Ocena brak

Co to jest atom?

Autor /Komun Dodano /31.01.2012

Gdy odkryto, że atom ulega roz­szczepieniu, wyzwalając jednocześ­nie ogromną siłę niszczycielską -znaleziono potężne źródło energii.
W 1854 roku niemiecki wynalazca Heinrich Geissler (1814-1879) skonstruował urzą­dzenie nazwane „rurką Geisslera". Była to szklana rurka z wtopionymi do wewnątrz meta­lowymi elektrodami. Jednocześnie wynalazca zbu­dował pompę, która wytwarzała wewnątrz rurki bardzo wysoką,jak na owe czasy, próżnię. Połączy­wszy obie elektrody z końcówkami cewki induk­cyjnej wytwarzającej wysokie napięcie, badacz zaobserwował zielonkawą poświatę tworzącą się na szkle naprzeciw elektrody ujemnej (czyli, jak ją nazwał Faraday, katody). Niemiecki fizyk Eugen Goldstein (1850-1931) zasugerował w 1876 roku, że poświatę tę wywołało uderzające w szkło pro­mieniowanie pochodzące z katody. Nazwał je „pro­mieniami katodowymi".

Elektron
Brytyjski naukowiec William Crookes (1832-1919) udoskonali! konstrukcję rurki Geisslera i stwier­dził, że promienie katodowe ulegają odchyleniu w polu magnetycznym. Następnie inny Brytyjczyk J J. Thomson wysunął hipotezę, że promienie kato­dowe są w istocie strumieniem ujemnie nałado­wanych cząsteczek, każda o masie prawie 2 tysiące razy mniejszej od masy atomu wodoru. Cząstki te nazwał „elektronami". Miano to zostało kilka lat wcześniej zaproponowane przez irlandzkiego fizy­ka George'a Stoney'a (1826-1911), który wy­znaczy! wówczas drogą obliczeń teoretycznych ich ładunek. Stawało się jasne, że atom nie jest pod­stawową, niepodzielną cząstką, tak jak twierdził Dalton. Thomson stworzył wówczas tak zwany „rodzynkowy" model atomu. Sądził on, że atom jest nafaszerowany ujemnie naładowanymi elektronami, podobnie jak ciasto - rodzynkami. Wkrótce okazało się, że w skład atomu wchodzą również i inne cząstki. Nowozelandczyk Ernest Rutherford (1871-1937), który zaczął pracę w Laboratorium i Cavendisha na Uniwersytecie w Cambridge, współpracował z Thomsonem w badaniach nad radioaktywnością uranu. Odkrył, że pierwiastek ten emituje dwa różne rodzaje cząstek. Pierwsze, nazwane „cząstkami beta", miały masę i ładunek elektryczny elektronu. Drugie, „cząstki alfa", były naładowane dodatnio, a masę miały czterokrotnie większą od masy atomu wodoru.
Oprócz tego emitowane było „promieniowanie gamma", które zidentyfikowano jako promienio­wanie rentgenowskie o dużej częstotliwości.

Proton
W 1886 roku Goldstein odkrył jeszcze jedną formę „promieniowania". Te cząsteczki poruszały się w stronę przeciwną niźli elektrony - czyli ku kato­dzie. Nazwano je „promieniami kanalikowymi". Thomson zaproponował inną nazwę - „promienie dodatnie". Jednak gdy okazało się, że owe czą­steczki mają identyczną masę i ładunek jak jon wodorowy, Rutherford zasugerował, by nazwać je „protonami" - od greckiego słowa oznaczającego „pierwszy". Atom wodoru był uważany za naj­prostszy atom.
W ten sposób odkryto trzy cząsteczki subatomowe: elektron, proton - o masie prawie 2 tysią­ce razy większej od masy elektronu i przeciwnym ładunku elektrycznym, oraz cząstkę alfa o masie około czterokrotnie większej od masy protonu. Powstało pytanie: w jaki sposób z cząstek tych powstaje struktura atomu?
W 1907 roku Rutherford został profesorem uni­wersytetu manchesterskiego. Tam przeprowadził serię eksperymentów z cząsteczkami alfa bombar­dującymi cienką folię metalową. Miał nadzieję odkryć w ten sposób wewnętrzną strukturę atomu. Stwierdził, że w centrum atomu znajduje się nie­wielki, lecz masywny obiekt o dużej gęstości - tak zwane jądro - zdolny odchylać tor lotu cząstek alfa. Jego asystentem był wtedy Duńczyk Niels Bohr (1885-1962), który w 1913 roku wykorzystał naj­nowszą teorię kwantową, tworząc model atomu. Zgodnie z nim elektrony krążą wokół małego, cięż­kiego jądra po stacjonarnych, dokładnie określo­nych orbitach.

Modele atomu
W tym wczesnym modelu atomu zakładano, że jądro zbudowane jest z dodatnio naładowanych protonów oraz pewnej liczby ujemnie nałado­wanych elektronów. Całkowita liczba elektronów w jądrze i na orbitach miała być równa liczbie pro­tonów, co gwarantowałoby elektryczną obojętność atomu. Zgodnie z tym modelem cząstka alfa skła­dać się miała z czterech protonów i dwóch elek­tronów - tak samo wyobrażano sobie jądro helu.
Kilkanaście lat później model ten został po­ważnie zmodyfikowany. W 1930 roku niemiecki fizyk Walther Bothe (1891-1957) obwieścił, że podczas bombardowania berylu cząstkami alfa zaobserwował nową cząstkę elementarną. Anglik James Chadwick (1891-1974) powtórzył to do­świadczenie i stwierdził, że nowo odkryta cząstka ma masę zbliżoną do masy protonu, jednakże jest pozbawiona ładunku elektrycznego. Dlatego nazwano ją neutronem. Niemiecki fizyk Werner Heisenberg (1901-1976) przedstawił wówczas model jądra złożonego z protonów i neutronów.

Zastosowania neutronu
Fizycy na całym świecie natychmiast zrozumieli, jak przydatny do opisu struktury jądra był neutron. Posiadał masę. a jako cząstka nie obdarzoną ładun­kiem elektrycznym mógł w przeciwieństwie do protonu czy cząstki alfa bez przeszkód zbliżyć się do jądra. We Włoszech w latach 1934-1936 Enrico Fermi (1901-1954) zdołał uzyskać izotopy radio­aktywne 37 znanych pierwiastków, właśnie dzię­ki bombardowaniu ich neutronami. Jądra atomów tych pierwiastków pochłaniały neutron, a nadwyżka energii była emitowana w postaci kwantu promie­niowania gamma. Fermi bombardował także uran. licząc na odkrycie nowego pierwiastka o wyższej liczbie atomowej.
Nad podobnymi zagadnieniami pracowali rów­nolegle w Berlinie Niemiec Otto Hahn (1879-1968 i Austriaczka Lise Meitner (1878-1968. W roku 1938 Meitner uciekła przed reżimem nazistowskim do Sztokholmu, a Hahn kontynuował badania wraz z Fritzem Strassmanem (1902-1980). W kilka miesięcy później, ku swemu ogromnemu zdziwie­niu odkryli, że bombardując uran neutronami otrzymuje się radioaktywny izotop baru. Meitner wysnuła wówczas teorię, że uran (liczba atomowa 92) ulega rozszczepieniu na bar (l.a. 56) oraz pier­wiastek o liczbie atomowej 43. który został na­zwany później technetem.
Rozszczepienie atomu
W ten sposób odkryto zjawisko rozszczepienia atomu, w którym oprócz dwóch jąder atomowych, powstawały trzy wolne neutrony. Naukowcy zrozu­mieli, że każdy z nich może spowodować rozpad innego jądra inicjując tzw. reakcję łańcuchową. A że przy rozszczepieniu każdego jądra uranu uzy­skiwano stosunkowo dużą (jak na skalę atomową), porcję energii, to wskutek tej reakcji w dużej masie można wyzwolić energię ogromną. Dość powie­dzieć, że rozszczepienie 1 grama uranu da energię równą sile wybuchu około 20 ton trotylu.
Był rok 1939. Zbliżała się II wojna światowa. Trzech węgierskich fizyków namówiło przebywa­jącego już wówczas w USA Alberta Einsteina, by przekonał prezydenta Roosvelta do przedsięwzię­cia wszystkich możliwych środków celem opa­nowania technologii jądrowej, zanim zdołają uczy­nić to Niemcy. Fermi, który musiał emigrować z faszystowskich Włoch, pracował już nad reakcją rozszczepienia na Uniwersytecie Columbia. W grudniu 1941 roku Japończycy uderzyli na USA. Wojna zakończyła się zniszczeniem 2 japońskich miast przez amerykańskie bomby atomowe.

Podobne prace

Do góry