דוגמה לחלקיקים תת-אטומיים

ה חלקיקים תת - אטומיים הם יחידות זעירות המרכיבות את האטום. החשובים ביותר הם שלושה: פּרוֹטוֹן וה נֵיטרוֹן ויוצרים את הגרעין האטומי, ואת אֶלֶקטרוֹן, המקיף את האחרון.

חומר, כל מה שמקיף אתר בחלל, מורכב מיחידות בסיסיות הנקראות אטומים. מספר האטומים השונים שקיים הוא מספרם של יסודות כימיים בטבלה המחזורית.

שילובים שונים של אטומים מהווים את כל מה שאנחנו יודעים; שילובים אלה הם מושא המחקר של שניהם, ה כימיה אנאורגנית וה כימיה אורגנית.

אך הוא נחקר גם אל פנים האטומים, החופפים למבנה בסיסי, המורכב מחלקיקים נמוכים יותר הנקראים הגרעין האטומי ואלקטרונים.

ה גרעין אטומי הוא מורכב משני סוגים שונים של חלקיקים: פרוטונים ונייטרונים.

ה פרוטונים נושאים מטען חשמלי חיובי (+) וה נויטרונים אינם נושאים תשלום. ה אלקטרונים הנושאים מטען שלילי (-) הם מתקשרים עם המטען של הפרוטונים, ונוצרת תופעת משיכה השומרת על האטום במצב מסוים של אנרגיה.

נאמר כי אטום הוא יציב כאשר מטענים חיוביים ושליליים מבטלים זה את זה לחלוטין.

אֶלֶקטרוֹן

אוויר בלחץ רגיל מוליך זרם חשמלי בצורה גרועה מאוד. אך אוויר דליל, כפי שהוא קיים בצינור פריקה ואקום, מוליך את הזרם בצורת קרן חלקיקים הנקראת קרני קתודה. בשנת 1879 הוכיח סר וויליאם קרוקס כי חלקיקים נושאים מטען חשמלי.

בשנת 1895 הצליח ז'אן פרין לוודא שהמטען שלילי; והחלקיקים קיבלו את השם אלקטרונים. באותה שנה, חוקר סטיה של קרניים בשדה חשמלי, סר ג'יי. י. תומפסון קבע את ערך המטען הספציפי, שהוא היחס בין המטען של האלקטרון (e) לבין המסה (m) של האלקטרון.

מהערך 1.7592 * 10⁸ קולומבים / גרם "e / m" והערך "e" (1.602 * 10^-19 קולומבס), נקבע לראשונה על ידי ר. ל. Millikan בשנת 1917, חושבה המסה של האלקטרון, המהווה 1/1838 ממסת אטום המימן.

מטען אלקטרונים = 1.602 * 10^-19 קולומבים

מסת האלקטרון = 1/1838 ממסת אטום המימן

הקביעות הראשונות של טעינת האלקטרון נעשו על ידי טאונסנד (1897), י. י. תומסון ועל ידי ה. ל. וילסון (1903), באמצעות האחרון את המצלמה של C. ט. ר. וילסון (1897) לייצר ערפילים, מכשיר שנמצא בשימוש נרחב בחקירת המבנה האטומי.

אלקטרונים נמצאים בחלקו החיצוני של האטום, המתארים תנועה סביב הגרעין, כמו גם את כוכבי הלכת סביב השמש. מספר האלקטרונים סביב הגרעין הוא שמספר באיזה יסוד כימי מדובר.

לדוגמא, אם יש באטום רק אלקטרון אחד, היסוד הוא מימן. אם יש 23 אלקטרונים, זה נתרן. אם ישנם 80 אלקטרונים, היסוד הוא כספית.

פּרוֹטוֹן

כאשר זרם חשמלי מועבר דרך צינור ואקום בו דיסק מחורר פועל כ- קתודה (אלקטרודה שלילית), קרני קתודה (אלקטרונים) מופנים לעבר האנודה (אלקטרודה חִיוּבִי); אך חלקיקים טעונים חיוביים מופיעים בצד השני של הקתודה וניתן להסיטם באמצעות שדה מגנטי חזק.

המטען של חלקיקים אלה, למרות שהוא חיובי, תמיד שווה לזה או מכפל זה של האלקטרון. המסה של חלקיק טעון חיובי משתנה בהתאם לאופי הגז הסגור בצינור; באופן כללי זה שווה לזה של אטום הגז. צרורות החלקיקים הללו נקראים קרניים חיוביות.

אם הצינור מכיל מימן, לכל חלקיק חיובי יש כמסה של אטום מימן, ומטענו שווה בעוצמתו לזה של האלקטרון. אטום המימן הוא הקל והפשוט מכל האטומים, וחלקיקי הקרניים החיוביות המתקבלים ממנו הם הקלים והפשוטים ביותר מכל החלקים החיוביים.

מטען פרוטון = 1.602 * 10^-19 קולומבים

מסת פרוטון = מסה אטומית מימן

רתרפורד מצא כי אותו חלקיק חיובי מיוצר לעתים קרובות על ידי הפצצת אלמנטים שונים בקרניים הנפלטות על ידי רדיום. הוא כינה את החלקיק החיובי הפשוט יותר הזה פּרוֹטוֹן, והסיק את המסקנה שהוא מרכיב האטום.

נויטרונים

כיום מקובל כי אטום מורכב מגרעין קטן עם מטענים חשמליים חיוביים השווים במספר למספר האטומי (מספר האלקטרונים המקיף את הגרעין) במרכזו או קרוב מאוד אליו, של השטח הזמין לכל האטום ושל אלקטרונים שליליים בחלקו החיצוני של האמור מֶרחָב.

מספר האלקטרונים עולה בקנה אחד עם מספר המטענים החיוביים בגרעין. למעט אטום המימן, מסת האטום מוסברת בכך שהגרעין מכיל לא רק פרוטונים, אלא מספר חלקיקים ניטרליים, אשר הם נחשבו לראשונה כפרוטונים מנוטרלים (כל אחד משולב באלקטרון), אך כיום הם הוכרו כיחידות יסוד של חומר בעלות מסה, נקרא נויטרונים.

חלקיקים תת-אטומיים אחרים

 בנוסף לאלקטרונים, פרוטונים ונייטרונים, ידועים כיום חלקיקים אחרים הנחשבים כמרכיבים של אטומים: הם ה פוזיטרון, ה מסון או מסוטרון וה נוטרינו.

ה פוזיטרונים התגלו על ידי קרל אנדרסון (1932) באינטראקציה של קרניים קוסמיות (קרינה ש מגיע לכדור הארץ מהחלל) עם חומר, ובתהליכים מסוימים של רדיואקטיביות מְלָאכוּתִי. פוזיטרונים זהים לאלקטרונים, רק המטען שלהם חיובי במקום שלילי. קיומם כחלקיקים חופשיים הוא קטן ביותר, והוא פחות ממיליון שנייה.

ה מזונים הם התגלו גם על ידי קרל אנדרסון בשיתוף פעולה עם סת 'נדדרמאייר (1936) על ידי פעולתם של קרניים קוסמיות בחומר. יש להם מסה, נראה שהוא לא קבוע ושווה בערך לעשירית מזה של הפרוטון, ומטען חשמלי חיובי או שלילי. יש להם חיים קצרים מאוד והם אמורים להתפרק לניוטרינו פלוס אלקטרונים או פוזיטרונים. הניסיון להשיג באופן מלאכותי מזונים במעבדה, תוך שימוש במאיצי יונים ו אלקטרונים (ציקלוטרון, בטטרון, סינכרוטרון וכו ') המספקים אנרגיות עצומות אלה הושגו ב 1948.

ה נייטרינים הם חלקיקים עם מסה השווה לזה של אלקטרונים ופוזיטרונים, אך ללא מטען חשמלי. קיומו היה אמור על ידי פרמי בשנת 1925 להסביר חישובים אנרגטיים מסוימים בפליטת חלקיקי בטא על ידי חומרים רדיואקטיביים. למרות שניתן להסביר בצורה מושלמת ניסויים חדשים על ידי קיומם של נייטרינים, לא נמצאה הוכחה חותכת לכך.

דוגמאות לחלקיקים תת-אטומיים

פּרוֹטוֹן

נֵיטרוֹן

אֶלֶקטרוֹן

פוזיטרון

מסון או מסוטרון

נוטרינו

לפטונים

קווארקים

גלואונים

פוטונים

הדרונים

גרביטון (חלקיק תיאורטי)