Atomul, sarcini elementare, particule elementare

Introducere









Stim astazi ca toate corpurile pe care le observam in mediul inconjurator sunt combinatii diferite ale unor elemente. Astfel, substante ca apa si aerul,atat de indinspensabile oricarei vietati de pe planeta noastra, nu sunt “substante elementare”, cum s-a crezut multa vreme. Apa este o combinatie intre doua elemente, oxigenul si hidrogenul, iar aerul este un amestec de mai multe elemente, dintre care predominante sunt azotul si oxigenul. qd356q9487uddf

Elementul in conceptia moderna, contine doar un anumit fel de materie. Totul in mediul inconjurator aste alcatuit din elemente. Unele substante, cum sunt carbonul, fierul, aurul, sunt ele insele elemente. Alte substate sunt combinatii de elemente – de anumite combinatii sau compusi chimici . De exemplu, sarea de bucatarie este combinatia chimica intre sodiu si clor, iar zaharul, intre carbon, hidrogen si oxigen. Sunt substante care reprezinta amestecuri de elemente (de ex. aerul) sau amestecuri de compusi chimici (de ex. sarea in solutie apoasa – saramura – amestec al compusilor chimici sare si apa).

Inca din antichitate oamenii si-au pus intrebarea ce anume face ca un element sa se deosebeasca de altul. Pentru a raspunde la aceasta intrebare, trebuie sa se considere un alt aspect al structurii materiei.

Grecilor antici le datoram ideea de “atom”, care in viziunea lor insemnacea mai mica unitate nedivizibila din care se compun corprile materiale. Astazi, atomul nu mai este privit ca o unitate indivizibila, ci ca particula cea mai mica in care poate fi divizat un element si care pastreaza totusi proprietatile elementului. Se va vedea ca atomul unui element poate fi divizat si in parti mai mici (particule subatomice), dar aceste parti nu mai pastreaza proprietatile elementului. Atomii unui element determina caracteristicile acelui element; ei au anumite caracteristici comune, care-i deosebesc de atomii oricarui alt element.

Doi, trei sau mai multi atomi se pot grupa si legaturile dintre ei sunt atat de puternice incat este foarte dificil sa fie separati. O astfel de grupare stransa a atomilor reprezinta o molecula. Molecula este cea mai mica particula a unei substante capabila sa aiba o existenta stabila. Unele molecule sunt compuse din atomi ai aceluiasi element, dar cele mai multe molecule sunt formate din atomii a doua sau mai multe elemente. Substantele formate din astfel de molecule se numesc compusi chimici. De exemplu, apa este un compus chimic a carui molecula este formata din doi atomi de hidrogen si un atom de oxigen.

Moleculele a doi sau a mai multor compusi chimici se pot uni pentru a forma un amestec. Acesta poate fi format de asemenea dintr-o combinatie de compusi chimici si elemente pure, sau dintr-o combinatie de elemente pure.

Din cele mai de mai sus reiese ca elementele, moleculele, compusii chimci sau amestecurile sunt alcatuite din atomi.

Deci faptul ca elementele se deosebesc intre ele se datoreaza unei singure cauze: atomii din care ele sunt constituite difera intre ei.

A explora un atom inseamna a patrunde in lumea microparticulelor. In aceasta lume ciudata, multe din legile care guverneaza lumea macroscopica nu se mai aplica; pentru acest motiv, explorarea lumii atomului este o problema deosebit de dificila.







Atomul









O definitie foarte mult simplificata a atomului poate fi urmatoarea: o parte de materie (nu chiar cea mai mica, fiindca exista si particule elementare), compusa din electroni, protoni si neutroni; electronii se rotesc in jurul unui nucleu, care contine protoni si neutroni.

In mare, aceasta definire nu contine neadevaruri, dar este foarte departe de a fi completa. Intr-adevar, este unanim recunoscuta consitutia mai sus mentionata a atomului; exista si justificarea teoretica a realizarii unei astfel de constitutii.

Pentru a se explica fenomenele care fac posibila o asemenea structura vom considera exemplul celui mai simplu atom, atomul de hidrogen. Acesta are un nucleu incarcat electric pozitiv, compus dintr-un singur proton, iar in jurul nucleului se roteste un electron, incarcat negativ. Intrucat masa electronului este foarte mica in comparatie cu cea a protonului, se poate spune ca, practic, intreaga amsa a atomolui este concentrata in nucleu. Fiind cea mai mica masa de particula elementara cunoscuta cu certitudine in natura (cu exceptia celei a neutrinului, care este atat de neinsemnata incat se considera egala cu zero), masa electronului este folosita curent drept unitate de masa pentru particulele elementare. Astfel, protonul are masa egala cu 1836 me .

Din punct de vedere electric, electronul si protonul au sarcini egale in valoare absoluta: 1,60210 · 10-19 coulombi, ceea ce explica si caracterul neutru al atomului. Si sarcina electronului e este considerata drept unitate in fizica nucleara, fiind cea mai mica sarcina electrica cunoscuta (unele teorii moderne, insa, prevad si existenta unor particule cu sarcini electrice mai mici.

Urmarind istoricul acestei notiuni, in diversele etape ale descoperirii legate de structura materiei, se constata ca s-a incercat tot timpul sa se gaseasca diviziuni din ce in ce mai mici. Din aproape in aproape s-a descoperit o intreaga lume care populeaza profunzimile materiei: atomi, nuclee, particule elementare (electroni, protoni,neutroni, mezoni etc.)

Candva, atomul era considerat “caramida ultima”; apoi s-a constatat ca el are o structura complexa si ca daca i se inlatura toti electronii ramane “miezul” sau – nucleul. Dar s nucleul s-a putu sparge si au aparut nucleonii, alaturi de alte entitati pe care fizicienii le-au denumit particule elementare . Particulele elementare fac obiectul unui capitol de sine statator al fizicii, denumit fizica particulelor elementare, in care se studiaza proprietatile acestora, rolul lor in structura materiei, precum si legitatile ce la guverneaza existenta. Aceasta reprezinta o treapta determinata din ceea ce se numeste adeseori microcosmos.















Particulele elementare






Constatam ca intervin o serie de marimi, de caracterisitici, care stabilesc locul fiecarei particule in ierarhia subnucleara.

Cel mai usor se observa ca particulele sunt ordonate dupa mase si ca fiecare dintre cele patru grupari are componentii cuprinsi intr-un anumit interval de mase. Prin urmare, masa este una dintre caracteristici.

Sarcina electrica este o alta marime ce caracterizeaza particulele elementare. Se observa ca majoritatea particuleleor sunt incarcate fie pozitiv fie negativ, dar si ca aproape fiecare familie – multiplet de sarcina – are un component neutru. Sarcina electrica a electronului |e| se considera drept sarcina unitate si la ea se raporteaza toate celelalte. S-a dovedit ca sarcinile celorlalte particule incarcate sunt totdeauna un multiplu intreg, pozitiv sau negativ, al sarcinii e (mai este denumita si sarcina elementara).