بحث اتم

س از آگاهی از گسیل پرتو توسط مواد رادیواکتیو این سوال مطرح شد که این پرتوها چه هستند و ماهیت آنها چیست و قدرت نفوذ آنها در مواد مختلف تا چه اندازه است؟ برای پاسخگویی به پرسش های مطرح شده تحقیقات گسترده ای توسط پژوهشگران در کشورهای مختلف آغاز شد که نتیجه آن اطلاعاتی بود که بدست آمد. نتیجه تحقیقات نشان داد که پرتوهای گسیل شده در واقع از سه نوع پرتو با ویژگی های متفاوت تشکیل شده اند. یک نوع از پرتو ها به صورت ذره و دارای بار الکتریکی مثبت و جرمی چهار برابر جرم اتمی هیدروژن بود. بار مثبت این ذره دو برابر بار الکتریکی مثبت پروتون بود. این پرتو(و یا به طور صحیح تر ذره) را راترفورد ذره «آلفا» نامید. پرتو نوع دوم نیز با بارالکتریکی منفی و جرمی برابر جرم الکترون بود. راترفورد برای این پرتو(یا ذره) نام «بتا» را انتخاب کرد. سومین پرتو که جرم و بار الکتریکی نداشت و جنس آن از نوع پرتو ایکس بود «گاما» نامیده شد. آلفا،بتا و گاما سه حرف اول الفبای یونانی هستند. کشف پرتو ایکس (x) توسط رونتگن در سال1895 بسیاری از پژوهشگران را شیفته خود کرد به طوری که اوغات اغلب صرف پی بردن به ماهیت و خواص آن شد. از جمله بکرل فیزیکدان فرانسوی ضمن تحقیق در این مورد تصادفا با پدیده عجیب دیگری روبه رو شد که می توان گفت اساس کشف هسته اتم توسط راترفورد بود. بکرل در کشوی میز کار خود مقداری سنگ معدن اورانیم به نام پیچبلاند (که در آن زمان ماده تقربا بی ارزشی بود) که تحقیقاتی را پیرامون آنها شروع کرده بود. در همان کشو تعداد فیلم عکاسی تازه که در لفاف سیاه پیچیده شده بودند قرار داشت. این فیزیکدان یک روز به هنگام استفاده از یکی از فیلمها متوجه سیاه شدن غیر عادی فیلم عکاسی شد. با بررسی فیلمهای دیگر همین اثر بر روی آنها نیز مشاهده شد. چنین موضوعی سبب تعجب زیاد بکرل شد چون فیلمها در جعبه های کاملا مسدود و به دور از هر گونه منبع نوری بود. در پی پژوهشهای زیادی که بکرل برای یافتن علت سیاه شدن فیلمها انجام داد بالاخره دریافت که دلیل آن وجود پرتوهای نافذ نامریی است که از سنک معدن اورانیم گسیل می شوند. تا آن زمان وجود این پرتوها ناشناخته مانده بود چون هیچ یک از حواس پنجگانه بشر در حالت عادی قادر به احساس یا درک آنها نبود. پس از این واقعه و پی بردن به گسیل پرتو هایی از سنگ معدن اورانیم خانم ماری کوری فیزیکدان لهستانی نشان داد که این پرتوها صرفا از اتم اورانیم گسیل می شوند و هر ترکیب دیگری که از اورانیم تهیه میشود نیز قادر به گسیل این پرتوهاست. ماری کوری پدیده گسیل پرتو توسط اتم را « رادیواکتیویته » نامید. خستین عنصر رادیواکتیوی که کشف شد اورانیم بود. آزمایشهای مختلف بر روی مواد رادیو اکتیو نشان داد که تغییر شرایط فیزیکی و یا شیمیایی هیچ گونه تغییری در کیفیت یا کمیت این پدیده ایجاد نمی کند. ماری کوری در خلال آزمایشهایش متوجه شد که به جز اورانیم ممکن است عناصر رادیواکتیو دیگری نیز در سنگ معدن اورانیم باشد به همین دلیل بااستفاده از روشهای شیمیایی تلاش زیادی را برای جدا سازی عنصر احتمالی از سنگ معدن اورانیم آغاز کرد و سرانجام در سال 1898 توانست عنصر رادیواکتیویته جدیدی را که بعدا معلوم شد دارای عدد اتمی 88 است کشف کند. وی این عنصر را که قدرت رادیواکتیویته آن میلیون ها بار از اورانیم بیشتر بود « رادیوم » نام نهاد و پس از آن عنصر رادیواکتیو دیگری کشف کرد که به افتخار کشور اصلی اش لهستان نام آن را « پولونیم » گذاشت. متعاقب کشف این عناصر، عناصر رادیواکتیو دیگری توسط دیگر پژوهشگران کشف شد. یکی از آرزوهای همیشگی بشر این بوده است که بتواند ماده ای را به ماده دیگر تبدیل کند. تلاش کیمیا گران در قرن وسطی نیز برای تحقیق چنین آرزویی بود و بسیاری از آنان عمر خود را صرف تحقیق برای تبدیل فلزاتی مثل مس و سرب به طلا کردند که نوزدهم کشف پدیده ای به « رادیواکتیویته » دربرخی از عناصر طبیعی نشان داد که چگونه در طبیعت و نه در کوره های شعله ور تا حدودی رویای کیمیاگران به واقعیت نزدیک می شود. با کشف نوترون با تکیه به چهار ذره بنیادی الکترون، پروتون، نوترون و فوتون (ذره وابسته به امواج الکترو مغناطیس) تصور می شد که ماده تنها از این چهار ذره تشکیل شده است. ولی وقوع برخی پدیده ها در آزمایش های فیزیکی و نقص بعضی از اصول فیزیک ( مثل اصول بقایای انرژی ) در این آزمایشها موجب شد فرضیه های جدید تری در مورد طذرات بنیادی ارائه شود که از میان می توان به فرضیه وجود ذره ای به نام « نوترینو » اشاره نمود. در پدیده گسیل پرتوی هسته ای بتا ( که در مبحث رادیواکتیویته به آن خواهیم پرداخت) دانشمندان متوجه نقض اصل بقای انرزی که یکی از اصول بنیادی فیزیک است شدند. چنین به نظر می رسد که در توجیه و تفسیر گسیل پرتو بتا ( یا ذره بتا ) باید اشتباهی رخ داده باشد. تحقیقات نظری در این مورد منجر به ارائه فرضیه ی نوترینو شد. به این ترتیب که به هنگام گسیل ذره بتا ذره دیگری که ایتالیایی ها آن را نوترینو ( ذره کوچک خنثی) نام داده بودند نیز همواره گسیل می شوند. آزمایش های متعددی که بعدا ترتیب داده شد وجود ذره نوترینو را اثبات نمود. این ذره بار الکتریکی ندارد و دارای جرمی به مراتب کمتر از جرم الکترون است. در مباحث قبلی گفته شد که هسته از ذرات بدون بار نوترون و ذرات مثبت پروتون تشکیل شده است. می دانیم که بارهای هم نام همدیگر را دفع می کنند پس ذرات مثبت پروتون در هسته نیز باید همدیگر را دفع کنند ولی می بینیم که پروتونها و نوترونها در هسته خیلی محکم به هم چسبیده اند و نیروی دافعه الکترونیکی بین پروتونها هم قادر جدا سازی آنها از یکدیگر نیست. پس چه عاملی باعث چسبندگی آنها به یکدیگر می شوند؟ برای توجیه عامل چسبندگی ذرات درون هسته که نیروی هسته ای خوانده می شود و خیلی قوی تر از نیروی دافعه الکتریکی بین پروتونهاست یوکاوا دانشمند ژِاپنی در سال 1935 نظریه ای کاملا ریاضی ارائه داد. بر اساس این نظریه در هسته ذراتی وجود دارند که نیروی هسته ای لازم را پدید می آورند. طبق این نظریه جرم ذره جدید می بایست حد وسط جرم الکترون و جرم پروتون باشد از این رو این ذره به نام « مزون » یعنی حد وسط یا میانه خوانده شد. دو سال بعد چنین ذره ای را آندرس فیزیکدان آمریکایی در پرتوهای کیهانی مشاهده کرد و نتیجه ی آزمایش هایش نشان داد که جرم آن در حدود 200 برابر جرم الکترون است. ده سال بعد یک فیزیکدان انگلیسی به نام پاول نشان داد که در واقع دو نوع مزون به نام های مزون- p (معروف به پایون) و مزون- M (معروف به مئون) وجود دارد. مزونها می توانند بار مثبت و منفی داشته باشند. پایون خنثی نیز وجود دارد. بعد از کشف مزونهای گفته شده ذرات دیگری نیز در پرتو کیهانی کشف شد ذراتی مانند مزون- K و یا گروه دیگری از ذرات معروف به « هیپرون » ها با جرمی بیش از پروتون. حقیقات مربوط به ساختمان درونی اتم که با کشف الکترون در اواخر قرن نوزدهم شروع شده بود و حدود نیم قرن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود با کشف ذرات جدید وارد دنیای دیگری به نام « ذرات بنیادی » شد که به این ذرات اشاره مختصری می کنیم. ذرات بنیادی اصولا به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند. دسته ی اول به نام « لپتون » ها (به معنای ذره کوچک با جرم خیلی کم و گاه بدون جرم) خواندهمی شوند که شامل نوترینو، پادنوترینو (ضد نوترینو)الکترون مئون و تصاویر آینه ای آنها فوتون و گراویتون (ذره وابسته به میدان گرانشی) می باشند. گرچه لپتونها نقش مهمی در طبیعت ماده دارند ولی تحت تاثیر گروهی دیگر از ذرات که مسوول جرم و نوع ماده در طبیعت هستند قرار دارند. این گروه ذرات به نام « باریون » ها (یعنی ذرات سنگین) و مزون ها ( یعنی ذرات متوسط) خوانده می شوند. در گروه باریون ها 18 ذره در گروه مزون ها 17 ذره وجود دارد. البته 18 ذره ی پاد باریون (ضد باریون) دنیز وجود دارد. در سالهای اخیر نظریه ای ارائه شده است که ئبر اساس آن بسیاری از ذراتی که ذکر شدند خود از ترکیبی از سه ذره ی بنیادی تر به نام « کوارک » ها و ضد آنها یعنی پادکوارکها تشکیل شده اند. تحقیقات در مورد ذرات بنیادی همچنان ادامه دارد و هم اکنون دانشمندان زیادی در آزمایش های عظیم با هزینه های سرسام آور به امید آنکه پرده از اسرار طبیعت ماده بردارند مشغول تحقیق هستند. |+| نوشته شده در یکشنبه بیست و ششم فروردین 1386ساعت 3:9 توسط میثم انصافی | نظر بدهید نوترون در خلال سال های دهه ی 1920 تعدادی از محققان از جمله هارکین در آمریکا میسون در استرالیا وراترفورد و دستیارش جیمز چادویک در انگلستان بطور جدی امکان وجود یک ذره ی بدونبار در طبیعت( مثلا در اتم ) را که می توانست از ترکیب یک پروتون مثبت و یک الکترون منفی به وجود آید بررسی می کردند. این محققان می کوشیدند با نزدیک کردن یک بار مثبت( پروتون ) و یک بار منفی( الکترون ) به یک دیگر ذره ای بدون بار به وجود آوردند. تلاش آنها در هر حال به نتیجه نرسید و قادر به ایجاد چنین ذره ای نشدند تا این که در سال 1932 جیمز چادویک در حین انجام آزمایشهایی با یکی از پرتوهای هسته ای به نام پرتو آلفا به وجود ذره ای بدون بار در هسته اتم پی برد که به آن نام« نوترون » ( یعنی خنثی و بدون بار ) داده شد. ذره جدیدی که توسط چادویک کشف شد نه تنها در تاریخ علوم اتمی بلکه در سرنوشت ملتها نقس فوق العاده غیر منتظره ای ایفا نمود و کشف آن در واقع سرآغاز عصر انرژی هسته ای شد. با کشف نوترون بسیاری از ابهامات در مورد ساختمان هسته و جرم اتمی عناصر برطرف شد و از اتم تصویری پیچیده تر در عین حال کامل تر از آنچه که تا اواخر قرن نوزدهم تصور می شد به دست آمد. آزمایش های مختلف نشان داد که جرم نوترون در حدود جرم پروتون است و هسته هر اتم از پروتونها و نوترونها تشکیل شده است. بطور خلاصه هر اتم دارای قسمتی مرکزی به نام هسته است که از ذرات پروتون و نوترون تشکیل شده است و در مدارهای معینی در اطراف آن تعدادی الکترون در حال چرخش اند. در حالت عادی تعداد پروتونها و الکترونها با هم برابرند بطوری که اتم از نظر الکتریکی خنثی است. فقط هسته هیدروژن معمولی دارای نوترون می باشد ذرات الکترون و پروتون و نوترون را که تشکیل دهنده اتم هستند« ذرات بنیادی » می نامند. |+| نوشته شده در جمعه بیست و پنجم اسفند 1385ساعت 3:37 توسط میثم انصافی | 2 نظر پروتون در اواخر قرن نوزدهم دانشمندی فرانسوی به نام بکرل موفق به کشف پدیده ای به نام رادیواکتیویته شد. بر اساس این کشف عناصر دارای خاصیت رادیواکتیویته از خود پرتوهایی نامریی گسیل می داشتتند. ماهیت این پرتوها و منشا آنها در آن زمان بر هیچ کس معلوم نبود. نکته مهم در مورد این پدیده این بود که بعضی از عناصر خاص قادر به گسیل پرتو هستند. کشف چنین پدیده ای سوالات متعددی را بر انگیخت: این پرتوها چه هستند و از کجا می آیند؟ طبیعت عنصر رادیواکتیو چیست؟ چرا فقط برخی از عناصر و نه همه عناصر چنین خاصیتی دارند؟ برای یافتن پاسخ دانشمندان زیادی سال های متمادی را به تحقیق و آزمایش در این مورد پرداختند. راترفورد نیز در دانشگاه کمبریج انگلستان دار این زمینه مشغول به تحقیق بود و سرانجام به نتیجه ای رسید که برای همگان غیر قابل تصور بود. ارنست راترفورد که تحصیلات خود را در زالاندنو به پایان رسانده بود در سال 1895 به انگلستان آمد و به عنوان اولین دانشجو خارجی تامسون تحت نظر وی در دانشگاه کمبریج مشغول به کار شد. وی ضمن آزمایش های متعددی که با استفاده از پرتو گسیل شده از ماده رادیواکتیو انجام داد به این نتیجه رسید که تصویر یا مدل پیشنهادی تامسون برای ساختمان اتم نمی تواند جوابگوی نتایج این آزمایش ها باشد. نتیجه آزمایش های وی را متقاعد کرد که بار مثبت اتم آن گونه که تامسون تصور کرده بود در تمامی اتم پراکنده نیست بلکه در ناحیه ی مرکزی اتم متمرکز شده است و الکترون ها در اطراف آن در حال چرخش هستند و فضای بین بار مثبت( در مرکز ) و الکترون ها( در اطراف ) نیز کاملا تهی است. وی قسمت مرکزی اتم را که تمامی بار مثبت را در بر می گیرد« هسته » نامید. بر این اساس راترفورد در سال 1911 مدل تازه ای از اتم پیشنهاد کرد و بر مدل اتمی استادش تامسون خط بطلان کشید. در مدل اتمی راترفورد تقریبا جرم تمام اتم در هسته متمرکز شده است و الکترن ها با با منفی و جرم بسیار کم در اطراف آن در گردش اند. تعداد الکترون ها در اتم به اندازه تعداد بار مثبتی است که در هسته وجود دارد بنابراین اتم از نظر الکتریکی خنثی است. با پذیرفته شدن مدل اتمی راترفورد توسط دیگر دانشمندان تلاشی گسترده بزای کسب اطلاعات بیشتر از اتم و هسته آن آغاز شد. اندازه گیریهای متعدد نشان داد که شعاع هسته به مراتب از شعاع اتم کوچکتر است. بطور نمونه شعاع اتم در حدود یک صد میلیونیم سانتیمتر است در حالی که شعاع هسته بطور متوسط صد هزار مرتبه کوچکتر از آن بدست آمد. مدل اتمی راترفورد که جوابگوی بسیاری از آزمایش ها بود سبب برانگیختن کنجکاوی بیشتری نسبت به هسته اتم شد. گفتیم که اتم از نظر بار الکتریکی خنثی است یعنی بار مثبت هسته با بار منفی الکترونهای اطراف آن برابر است پس لازم می آید که بار مثبت هسته مضرب صحیحی از یک« واحد » باشد که این « واحد » از نظر مقدار با بار الکتریکی منفی الکترون برابر و از نظر علامت مخالف آن یعنی مثبت باشد. در آن زمان بر همگان مسلم شده بود که اتم هیدروژن فقط دارای یک الکترون است پس هسته ی آن باید دارای یک بار مثبت باشد. همچنین بررسی عناصر مختلف در جدول تناوبی نشان داد که بار هسته ی عناصر مجاور هم در این جدول فقط به اندازه یک واحد( معادل بار مثبت هسته اتم هیدروژن ) با هم اختلاف دارند. بنابراین واحد بار مثبت در هسته پروتون نامیده شد. راترفورد اظهار داشت که هسته اتم از پروتون ها تشکیل شده است. همچنین مقدار بار مثبت هر پروتون برابر با مقدار بار منفی یک الکترون است و چون ات هیدروژن فقط یک الکترون دارد پس در هسته آن نیز فقط یک پروتون می تواند وجود داشته باشد تامسون قبلا جرم الکترون را برابر 1840/1 جرم اتم هیدروژن به دست آورده بود و از آنجا که جرم تمام اتم در هسته آن متمرکز است و هسته هیدروژن نیز فقط یک پروتون دارد پس جرم الکترون 1840/1 جرم یک پروتون است. مدل اتمی راترفورد اگر چه امروز تغییراتی کرده است ولی اصول آن همچنان معتبر و پابر جاست. در سال 1913 دانشمند دانمارکی به نام نیلز بور که در آزمایشگاه راترفورد در منچستر کار می کرد برای توجیه برخی از پدیده های فیزیکی که مدل اتمی راترفورد از حل آن عاجز بود مدلی ارائه کرد که بر اساس آن الکترون ها همگی در یک مدار قرار ندارند بلکه در چند مدار معین در اطراف هسته در حال گردش اند. وی همچنین بیان کرد که در هر مدار تعداد معینی الکترون وجود دارد. |+| نوشته شده در پنجشنبه هفدهم اسفند 1385ساعت 2:15 توسط میثم انصافی | یک نظر الکترون در نیمه دوم قرن نوزدهم دانشمندان آزمایشهای زیادی را در ارتباط با پرتو کاتدی انجام می دادند که با استفاده از لوله ی تخلیه شده ای حاوی مقداری گاز انجام می گرفت. یکی از این دانشمندان به نام تامسون ضمن بررسی این پرتو و تلاش برای کشف ماهیت آن متوجه شد که این پرتو که در میدان الکتریکی منحرف می شود دارای بار الکتریکی منفی است. تامسون در سال 1856در انگلستان به دنیا آمد. ابتدا بنا به میل پدرش که کتابفروش بود می خواست مهندس شود ولی به دلیل عدم امکانات مالی بعد از به پایان رسیدن دوره دبیرستان وارد دانشگاه فعلی منچستر در انگلستان شد و در نوزده سالگی با استفاده از بورس تحصیلی به دانشگاه کمبریج راه یافت و در سن27سالگی استاد فیزیک تجربی آن دانشگاه شد. آزمایشهایی زیادی که تامسون در مورد ماهیت پرتو کاتدی انجام داد وی را کاملا متقاعد کرد که این پرتو در واقع چیزی جز ذرات بسیار ریزی نیست که از درون اتم های گاز درون لوله کاتدی خارج می شوند. وی این ذرات را که با الکتریکی منفی داشتند « الکترون » نامید . او در همین آزمایش ها به وجود ذرات مثبتی که جرم آنها تقریبا برابر جرم اتم گاز به کار رفته در لوله کاتدی بود پی برد. تامسون این ذرات مثبت را یون نامید و چنین نتیجه گرفت که اتم از بارالکتریکی خنثی( بدون بار) است از کره ای با بار الکتریکی مثبت( الکترونها ) مثل دانه های کشمش درون یک کیک را در سال 1893 به انستیتوی سلطنتی اعلام کرد و ثابت نمود که اتم می تواند به الکترونهای منفی و یون مثبت تقسیم شود. وی با این کشف به تصویری که نزدیک به 2000 سال در مورد اتم به عنوان کوچکترین ذره غیر قابل تقسیم در ذهن بشر جا گرفته بود پایان داد. با کشف الکترون توسط تامسون پنجره ای به سوی دنیای جدید- دنیای فیزیک اتمی - گشوده شد. تامسون در سال 1906 موفق به گرفتن جایزه نوبل در فیزیک شد و تا زمانی که در قید حیات بود( 1940 ) هفت نفر از شاگردانش موفق به گرفتن این جایزه شده اند   
نویسنده : raper ; ساعت ۱۱:۱٢ ‎ق.ظ روز جمعه ۱۸ آبان ،۱۳۸٦