Suallar "Materiya nədən ibarətdir?", "Materiyanın təbiəti nədir?" həmişə bəşəriyyəti işğal edib. Qədim zamanlardan filosoflar və elm adamları bu suallara cavab axtarır, həm real, həm də tamamilə heyrətamiz və fantastik nəzəriyyələr və fərziyyələr yaradırlar. Halbuki, sözün əsl mənasında bir əsr əvvəl bəşəriyyət maddənin atom quruluşunu kəşf edərək bu sirri açmağa mümkün qədər yaxınlaşdı. Bəs atomun nüvəsinin tərkibi nədir? Hamısı nədən ibarətdir?
Nəzəriyyədən reallığa
XX əsrin əvvəllərində atom quruluşu sadəcə bir fərziyyə olmaqdan çıxdı, lakin mütləq bir həqiqətə çevrildi. Məlum oldu ki, atomun nüvəsinin tərkibi çox mürəkkəb anlayışdır. Tərkibində elektrik yükləri var. Ancaq sual yarandı: atomun və atom nüvəsinin tərkibinə bu yüklərin müxtəlif miqdarları daxildir, ya yox?
Planet Modeli
Əvvəlcə atomun bizim günəş sistemimizə çox bənzədiyi düşünülürdü. LakinTezliklə məlum oldu ki, bu fikir tamamilə doğru deyil. Şəklin astronomik miqyasının millimetrin milyonda birini tutan əraziyə sırf mexaniki şəkildə ötürülməsi problemi hadisələrin xassələrində və keyfiyyətlərində əhəmiyyətli və dramatik dəyişikliklərə səbəb olmuşdur. Əsas fərq atomun qurulduğu daha sərt qanunlar və qaydalar idi.
Planet modelinin çatışmazlıqları
Birincisi, eyni cins və elementin atomları parametr və xassələrinə görə tam eyni olmalıdır, bu atomların elektronlarının orbitləri də eyni olmalıdır. Lakin astronomik cisimlərin hərəkət qanunları bu suallara cavab verə bilmədi. İkinci ziddiyyət ondan ibarətdir ki, bir elektronun orbit boyunca hərəkəti, ona yaxşı öyrənilmiş fiziki qanunlar tətbiq edilərsə, mütləq enerjinin daimi sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunmalıdır. Nəticədə, bu proses elektronun tükənməsinə gətirib çıxaracaq ki, bu da sonda məhv olacaq və hətta nüvəyə düşəcək.
Ana dalğa quruluşuvə
1924-cü ildə gənc aristokrat Lui de Broyl atomun quruluşu, atom nüvələrinin tərkibi kimi məsələlərlə bağlı elmi ictimaiyyətin fikirlərini dəyişdirən bir fikir irəli sürdü. İdeya ondan ibarət idi ki, elektron təkcə nüvənin ətrafında fırlanan hərəkət edən top deyil. Bu, kosmosda dalğaların yayılmasına bənzər qanunlara uyğun hərəkət edən bulanıq bir maddədir. Çox tez bir zamanda bu fikir hər hansı bir cismin hərəkətinə yayıldıümumiyyətlə, bu hərəkətin yalnız bir tərəfini müşahidə etdiyimizi, ikincisinin əslində özünü göstərmədiyini izah edir. Biz dalğaların yayılmasını görə bilirik və hissəciyin hərəkətini hiss etmirik və ya əksinə. Əslində, hərəkətin bu hər iki tərəfi həmişə mövcuddur və elektronun orbitdə fırlanması təkcə yükün özünün hərəkəti deyil, həm də dalğaların yayılmasıdır. Bu yanaşma əvvəllər qəbul edilmiş planetar modeldən əsaslı şəkildə fərqlənir.
İbtidai təməl
Atomun nüvəsi mərkəzdir. Onun ətrafında elektronlar fırlanır. Qalan hər şey nüvənin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Bir atomun nüvəsinin tərkibi kimi bir anlayış haqqında ən vacib nöqtədən - yükdən danışmaq lazımdır. Atomda mənfi yük daşıyan müəyyən sayda elektron var. Nüvənin özü müsbət yükə malikdir. Buradan müəyyən nəticələr çıxara bilərik:
- Nüvə müsbət yüklü hissəcikdir.
- Nüvənin ətrafında yüklərin yaratdığı pulsasiyalı atmosfer var.
- Atomdakı elektronların sayını təyin edən nüvə və onun xüsusiyyətləridir.
Kernel Xüsusiyyətləri
Mis, şüşə, dəmir, taxta eyni elektronlara malikdir. Bir atom bir neçə elektron və ya hətta hamısını itirə bilər. Əgər nüvə müsbət yüklü qalsa, o zaman digər cisimlərdən lazımi miqdarda mənfi yüklü hissəcikləri cəlb edə bilir ki, bu da onun sağ qalmasına imkan verəcək. Bir atom müəyyən sayda elektron itirərsə, nüvənin müsbət yükü mənfi yüklərin qalan hissəsindən çox olacaqdır. ATBu halda bütün atom artıq yük alacaq və onu müsbət ion adlandırmaq olar. Bəzi hallarda bir atom daha çox elektron cəlb edə bilər və sonra mənfi yüklənəcəkdir. Buna görə də onu mənfi ion adlandırmaq olar.
Bir atomun çəkisi nə qədərdir?
Atomun kütləsi əsasən nüvə ilə müəyyən edilir. Atomu və atom nüvəsini təşkil edən elektronların kütləsi ümumi kütlənin mində birindən azdır. Kütlə maddənin enerji ehtiyatının ölçüsü hesab olunduğundan, atom nüvəsinin tərkibi kimi bir sualın öyrənilməsi zamanı bu fakt olduqca vacib hesab olunur.
Radioaktivlik
Ən çətin suallar rentgen şüalarının kəşfindən sonra yarandı. Radioaktiv elementlər alfa, beta və qamma dalğaları yayır. Amma belə şüalanmanın mənbəyi olmalıdır. Rezerford 1902-ci ildə göstərdi ki, belə bir mənbə atomun özüdür, daha doğrusu, nüvədir. Digər tərəfdən, radioaktivlik təkcə şüaların yayılması deyil, həm də bir elementin tamamilə yeni kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərə malik digər elementə çevrilməsidir. Yəni radioaktivlik nüvənin dəyişməsidir.
Nüvə quruluşu haqqında nə bilirik?
Təxminən yüz il əvvəl fizik Prout dövri cədvəldəki elementlərin təsadüfi formalar deyil, hidrogen atomlarının birləşmələri olduğu fikrini irəli sürdü. Buna görə də nüvələrin həm yüklərinin, həm də kütlələrinin hidrogenin özünün tam və çoxlu yükləri ilə ifadə olunacağını gözləmək olardı. Lakin bu, tamamilə doğru deyil. Atomun xassələrini öyrənməklənüvələri elektromaqnit sahələrinin köməyi ilə fizik Aston müəyyən etdi ki, atom çəkiləri tam və çox olmayan elementlər əslində bir maddə deyil, müxtəlif atomların birləşməsidir. Atom çəkisinin tam olmadığı bütün hallarda müxtəlif izotopların qarışığını müşahidə edirik. Bu nədir? Atomun nüvəsinin tərkibindən danışsaq, izotoplar eyni yüklü, lakin müxtəlif kütlələrə malik atomlardır.
Einstein və atomun nüvəsi
Nisbilik nəzəriyyəsi deyir ki, kütlə maddənin miqdarını təyin edən ölçü deyil, maddənin malik olduğu enerjinin ölçüsüdür. Buna uyğun olaraq, maddə kütlə ilə deyil, bu maddəni təşkil edən yüklə və yükün enerjisi ilə ölçülə bilər. Eyni yük eyni yükün digərinə yaxınlaşdıqda, enerji artacaq, əks halda azalacaq. Bu, təbii ki, maddənin dəyişməsi demək deyil. Müvafiq olaraq, bu mövqedən bir atomun nüvəsi enerji mənbəyi deyil, sərbəst buraxıldıqdan sonra bir qalıqdır. Beləliklə, bəzi ziddiyyətlər var.
Neytronlar
Kürilər berilyumun alfa hissəcikləri ilə bombardman edildikdə, bir atomun nüvəsi ilə toqquşaraq onu böyük qüvvə ilə dəf edən bəzi anlaşılmaz şüalar kəşf etdilər. Bununla belə, onlar böyük bir maddə qalınlığından keçə bilirlər. Bu ziddiyyət, verilmiş hissəciyin neytral elektrik yükünün olması ilə həll edildi. Buna görə də o, neytron adlanırdı. Sonrakı araşdırmalar sayəsində neytronun kütləsinin protonun kütləsi ilə demək olar ki, eyni olduğu ortaya çıxdı. Ümumiyyətlə, neytron və proton inanılmaz dərəcədə oxşardır. Nəzərə alaraqBu kəşfdən qəti şəkildə müəyyən etmək mümkün oldu ki, bir atomun nüvəsinin tərkibinə həm protonlar, həm də neytronlar və bərabər miqdarda daxildir. Hər şey yavaş-yavaş öz yerinə düşdü. Protonların sayı atom nömrəsidir. Atom çəkisi neytronların və protonların kütlələrinin cəmidir. Neytron və protonların sayı bir-birinə bərabər olmayacaq bir izotop da element adlandırıla bilər. Yuxarıda müzakirə edildiyi kimi, belə halda, element mahiyyətcə eyni qalsa da, onun xassələri əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər.
