प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहाँ हैं? परमाणुओं की संरचना - पदार्थ के प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन

आइए बात करते हैं कि प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन कैसे खोजें। एक परमाणु में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं, और प्रत्येक का अपना प्राथमिक आवेश, द्रव्यमान होता है।

नाभिक की संरचना

यह समझने के लिए कि प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए, कल्पना करें कि यह परमाणु का मुख्य भाग है। नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं जिन्हें न्यूक्लियॉन कहा जाता है। नाभिक के अंदर, ये कण एक दूसरे में प्रवेश कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, इसमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को खोजने के लिए इसका क्रमांक जानना आवश्यक है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि यह वह तत्व है जो आवर्त सारणी का प्रमुख है, तो इसके नाभिक में एक प्रोटॉन होता है।

एक परमाणु नाभिक का व्यास एक परमाणु के कुल आकार का दस हजारवां हिस्सा होता है। इसमें संपूर्ण परमाणु का बड़ा भाग शामिल होता है। नाभिक का द्रव्यमान परमाणु में मौजूद सभी इलेक्ट्रॉनों के योग से हजारों गुना अधिक है।

कण लक्षण वर्णन

इस बात पर विचार करें कि किसी परमाणु में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों को कैसे खोजा जाए और उनकी विशेषताओं के बारे में जानें। प्रोटॉन वह है जो हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक से मेल खाता है। इसका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन से 1836 गुना अधिक है। किसी दिए गए क्रॉस सेक्शन वाले कंडक्टर से गुजरने वाली बिजली की इकाई निर्धारित करने के लिए, विद्युत चार्ज का उपयोग करें।

प्रत्येक परमाणु के नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन होते हैं। यह एक स्थिर मान है, रसायन की विशेषता बताता है और भौतिक गुणयह तत्व.

कार्बन परमाणु में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन कैसे खोजें? इस रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या 6 है, इसलिए इसके नाभिक में छह प्रोटॉन होते हैं। ग्रहीय प्रणाली के अनुसार, छह इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं। कार्बन के मान (12) से न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करने के लिए प्रोटॉन (6) की संख्या घटाएँ, हमें छह न्यूट्रॉन मिलते हैं।

एक लौह परमाणु के लिए, प्रोटॉन की संख्या 26 से मेल खाती है, यानी, इस तत्व की आवर्त सारणी में 26 वां क्रमांक है।

न्यूट्रॉन एक विद्युत रूप से तटस्थ कण है, जो मुक्त अवस्था में अस्थिर होता है। एक न्यूट्रॉन एक एंटीन्यूट्रिनो और एक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हुए, स्वतः ही सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन में परिवर्तित होने में सक्षम है। मध्य कालइसका आधा जीवन 12 मिनट है। द्रव्यमान संख्या एक परमाणु के नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग है। आइए यह जानने का प्रयास करें कि आयन में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन कैसे खोजें? यदि कोई परमाणु किसी अन्य तत्व के साथ रासायनिक संपर्क के दौरान सकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त कर लेता है, तो उसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या नहीं बदलती है, केवल इलेक्ट्रॉन छोटे हो जाते हैं।

निष्कर्ष

परमाणु की संरचना के संबंध में कई सिद्धांत थे, लेकिन उनमें से कोई भी व्यवहार्य नहीं था। रदरफोर्ड द्वारा बनाए गए संस्करण से पहले, नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के स्थान के साथ-साथ गोलाकार कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के घूमने का कोई विस्तृत विवरण नहीं था। परमाणु की ग्रहीय संरचना के सिद्धांत के प्रकट होने के बाद, शोधकर्ताओं के पास न केवल परमाणु में प्राथमिक कणों की संख्या निर्धारित करने का अवसर था, बल्कि भौतिक और भविष्यवाणी करने का भी अवसर था। रासायनिक गुणविशिष्ट रासायनिक तत्व.

प्रोटोन और न्यूट्रॉन

हमारे आस-पास की सभी वस्तुएँ अणुओं से बनी हैं, जो बदले में, परमाणुओं से बनी हैं सबसे छोटे कण रासायनिक तत्व. अपने अत्यंत छोटे आकार के बावजूद, परमाणु बहुत जटिल संरचनाएँ हैं, जिनमें एक केंद्रीय भारी कोर और इलेक्ट्रॉनों का एक हल्का आवरण शामिल है, जिनकी संख्या आमतौर पर मेंडेलीव में तत्व के परमाणु क्रमांक के बराबर होती है। आवधिक प्रणाली. परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है। इसकी संरचना भी बहुत जटिल है. मुख्य "ईंटें" जिनसे नाभिक का निर्माण होता है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं।
प्रोटॉन हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक है, सबसे हल्का रासायनिक तत्व, जो डी. आई. मेंडेलीव की तालिका में पहले स्थान पर है और इसके अनुसार, इलेक्ट्रॉन खोल में केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है। यदि आप एक हाइड्रोजन परमाणु को आयनित करते हैं, अर्थात उसके एकमात्र इलेक्ट्रॉन को हटा देते हैं, तो एक नाभिक रह जाएगा, जिसे एक शेल की कमी के कारण "नग्न" नाभिक कहा जा सकता है और जो केवल एक प्रोटॉन होगा (ग्रीक से) शब्द "प्रोटोज़" - पहला)।
प्रोटॉन एक धनावेशित कण है और इसका आवेश परिमाण में एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बिल्कुल बराबर होता है। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.6-10 -24 ग्राम के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसका मतलब यह है कि एक हजार मिलियन प्रोटॉन का द्रव्यमान एक मिलीग्राम के सौ मिलियनवें हिस्से से 10 हजार गुना कम है। और फिर भी यह "प्राथमिक" कण "भारी" की श्रेणी में आता है, क्योंकि इसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836.6 गुना अधिक है। प्रोटॉन के आयाम भी बहुत छोटे हैं: इसका व्यास परमाणु के व्यास से 100 हजार गुना छोटा है, जो एक सेंटीमीटर का लगभग सौ मिलियनवां हिस्सा है। परिणामस्वरूप, प्रोटॉन के पदार्थ का घनत्व, उसके नगण्य द्रव्यमान के बावजूद, बहुत अधिक है। यदि 1 मिलीमीटर के किनारे वाले एक घन को इन कणों से भरा जा सकता है ताकि वे पूरी तरह से एक दूसरे को छूते हुए, पूरी मात्रा पर कब्जा कर लें, तो ऐसे घन का वजन 120 हजार टन होगा! बेशक, हकीकत में ऐसा कोई प्रयोग नहीं किया जा सकता। प्रोटॉन, समान रूप से आवेशित कण होने के कारण, एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, और उन्हें करीब लाने के लिए भारी बलों की आवश्यकता होती है। हालाँकि, ऐसे तारे हैं जिन पर स्थितियाँ मौजूद हैं जो प्रोटॉन के एक दूसरे के अपेक्षाकृत करीब आने के लिए अनुकूल हैं। ये तारे (उदाहरण के लिए, तारामंडल मीन राशि में तारा वान - मानेन) पदार्थ के अत्यंत उच्च घनत्व द्वारा प्रतिष्ठित हैं, हालांकि, निश्चित रूप से, यह उस मामले की तुलना में लाखों गुना कम है जिसे हमने केवल एक घन के रूप में माना है प्रोटोन.
यह तथ्य कि प्रोटॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं, 1919 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी रदरफोर्ड द्वारा किए गए प्रयोगों के परिणामस्वरूप साबित हुआ था। इन प्रयोगों में, उन्होंने रेडियम सी के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान बनने वाले तेज अल्फा कणों (यानी, हीलियम परमाणुओं के नाभिक) की एक धारा का उपयोग किया। जब अल्फा कणों के साथ नाइट्रोजन नाभिक पर बमबारी की गई, तो यह पाया गया कि बाद वाले ने किसी प्रकार का तेज उत्सर्जन किया विपरीत दिशा में धीमे कणों के एक साथ प्रस्थान के साथ भारी कण। क्लाउड चैंबर में इस घटना का अध्ययन करने पर पाया गया कि तेज़ कण प्रोटॉन हैं, और धीमे कण ऑक्सीजन नाभिक हैं। यह पता चला कि नाइट्रोजन नाभिक, एक अल्फा कण को ​​पकड़कर, एक प्रोटॉन के उत्सर्जन के साथ ऑक्सीजन नाभिक में बदल जाता है। अन्य तत्वों के परमाणुओं के नाभिकों पर अल्फा कणों की बमबारी से इन नाभिकों में भी प्रोटॉन की उपस्थिति की पुष्टि हुई।
हालाँकि, नाभिक (हाइड्रोजन नाभिक के अपवाद के साथ) में केवल प्रोटॉन शामिल नहीं हो सकते। दरअसल, हीलियम परमाणु का नाभिक, जो डी. आई. मेंडेलीव की तालिका में दूसरे स्थान पर है, का चार्ज दो प्रोटॉन के चार्ज के बराबर है, और इसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से चार गुना अधिक है। इसी प्रकार, एक ऑक्सीजन नाभिक का आवेश एक प्रोटॉन के आठ आवेशों के बराबर होता है, और इस नाभिक का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का सोलह गुना होता है। इस विसंगति का स्पष्टीकरण एक नए "प्राथमिक" कण - तथाकथित न्यूट्रॉन की खोज के बाद मिला।
1930 में, वैज्ञानिकों ने पाया कि जब अल्फा कण कुछ तत्वों (बेरिलियम, बोरान और अन्य) पर बमबारी करते हैं, तो अनावेशित कणों से विकिरण प्रकट होता है, जो सीसे की अपेक्षाकृत मोटी परत (5 सेंटीमीटर तक) में प्रवेश करने में सक्षम होता है। 1931 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी आइरीन और फ्रेडरिक जूलियट-क्यूरी ने पता लगाया कि यदि इस विकिरण के मार्ग में कोई पदार्थ रखा जाता है, तो उसके अणुओं में बड़ी संख्याहाइड्रोजन परमाणु (उदाहरण के लिए, पैराफिन), फिर उसमें से प्रोटॉन उड़ने लगते हैं।
यह माना जा सकता है कि नए खोजे गए विकिरण में फोटॉन शामिल हैं। हालाँकि, पैराफिन से प्रोटॉन को बाहर निकालने में सक्षम होने के लिए, इन फोटॉनों में लगभग 50 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा होनी चाहिए। बाद के मामले में, वे प्रयोग में देखी गई तुलना में सीसे की बहुत बड़ी मोटाई में प्रवेश करेंगे (एक फोटॉन को 5 सेंटीमीटर सीसे से गुजरने के लिए, केवल 5 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा की आवश्यकता होती है)। जो विरोधाभास उत्पन्न हुआ वह अंग्रेजी वैज्ञानिक चैडविक के काम के परिणामस्वरूप हल हो गया। उन्होंने दिखाया कि पैराफिन से उत्सर्जित प्रोटॉन, साथ ही अज्ञात विकिरण के प्रभाव में अन्य परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित नाभिक, ऐसे चलते हैं मानो वे किसी फोटॉन द्वारा नहीं, बल्कि एक भारी कण द्वारा गिराए गए हों, जिसका द्रव्यमान लगभग एक के द्रव्यमान के बराबर है। प्रोटोन. इस प्रकार, कई भौतिकविदों के प्रयासों से, एक अनावेशित भारी कण, न्यूट्रॉन का अस्तित्व स्थापित हुआ। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1839 गुना है, लेकिन प्रोटॉन (और इलेक्ट्रॉन) के विपरीत, इसका चार्ज है शून्य. इसीलिए न्यूट्रॉन में सीसे की मोटी परतों को भेदने की क्षमता होती है।
एक अनावेशित कण आवेशित कणों (इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों) से प्रतिकर्षण या आकर्षण का अनुभव किए बिना और परमाणुओं को आयनित करने के लिए विद्युत बलों की कार्रवाई पर काबू पाने के लिए अपनी ऊर्जा बर्बाद किए बिना परमाणु के अंदर जा सकता है। इसलिए, किसी भी पदार्थ में, अन्य चीजें समान होने पर, न्यूट्रॉन का पथ, उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन से अधिक लंबा होता है। न्यूट्रॉन की आयनीकरण उत्पन्न करने में असमर्थता के कारण, इस पर ध्यान देना बहुत मुश्किल है, जो इस कण की अपेक्षाकृत देर से खोज का कारण था।
न्यूट्रॉन की खोज से यह समझना संभव हो गया कि परमाणु नाभिक का भार उनमें मौजूद प्रोटॉन के भार से अधिक क्यों होता है। सोवियत वैज्ञानिक डी. डी. इवानेंको और ई. डी. गैपॉन ने नाभिक की प्रोटॉन-न्यूट्रॉन संरचना का विचार सामने रखा, जिसे अब आम तौर पर स्वीकार कर लिया गया है। इस दृष्टिकोण के अनुसार, दो प्रोटॉन के अलावा, एक हीलियम नाभिक में दो और न्यूट्रॉन होते हैं, और इसलिए इसका आवेश दो होता है, और इसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का चार गुना (या लगभग एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर) होता है। . इसी प्रकार अन्य नाभिकों में प्रोटॉन के अतिरिक्त न्यूट्रॉन भी होते हैं। परमाणु विखंडन में, उदाहरण के लिए, एक तेज़ अल्फा कण के नाभिक से टकराने के कारण, न्यूट्रॉन उत्सर्जित हो सकते हैं। यह प्रक्रिया उत्तरार्द्ध के अस्तित्व के पहले संकेत के रूप में कार्य करती है।
बिना आवेश वाला न्यूट्रॉन न केवल परमाणु में, बल्कि नाभिक में भी आसानी से प्रवेश कर सकता है। कई मामलों में भारी नाभिक में न्यूट्रॉन के प्रवेश से भारी नाभिक नष्ट हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप हल्के नाभिक बनते हैं और बहुत महत्वपूर्ण मात्रा में इंट्रान्यूक्लियर ऊर्जा निकलती है। न्यूट्रॉन के परमाणु विखंडन उत्पन्न करने के गुण का उपयोग परमाणु (यह कहना अधिक सही होगा - परमाणु) ऊर्जा प्राप्त करने के लिए किया जाता है।
न्यूट्रॉन की बड़ी भेदन शक्ति, नाभिक को नष्ट करने की क्षमता के साथ, जीवित प्राणियों पर उनके खतरनाक प्रभाव को निर्धारित करती है। एक पर्याप्त शक्तिशाली न्यूट्रॉन प्रवाह, शरीर के आंतरिक भागों में प्रवेश करके, नाभिक से तेजी से प्रोटॉन और अन्य आवेशित कणों को बाहर निकालता है, जो अपने रास्ते में आने वाले जटिल कार्बनिक अणुओं के परमाणुओं को आयनित करके, बाद के अपघटन में योगदान करते हैं और जिससे किसी पौधे या जानवर का जीवन बाधित हो जाता है। हालाँकि, न्यूट्रॉन के विनाशकारी गुणों का उपयोग लोगों के लाभ के लिए किया जा सकता है। आखिरकार, इन कणों की मदद से ही वैज्ञानिकों ने इंट्रान्यूक्लियर ऊर्जा के पहले दुर्गम प्राकृतिक भंडारों की खोज की: नाभिक को तोड़कर, न्यूट्रॉन इस ऊर्जा को छोड़ते हैं, जिसका उपयोग हम पहले से ही सोवियत संघ में शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए करते हैं। इसके अलावा, न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी के बाद, कुछ रासायनिक तत्व कृत्रिम रेडियोधर्मी पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं, जो चिकित्सा में, टैग किए गए परमाणुओं की विधि द्वारा जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि का अध्ययन करने में, प्रौद्योगिकी आदि में अधिक से अधिक व्यापक होते जा रहे हैं।
वर्तमान में, परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में विभिन्न अनुसंधानों के लिए आवश्यक न्यूट्रॉन प्राप्त करने के कई तरीके हैं व्यावहारिक अनुप्रयोगों. इन विधियों में सबसे पुराना तथाकथित रेडियम-बेरिलियम स्रोत का निर्माण है। एक कांच या धातु के बर्तन में बेरिलियम पाउडर को कुछ रेडियम नमक (उदाहरण के लिए, रेडियम ब्रोमाइड) के साथ मिलाकर भरा जाता है। रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, अल्फा कण रेडियम नाभिक से बाहर निकलते हैं, जो बेरिलियम नाभिक के साथ बातचीत करके, उनसे न्यूट्रॉन को बाहर निकालते हैं। उत्तरार्द्ध, उनकी उच्च मर्मज्ञ क्षमता के कारण, जहाज की दीवारों से स्वतंत्र रूप से गुजरते हैं।
विशेष उपकरणों के आविष्कार के बाद - त्वरक (साइक्लोट्रॉन, फासोट्रॉन, सिन्क्रोफासोट्रॉन और अन्य), जो आवेशित कणों को उच्च ऊर्जा प्रदान करते हैं, कृत्रिम रूप से न्यूट्रॉन प्राप्त करना संभव हो गया। ऐसा करने के लिए, साइक्लोट्रॉन या अन्य समान मशीन, जैसे ड्यूटेरॉन (भारी हाइड्रोजन नाभिक) में त्वरित किए गए आवेशित भारी कणों की एक किरण को एक निश्चित पदार्थ (उदाहरण के लिए, लिथियम) से बने लक्ष्य की ओर निर्देशित किया जाता है। परिणामस्वरूप, लक्ष्य परमाणुओं के नाभिक से न्यूट्रॉन बाहर निकल जाते हैं। लक्ष्य पर बमबारी करने वाले "गोले" की ऊर्जा को बदलकर, विभिन्न ऊर्जाओं के न्यूट्रॉन प्राप्त करना संभव है।
भारी अनावेशित कणों का एक अन्य शक्तिशाली स्रोत परमाणु रिएक्टर (बॉयलर) हैं, जिसमें भारी नाभिक के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रियाएं होती हैं। इससे बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन बॉयलर से बाहर निकल जाते हैं।
न्यूट्रॉन, अन्य "प्राथमिक" कणों (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन) की तरह, तरंग गुण रखते हैं। एक न्यूट्रॉन किरण, प्रकाश (फोटॉन फ्लक्स) 3 की तरह, प्रतिबिंब, विवर्तन, ध्रुवीकरण आदि का अनुभव करती है। इसलिए, भारी अनावेशित कणों का उपयोग क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है (उन्हें न्यूट्रॉन किरण के साथ चमकाकर) उसी तरह से एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। न्यूट्रॉन को पंजीकृत करने में कुछ कठिनाई होती है, क्योंकि वे आयनीकरण उत्पन्न नहीं करते हैं, और इसलिए क्लाउड कक्ष, काउंटर, आयनीकरण कक्ष और आमतौर पर चार्ज कणों का पता लगाने और गिनने के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य उपकरणों के माध्यम से उनके पारित होने को नोटिस करना असंभव है। न्यूट्रॉन फोटोग्राफिक इमल्शन में भी निशान नहीं छोड़ते हैं। हालाँकि, नाभिक को नष्ट करने, परमाणु प्रतिक्रियाएँ पैदा करने की न्यूट्रॉन की संपत्ति हमें इन कणों को पंजीकृत करने का एक तरीका देती है। बोरान नाभिक युक्त एक गैस को पारंपरिक काउंटर या आयनीकरण कक्ष में जोड़ा जाता है। न्यूट्रॉन इन नाभिकों को विभाजित करते हैं, और अल्फा कण बाहर उड़ते हैं, जिससे कक्ष में काउंटर या आयनीकरण धारा में निर्वहन होता है, जिससे न्यूट्रॉन प्रवाह को ठीक करना संभव हो जाता है। न्यूट्रॉन का पता लगाने के लिए फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग करना संभव है जिसमें लिथियम या बार नमक मिलाया जाता है। जब एक न्यूट्रॉन इनमें से किसी भी तत्व के परमाणु के नाभिक से टकराता है, तो नाभिक एक तेज आवेशित कण के निकलने के साथ विभाजित हो जाता है, जिसका निशान फोटोग्राफिक इमल्शन में दिखाई देता है।

हालाँकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि इनमें कोई चार्ज नहीं होता है, अन्य मामलों में वे एक-दूसरे के बहुत समान होते हैं। इन कणों का द्रव्यमान लगभग बराबर होता है, और नाभिक के अंदर उनका व्यवहार (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और दोनों के बीच कार्य करने वाले परमाणु बलों का परिमाण और प्रकृति) भी लगभग समान होता है। तथ्य यह है कि प्रोटॉन, समान रूप से आवेशित कणों के रूप में, नाभिक में एक दूसरे को प्रतिकर्षित करना चाहिए। चूँकि नाभिक फिर भी स्थिर संरचनाओं के रूप में मौजूद होते हैं, इसलिए यह स्पष्ट है कि प्रोटॉन इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों से अधिक कुछ बलों द्वारा उनमें रखे जाते हैं। इससे पता चला कि ये विशिष्ट परमाणु बल न केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच कार्य करते हैं, बल्कि इन दोनों प्रकार के कणों को एक-दूसरे से बांधते भी हैं। इसका मतलब यह है कि नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ एक निश्चित तरीके से बातचीत करते हैं (हालांकि भौतिक प्रकृतिइस तरह की बातचीत स्पष्ट होने से बहुत दूर है)। वैज्ञानिकों ने यह भी पाया है कि दोनों कण एक दूसरे में बदल सकते हैं। तो, नाभिक में, एक न्यूट्रॉन एक नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन और एक अन्य अनावेशित प्रकाश कण, न्यूट्रिनो (न्यूट्रिनो द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के 1:400 से कम है) के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाता है। एक अन्य प्रक्रिया भी होती है: नाभिक में एक प्रोटॉन एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) और एक न्यूट्रिनो की रिहाई के साथ न्यूट्रॉन में बदल जाता है। कुछ रेडियोधर्मी नाभिकों के क्षय के दौरान देखी गई इन सभी घटनाओं को एक प्राप्त हुआ साधारण नामबीटा क्षय.
बीटा-क्षय के सिद्धांत के दृष्टिकोण से, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन अलग नहीं हैं: ये दोनों एक-दूसरे में अच्छी तरह से बदल जाते हैं। इस कारण से, दोनों कणों को अक्सर न्यूक्लियॉन के रूप में संदर्भित किया जाता है। सच है, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि यदि नाभिक में सभी न्यूक्लियॉन बीटा क्षय के संबंध में एक ही तरह से व्यवहार करते हैं, तो मुक्त अवस्था में, नाभिक के बाहर, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अलग-अलग गुण प्रदर्शित करते हैं। प्रोटॉन स्वयं एक स्थिर, या, जैसा कि वे कहते हैं, स्थिर कण है, जबकि एक मुक्त न्यूट्रॉन लगभग 20 मिनट के आधे जीवन के साथ स्वचालित रूप से क्षय हो जाता है। साथ ही, यह एक प्रोटॉन में बदल जाता है और उत्सर्जित करता है, जैसे कि नाभिक के अंदर क्षय में, एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रिनो।
मुक्त अवस्था में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच अंतर कई कारणों से होता है। उनमें से एक यह है कि एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने के लिए काफी ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है (किसी भी स्थिति में, 1.9 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से अधिक)। चूँकि मुक्त प्रोटॉन के पास इस ऊर्जा को उधार लेने के लिए कहीं नहीं है, यह एक स्थिर कण है। जहाँ तक न्यूट्रॉन की बात है, इसका द्रव्यमान प्रोटॉन से अधिक होता है, और परिणामस्वरूप, ऊर्जा की एक बड़ी आपूर्ति होती है। न्यूट्रॉन को प्रोटॉन में बदलने से लगभग 800,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट ऊर्जा निकलती है। इसलिए, मुक्त न्यूट्रॉन रेडियोधर्मिता के गुण से भिन्न होते हैं।
कॉस्मिक किरणों में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, न्यूट्रिनो, साथ ही फोटॉन और इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं। विशेष रूप से, प्रोटॉन ब्रह्मांडीय विकिरण के तथाकथित प्राथमिक घटक का निर्माण करते हैं, अर्थात, वे अंतरतारकीय अंतरिक्ष से पृथ्वी पर आते हैं। बेशक, न्यूट्रॉन, जो मुक्त अवस्था में प्रोटॉन में बदल जाते हैं, प्राथमिक विकिरण में मौजूद नहीं हो सकते। हालाँकि, वे हमारे ग्रह के वायु आवरण के नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और अन्य गैसों के परमाणुओं के नाभिक के साथ प्राथमिक प्रोटॉन (और भारी नाभिक) की टक्कर के दौरान वायुमंडल में बनते हैं। कॉस्मिक किरण प्रोटॉन में भारी ऊर्जा होती है और इसलिए, सकारात्मक चार्ज की उपस्थिति के बावजूद, आसानी से परमाणुओं के नाभिक में प्रवेश कर सकते हैं। ऐसी विशाल ऊर्जा वाले न्यूक्लियॉनों की टक्कर में ऐसी प्रक्रियाएँ घटित होती हैं जो कम ऊर्जा वाले न्यूक्लियॉनों की परस्पर क्रिया में नहीं देखी जाती हैं। उदाहरण के लिए, ऐसी टक्करों में नए कण पैदा होते हैं - विभिन्न द्रव्यमान के मेसॉन।
ऊपर वर्णित नाभिक में न्यूक्लियंस की परस्पर क्रिया के तथ्यों का यह मतलब बिल्कुल नहीं है कि न्यूट्रॉन में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है, या, इसके विपरीत, एक प्रोटॉन में एक न्यूट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन होता है। बीटा क्षय का सार इस तथ्य में निहित है कि न्यूट्रॉन तीन अन्य कणों (प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो) में बदल जाता है या प्रोटॉन न्यूट्रॉन, पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो में बदल जाता है। ये प्रक्रियाएँ ऊर्जा, द्रव्यमान, संवेग, आवेश आदि के संरक्षण के नियमों के कड़ाई से पालन के साथ होती हैं और "प्राथमिक" कणों की परिवर्तनशीलता और उनके बीच गहरे संबंध की उपस्थिति की पुष्टि करती हैं।

प्रोटॉन हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक, हैड्रोन वर्ग का एक स्थिर कण है।

यह कहना मुश्किल है कि किस घटना को प्रोटॉन की खोज माना जाना चाहिए: आखिरकार, हाइड्रोजन आयन के रूप में, यह लंबे समय से जाना जाता है। ई. रदरफोर्ड (1911) द्वारा परमाणु के ग्रहीय मॉडल का निर्माण, और आइसोटोप की खोज (एफ. सोड्डी, जे. थॉमसन, एफ. एस्टन, 1906-1919), और अल्फा द्वारा नष्ट किए गए हाइड्रोजन नाभिक का अवलोकन नाभिक के कणों ने प्रोटॉन की खोज में भूमिका निभाई। नाइट्रोजन (ई. रदरफोर्ड, 1919)। 1925 में, पी. ब्लैकेट को क्लाउड चैंबर (परमाणु विकिरण डिटेक्टर देखें) में प्रोटॉन के निशान की पहली तस्वीरें मिलीं, जो तत्वों के कृत्रिम परिवर्तन की खोज की पुष्टि करती हैं। इन प्रयोगों में, α-कण को ​​नाइट्रोजन नाभिक द्वारा पकड़ लिया गया, जिसने एक प्रोटॉन उत्सर्जित किया और ऑक्सीजन आइसोटोप में बदल गया।

न्यूट्रॉन के साथ, प्रोटॉन सभी रासायनिक तत्वों के परमाणु नाभिक बनाते हैं, और नाभिक में प्रोटॉन की संख्या किसी दिए गए तत्व की परमाणु संख्या निर्धारित करती है। प्रोटॉन का धनात्मक विद्युत आवेश प्राथमिक आवेश के बराबर होता है, अर्थात इलेक्ट्रॉन आवेश का निरपेक्ष मान। इसे 10-21 की सटीकता के साथ प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया गया है। प्रोटॉन द्रव्यमान mp = (938.2796 ± 0.0027) MeV या ~ 1.6-10-24 ग्राम, यानी प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन से 1836 गुना भारी है! आधुनिक दृष्टिकोण से प्रोटॉन सत्य नहीं है प्राथमिक कण: इसमें विद्युत आवेश +2/3 (प्राथमिक आवेश की इकाइयों में) वाले दो यू-क्वार्क और विद्युत आवेश -1/3 वाला एक डी-क्वार्क शामिल हैं। क्वार्क अन्य काल्पनिक कणों - ग्लूऑन, क्षेत्र के क्वांटा के आदान-प्रदान से परस्पर जुड़े होते हैं जो मजबूत अंतःक्रिया करते हैं। प्रयोगों के आंकड़े जिनमें प्रोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉनों के बिखरने की प्रक्रियाओं पर विचार किया गया था, वास्तव में प्रोटॉन के अंदर बिंदु बिखरने वाले केंद्रों की उपस्थिति का संकेत देते हैं। ये प्रयोग एक निश्चित अर्थ में रदरफोर्ड के समान हैं, जिससे परमाणु नाभिक की खोज हुई। एक मिश्रित कण होने के कारण, प्रोटॉन का एक सीमित आकार ~ 10-13 सेमी होता है, हालाँकि, निश्चित रूप से, इसे एक ठोस गेंद के रूप में प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। बल्कि, प्रोटॉन एक धुंधली सीमा वाले बादल जैसा दिखता है, जिसमें पैदा होने वाले और नष्ट होने वाले आभासी कण होते हैं। प्रोटॉन, सभी हैड्रोन की तरह, प्रत्येक मूलभूत इंटरैक्शन में भाग लेता है। इसलिए। मजबूत अंतःक्रियाएं नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बांधती हैं, विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाएं परमाणुओं में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को बांधती हैं। कमजोर अंतःक्रियाओं के उदाहरण हैं न्यूट्रॉन का बीटा क्षय या पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में इंट्रान्यूक्लियर परिवर्तन (एक मुक्त प्रोटॉन के लिए, ऐसी प्रक्रिया संरक्षण और रूपांतरण के नियम के कारण असंभव है) ऊर्जा, चूँकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान थोड़ा बड़ा होता है)। प्रोटॉन स्पिन 1/2 है। अर्ध-पूर्णांक स्पिन वाले हैड्रॉन को बेरिऑन कहा जाता है ("भारी" के लिए ग्रीक शब्द से)। बैरियन में एक प्रोटॉन, एक न्यूट्रॉन, विभिन्न हाइपरॉन (?, ?, ?, ?) और नई क्वांटम संख्या वाले कई कण शामिल हैं, जिनमें से अधिकांश अभी तक खोजे नहीं गए हैं। बेरियनों को चिह्नित करने के लिए, एक विशेष संख्या पेश की गई है - बेरियन चार्ज, बेरियन के लिए 1 के बराबर, - 1 - एंटीबेरियन के लिए, और ओ - अन्य सभी कणों के लिए। बेरिऑन चार्ज बेरिऑन क्षेत्र का स्रोत नहीं है; इसे केवल कणों के साथ प्रतिक्रियाओं में देखी गई नियमितताओं का वर्णन करने के लिए पेश किया गया था। इन नियमितताओं को बेरियन चार्ज संरक्षण कानून के रूप में व्यक्त किया जाता है: सिस्टम में बेरियन और एंटीबेरियन की संख्या के बीच का अंतर किसी भी प्रतिक्रिया में संरक्षित होता है। बेरिऑन आवेश के संरक्षण से प्रोटॉन का क्षय होना असंभव हो जाता है, क्योंकि यह बेरिऑनों में सबसे हल्का है। यह कानून प्रकृति में अनुभवजन्य है और निश्चित रूप से, प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया जाना चाहिए। बैरियन चार्ज के संरक्षण के कानून की सटीकता प्रोटॉन की स्थिरता की विशेषता है, जिसके जीवनकाल के लिए प्रायोगिक अनुमान कम से कम 1032 वर्ष का मान देता है।

साथ ही, सभी प्रकार की मौलिक अंतःक्रियाओं को संयोजित करने वाले सिद्धांतों में, ऐसी प्रक्रियाओं की भविष्यवाणी की जाती है जो बेरियन चार्ज के उल्लंघन और प्रोटॉन के क्षय की ओर ले जाती हैं। ऐसे सिद्धांतों में एक प्रोटॉन का जीवनकाल बहुत सटीक रूप से इंगित नहीं किया गया है: लगभग 1032 ± 2 वर्ष। यह समय बहुत बड़ा है, यह ब्रह्माण्ड के अस्तित्व के समय (~2*1010 वर्ष) से ​​कई गुना अधिक लंबा है। इसलिए, प्रोटॉन व्यावहारिक रूप से स्थिर है, जिससे रासायनिक तत्वों का निर्माण और अंततः, उपस्थिति संभव हो गई बुद्धिमान जीवन. हालाँकि, प्रोटॉन क्षय की खोज अब इनमें से एक है महत्वपूर्ण कार्यप्रायोगिक भौतिकी. 100 m3 (1 m3 में ~ 1030 प्रोटॉन होते हैं) की पानी की मात्रा में ~ 1032 वर्ष के प्रोटॉन जीवनकाल के साथ, प्रति वर्ष एक प्रोटॉन क्षय की उम्मीद की जानी चाहिए। इस क्षय को दर्ज करना ही शेष रह गया है। प्रोटोन क्षय की खोज हो जायेगी महत्वपूर्ण कदमप्रकृति की शक्तियों की एकता की सही समझ के लिए।

न्यूट्रॉन एक तटस्थ कण है जो हैड्रोन वर्ग से संबंधित है। 1932 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. चैडविक द्वारा खोला गया। प्रोटॉन के साथ, न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं। न्यूट्रॉन qn का विद्युत आवेश शून्य के बराबर होता है। इसकी पुष्टि प्रबल विद्युत क्षेत्रों में न्यूट्रॉन किरण के विक्षेपण से आवेश के प्रत्यक्ष माप से होती है, जिससे पता चला कि |qn|<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.

न्यूट्रॉन केवल स्थिर परमाणु नाभिक में ही स्थिर होते हैं। एक मुक्त न्यूट्रॉन एक अस्थिर कण है जो एक प्रोटॉन (पी), एक इलेक्ट्रॉन (ई-) और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो में विघटित होता है। न्यूट्रॉन का जीवनकाल (917 ? 14) सेकेंड है, अर्थात, लगभग 15 मिनट। न्यूट्रॉन अपने नाभिक द्वारा मजबूत अवशोषण के कारण पदार्थ में और भी कम मात्रा में मुक्त रूप में मौजूद होते हैं। इसलिए, वे प्रकृति में उत्पन्न होते हैं या केवल परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्रयोगशाला में प्राप्त होते हैं।

विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के ऊर्जा संतुलन के अनुसार, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर निर्धारित किया जाता है: mn-mp(1.29344 ±0.00007) MeV। इसकी तुलना प्रोटॉन के द्रव्यमान से करने पर, हम न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्राप्त करते हैं: mn = 939.5731 ± 0.0027 MeV; यह mn ~ 1.6-10-24 से मेल खाता है। न्यूट्रॉन सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं में भाग लेता है। मजबूत अंतःक्रियाएं परमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को बांधती हैं। कमज़ोर अंतःक्रिया का एक उदाहरण न्यूट्रॉन का बीटा क्षय है।

क्या यह तटस्थ कण विद्युतचुंबकीय अंतःक्रिया में भाग लेता है? न्यूट्रॉन की एक आंतरिक संरचना होती है, और सामान्य तटस्थता के मामले में इसमें विद्युत धाराएँ होती हैं, जिससे, विशेष रूप से, न्यूट्रॉन में एक चुंबकीय क्षण की उपस्थिति होती है। दूसरे शब्दों में, चुंबकीय क्षेत्र में, न्यूट्रॉन कम्पास सुई की तरह व्यवहार करता है। यह इसके विद्युत चुम्बकीय संपर्क का सिर्फ एक उदाहरण है। न्यूट्रॉन के विद्युत द्विध्रुव क्षण की खोज, जिसके लिए एक ऊपरी सीमा प्राप्त की गई थी, ने बहुत रुचि प्राप्त की। यहां यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज के लेनिनग्राद इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स के वैज्ञानिक सबसे प्रभावी प्रयोग करने में कामयाब रहे; न्यूट्रॉन के द्विध्रुवीय क्षण की खोज माइक्रोप्रोसेस में समय उत्क्रमण के संबंध में अपरिवर्तनीयता के उल्लंघन के तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

न्यूट्रॉन की गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं को पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में उनकी घटना से सीधे देखा गया।

अब उनकी गतिज ऊर्जा के अनुसार न्यूट्रॉन का एक सशर्त वर्गीकरण अपनाया गया है:

धीमे न्यूट्रॉन (<105эВ, есть много их разновидностей),

तेज़ न्यूट्रॉन (105?108 eV), उच्च-ऊर्जा (>108 eV)।

बहुत धीमे न्यूट्रॉन (10-7 eV), जिन्हें अल्ट्राकोल्ड कहा जाता है, में बहुत दिलचस्प गुण होते हैं। यह पता चला कि अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन को "चुंबकीय जाल" में जमा किया जा सकता है और यहां तक ​​कि उनके स्पिन को एक निश्चित दिशा में उन्मुख किया जा सकता है। एक विशेष विन्यास के चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके, अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन को अवशोषित दीवारों से अलग किया जाता है और जब तक वे क्षय नहीं हो जाते तब तक वे एक जाल में "जीवित" रह सकते हैं। यह न्यूट्रॉन के गुणों का अध्ययन करने के लिए कई सूक्ष्म प्रयोगों की अनुमति देता है। अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन को संग्रहित करने की एक अन्य विधि उनके तरंग गुणों पर आधारित है। ऐसे न्यूट्रॉन को बस एक बंद "बैंक" में संग्रहित किया जा सकता है। इस विचार को 1950 के दशक के अंत में सोवियत भौतिक विज्ञानी हां बी ज़ेल्डोविच द्वारा सामने रखा गया था, और लगभग एक दशक बाद परमाणु अनुसंधान संस्थान में डुबना में पहला परिणाम प्राप्त हुआ था।

हाल ही में, वैज्ञानिक एक ऐसा बर्तन बनाने में कामयाब हुए हैं जिसमें अल्ट्राकोल्ड न्यूट्रॉन अपने प्राकृतिक क्षय तक जीवित रहते हैं।

मुक्त न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक के साथ सक्रिय रूप से बातचीत करने में सक्षम होते हैं, जिससे परमाणु प्रतिक्रियाएं होती हैं। पदार्थ के साथ धीमे न्यूट्रॉन की अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप, अनुनाद प्रभाव, क्रिस्टल में विवर्तन प्रकीर्णन आदि देखे जा सकते हैं। इन विशेषताओं के कारण, परमाणु भौतिकी और ठोस अवस्था भौतिकी में न्यूट्रॉन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वे परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में, ट्रांसयूरेनियम तत्वों और रेडियोधर्मी आइसोटोप के उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, और रासायनिक विश्लेषण और भूवैज्ञानिक अन्वेषण में व्यावहारिक अनुप्रयोग पाते हैं।

परमाणु किसी रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो उसके सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। एक परमाणु में धनावेशित नाभिक और ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं। किसी भी रासायनिक तत्व के नाभिक का आवेश Z बटा e के गुणनफल के बराबर होता है, जहाँ Z रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में इस तत्व की क्रम संख्या है, e प्राथमिक विद्युत आवेश का मान है।

इलेक्ट्रॉन- यह ऋणात्मक विद्युत आवेश वाले पदार्थ का सबसे छोटा कण है e=1.6·10 -19 कूलम्ब, जिसे प्राथमिक विद्युत आवेश के रूप में लिया जाता है। नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रॉन कोश K, L, M, आदि पर स्थित होते हैं। K, नाभिक के सबसे निकट का कोश है। किसी परमाणु का आकार उसके इलेक्ट्रॉन कोश के आकार से निर्धारित होता है। एक परमाणु इलेक्ट्रॉन खो सकता है और सकारात्मक आयन बन सकता है, या इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर सकता है और नकारात्मक आयन बन सकता है। किसी आयन का आवेश खोए या प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है। किसी तटस्थ परमाणु को आवेशित आयन में बदलने की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है।

परमाणु नाभिक(परमाणु का केंद्रीय भाग) प्राथमिक परमाणु कणों - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है। नाभिक की त्रिज्या परमाणु की त्रिज्या से लगभग एक लाख गुना छोटी होती है। परमाणु नाभिक का घनत्व अत्यंत अधिक होता है। प्रोटान- ये स्थिर प्राथमिक कण हैं जिनमें एक इकाई धनात्मक विद्युत आवेश होता है और इसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक होता है। प्रोटॉन सबसे हल्के तत्व हाइड्रोजन का केंद्रक है। नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या Z होती है। न्यूट्रॉनएक तटस्थ (बिना विद्युत आवेश वाला) प्राथमिक कण है जिसका द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब है। चूँकि नाभिक का द्रव्यमान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग है, परमाणु के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या A - Z है, जहाँ A किसी दिए गए आइसोटोप की द्रव्यमान संख्या है (देखें)। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जो नाभिक बनाते हैं, न्यूक्लियॉन कहलाते हैं। नाभिक में, न्यूक्लियॉन विशेष परमाणु बलों से बंधे होते हैं।

परमाणु नाभिक में ऊर्जा का विशाल भंडार होता है, जो परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान निकलता है। परमाणु प्रतिक्रियाएँ तब होती हैं जब परमाणु नाभिक प्राथमिक कणों या अन्य तत्वों के नाभिक के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। नाभिकीय अभिक्रियाओं के फलस्वरूप नये नाभिकों का निर्माण होता है। उदाहरण के लिए, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल सकता है। इस स्थिति में, एक बीटा कण, यानी, एक इलेक्ट्रॉन, नाभिक से बाहर निकल जाता है।

एक प्रोटॉन के नाभिक में न्यूट्रॉन में संक्रमण दो तरीकों से किया जा सकता है: या तो एक कण जिसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज के साथ, जिसे पॉज़िट्रॉन (पॉज़िट्रॉन क्षय) कहा जाता है, उत्सर्जित होता है नाभिक, या नाभिक निकटतम के-शेल (के-कैप्चर) से इलेक्ट्रॉनों में से एक को पकड़ लेता है।

कभी-कभी गठित नाभिक में ऊर्जा की अधिकता होती है (यह उत्तेजित अवस्था में होता है) और, सामान्य अवस्था में गुजरते हुए, बहुत कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ता है -। परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का व्यावहारिक रूप से विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

एक परमाणु (ग्रीक एटमोस - अविभाज्य) एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जिसमें इसके रासायनिक गुण होते हैं। प्रत्येक तत्व कुछ विशेष प्रकार के परमाणुओं से बना होता है। एक परमाणु की संरचना में एक सकारात्मक विद्युत आवेश ले जाने वाला नाभिक और इसके इलेक्ट्रॉनिक कोश बनाने वाले नकारात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन (देखें) शामिल होते हैं। नाभिक के विद्युत आवेश का मान Z-e के बराबर है, जहाँ e प्राथमिक विद्युत आवेश है, जो इलेक्ट्रॉन के आवेश के परिमाण के बराबर है (4.8 10 -10 ई.-सेंट यूनिट), और Z परमाणु संख्या है रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में इस तत्व का (देखें)। चूँकि एक गैर-आयनित परमाणु तटस्थ होता है, इसमें शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी Z के बराबर होती है। नाभिक की संरचना (देखें। परमाणु नाभिक) में न्यूक्लियॉन, प्राथमिक कण शामिल होते हैं जिनका द्रव्यमान किसी के द्रव्यमान से लगभग 1840 गुना अधिक होता है। इलेक्ट्रॉन (9.1 · 10 - 28 ग्राम के बराबर), प्रोटॉन (देखें), धनात्मक रूप से आवेशित, और आवेशहीन न्यूट्रॉन (देखें)। नाभिक में न्यूक्लियॉन की संख्या को द्रव्यमान संख्या कहा जाता है और इसे अक्षर ए द्वारा दर्शाया जाता है। नाभिक में प्रोटॉन की संख्या, Z के बराबर, परमाणु में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या, इलेक्ट्रॉन कोश की संरचना और रसायन को निर्धारित करती है। परमाणु के गुण. नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या A-Z होती है। आइसोटोप एक ही तत्व की किस्मों को कहा जाता है, जिनके परमाणु द्रव्यमान संख्या A में एक दूसरे से भिन्न होते हैं, लेकिन Z समान होते हैं। इस प्रकार, एक तत्व के विभिन्न आइसोटोप के परमाणुओं के नाभिक में अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉनों की समान संख्या. आइसोटोप को नामित करते समय, द्रव्यमान संख्या ए को तत्व प्रतीक के शीर्ष पर लिखा जाता है, और परमाणु क्रमांक सबसे नीचे लिखा जाता है; उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के समस्थानिकों को दर्शाया गया है:

एक परमाणु के आयाम इलेक्ट्रॉन कोश के आयामों से निर्धारित होते हैं और सभी Z के लिए लगभग 10 -8 सेमी होते हैं। चूँकि परमाणु के सभी इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान से कई हजार गुना कम होता है, इसलिए परमाणु का द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान संख्या के समानुपाती होता है। किसी दिए गए आइसोटोप के एक परमाणु का सापेक्ष द्रव्यमान कार्बन आइसोटोप सी 12 के एक परमाणु के द्रव्यमान के संबंध में निर्धारित किया जाता है, जिसे 12 इकाइयों के रूप में लिया जाता है, और इसे आइसोटोपिक द्रव्यमान कहा जाता है। यह संबंधित आइसोटोप की द्रव्यमान संख्या के करीब होता है। किसी रासायनिक तत्व के परमाणु का सापेक्ष भार, समस्थानिक भार का औसत (किसी दिए गए तत्व के समस्थानिकों की सापेक्ष प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए) मान होता है और इसे परमाणु भार (द्रव्यमान) कहा जाता है।

परमाणु एक सूक्ष्म प्रणाली है, और इसकी संरचना और गुणों को केवल क्वांटम सिद्धांत की मदद से समझाया जा सकता है, जो मुख्य रूप से 20 वीं शताब्दी के 20 के दशक में बनाया गया था और परमाणु पैमाने पर घटनाओं का वर्णन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। प्रयोगों से पता चला है कि माइक्रोपार्टिकल्स - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, परमाणु, आदि - कणिका कणों के अलावा, तरंग गुण होते हैं जो विवर्तन और हस्तक्षेप में प्रकट होते हैं। क्वांटम सिद्धांत में, तरंग फ़ंक्शन (Ψ-फ़ंक्शन) द्वारा विशेषता एक निश्चित तरंग क्षेत्र का उपयोग सूक्ष्म वस्तुओं की स्थिति का वर्णन करने के लिए किया जाता है। यह फ़ंक्शन किसी सूक्ष्म-वस्तु की संभावित अवस्थाओं की संभावनाओं को निर्धारित करता है, अर्थात, यह उसके एक या दूसरे गुण के प्रकट होने की संभावित संभावनाओं को दर्शाता है। स्थान और समय में फ़ंक्शन Ψ की भिन्नता का नियम (श्रोडिंगर समीकरण), जो इस फ़ंक्शन को ढूंढना संभव बनाता है, क्वांटम सिद्धांत में वही भूमिका निभाता है जो शास्त्रीय यांत्रिकी में न्यूटन के गति के नियम निभाता है। कई मामलों में श्रोडिंगर समीकरण का समाधान प्रणाली की अलग-अलग संभावित स्थितियों की ओर ले जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक परमाणु के मामले में, विभिन्न (मात्राबद्ध) ऊर्जा मूल्यों के अनुरूप इलेक्ट्रॉनों के लिए तरंग कार्यों की एक श्रृंखला प्राप्त की जाती है। क्वांटम सिद्धांत के तरीकों से गणना की गई परमाणु ऊर्जा स्तर की प्रणाली को स्पेक्ट्रोस्कोपी में शानदार पुष्टि मिली है। किसी परमाणु का निम्नतम ऊर्जा स्तर E 0 के अनुरूप जमीनी अवस्था से किसी उत्तेजित अवस्था E i में संक्रमण तब होता है जब ऊर्जा का एक निश्चित भाग E i - E 0 अवशोषित हो जाता है। एक उत्तेजित परमाणु कम उत्तेजित या जमीनी अवस्था में चला जाता है, आमतौर पर एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ। इस मामले में, फोटॉन ऊर्जा hv दो अवस्थाओं में एक परमाणु की ऊर्जा के बीच के अंतर के बराबर है: hv= E i - E k जहां h प्लैंक स्थिरांक (6.62·10 -27 erg·sec) है, v आवृत्ति है प्रकाश का।

परमाणु स्पेक्ट्रा के अलावा, क्वांटम सिद्धांत ने परमाणुओं के अन्य गुणों की व्याख्या करना संभव बना दिया है। विशेष रूप से, संयोजकता, रासायनिक बंधन की प्रकृति और अणुओं की संरचना की व्याख्या की गई और तत्वों की आवधिक प्रणाली का सिद्धांत बनाया गया।

परमाणु पदार्थ के सबसे छोटे कण हैं।
यदि एक मध्यम आकार के सेब को ग्लोब के आकार तक बड़ा कर दिया जाए तो उसके परमाणु केवल एक सेब के आकार के ही रह जाएंगे। इतने छोटे आकार के बावजूद, परमाणु में और भी छोटे भौतिक कण होते हैं।
आपको स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम से पहले से ही परमाणु की संरचना से परिचित होना चाहिए। और फिर भी हम याद करते हैं कि परमाणु में एक नाभिक और इलेक्ट्रॉन होते हैं जो नाभिक के चारों ओर इतनी तेज़ी से घूमते हैं कि वे अप्रभेद्य हो जाते हैं - वे एक "इलेक्ट्रॉन बादल" या परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल का निर्माण करते हैं।

इलेक्ट्रॉनोंआमतौर पर इस प्रकार दर्शाया जाता है: इ − . इलेक्ट्रॉनों इ- बहुत हल्का, लगभग भारहीन, लेकिन उनके पास है नकारात्मकबिजली का आवेश। यह -1 के बराबर है. हम सभी जिस विद्युत धारा का उपयोग करते हैं वह तारों के माध्यम से चलने वाली इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है।

परमाणु नाभिक, जिसमें इसका लगभग सारा द्रव्यमान केंद्रित है, इसमें दो प्रकार के कण होते हैं - न्यूट्रॉन और प्रोटॉन।

न्यूट्रॉनइस प्रकार दर्शाया गया है: एन 0 , ए प्रोटानइसलिए: पी + .
द्रव्यमान के अनुसार, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन लगभग समान हैं - 1.675 10 −24 ग्राम और 1.673 10 −24 ग्राम।
सच है, ऐसे छोटे कणों के द्रव्यमान को ग्राम में गिनना बहुत असुविधाजनक है, इसलिए इसे इसमें व्यक्त किया जाता है कार्बन इकाइयाँ, जिनमें से प्रत्येक 1.673 10 −24 ग्राम के बराबर है।
प्रत्येक कण के लिए प्राप्त करें सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान, एक कार्बन इकाई के द्रव्यमान द्वारा एक परमाणु के द्रव्यमान (ग्राम में) को विभाजित करने के भागफल के बराबर। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 1 के बराबर होते हैं, लेकिन प्रोटॉन का आवेश धनात्मक और +1 के बराबर होता है, जबकि न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता है।

. परमाणु के बारे में पहेलियाँ

एक परमाणु को कणों से "दिमाग में" इकट्ठा किया जा सकता है, जैसे बच्चों के डिजाइनर के हिस्सों से एक खिलौना या कार। केवल दो महत्वपूर्ण शर्तों का पालन करना आवश्यक है।

• पहली शर्त: प्रत्येक प्रकार के परमाणु का अपना होता है अपना सेट"विवरण" - प्राथमिक कण. उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु में आवश्यक रूप से +1 के धनात्मक आवेश वाला एक नाभिक होगा, जिसका अर्थ है कि इसमें निश्चित रूप से एक प्रोटॉन होना चाहिए (और नहीं)।
  हाइड्रोजन परमाणु में न्यूट्रॉन भी हो सकते हैं। अगले पैराग्राफ में इस पर और अधिक जानकारी।
  ऑक्सीजन परमाणु (आवधिक प्रणाली में क्रमांक 8 है) में एक नाभिक आवेशित होगा आठधनात्मक आवेश (+8), जिसका अर्थ है कि आठ प्रोटॉन हैं। चूँकि ऑक्सीजन परमाणु का द्रव्यमान 16 सापेक्ष इकाई है, ऑक्सीजन नाभिक प्राप्त करने के लिए, हम 8 और न्यूट्रॉन जोड़ेंगे।
• दूसरी शर्तक्या वह प्रत्येक परमाणु है विद्युत तटस्थ. ऐसा करने के लिए, इसमें नाभिक के आवेश को संतुलित करने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन होने चाहिए। दूसरे शब्दों में, किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती हैइसके मूल में, और आवधिक प्रणाली में इस तत्व की क्रम संख्या.

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