Представление о строении атомного ядра - Эволюция современного естествознания
Вещество - это форма существования материи, в которой она проявляет себя, прежде всего, в виде частиц, имеющих собственную массу (массу покоя). Согласно современным представлениям, материя дискретна. Любое тело и любое поле составлены из "элементарных" тел и "элементарных" полей, так называемых микрочастиц и микрополей. Все многообразие макрообъектов возникает из всевозможных сочетаний ограниченного числа качественно различных микрообъектов.[2]
До конца 19 века считалось, что атом - это наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. В 1911 г. Резерфорд выдвинул гипотезу о "планетарной" модели атома: в центре атома находится "точечное" положительно заряженное ядро, вокруг него по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Практически вся масса атома сосредоточена в ядре. Но эта модель не смогла объяснить устойчивость атомов, поэтому была в дальнейшем усовершенствована Бором, Шредингером, Гейзенбергом, Паули и др. в рамках квантовой механики.
Строение и устойчивость атомного ядра.
Полной теории структуры атомных ядер до сих пор нет. Наиболее распространена модель оболочечного строения ядра атома. Предполагают, что протоны и нейтроны, независимо друг от друга, заполняют ядерные слои и оболочки.[4 ]
Ядро представляет собой центральную часть атома. В нем сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома; по сравнению с радиусом электронных орбит размеры ядра чрезвычайно малы: 10-15-10-14 м. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих почти одинаковую массу, но лишь протон несет электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома, который совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Ядерные частицы (протоны и нейтроны), называемые нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами; по своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, связывающие электроны с ядром.
Первое представление об истинных размерах ядра давали опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц в тонких металлических фольгах. Частицы глубоко проникали сквозь электронные оболочки и отклонялись, приближаясь к заряженному ядру. Эти опыты явно свидетельствовали о малых размерах центрального ядра и указали на способ определения ядерного заряда. Резерфорд установил, что альфа-частицы приближаются к центру положительного заряда на расстояние примерно 10-14 м, а это позволило ему сделать вывод, что таков максимально возможный радиус ядра.
На основе таких предположений Бор построил свою квантовую теорию атома, успешно объяснившую дискретные спектральные линии, фотоэффект, рентгеновское излучение и периодическую систему элементов. Однако в теории Бора ядро рассматривалось как положительный точечный заряд.
Ядра большинства атомов оказались не только очень малы - на них никак не действовали такие средства возбуждения оптических явлений, как дуговой искровой разряд, пламя и т. п. Указанием на наличие некой внутренней структуры ядра явилось открытие в 1896 А. Беккерелем радиоактивности. Оказалось, что уран, а затем и радий, полоний, радон и т. п. испускают не только коротковолновое электромагнитное излучение, рентгеновское излучение и электроны (бета-лучи), но и более тяжелые частицы (альфа-лучи), а они могли исходить лишь из массивной части атома. Резерфорд использовал альфа-частицы радия в своих опытах по рассеянию, которые послужили основой формирования представлений о ядерном атоме. (В то время было известно, что альфа-частицы - это атомы гелия, лишенные своих электронов; но на вопрос - почему некоторые тяжелые атомы спонтанно испускают их, ответа еще не было, как не было и точного представления о размерах ядра.)
Открытие изотопов.
Измерения масс "каналовых лучей", проведенные Дж. Томсоном, Ф. Астоном и другими исследователями с помощью более совершенных масс-спектрометров и с большей точностью, дали ключ к строению ядра, а также атома в целом. Например, измерение отношения заряда к массе показало, что заряд ядра водорода, по-видимому, представляет собой единичный положительный заряд, численно равный заряду электрона, а масса mP = 1837mE, где mE - масса электрона. Гелий мог давать ионы с двойным зарядом, но его масса в 4 раза превышала массу водорода. Таким образом, высказанная ранее В. Праутом гипотеза о том, что все атомы построены из атомов водорода, была серьезно поколеблена.
Сравнивая на своем масс-спектрографе массу атома неона с известными массами других элементов, Томсон в 1912 неожиданно обнаружил, что неону вместо одной соответствуют две параболы. Расчеты масс частиц показали, что одна из парабол отвечает частицам с массой 20, а другая - с массой 22. Это явилось первым свидетельством того, что атомы определенного химического элемента могут иметь различные массовые числа. Поскольку измеренное (среднее) массовое число оказалось равным 20,2, Томсон высказал предположение, что неон состоит из атомов двух типов, на 90% с массой 20 и на 10% с массой 22. Поскольку оба типа атомов в природе существуют в виде смеси и их нельзя разделить химическим путем, массовое число неона оказывается равным 20,2.
Наличие двух типов атомов неона наводило на мысль о том, что и другие элементы могут представлять собой смеси атомов. Последующие масс-спектрометрические измерения показали, что большинство природных элементов представляют собой смеси от двух до десяти различных сортов атомов. Атомы одного и того же элемента с различной массой называют изотопами. У некоторых элементов существует только один изотоп, что требовало теоретического объяснения, как и факт разной распространенности элементов, а также существование радиоактивности лишь у определенных веществ.
Похожие статьи
-
В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики выделяются три уровня строения материи: микромир - мир предельно малых, непосредственно...
-
Вселенная - это самая крупная материальная система; это весь существующий материальный мир, без граничный во времени и пространстве и бесконечно...
-
Химический элемент - Этические принципы научных исследований
Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в курсе философии в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ....
-
Современные биотехнологии - Краткий очерк теории эволюции. Концепции современного естествознания
Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. На их базе освоено массовое производство...
-
Основные положения теории неодарвинизма - Эволюция современного естествознания
Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни и служит фундаментом для всей биологии. [3 ] Эволюция - всеобщее постепенное развитие,...
-
Существующие гипотезы об эволюции Вселенной - Современные концепции естествознания
Как бы не решался вопрос о многообразии космологических моделей, очевидно, что наша Вселенная расширяется, эволюционирует. Согласно теоретическим...
-
Ядро - самый заметный и самый большой органоид клетки, который первым привлек внимание исследователей. Клеточное ядро открыто в 1831 году шотландским...
-
Введение, Современная физическая картина мира - От физики существующего к физике возникающего
Представленная работа посвящена теме "От физики существующего к физике возникающего". Проблема данного исследования носит актуальный характер в...
-
Естествознание и образование - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Еще в древности было известно, что чем больше сфера знания, то тем еще больше сфера незнания. Вот почему важно разобраться в структуре запаса информации...
-
Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома - Квантовая механика
Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он считал, что атом представляет...
-
В работах [17, 18] уже говорилось о том, что по мере остывания молодой Земли, температура водных растворов и в зонах извержения подводных вулканов также...
-
Нуклоны в ядрах находятся в состояниях, существенно отличающихся от их свободных состояний. За исключением ядра обычного водорода, во всех ядрах имеется...
-
Основные законы эволюции, Основные факторы эволюции - Современная теория эволюции
Многочисленные исследования, проведенные в рамках вышеупомянутых наук, позволили сформулировать следующие основные законы эволюции. 1. Скорость эволюции...
-
Введение - Современная теория эволюции
Эволюция происходит в течение периода времени, превышающего срок жизни одного поколения, и заключается в изменении наследуемых черт организма. Первым...
-
Современное представление о сущности живого - Сущность живого и проблема его происхождения
На основании вышесказанного, возможно такое определение жизни: "Живое - дискретные, молекулярные, термодинамические открытые системы или комплексы...
-
Биохимическая эволюция - Строение удаленных планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5 - 5 млрд. лет. По мнению многих биологов, в прошлом...
-
Естествознание на современном этапе - Естествознание - единая наука о природе
(современное естествознание) Современная наука ведет свой отчет с 10-20-х гг. ХХ в. Для нее характерна ассоциация математических, гуманитарных и...
-
Введение - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Слово "естествознание" представляет собой сочетание двух слов - "естество" ("природа") и "знание". Оно может быть заменено менее употребительным...
-
Прежде всего, если мы рассматриваем научное естествознание, то ему присущи закономерности развития науки как таковой, но с учетом специфики развития...
-
Литература - Современные концепции естествознания
Бабушкин А. Н. Современные концепции естествознания: Лекции по курсу. М., 2000. Голубева О. Н., Суханов А. Д. Концепции современного естествознания:...
-
Строение клеток, Прокариотическая клетка - Клеточная теория
Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток -- Прокариоты (предъядерные) и...
-
Благодаря постоянному и беспорядочному броуновскому движению молекул воды [4] две идентичные по всем параметрам биомолекулы (БМ) способны не только...
-
Цитология (греч. "цитос" - клетка, "логос" - наука) - наука о клетках. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции клеток в организме...
-
Строение клетки - Химический состав клетки
1. Типы клеточной организации. Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного...
-
Элементы первичной жизни на заре эволюции - Эволюция состава организмов
К органогенам традиционно причисляют, учитывая их общее содержание в живом веществе (98,72 ат%), четыре элемента: Кислород, углерод, водород и азот , -...
-
Строение гена человека - Геном человека
В каждой диплоидной клетке человека 46 хромосом, содержащих около 6пг ДНК и 3,2 х 109 пар нуклеотидов, длина всех молекул ДНК около 2м. А если учесть,...
-
Аппарат Гольджи, Ядро - Клеточная теория
Аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. В цистернах Аппарата Гольджи созревают...
-
Пластиды - Пластиды: строение, происхождение, взаимопревращения
Пластиды характерны для клеток водорослей и всех высших растений. Эти органеллы имеют на поверхности две мембраны. По окраске и строению выделяют три...
-
Энергия - Естествознание - единая наука о природе
Земля планета солнечной энергии. "Живая сила" Лейбница. Основы термодинамики. Энтропия. Демон Максвела. На нашей планете основным источником энергии...
-
Строение листа (рисунок Ф. Унгера) - Учение о растительной клетке
Весьма сложные процессы равномерного распределения ядерного вещества, наблюдаемые при делении клеток у высших растений, ускользнули от внимания этих...
-
1) [+]кистеперые рыбы 2) [-]двоякодышащие рыбы 3) [-]хрящевые рыбы 4) [-]лучеперые рыбы Древние ископаемые амфибии обладали чертами сходства с...
-
1) [-]глотку 2) [+]тонкую кишку 3) [-]клоаку 4) [-]пищевод У какого класса позвоночных животных впервые в ходе эволюции появляется шейный отдел...
-
Заключение - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Говоря о закономерностях и особенностях развития современного естествознания как целостной науки о природе, отметим следующие моменты: Во-первых,...
-
Литература - Современная теория эволюции
1. Афанасьев В. Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. М. 1986. 2. Дарвинизм: история и современность. Л., 1988. 3. Дубинин Н. П. Очерки о...
-
Предмет и цели естествознания - Закономерности и особенности развития современного естествознания
Как и любая предметная область знания, предмет естествознания имеет свою историю и логику развития, которые естественно не совпадают, как и не совпадают...
-
Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике...
-
1. Что такое белки? 2. В чем может измеряться размер белка? 3. Что представляют собой молекулы белков? 4. Чем синтезируются белки? 5. Какие методы...
-
Заряженная частица при прохождении через вещество теряет свою энергию вследствие ионизационного торможения. Ионизационное торможение - это механизм...
-
Клетка - основная структурная и функциональная единица жизни, ограниченная полупроницаемой мембраной и способная к самовоспроизведению. В растительной...
-
Цитологический анализ: хроматин, хромосомы, Хроматин - Ядерный аппарат
Хроматин При наблюдении некоторых живых клеток, особенно растительных или же клеток после фиксации и окраски, внутри ядра выявляются зоны плотного...
Представление о строении атомного ядра - Эволюция современного естествознания