Тема 03-03. Структуры микромира

Фундаментальные частицы по современным представлениям не имеют внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, электроны, нейтрино).

У каждой частицы имеется античастица, отличающаяся от частицы, например, знаком заряда (электрон и позитрон, протон и антипротон).

При встрече частицы и античастицы они превращаются в частицы поля высокой энергии – гамма-кванты (эта реакция называется аннигиляция).

Классификация элементарных частиц:

- по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны)

- по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный нейтрон) и резонансы (нестабильные короткоживущие)

- по зарядам (электрическому, цветовому, гравитационному – масса)

- по спину: бозоны (с целочисленным спином — фотон, мезоны) и фермионы (с полуцелым спином — все лептоны, кварки, барионы, подчиняющиеся принципу Паули).

Бозоны – частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий.

Фермионы – частицы вещества.

Вещество - совокупность устойчивых фермионных структур (кварки — нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками).

Размер ядра примерно в 100000 раз меньше размера атома, но почти вся масса атома заключена в ядре.

Физическое поле представляет собой совокупность реальных и виртуальных частиц.

Виртуальные частицы – частицы, непрерывно возникающие из физического вакуума и в него же исчезающие в очень короткие промежутки времени и потому непосредственно не наблюдаемые, в отличие от реальных частиц.

Физический вакуум представляет собой наинизшее по энергии состояние физических полей, в котором отсутствуют реальные частицы.

Тема 03-04. Процессы в микромире

Взаимопревращения и возникновение новых элементарных частиц происходят при их распадах, столкновениях, аннигиляции.

Любые реакции элементарных частиц возможны, если в них не нарушаются законы сохранения: энергии, электрического, барионного, лептонного зарядов и т.д.)

Естественная радиоактивность — явление самопроизвольного распада атомных ядер, носит вероятностный характер.

Основные виды радиоактивного распада: альфа- и бета-распады (испускание ядер атома гелия и электронов, соответственно), деление тяжелых ядер.

Энергия связи ядра (дефект массы) – энергия, которая выделяется при распаде тяжелых или синтезе легких ядер.

Цепная реакция деления ядер (исходные ядра à дочерние ядра + нейтроны à деление других ядер, стимулированное образующимися нейтронами).

Реакции синтеза легких атомных ядер (термоядерные реакции) происходят при чрезвычайно высоких температурах (десятки миллионов градусов) и давлениях.

Естественные термоядерные реакторы – звёзды.

Тема 03-05. Химические системы

Атом – квантовая система, устойчиво существующая за счет электромагнитного взаимодействия между составляющими его электронами и ядром.

Изотопы – химические элементы с одинаковым зарядом ядра (порядковым номером), но разным числом нейтронов (массовым числом).

Электроны в атоме могут находиться только во вполне определенных дискретных состояниях, переходы электронов между которыми определяют основные атомные процессы – поглощение и испускание фотонов атомами.

Химический элемент – атомы с определенным зарядом ядра, которым соответствует определенный номер в таблице Менделеева.

Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями.

Катализаторы – вещества, не входящие в состав конечных продуктов реакции, присутствие которых влияет на скорость протекания реакции.

Биокатализаторы (ферменты) - белковые молекулы, играющие роль катализаторов в живых системах.

Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из большого числа звеньев (мономеров).

Периодический закон Д. И. Менделеева – периодичность свойств химических элементов находится в периодической зависимости от заряда ядра атома.

В периодической таблице элементов:

- внутри периода (строки таблицы) наблюдается последовательный переход от активных металлов к неактивным, затем к неметаллам и, наконец, к инертным газам;

- внутри группы (столбца таблицы) металлические свойства усиливаются с увеличением порядкового номера.