§3 «Многообразие форм материи»

Как объективная реальность материя существует в следующих формах:

1. Вещество – это форма существования материи, в которой она проявляет себя, прежде всего, в виде частиц, имеющих собственную массу (масса покоя). Это электронные частицы, атомы, молекулы.

2. Поле – это форма существования материи, которая характеризуется и проявляется, прежде всего, энергией, а не массой, хотя массой и обладает.

3. Физический вакуум.

По современным представлениям материя является дискретной, т.е. любое вещество или поле состоит из элементарных частиц.

В настоящее время выделяют 24 типа элементарных частиц.

Элементарные частицы вещества:

1. Адроны – сильно взаимодействующие частицы:

- мезоны (лёгкие частицы):

* пи-мезоны

* ню-мезоны

- барионы (тяжёлые частицы):

* нуклоны:

» нейтроны (n)

» протоны (p)

* гипероны

2. Лептоны – слабо взаимодействующие частицы:

- электроны (е)

- нейтрино (υ)

- мюоны (µ)

Переносчики взаимодействий:

- бозоны

- фотоны

- гравитоны (существование экспериментально не подтверждено)

Каждой частице соответствует своя античастица, эта античастица имеет противоположные свойства.

При столкновении двух частиц происходит аннигиляция.

● Аннигиляция – это взаимное уничтожение одних частиц и возникновение других частиц, число и природа этих частиц определяется законами сохранения.

е^- + е⁺ → 2 фотона

е^- - электрон

е⁺ - позитрон

Существует меньшие частицы, например кварки, из них состоят адроны.

Считается, что существует 6 кварков, они имеют красную, зелёную и голубую окраску, имеют аромат: верхний и нижний, очарованный и странный, истинный и красивый.

Предполагает, что существует ещё более мелкие частицы – прекварки (или преоны).

Масса этих частиц находится в пределах от 10^-22 до 10^-24 грамм. Их размеры также очень малы.

● Атом – это наиболее простая электрическая система. Состоит из ядра и электронов.

- Томсон предложил первую модель атома – «пудинг с изюмом». Но она не получила экспериментального подтверждения.

- Резерфорд предложил «планетарную модель».

- Современную модель предложил Бор. Он предположил, что электроны вращаются по специальным стационарным орбитам.

Размеры ядра – от 10^-12 до 10^-13 см.

● Молекула – наименьшая частица вещества, которая обладает всеми его свойствами.

Н + Н → Н₂

Н + Н + О → Н₂О

Если вещество образуется из атомов первого сорта, то это химический элемент. Элемент имеет две основные характеристики:

_A

_z El

A – массовое число

Z – порядковый номер (число электронов)

A = Z + N

N – количество нейтронов

Дальтон предложил считать массу водорода равной единице.

Сейчас принята углеродная шкала масс:

1 а.е.м. = 1/12 массы ¹²С

● Изотопы – атомы одного и того же элемента, но имеющие разные массовые числа. Они имеют разное количество нейтронов.

⁴⁰Са (20 p, 20 n) ⁴²Са (20 p, 22 n) ⁴³Са (20 p, 23 n)

M_{H O} = 1+1+16=18 (а.е.м.)

● 1 моль – количество вещества в граммах, который соответствует молекулярной массе в граммах.

Авогадро заложил основы, а Перрен посчитал количество молекул в 1 моле газа. Он вывел число Авогадро.

N_A = 6,023 · 10²³

Число Авогадро справедливо для любого вещества, это фундаментальная величина.

Фарадей определил количество электричества, которое нужно пропустить через вещество, чтобы выделился 1 моль вещества.

F = 96500 Кл

е = 1,602 · 10^-19 Кл

N_A = F/e