Minden anyag elemekből áll. De miért olyan más körülöttünk minden? A válasz az apró részecskékre vonatkozik. Ezeket protonoknak nevezik. Ellentétben az elektronokkal, amelyek negatív töltéssel rendelkeznek, ezek az elemi részecskék pozitív töltéssel rendelkeznek. Mik ezek a részecskék, és hogyan működnek?
Protonok mindenhol
Melyik elemi részecske pozitív töltésű? Minden, ami tapintható, látható és tapintható, atomokból áll, a legkisebb építőelemekből, amelyek szilárd anyagokat, folyadékokat és gázokat alkotnak. Túl kicsik ahhoz, hogy közelebbről megvizsgáljuk őket, de olyan dolgokat alkotnak, mint a számítógép, az elfogyasztott víz és még a levegő, amit belélegzünk. Sokféle atom létezik, beleértve az oxigént, a nitrogént és a vasat. Mindegyik típust elemnek nevezzük.
Néhány közülük gáz (oxigén). A nikkel elem ezüst színű. Vannak mások isjellemzők, amelyek megkülönböztetik ezeket az apró részecskéket egymástól. Mitől különböznek ezek az elemek valójában? A válasz egyszerű: atomjaik különböző számú protont tartalmaznak. Ez az elemi részecske pozitív töltésű, és az atom közepén belül helyezkedik el.
Minden atom egyedi
Az atomok nagyon hasonlóak, de a protonok eltérő száma egyedi elemtípussá teszi őket. Például az oxigénatomoknak 8 protonjuk van, a hidrogénatomoknak csak 1, az aranyatomoknak pedig 79. Sokat elmondhat egy atomról, ha megszámolja a protonjait. Ezek az elemi részecskék magában az atommagban találhatók. Eredetileg alapvető részecskének gondolták, azonban a legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a protonok kisebb összetevőkből, úgynevezett kvarkokból állnak.
Mi az a proton?
Melyik elemi részecske pozitív töltésű? Ez egy proton. Ez a neve annak a szubatomi részecskének, amely minden atom magjában található. Valójában az egyes atomokban lévő protonok száma az atomszám. Egészen a közelmúltig alapvető részecskének számított. Az új technológiák azonban arra a felfedezésre vezettek, hogy a proton kisebb részecskékből, úgynevezett kvarkokból áll. A kvark az anyag alapvető részecskéje, amelyet csak nemrég fedeztek fel.
Honnan származnak a protonok?
Egy pozitív töltésű elemi részecske,protonnak nevezik. Ezek az elemek instabil neutronok megjelenése következtében keletkezhetnek. Körülbelül 900 másodperc elteltével az atommagról visszapattanó neutron az atom más elemi részecskéivé bomlik: protonná, elektronná és antineutrínóvá.
A neutronnal ellentétben a szabad proton stabil. Amikor a szabad protonok kölcsönhatásba lépnek egymással, hidrogénmolekulákat képeznek. Napunk, mint a legtöbb csillag az univerzumban, többnyire hidrogénből áll. A proton a legkisebb elemi részecske, amelynek töltése +1. Egy elektron töltése -1, míg a neutronnak egyáltalán nincs töltése.
Szubatomi részecskék: hely és töltés
Az elemeket atomi szerkezetük jellemzi, amely szubatomi elemi részecskékből áll: protonokból, neutronokból és elektronokból. Az első két csoport az atommagban (középen) található, tömegük egy atomtömeg. Az elektronok az atommagon kívül helyezkednek el, a "héjaknak" nevezett zónákban. Szinte semmit sem nyomnak. Az atomtömeg kiszámításakor csak a protonokra és a neutronokra kell figyelni. Egy atom tömege az összegük.
A molekulában lévő összes atom atomtömegének összegzésével megbecsülhető a molekulatömeg, amelyet az atomtömeg egységeiben (ún. d altonokban) fejeznek ki. A nehéz részecskék (neutron, proton) mindegyike egy atomtömegű, így a hélium atom (He), amelykét protonja van, két neutronja és két elektronja, súlya körülbelül négy atomtömeg-egység (két proton plusz két neutron). A hely és a tömeg mellett minden szubatomi részecskének van egy "töltés" nevű tulajdonsága. Lehet "pozitív" vagy "negatív".
Az azonos töltésű elemek általában visszaverik egymást, míg az ellentétes töltésű tárgyak vonzzák egymást. Melyik elemi részecske pozitív töltésű? Ez egy proton. A neutronoknak egyáltalán nincs töltésük, ami az atommagnak összességében pozitív töltést ad. Minden elektronnak van negatív töltése, ami egyenlő erősségű egy proton pozitív töltésével. Az atommag elektronjai és protonjai vonzódnak egymáshoz, és ez az az erő, amely összetartja az atomot, hasonlóan ahhoz a gravitációs erőhöz, amely a Holdat a Föld körüli pályán tartja.
Stabil szubatomi részecske
Melyik elemi részecske pozitív töltésű? A válasz ismert: proton. Ezenkívül nagysága megegyezik az elektron egységnyi töltésével. Nyugalmi tömege azonban 1,67262 × 10-27 kg, ami az elektron tömegének 1836-szorosa. A protonok az elektromosan semleges részecskékkel, úgynevezett neutronokkal együtt alkotják az összes atommagot, kivéve a hidrogént. Egy adott kémiai elem minden magjában ugyanannyi proton van. Ennek az elemnek a rendszáma határozza meg a periódusos rendszerben elfogl alt helyét.
A proton felfedezése
Pozitív töltésű elemi részecske a proton, amelynek felfedezése az atomszerkezet legkorábbi tanulmányaihoz nyúlik vissza. Az ionizált gáznemű atomok és molekulák áramlásának vizsgálatakor, amelyekből az elektronokat eltávolították, egy hidrogénatommal egyenlő tömegű pozitív részecskét határoztak meg. Ernest Rutherford (1919) kimutatta, hogy a nitrogén alfa-részecskékkel bombázva hidrogént bocsát ki. 1920-ra izolált egy elemi részecskét a hidrogénatommagokból, és protonnak nevezte.
A 20. század végén végzett nagyenergiájú részecskefizikai kutatások javították a szubatomi részecskék csoportján belüli proton természetének szerkezeti megértését. Kimutatták, hogy a protonok és neutronok kisebb részecskékből állnak, és barionoknak minősülnek – olyan részecskék, amelyek három elemi anyagegységből, úgynevezett kvarkokból állnak.
Szubatomi részecske: egy nagy egységes elmélet felé
Az atom egy kis anyagdarab, amely egy speciális elem. Egy ideig azt hitték, hogy ez a létező legkisebb anyagdarab. De a 19. század végén és a 20. század elején a tudósok felfedezték, hogy az atomok bizonyos szubatomi részecskékből állnak, és függetlenül attól, hogy melyik elemet, ugyanazok a szubatomi részecskék alkotják az atomot. A különböző szubatomi részecskék száma az egyetlen dolog, ami változik.
A tudósok mára felismerték, hogy sok szubatomi részecske létezik. De ahhoz, hogy sikeres legyen a kémiában, valójában csak a három fővel kell foglalkoznia: a protonokkal, a neutronokkal és az elektronokkal. Az anyag kétféleképpen tölthető elektromosan: pozitív vagy negatív.
Hogy nevezzük a pozitív töltésű elemi részecskéket? A válasz egyszerű: egy proton, ő az, aki egy egységnyi pozitív töltést hordoz. És a negatív töltésű elektronok jelenléte miatt maga az atom semleges. Néha egyes atomok elektronokat nyerhetnek vagy veszíthetnek, és töltést nyerhetnek. Ebben az esetben ionoknak nevezzük őket.
Az atom elemi részecskéi: rendezett rendszer
Az atom szisztematikus és rendezett szerkezettel rendelkezik, amely stabilitást biztosít, és felelős az anyag mindenféle tulajdonságáért. Ezeknek a szubatomi részecskéknek a vizsgálata több mint száz éve kezdődött, és mára már sokat tudunk róluk. A tudósok azt találták, hogy az atom nagy része üres, és ritkán vannak benépesítve "elektronokkal". Ezek negatív töltésű könnyű részecskék, amelyek a központi nehéz rész körül keringenek, ami az atom teljes tömegének 99,99%-a. Az elektronok természetét könnyebb volt kideríteni, de számos ötletes tanulmány után kiderült, hogy az atommag pozitív protonokat és semleges neutronokat tartalmaz.
Az univerzumban minden egység atomokból áll
Az anyag legtöbb tulajdonságának megértéséhez az a kulcs, hogy univerzumunk minden egysége atomokból áll. 92 természetben előforduló atomtípus létezik, amelyek molekulákat, vegyületeket és más típusú anyagokat alkotnak, hogy létrehozzák a körülöttünk lévő összetett világot. Bár az "atom" név a görög átomos szóból származik, ami "oszthatatlant" jelent, a modern fizika kimutatta, hogy nem az anyag végső építőköve, hanem szubatomi részecskékre "oszlik". Ők az igazi alapvető entitások, amelyek az egész világot alkotják.
