Le milieu du siècle dernier a marqué la naissance d'une nouvelle ère dans l'histoire de l'humanité. L'âge de pierre a été une fois remplacé par l'âge du bronze, puis les périodes du règne du fer, de la vapeur et de l'électricité se sont succédées. Nous sommes maintenant au tout début de l'ère de l'atome. Même la connaissance la plus superficielle dans le domaine de la structure du noyau atomique ouvre des horizons sans précédent pour l'humanité.
Que savons-nous du noyau atomique ? Le fait qu'il représente 99,99% de la masse de l'atome entier et se compose de particules communément appelées nucléons. Que sont les nucléons, combien d'entre eux, ce qu'ils sont, maintenant chaque lycéen qui a un bon quatre en physique le sait.
Comment imagine-t-on la structure de l'atome
Hélas, il ne tardera pas à voir apparaître une technique permettant de voir les particules qui composent un atome, un noyau atomique. Il existe des milliers de questions sur l'organisation de la matière, et il existe également de nombreuses théories sur la structure des particules élémentaires. A ce jour, la théorie selon laquellerépond à la plupart des questions, est le modèle planétaire de la structure de l'atome.
Selon elle, les électrons chargés négativement tournent autour d'un noyau chargé positivement, retenu par attraction électrique. Que sont les nucléons ? Le fait est que le noyau n'est pas monolithique, il est constitué de protons et de neutrons chargés positivement - des particules à charge nulle. Ce sont les particules à partir desquelles le noyau atomique est construit, et il est d'usage de les appeler nucléons.
D'où vient cette théorie, si les particules sont si petites ? Les scientifiques sont arrivés à la conclusion sur la structure planétaire de l'atome en dirigeant des faisceaux de diverses microparticules sur les plaques de métal les plus minces.
Quelles sont ses dimensions
La connaissance de la structure de l'atome ne sera pas complète si vous n'imaginez pas ses éléments sur une échelle. Le noyau est extrêmement petit, même comparé à l'atome lui-même. Si vous imaginez un atome, par exemple de l'or, sous la forme d'un énorme ballon de 200 mètres de diamètre, son noyau ne sera alors que … une noisette. Mais que sont les nucléons et pourquoi jouent-ils un rôle si important ? Oui, ne serait-ce que parce que c'est en eux que se concentre toute la masse de l'atome.
Dans les nids du réseau cristallin, les atomes d'or sont assez denses, de sorte que la distance entre les "noix" voisines à l'échelle que nous avons adoptée sera d'environ 250 à 300 mètres.
Proton
Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que le noyau d'un atome n'est pas une sorte de substance monolithique. Les grandeurs de masse et de charge, augmentant par « étapes » d'un élément chimique à l'autre, étaient douloureusement frappantes. Il était logique de supposerqu'il existe certaines particules avec une charge positive fixe, à partir desquelles les noyaux de tous les atomes sont "collectés". Combien y a-t-il de nucléons chargés positivement dans le noyau, ce sera sa charge.
Les hypothèses sur la structure complexe du noyau atomique remontent à la période de construction par Mendeleïev de son tableau périodique des éléments. Cependant, les possibilités techniques de confirmer expérimentalement les conjectures n'existaient pas à cette époque. Ce n'est qu'au début du 20e siècle qu'Ernest Rutherford fit une expérience qui confirma l'existence du proton.
À la suite de l'exposition à la substance par le rayonnement de métaux radioactifs, une particule apparaissait de temps en temps - une copie du noyau d'un atome d'hydrogène. Il avait le même poids (1,67 ∙ 10-27 kg) et la charge atomique +1.
Neutron
La conclusion sur la nécessité de rechercher une autre particule, par contumace appelée le neutron, est venue rapidement. Étant donné que la question de savoir combien de nucléons sont dans le noyau et ce qu'ils sont, réside dans la croissance inégale de la masse et de la charge avec un changement du nombre ordinal de l'élément. Rutherford a émis une hypothèse sur l'existence d'un proton jumeau de charge nulle, mais il n'a pas réussi à confirmer sa conjecture.
En général, les scientifiques nucléaires avaient déjà une bonne idée de ce que sont les nucléons et de la composition quantitative des noyaux atomiques. Et la particule insaisissable, mais découverte expérimentalement par personne, attendait dans les coulisses. James Chadwick est considéré comme son découvreur, qui a réussi à isoler "l'invisible" de la substance,en le soumettant à un bombardement avec des noyaux d'hélium accélérés à des vitesses ultra-élevées (particules α). La masse de la particule, comme prévu, s'est avérée égale à la masse du proton découvert précédemment. Selon la recherche moderne, le neutron est légèrement plus lourd.
Un peu plus sur les "briques" du noyau atomique
Calculer combien de nucléons dans le noyau d'un élément chimique ou de son isotope est facile. Cela nécessite deux choses: un tableau périodique et une calculatrice, bien que vous puissiez calculer mentalement. Un exemple est les deux isotopes communs de l'uranium: 235 et 238. Ces nombres représentent la masse atomique. Le numéro de série de l'uranium est 92, il dénote toujours la charge du noyau.
Comme vous le savez, les nucléons dans le noyau d'un atome peuvent être soit des protons chargés positivement, soit des neutrons de même masse, mais sans charge. Le numéro de série 92 désigne le nombre dans le noyau de protons. Le nombre de neutrons est calculé par simple soustraction:
- - uranium 235, nombre de neutrons=235 – 92=143;
- - uranium 238, nombre de neutrons=238 – 92=146.
Et combien de nucléons peuvent être réunis à la fois ? On pense qu'à un certain stade de la vie des étoiles de masse suffisante, lorsque la réaction thermonucléaire n'est plus en mesure de contenir la force de gravité, la pression dans les entrailles de l'étoile augmente tellement qu'elle "colle" des électrons à protons. En conséquence, la charge devient nulle et la paire proton-électron devient un neutron. La matière qui en résulte, constituée de neutrons "pressés", est extrêmement dense.
Une étoile pesant dans notre Soleil se transforme en bouleplusieurs dizaines de kilomètres de diamètre. Une cuillère à café d'une telle "bouillie de neutrons" pourrait peser plusieurs centaines de tonnes sur Terre.
