‎เว็บตรงแตกง่ายอะตอมคืออะไร? ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับสิ่งปลูกสร้างของจักรวาล‎

เว็บตรงแตกง่ายอะตอมคืออะไร? ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับสิ่งปลูกสร้างของจักรวาล‎

‎ โดย ‎‎ ‎‎ ‎‎ทิม ชาร์ป‎‎ ‎‎ , ‎‎ ‎‎ ‎‎ ‎‎เดซี่ โดบริเยวิช‎‎ ‎‎ ‎‎ เผยแพร่เมื่อ ‎‎15 ธันวาคม 2021เว็บตรงแตกง่าย‎‎อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสโปรตอนและอิเล็กตรอน ‎‎อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ทําจากโปรตอนและนิวตรอนที่โคจรรอบโดยอิเล็กตรอน ‎‎ ‎‎(เครดิตภาพ: Rost-9D ผ่าน Getty รูปภาพ)‎‎อะตอมเป็นหน่วยพื้นฐานของสสาร ทุกอย่างในจักรวาลนอกเหนือจากพลังงานที่ทําจากสสารดังนั้นอะตอมจึงประกอบขึ้นทุกอย่างในจักรวาลตาม ‎‎มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. คําว่า “อะตอม” มาจากคําภาษากรีกที่แยกไม่ออกเพราะครั้งหนึ่งเคยคิดว่าอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดในจักรวาลและไม่สามารถแบ่งได้ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอะตอม

ประกอบด้วยอนุภาคสามชนิดที่เรียกว่าอนุภาคย่อย: โปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนซึ่งประกอบด้วย

อนุภาคขนาดเล็กเช่น‎‎ควาร์ก‎‎อะตอมถูกสร้างขึ้นหลังจาก‎‎บิ๊กแบง‎‎ 13.7 พันล้านปีที่ผ่านมา เมื่อจักรวาลใหม่ที่ร้อนและหนาแน่นเย็นลงเงื่อนไขก็เหมาะสําหรับควาร์กและอิเล็กตรอนที่จะก่อตัวขึ้น ควาร์กมารวมกันเพื่อสร้างโปรตอนและนิวตรอนและอนุภาคเหล่านี้รวมกันเป็นนิวเคลียส ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในไม่กี่นาทีแรกของการดํารงอยู่ของจักรวาลตาม ‎‎เซิร์น‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎.‎มันใช้เวลา 380,000 ปี สําหรับจักรวาล ที่จะเย็นพอที่จะชะลอตัวลงอิเล็กตรอน เพื่อให้นิวเคลียสสามารถจับพวกเขาเพื่อสร้างอะตอมแรก อะตอมที่เก่าแก่ที่สุดส่วนใหญ่เป็น‎‎ไฮโดรเจน‎‎และ‎‎ฮีเลียม‎‎ซึ่งยังคงเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลตาม ‎‎เจฟเฟอร์สัน แล็บ‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. ในที่สุดแรงโน้มถ่วงทําให้เมฆของก๊าซรวมตัวกันและก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และอะตอมที่หนักกว่านั้นถูกสร้างขึ้นภายในดาวฤกษ์และส่งไปทั่วจักรวาลเมื่อดาวระเบิด (ซูเปอร์โนวา)‎

‎อนุภาคปรมาณู‎‎โปรตอนและนิวตรอนหนักกว่าอิเล็กตรอนและอาศัยอยู่ในนิวเคลียสที่ศูนย์กลางของอะตอม อิเล็กตรอนมีน้ําหนักเบามากและมีอยู่ในเมฆโคจรรอบนิวเคลียส เมฆอิเล็กตรอนมีรัศมีมากกว่านิวเคลียส 10,000 เท่าตาม ‎‎ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอลามอส‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎.

‎โปรตอนและนิวตรอนมีมวลเท่ากันโดยประมาณ อย่างไรก็ตามโปรตอนหนึ่งตัวมีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนประมาณ 1,835 เท่า อะตอมมักจะมีจํานวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันและจํานวนโปรตอนและนิวตรอนมักจะเหมือนกัน การเพิ่มโปรตอนลงในอะตอมทําให้องค์ประกอบใหม่ในขณะที่การเพิ่มนิวตรอนทําให้ไอโซโทปหรือรุ่นที่หนักกว่าของอะตอมนั้น‎

‎นิวเคลียส‎‎นิวเคลียสถูกค้นพบในปี 1911 โดย Ernest Rutherford นักฟิสิกส์จากนิวซีแลนด์ตาม ‎‎สถาบันฟิสิกส์อเมริกัน‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. ในปี 1920 รัทเธอร์ฟอร์ดเสนอชื่อโปรตอนสําหรับอนุภาคที่มีประจุบวกของอะตอม เขายังตั้งทฤษฎีว่ามีอนุภาคที่เป็นกลางภายในนิวเคลียสซึ่งเจมส์แชดวิคนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษและนักเรียนของรัทเธอร์ฟอร์ดสามารถยืนยันได้ในปี 1932‎

‎มวลของอะตอมเกือบทั้งหมดอยู่ในนิวเคลียสของมันตาม ‎‎เคมี LibreTexts‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎.

 โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นนิวเคลียสมีมวลเท่ากันโดยประมาณ (โปรตอนน้อยกว่าเล็กน้อย) และมีโมเมนตัมเชิงมุมเดียวกันหรือหมุน‎‎นิวเคลียสถูกจัดขึ้นด้วยกันโดย‎‎แรงที่แข็งแกร่ง‎‎ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่กองกําลังพื้นฐานในธรรมชาติ แรงระหว่างโปรตอนและนิวตรอนนี้เอาชนะแรงไฟฟ้าที่น่ารังเกียจซึ่งจะผลักโปรตอนออกจากกันตามกฎของกระแสไฟฟ้า นิวเคลียสอะตอมบางอย่างไม่เสถียรเนื่องจากแรงผูกแตกต่างกันไปสําหรับอะตอมที่แตกต่างกันตามขนาดของนิวเคลียส อะตอมเหล่านี้จะสลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นคาร์บอน-14 สลายตัวเป็นไนโตรเจน-14 ‎

‎โปรตอน‎‎โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกที่พบในนิวเคลียสอะตอม รัทเธอร์ฟอร์ดค้นพบพวกเขาในการทดลองกับหลอดแคโทดเรย์ที่ดําเนินการระหว่างปี 1911 ถึง 1919 โปรตอนเป็นเรื่องเกี่ยวกับ ‎‎99.86% ใหญ่เท่านิวตรอน‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎ ตามที่เจฟเฟอร์สันแล็บบอก ‎

‎จํานวนโปรตอนในอะตอมเป็นเอกลักษณ์ของแต่ละองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นอะตอม‎‎คาร์บอน‎‎มีหกโปรตอนอะตอม‎‎ไฮโดรเจน‎‎มีหนึ่งและอะตอม‎‎ออกซิเจน‎‎มีแปด จํานวนโปรตอนในอะตอมเรียกว่าจํานวนอะตอมขององค์ประกอบนั้น จํานวนโปรตอนยังกําหนดพฤติกรรมทางเคมีขององค์ประกอบ องค์ประกอบจะถูกจัดเรียง‎‎ในตารางธาตุของธาตุ‎‎ตามลําดับการเพิ่มจํานวนอะตอม‎

‎ควาร์กสามตัวประกอบกันเป็นโปรตอนแต่ละโปรตอน – ควาร์ก “ขึ้น” สองตัว (แต่ละอันมีประจุบวกสองในสาม) และควาร์ก “ลง” หนึ่งตัว (มีประจุลบหนึ่งในสาม) และพวกมันถูกยึดไว้ด้วยกันโดยอนุภาคย่อยอื่น ๆ ที่เรียกว่ากลูออนซึ่งไม่มีมวล‎‎อิเล็กตรอน‎‎อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโปรตอนและนิวตรอนซึ่งเล็กกว่าโปรตอนหรือนิวตรอนมากกว่า 1,800 เท่า อิเล็กตรอนมีประมาณ 0.054% เป็นใหญ่เป็นนิวตรอน, ตามเจฟเฟอร์สันแล็บ. ‎‎โจเซฟ จอห์น (เจ.เจ.) ทอมสันนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษค้นพบอิเล็กตรอนในปี 1897 ตามรายงานของ ‎‎สถาบันประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. เดิมทีเรียกว่า “corpuscles” อิเล็กตรอนมีประจุลบและถูกดึงดูดด้วยไฟฟ้าไปยังโปรตอนที่มีประจุบวก อิเล็กตรอนล้อมรอบนิวเคลียสเว็บตรงแตกง่าย