Mempelajari komposisi materi, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa semua materi terdiri dari molekul dan atom. Untuk waktu yang lama, atom (diterjemahkan dari bahasa Yunani sebagai "tidak dapat dibagi") dianggap sebagai unit struktural terkecil dari materi. Namun, penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa atom memiliki struktur yang kompleks dan, pada gilirannya, mencakup partikel yang lebih kecil.
Terbuat dari apakah atom?
Pada tahun 1911, ilmuwan Rutherford menyatakan bahwa atom memiliki bagian tengah yang bermuatan positif. Beginilah konsep inti atom pertama kali muncul.
Menurut skema Rutherford, yang disebut model planet, atom terdiri dari nukleus dan partikel elementer dengan muatan negatif - elektron bergerak mengelilingi nukleus, seperti halnya planet mengorbit mengelilingi Matahari.
Pada tahun 1932, ilmuwan lain, Chadwick, menemukan neutron, sebuah partikel yang tidak bermuatan listrik.
Menurut konsep modern, struktur inti atom sesuai dengan model planet yang diusulkan oleh Rutherford. Nukleus dibawa masuksebagian besar massa atom. Ia juga memiliki muatan positif. Inti atom mengandung proton - partikel bermuatan positif dan neutron - partikel yang tidak membawa muatan. Proton dan neutron disebut nukleon. Partikel bermuatan negatif - elektron - mengorbit di sekitar inti.
Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang bergerak pada orbit. Oleh karena itu, atom itu sendiri adalah partikel yang tidak membawa muatan. Jika sebuah atom menangkap elektron orang lain atau kehilangan elektronnya sendiri, maka ia menjadi positif atau negatif dan disebut ion.
Elektron, proton, dan neutron secara kolektif disebut sebagai partikel subatom.
muatan inti atom
Inti memiliki nomor muatan Z. Hal ini ditentukan oleh jumlah proton yang membentuk inti atom. Mencari tahu jumlah ini sederhana: lihat saja sistem periodik Mendeleev. Nomor atom unsur yang memiliki atom sama dengan jumlah proton dalam nukleus. Jadi, jika unsur kimia oksigen sesuai dengan nomor seri 8, maka jumlah proton juga akan sama dengan delapan. Karena jumlah proton dan elektron dalam suatu atom sama, maka akan ada delapan elektron.
Jumlah neutron disebut bilangan isotop dan dilambangkan dengan huruf N. Jumlahnya dapat bervariasi dalam atom dari unsur kimia yang sama.
Jumlah proton dan elektron dalam inti disebut nomor massa atom dan dilambangkan dengan huruf A. Jadi, rumus untuk menghitung nomor massa adalah sebagai berikut: A=Z+N.
Isotop
Dalam kasus ketika unsur-unsur memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda, mereka disebut isotop unsur kimia. Mungkin ada satu atau lebih isotop. Mereka ditempatkan di sel yang sama dari sistem periodik.
Isotop sangat penting dalam kimia dan fisika. Misalnya, isotop hidrogen - deuterium - dalam kombinasi dengan oksigen memberikan zat yang sama sekali baru, yang disebut air berat. Ini memiliki titik didih dan titik beku yang berbeda dari biasanya. Dan kombinasi deuterium dengan isotop hidrogen lain - tritium mengarah pada reaksi fusi termonuklir dan dapat digunakan untuk menghasilkan sejumlah besar energi.
Massa inti dan partikel subatom
Ukuran dan massa atom dan partikel subatom dapat diabaikan dalam konsep manusia. Ukuran kernel kira-kira 10-12cm. Massa inti atom diukur dalam fisika dalam apa yang disebut satuan massa atom - amu
Untuk satu amu mengambil seperdua belas dari massa atom karbon. Menggunakan satuan pengukuran biasa (kilogram dan gram), massa dapat dinyatakan sebagai berikut: 1 pagi.=1, 660540 10-24g. Dinyatakan dengan cara ini, ini disebut massa atom absolut.
Meskipun inti atom adalah komponen atom yang paling masif, dimensinya relatif terhadap awan elektron yang mengelilinginya sangat kecil.
Angkatan Nuklir
Inti atom sangat stabil. Ini berarti bahwa proton dan neutron ditahan di dalam inti oleh beberapa gaya. Tidakmungkin ada gaya elektromagnetik, karena proton adalah partikel bermuatan serupa, dan diketahui bahwa partikel dengan muatan yang sama saling tolak. Gaya gravitasi terlalu lemah untuk menahan nukleon bersama-sama. Oleh karena itu, partikel ditahan di dalam inti oleh interaksi yang berbeda - gaya nuklir.
Interaksi nuklir dianggap yang terkuat dari semua yang ada di alam. Oleh karena itu, jenis interaksi antara unsur-unsur inti atom ini disebut kuat. Ia hadir dalam banyak partikel elementer, serta gaya elektromagnetik.
Fitur kekuatan nuklir
- Tindakan singkat. Gaya nuklir, tidak seperti gaya elektromagnetik, hanya muncul pada jarak yang sangat kecil yang sebanding dengan ukuran inti.
- Mengisi kemerdekaan. Fitur ini dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa gaya nuklir bekerja sama pada proton dan neutron.
- Saturasi. Nukleon inti hanya berinteraksi dengan sejumlah nukleon lain.
Energi Pengikat Inti
Hal lain terkait erat dengan konsep interaksi kuat - energi ikat inti. Energi ikat nuklir adalah jumlah energi yang diperlukan untuk memecah inti atom menjadi nukleon penyusunnya. Itu sama dengan energi yang dibutuhkan untuk membentuk inti dari partikel individu.
Untuk menghitung energi ikat inti, perlu diketahui massa partikel subatom. Perhitungan menunjukkan bahwa massa inti selalu lebih kecil dari jumlah nukleon penyusunnya. Cacat massa adalah perbedaan antaramassa inti dan jumlah proton dan elektronnya. Menggunakan rumus Einstein tentang hubungan antara massa dan energi (E=mc2), Anda dapat menghitung energi yang dihasilkan selama pembentukan inti.
Kekuatan energi ikat inti dapat dinilai dengan contoh berikut: pembentukan beberapa gram helium menghasilkan energi sebanyak pembakaran beberapa ton batu bara.
Reaksi nuklir
Inti atom dapat berinteraksi dengan inti atom lain. Interaksi semacam itu disebut reaksi nuklir. Ada dua jenis reaksi.
- Reaksi fisi. Mereka terjadi ketika inti yang lebih berat terurai menjadi yang lebih ringan sebagai akibat dari interaksi.
- Reaksi sintesis. Prosesnya adalah kebalikan dari fisi: inti bertabrakan, sehingga membentuk elemen yang lebih berat.
Semua reaksi nuklir disertai dengan pelepasan energi, yang selanjutnya digunakan dalam industri, militer, energi, dan sebagainya.
Memahami komposisi inti atom, kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut.
- Atom terdiri dari inti yang mengandung proton dan neutron, dan elektron di sekitarnya.
- Nomor massa suatu atom sama dengan jumlah nukleon intinya.
- Nuklon disatukan oleh kekuatan yang kuat.
- Gaya besar yang menjaga inti atom tetap stabil disebut energi ikat nuklir.
