბუნების გარკვევა უფრო ადვილი იყო, მაგრამ მრავალი ეშმაკური კვლევის შემდეგ ცნობილი გახდა, რომ ბირთვი შეიცავს დადებით პროტონებს და ნეიტრონებს.
სამყაროს ყველა ერთეული შედგება ატომებისგან
მატერიის თვისებების უმეტესობის გაგების გასაღები არის ის, რომ ჩვენს სამყაროში ყველა ერთეული ატომებისგან შედგება. არსებობს 92 ბუნებრივად არსებული ატომის ტიპი და ისინი ქმნიან მოლეკულებს, ნაერთებს და სხვა სახის ნივთიერებებს, რათა შექმნან რთული სამყარო ჩვენს გარშემო. მიუხედავად იმისა, რომ სახელწოდება "ატომი" მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან átomos, რაც ნიშნავს "განუყოფელს", თანამედროვე ფიზიკამ აჩვენა, რომ ის არ არის მატერიის საბოლოო სამშენებლო ბლოკი და მართლაც "იყოფა" სუბატომურ ნაწილაკებად. ისინი არიან ნამდვილი ფუნდამენტური ერთეულები, რომლებიც ქმნიან მთელ სამყაროს.
