структури мікросвіту

Раніше елементарними частинками називали частки, що входять до складу атома і нерозкладних на більш елементарні складові, а саме електрони і ядра. Пізніше було встановлено, що ядра складаються з більш простих частинок - нуклонів (протонів і нейтронів), які в свою чергу складаються з інших частинок. Тому елементарними частинками стали вважати найдрібніші частинки матерії. виключаючи атоми і їх ядра.

На сьогоднішній день відкриті сотні елементарних частинок, що вимагає їх класифікації.

Класифікація елементарних частинок за часами життя:

- стабільні. частинки, час життя яких дуже велике (в межі прагне до нескінченності). До них відносяться електрони. протони. нейтрино. Усередині ядер стабільні також нейтрони, але вони нестабільні поза ядра

- нестабільні (квазістабільні): елементарні частинки - це такі частинки, які розпадаються за рахунок електромагнітного і слабкої взаємодій, і час життя яких більше 10 -20 сек. До таких частинок відноситься вільний нейтрон (тобто нейтрон поза ядром атома)

- резонанси (нестабільні, краткожівущіе). До резонансам відносяться елементарні частинки, які розпадаються за рахунок сильної взаємодії. Час життя для них менше 10 -20 сек.

Класифікація часток щодо участі у взаємодіях:

- лептони. до їх числа відносяться і нейтрони. Всі вони не беруть участі у вирі внутрішньоядерних взаємодій, тобто не схильні до сильному взаємодії. Вони беруть участь в слабкій взаємодії, а мають електричний заряд беруть участь і в електромагнітній взаємодії

- адрони. частинки, що існують усередині атомного ядра і беруть участь у сильній взаємодії. Найвідоміші з них це протон і нейтрон.

На сьогодні відомо шість лептонів:

- до одного сімейства з електроном відносяться мюони і тау-частинки, які схожі на електрон, але масивніше його. Мюони і тау-частинки нестабільні і з часом розпадаються на кілька інших частинок, включаючи електрон

- три електрично нейтральних частки з нульовою (або близькою до нуля, на цей рахунок учені поки не визначилися) масою, що отримали назву нейтрино. Кожне з трьох нейтрино (електронне нейтрино, мюонне нейтрино, тау-нейтрино) парно одному з трьох різновидів частинок електронного сімейства.

У найвідоміших адронів. протонів і нейтрино є сотні родичів, які у великій кількості народжуються і тут же розпадаються в процесі різних ядерних реакцій. За винятком протона, всі вони нестабільні, і їх можна класифікувати за складом часток, на які вони розпадаються:

- якщо серед кінцевих продуктів розпаду частинок є протон, то його називають баріон

- якщо протона серед продуктів розпаду немає, то частка називається мезон.

Сумбурна картина субатомного світу, ускладнює з відкриттям кожного нового адрону, поступилася місцем новій картині, з появою концепції кварків. Згідно кварковой моделі, все адрони (але не лептони) складаються з ще більш елементарних частинок - кварків. Так баріони (зокрема протон) складаються з трьох кварків, а мезони - з пари кварк - антікварк.

Кварки мають дробовим електричним зарядом: 1/3 або 2/3 заряду електрона або протона. Кварки не можуть перебувати у вільному, не пов'язаному один з одним усередині елементарних частинок, стані. Про сам факт існування кварків можна судити тільки за властивостями, що проявляється адронами, до складу яких вони входять. Сьогодні, відповідно до теорії, передбачається існування шести різновидів кварків, і в лабораторіях вже відкриті елементарні частинки, що містять всі шість типів.

Всю вищенаведену класифікацію можна представити у вигляді схеми:

Частка і античастинка. Майже кожної елементарної частинки відповідає своя античастинка. Античастинка - елементарна частинка, має ті ж значення маси та інших фізичних характеристик частинки, якій вона начебто відповідає, але відрізняється від неї знаками електричного заряду, магнітного моменту і ін. Наприклад, електрон несе негативний заряд, а парна йому частка позитрон - позитивний. Існують також частки, які не мають античастинок, наприклад, фотон.

При взаємодії частки з парній їй античастинкою, відбувається їх взаємна анігіляція ( «знищення») - обидві частки припиняють своє існування, а їх маса перетвориться в енергію, яка розсіюється в просторі у вигляді спалаху фотонів та інших надлегких частинок. Спостерігаються також процеси, протилежні анігіляції - народження пар частка-античастинка. Наприклад, народження з гамма-випромінювання пари електрон - позитрон. Таким чином, мова йде не про знищення або мимовільному виникненні матерії, а лише про взаимопревращениях частинок. Ці взаємоперетворення лімітуються законами збереження, такими як:

- закон збереження електричного заряду. при всіх перетвореннях, в яких беруть участь елементарні частинки, сумарний електричний заряд цих частинок залишається незмінним

- закон збереження баріонів заряду. різницю між числом баріонів і числом їх античастинок (антібаріонов) не змінюється при будь-яких процесах

- закон збереження енергії . сумарна енергія всіх частинок до взаємодії і після залишається незмінною.

При взаимопревращениях і взаємодіях елементарних частинок повинні виконуватися і інші закони збереження: імпульсу, моменту кількості руху, числа лептонів і інших, на яких зупинятися не будемо.

За сучасними уявленнями, до фундаментальних частинок (або «істинно» елементарних частинок), які не мають внутрішньої структури і кінцевих розмірів, відносяться:

- кварки і лептони

- частинки, що забезпечують фундаментальні взаємодії: Гравітон, фотони, векторні бозони, глюони.

Фундаментальні частинки кварки і лептони є свого роду будівельним матеріалом атомного ядра - цеглинками, з яких складена Всесвіт.

Гравітон, фотони, векторні бозони, глюони - носії сил, що утримують частинки разом. Це свого роду «цемент», яким скріплена Всесвіт.

Речовина можна представити як сукупність корпускулярних структур: кварки - нуклони (протони, нейтрони) - атомні ядра - атоми з їх електронними оболонками.

Розміри і маса ядра в порівнянні з атомом:

- маса ядра приблизно дорівнює (трохи менше) масі атома

- розмір атомного ядра в сотні тисяч разів менше розмірів всього атома (діаметр ядра лежить в межах від 10 -12 до 10 -13 см).

Основний метод вивчення елементарних частинок полягає в тому, що ядро-мішень бомбардується потужним пучком протонів і електронів, а вчені ведуть спостереження за осколками ядра, що утворюються в результаті зіткнення. Цей метод реалізується на «прискорювачах елементарних частинок», що мають різні модифікації, і називаються циклотронами, синхротронами і т.п.

Наведемо деякі факти (випадково вибрані і не претендують на повноту) з вищевикладеного:

- стабільні елементарні частинки: протон, нейтрон, фотон, електрон

- фотон - частинка з нульовою масою спокою

- частинки, існування яких підтверджено експериментально: фотони, глюони, мезони

- Гравітон не знайдені експериментально

- фундаментальні частинки, що утворюють будівельний матеріал речовини: лептони, кварки

- до стабільних часток відносяться: електрон, протон

- нестабільними частками є резонанси

- протон має позитивний електричний заряд, електрон - негативний

- протон складається з трьох кварків

- в даний час істинно елементарними частинками (тобто такими, які не можна скласти ні з яких інших, відомих нам нині, часток) є: електрон, позитрон, всі види нейтрино, фотони і кварки

- фотон не входить до складу атома, а народжується безпосередньо під час переходу електрона з одного енергетичного рівня на інший.

1. Найменша структурна одиниця елемента, яка зберігає його хімічні властивості - це атом

1.1. У хімічних перетвореннях атом зберігає свою індивідуальність

2. Хлор-35 і Хлор-37 є ізотопами

3. Індивідуальність хімічного елемента визначається зарядом ядра атома

4. Властивості хімічного елемента визначаються електронною будовою його атома

5. Відповідно до сучасної точки зору, систематизація елементів за періодами періодичної системи пов'язана з числом енергетичних рівнів, за якими розподілені електрони

5.1. Відповідно до сучасної точки зору, систематизація елементів по підгрупах періодичної системи пов'язана з однаковим електронною будовою валентних підрівнів

6. Молекула - це структурна одиниця речовини молекулярної будови

6.1. Молекула - квантово-механічна система, утворена в результаті електромагнітної взаємодії електронів і ядер декількох атомів

7. Однією з відмінних рис молекул полімеру є велика величина молекулярної маси

8. Теоретичною основою систематизації хімічних елементів є періодичний закон Д. І. Менделєєва

8.1. Фізичний сенс періодичного закону Д. І. Менделєєва був розкритий при створенні сучасної теорії будови атома

8.2. З сучасної точки зору, систематизирующим фактором періодичної системи Д. І. Менделєєва є заряд ядра атома

9. Засновником системного підходу в хімії є Дж.Дальтон

10. Згідно атомно-молекулярному вченню. в основі якого лежить принцип дискретного будови, речовина складається з однакових молекул. Молекули речовини складаються з атомів

Атом - це квантово-механічна система, утворена в результаті електромагнітної взаємодії електронів і ядра

Систематизатор фактор, який був узятий Менделєєвим при розробці їм періодичної системи хімічних елементів - це атомна маса

Ізотопи - різновиди атомів одного хімічного елемента, які мають однаковий заряд, але різні масові числа (тобто різну кількість нейтронів)

Найбільш вірне визначення, яке відповідає поняттю полімери. це високомолекулярні сполуки природного, синтетичного або штучного походження, що володіють особливим комплексом фізико-хімічних і механічних властивостей, які відрізняють їх від низькомолекулярних сполук

Система, що складається з великої сукупності молекул одного виду, являє собою речовину

З'єднання атомів в молекули обумовлено хімічним взаємодією (електромагнітним)

Певний хімічний елемент - це сукупність атомів з однаковим зарядом ядра

Атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативних електронів, складових шар електронної оболонки атома

Основна маса атома зосереджена в його ядрі

Номер хімічного елемента в періодичній таблиці Менделєєва пов'язаний з числом електронів.