שאלות "מה זה מורכב?""מה טיבו של החומר?" תמיד כבשו את האנושות. מאז ימי קדם, פילוסופים ומדענים חיפשו תשובות לשאלות אלה, יצירת תיאוריות ריאליסטיות לחלוטין מדהים פנטסטי והשערות. עם זאת, פשוטו כמשמעו לפני מאה שנה, האנושות באה לפתרון תעלומה זו קרוב ככל האפשר, חושפת את המבנה האטומי של החומר. אבל מהו הרכב הגרעין של האטום? על מה כל העניין?
בתחילת המאה העשרים, המבנה האטומיחדלה להיות רק היפותזה, אלא הפכה לעובדה מוחלטת. התברר כי הרכב הגרעין של האטום הוא מושג מורכב מאוד. החדר כולל מטענים חשמליים. אבל השאלה התעוררה: הרכב האטום וגרעין האטום כוללים מספר שונה של האשמות אלה או לא?
במקור דמיין כי האטום נבנה מאודבדומה למערכת השמש שלנו. אולם עד מהרה התברר כי ייצוג כזה אינו נכון לחלוטין. הבעיה של העברה מכאנית גרידא של קנה המידה האסטרונומי של התמונה לאזור שתופס מיליוני חלקים של מילימטר, כרוכה בשינוי משמעותי ודרמטי בתכונות ובאיכויות של תופעות. ההבדל העיקרי היה בחוקים ובכללים נוקשים הרבה יותר, שעליה נבנה האטום.
ראשית, מאז אטומים מאותו הסוג ואלמנטעל ידי הפרמטרים והמאפיינים חייבים להיות בדיוק אותו הדבר, אז את מסלולי האלקטרונים של אטומים אלה צריך להיות זהה. עם זאת, חוקי התנועה של גופים אסטרונומיים לא יכול לספק תשובות לשאלות אלה. הסתירה השנייה היא שתנועתו של אלקטרון במסלול, אם נפעיל את החוקים הגופניים הנחקרים היטב, חייבת להיות מלווה בהכרח בשחרור קבוע של אנרגיה. כתוצאה מכך, תהליך זה יוביל דלדול של האלקטרון, אשר בסופו של דבר היה דוהה ואף ליפול על הליבה.
בשנת 1924, אריסטוקרט צעיר לואי דה ברוגליהעלה רעיון שהפך את רעיונות הקהילה המדעית בנושאים כמו מבנה האטום, הרכב גרעיני האטום. הרעיון היה שאלקטרון הוא לא רק כדור נע שמקיף גרעין. זהו חומר מטושטש שנע לפי חוקים הדומים להתפשטות הגלים בחלל. די מהר, רעיון זה הורחב לתנועת כל גוף בכללותו, והסביר שאנו מבחינים רק בצד אחד של תנועה זו ממש, אך השני למעשה אינו מופיע. אנו יכולים לראות התפשטות גלים ולא להבחין בתנועת החלקיק, או להיפך. למעשה, שני צדי התנועה הללו קיימים תמיד, וסיבובו של אלקטרון במסלולו אינו רק תנועת המטען עצמו, אלא גם התפשטות הגלים. גישה זו שונה מהותית מהמודל הפלנטרי המקובל בעבר.
גרעין האטום הוא המרכז.אלקטרונים לסובב סביב זה. המאפיינים של הקרנל נובעים מכל השאר. דיבור על מושג כזה כמו הרכב הגרעין של האטום הוא הכרחי מן הנקודה החשובה ביותר - מן החיוב. בהרכב האטום יש מספר מסוים של אלקטרונים הנושאים מטען שלילי. הליבה עצמה יש חיוב חיובי. מכאן ניתן להסיק מסקנות מסוימות:
נחושת, זכוכית, ברזל, עץ זהיםאלקטרונים. אטום יכול לאבד כמה אלקטרונים, או אפילו הכל. אם הגרעין נשאר טעון חיובי, הוא מסוגל למשוך את הכמות הנדרשת של חלקיקים טעונים שלילית מגופים אחרים, מה שיאפשר לו להישאר. אם אטום מאבד מספר מסוים של אלקטרונים, המטען החיובי בגרעין יהיה גדול יותר משאר המטענים השליליים. במקרה זה, האטום כולו ירכוש מטען עודף, ואפשר לקרוא לו יון חיובי. במקרים מסוימים אטום יכול למשוך אליו יותר אלקטרונים ואז הוא יטען באופן שלילי. לכן, זה יכול להיקרא יון שלילי.
המסה של אטום נקבעת בעיקר על ידי הגרעין. האלקטרונים המרכיבים את האטום ואת גרעין האטום שוקלים פחות מאלף מכלל המסה. מכיוון שמסה נחשבת כמדד לכמות האנרגיה שיש לחומר, עובדה זו נחשבת חשובה להפליא כשלומדים שאלה כזו בהרכב גרעין האטום.
השאלות הקשות ביותר הופיעו לאחר הפתיחהצילומי רנטגן. יסודות רדיואקטיביים פולטים גלי אלפא, בטא וגמא. אבל לקרינה כזו חייב להיות מקור. רתרפורד הראה בשנת 1902 שמקור כזה הוא האטום עצמו, או ליתר דיוק הגרעין. מצד שני, רדיואקטיביות היא לא רק פליטת קרניים, אלא גם העברת יסוד אחד לאחר, עם תכונות כימיות ופיזיקליות חדשות לחלוטין. כלומר, רדיואקטיביות היא שינוי בגרעין.
לפני כמעט מאה שנה העלה הפיזיקאי פרוט את הרעיון שלהעובדה שהיסודות בטבלה המחזורית אינם צורות לא קוהרנטיות, אלא הם שילובים של אטומי מימן. לכן אפשר היה לצפות כי המטענים וגם המוני הגרעינים יבואו לידי ביטוי במונחים שלמים ומספר רב של המימן עצמו. עם זאת, זה לא ממש נכון. בחקר תכונותיהם של גרעיני האטום בעזרת שדות אלקטרומגנטיים, מצא הפיזיקאי אסטון כי יסודות, שמשקלם האטומי לא היה שלם ומכפול, הם למעשה שילוב של אטומים שונים, ולא חומר אחד. בכל המקרים, כאשר המשקל האטומי אינו מספר שלם, אנו צופים בתערובת של איזוטופים שונים. מה זה? אם אנו מדברים על הרכב גרעין האטום, איזוטופים הם אטומים עם אותם מטענים, אך עם מסות שונות.
תורת היחסות אומרת שהמסה היאלא מדד שלפיו נקבעת כמות החומר, אלא מדד של האנרגיה שיש לחומר. בהתאם, ניתן למדוד חומר לא על ידי מסה, אלא על ידי המטען המהווה חומר זה, ואנרגית המטען. כאשר אותו מטען מתקרב למטען דומה אחר, האנרגיה תגדל, אחרת היא תפחת. זה בהחלט לא אומר שינוי בעניין. בהתאם לכך, ממצב זה, גרעין האטום אינו מקור אנרגיה, אלא שאריות לאחר שחרורו. המשמעות היא שיש איזושהי סתירה.
הקורי בהפצצת אלפא על חלקיקיםבריליום התגלה על ידי כמה קרניים לא מובנות, אשר מתנגשות בגרעין האטום, דוחות אותו בכוח רב. עם זאת, הם מסוגלים לעבור עובי גדול של חומר. סתירה זו נפתרה בכך שחלקיק זה נמצא כמטען חשמלי ניטרלי. לפיכך, זה נקרא נויטרון. הודות למחקר נוסף התברר שמסת הנויטרון כמעט זהה לזו של הפרוטון. באופן כללי, נויטרון ופרוטון דומים להפליא. בהתחשב בתגלית זו, בהחלט ניתן היה לקבוע כי הרכב גרעין האטום כולל גם פרוטונים וגם נויטרונים, ובאותם כמויות. הכל נפל בהדרגה למקומו. מספר הפרוטונים הוא המספר האטומי. משקל אטומי הוא סכום המוני הנויטרונים והפרוטונים. איזוטופ יכול להיקרא גם אלמנט בו מספר הנויטרונים והפרוטונים לא יהיה שווה זה לזה. כאמור לעיל, במקרה זה, למרות שהאלמנט נשאר זהה למעשה, תכונותיו יכולות להשתנות באופן משמעותי.
