Пов’язані системи мікрооб’єктів
10. Пов'язані системи мікрооб'єктів. Ядро, атом, молекула
Характер пов'язаної системи мікрооб'єкта, як і будь-якої системи, залежить не тільки від складу та будови її елементів, а й від їхньої взаємодії. Саме така взаємодія визначає пов'язаність та цілісність системи. З рівнем досягнутих знань змінювалося і ставлення до структурі речовини. Як первинна система мікрооб'єктів спочатку розглядалися молекули як найменші одиниці речовини. Самі уявлення про структуру молекули поступово вдосконалювалися та уточнювалися. Існувала думка, що структура молекули виникає завдяки взаємодії різноіменно заряджених атомів чи груп атомів. Але це була не досконала думка. Надалі дослідники встановили, що з освіті структур різні атоми непросто взаємодіють, але певним чином перетворять одне одного, тож у результаті виходить цілісність чи пов'язана система. Пізніше структуру молекул стали пов'язувати із поняттям валентності елемента. Подальшим кроком у цьому напрямі було вивчення того, яку роль у освіті молекул з атомів відіграє ступінь напруженості та енергії, з якою вони зв'язуються один з одним. З цього необхідно усвідомити головне: структура з погляду системного підходу є упорядковану зв'язок і взаємодія між елементами системи, завдяки якій і виникають нові цілісні її властивості. У такій хімічній системі як молекула саме специфічний характер взаємодії атомів визначає нові цілісні властивості молекули.
Резерфорд поклав основу ядерної моделі атома як цілісної системи. Вона полягає у взаємодії ядра атома, що знаходиться в центрі атома та електронів, що обертаютьсянавколо ядра. Ядро складається з позитивно заряджених протонів і нейтронів, що не мають заряду. Число електронів в атомі дорівнює числу протонів в ядрі. Т.к. маса електронів у 2000 разів менша за масу протонів або нейтронів, тому вся маса атома зосереджена в ядрі. Різні електрони пов'язані з ядром по-різному, деякі їх атом легко втрачає, у своїй система перетворюється на інший стан, атом ставати позитивним іоном. Купуючи додатковий електрон, атом перетворюється на негативний іон. При поглинанні електромагнітного випромінювання, наприклад світла, атом збуджується і здійснює квантовий перехід з нижнього рівня більш високий. У зв'язку з цим говорять про енергетичні рівні атома, які визначають стан атома як системи.
Атомне ядро як цілісна система існує завдяки силам тяжіння, що зв'язують протони і нейтрони в атомному ядрі. Ці сили називаються ядерними чи сильною взаємодією. Так як за здатністю до сильної взаємодії протон і нейтрон не відрізняються один від одного, тому їх розглядають як одну частинку – нуклон. Сильне взаємодія діє малих відстанях (10 -15 м) і перевищує електромагнітне і гравітаційне, але зменшується зі збільшенням відстані.
11. Досягнення атомної та ядерної фізики
Атомна фізика з'явилася межі 19-20 ст. з урахуванням досліджень оптичних спектрів. Вона займалася вивченням будови атома та вивченням його властивостей. Було розроблено кількісна теорія атома. Наступні дослідження властивостей атомів та електронів завершилися створенням квантової механіки - фізичної теорії, що описує закони мікросвіту. Квантова механіка є теоретичним фундаментом атомної фізики, а вона своєю чергою виступає досвідченим полігоном. Атомною фізикою встановленооптичні спектри атомів різних хімічних елементів, зв'язок закономірностей спектрів із системою енергетичних рівнів, підтвердила те, що внутрішня енергія атома квантується та змінюється дискретно. Внаслідок вивчення радіоактивності відбулося виділення ядерної фізики, яка вивчає взаємоперетворення елементарних частинок - фізика елементарних частинок. Атомна фізика досягла величезних успіхів у вивченні процесів, що відбуваються в атомних ядрах і взаємоперетворення елементарних частинок. Але ця дисципліна вивчає ту частину, в якій не відбувається зміна із самим ядром, а лише з електронною оболонкою. Ядерна фізика вивчає перетворення атомних ядер, які у результаті радіоактивних розпадів, і у результаті різних ядерних реакцій. Досягнення ядерної фізики немислимі без використання досягнень фізики та техніки прискорювачів заряджених частинок. Саме створення різних прискорювачів елементарних частинок допомогли дослідникам у багатьох проблемах вивчення атомних ядер та їх перетворень. Важливою частиною ядерної фізики є нейтронна фізика, що займається ядерними реакціями, що відбуваються під впливом нейтронів. Сучасна ядерна фізика розпадається на дві взаємопов'язані гілки — теоретичну та експериментальну ядерну фізику. Теоретична працює з моделями атомних ядер та ядерних реакцій. Експериментальна ядерна фізика використовує багатий арсенал сучасних досліджень, включаючи ядерні реактори (як джерела потужних пучків нейтронів), прискорювачі заряджених частинок (як джерело прискорених електронів, протонів, іонів, мезонів тощо), різноманітні детектори частинок. Ядерно-фізичні дослідження мають величезне суто наукове значення, дозволяючи глибше проникати в таємниці природи. У той же час ці дослідження важливі і для практичноговикористання в ядерній енергетиці, медицині, в ядерних реакторах на криголамах, для вивчення ядерних реакцій для використання у мирних цілях, для синтезу матеріалів.