نواة ذرية. الموسوعة المدرسية مكون من نواة الذرة

الكروماتينية

1) الهيتروكروماتين.

2) كروماتين حقيقي.

الهيتروكروماتين

الهيكلي

اختياري

كروماتين حقيقي

أ) بروتينات هيستون.

ب) البروتينات غير الهيستونية.

يو بروتينات هيستون (هيستون

يو بروتينات غير هيستون

النواة

Ё الحجم - 1-5 ميكرون.

الشكل كروي.

مكون حبيبي

ليفي

المغلف النووي

1 - الغشاء النووي الخارجي (m. Nuclearis externa) ،

الغشاء النووي الداخلي

سمات:

كاريوبلازم

تكاثر الخلايا

جهاز نووي

النواة موجودة في جميع الخلايا حقيقية النواة ، باستثناء خلايا الدم الحمراء الناضجة وأنابيب غربال النبات. تحتوي الخلايا عادة على نواة واحدة ، ولكن في بعض الأحيان توجد خلايا متعددة النوى.

النواة كروية أو بيضاوية.

بعض الخلايا لها نوى مجزأة. يتراوح حجم النوى من 3 إلى 10 ميكرون في القطر. النواة ضرورية لحياة الخلية. ينظم نشاط الخلية. تخزن النواة المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي. تنتقل هذه المعلومات ، بفضل النواة ، إلى الخلايا الوليدة أثناء انقسام الخلية. تحدد النواة خصوصية البروتينات المركبة في الخلية. تحتوي النواة على العديد من البروتينات الضرورية لوظائفها. يتم تصنيع الحمض النووي الريبي في النواة.

نواة الخليةيتكون من غشاء ، نسغ نووي ، نواة وكروماتين واحد أو أكثر.

الدور الوظيفي المغلف النوويهو عزل المادة الوراثية (كروموسوم)خلية حقيقية النواة من السيتوبلازم مع تفاعلاتها الأيضية العديدة ، وكذلك تنظيم التفاعلات الثنائية للنواة والسيتوبلازم. يتكون الغلاف النووي من غشاءين - خارجي وداخلي ، يقع بينهما الفضاء حول النواة. يمكن لهذا الأخير التواصل مع أنابيب الشبكة السيتوبلازمية. الغشاء الخارجييحتوي الغلاف النووي الذي يتلامس مباشرة مع سيتوبلازم الخلية على عدد من الميزات الهيكلية التي تسمح بإسنادها إلى نظام غشاء ER المناسب. يحتوي على عدد كبير من الريبوسومات ، وكذلك على أغشية الإرغستوبلازم. لا يحتوي الغشاء الداخلي للمغلف النووي على ريبوسومات على سطحه ، ولكنه مرتبط هيكليًا به الصفيحة النووية- الطبقة الطرفية الليفية لمصفوفة البروتين النووي.

يحتوي الغلاف النووي المسام النوويةيبلغ قطرها 80-90 نانومتر ، والتي تتشكل بسبب العديد من مناطق اندماج غشاءين نوويين ويتم تقريبها ، كما كانت ، من خلال ثقوب في الغشاء النووي بأكمله. تلعب المسام دورًا مهمًا في نقل المواد داخل وخارج السيتوبلازم. مجمع المسام النووية (NPC)يبلغ قطرها حوالي 120 نانومتر ولها بنية معينة (تتكون من أكثر من 1000 بروتين - النيوكليوبورينات، الذي تبلغ كتلته 30 مرة أكبر من الريبوسوم) ، مما يشير إلى آلية معقدة لتنظيم الحركات السيتوبلازمية النووية للمواد والهياكل. في عملية النقل النووي السيتوبلازمي ، تعمل المسام النووية كنوع من الغربال الجزيئي ، حيث تمر بشكل سلبي جزيئات ذات حجم معين على طول تدرج تركيز (أيونات ، كربوهيدرات ، نيوكليوتيدات ، ATP ، هرمونات ، بروتينات حتى 60 كيلو دالتون). المسام ليست تشكيلات دائمة. يزداد عدد المسام خلال فترة النشاط النووي الأكبر. يعتمد عدد المسام على الحالة الوظيفية للخلية. كلما زاد النشاط التركيبي في الخلية ، زاد عددها. تم حساب أنه في الفقاريات السفلية في كريات الدم الحمراء ، حيث يتشكل الهيموجلوبين بشكل مكثف ويتراكم ، يوجد حوالي 30 مسامًا لكل 1 ميكرومتر من الغشاء النووي. في كريات الدم الحمراء الناضجة لهذه الحيوانات التي تحتفظ بالنوى ، يبقى ما يصل إلى خمسة مسام لكل 1 ميكروغرام من الغشاء ، أي 6 مرات أقل.

في منطقة مجمع الريش ، ما يسمى ب لوحة كثيفة - طبقة بروتينية تكمن وراء كامل طول الغشاء الداخلي للغشاء النووي. تؤدي هذه البنية في المقام الأول وظيفة داعمة ، حيث يتم الحفاظ على شكل النواة في وجودها حتى لو تم تدمير كلا أغشية الغلاف النووي. من المفترض أيضًا أن الاتصال المنتظم بمادة الصفيحة الكثيفة يساهم في الترتيب المنظم للكروموسومات في نواة الطور البيني.

النسغ النووي (karyoplasmأو مصفوفة)- المحتويات الداخلية للنواة ، عبارة عن محلول من البروتينات والنيوكليوتيدات والأيونات ولزوجة أكثر من الهيالوبلازم. يحتوي أيضًا على بروتينات ليفية. يحتوي karyoplasm nucleoli و chromatin. يشكل العصير النووي البيئة الداخلية للنواة ، وبالتالي فهو يلعب دورًا مهمًا في ضمان الأداء الطبيعي للمادة الوراثية. يحتوي تكوين العصير النووي خيطيأو البروتينات الليفية ،التي يرتبط بها أداء وظيفة الدعم: تحتوي المصفوفة أيضًا على المنتجات الأولية لنسخ المعلومات الوراثية - الحمض النووي الريبي غير المتجانس (hnRNA) ، والتي تتم معالجتها هنا ، وتتحول إلى mRNA.

النواة- عنصر إلزامي للنواة ، يوجد في نوى الطور البيني وهي أجسام صغيرة كروية الشكل. النوى أكثر كثافة من النواة. في النواة ، يحدث تخليق الرنا الريباسي وأنواع أخرى من الحمض النووي الريبي وتشكيل الوحدات الفرعية. الريبوسوم. يرتبط ظهور النوى بمناطق معينة من الكروموسومات تسمى المنظمات النووية. يتم تحديد عدد النوى من خلال عدد المنظمين النواة. تحتوي على جينات الرنا الريباسي. تحتل جينات الرنا الريباسي مناطق معينة (اعتمادًا على نوع الحيوان) لكروموسوم واحد أو أكثر (في البشر ، 13-15 و21-22 زوجًا) - المنظمون النوويون، حيث تتشكل النوى. تبدو هذه المناطق في الكروموسومات الطورية مثل انقباضات وتسمى القيود الثانوية. باستخدام المجهر الإلكتروني ، يتم الكشف عن المكونات الخيطية والحبيبية في النواة. يتم تمثيل المكون الخيطي (الليفي) بمجمعات من البروتين وجزيئات طليعة الحمض النووي الريبي العملاقة ، والتي تتشكل منها بعد ذلك جزيئات أصغر من الرنا الريباسي الناضج. في عملية النضج ، يتم تحويل الألياف إلى حبيبات بروتين نووي (حبيبات) ، والتي تمثل المكون الحبيبي.

هياكل الكروماتين على شكل كتل ،المنتشرة في النيوكليوبلازم هي شكل من أشكال الطور البيني للوجود الكروموسوماتالخلايا.

الريبوسوم - وهو عبارة عن جسيم دائري من البروتين النووي يبلغ قطره 20-30 نانومتر. الريبوسومات هي عضيات خلوية غير غشائية. تجمع الريبوسومات بين بقايا الأحماض الأمينية في سلاسل متعددة الببتيد (تخليق البروتين). الريبوسومات صغيرة جدًا ومتعددة.

يتكون من وحدات فرعية صغيرة وكبيرة ، يحدث الجمع بينهما في وجود رسول (رسول) RNA (مرنا). تشتمل الوحدة الفرعية الصغيرة على جزيئات البروتين وجزيء واحد من RNA الريبوسومي (rRNA) ، بينما تحتوي الوحدة الثانية على بروتينات وثلاثة جزيئات rRNA. يشارك البروتين و rRNA بالكتلة بكميات متساوية في تكوين الريبوسومات. يتم تصنيع الرنا الريباسي في النواة.

عادةً ما يجمع جزيء mRNA عدة ريبوسومات مثل سلسلة من الخرزات. يسمى هذا الهيكل متعدد الروح.توجد Polysomes بحرية في المادة الأرضية من السيتوبلازم أو متصلة بأغشية الشبكة السيتوبلازمية الخشنة. في كلتا الحالتين ، فإنها تعمل كموقع لتخليق البروتين النشط. أدت المقارنة بين نسبة عدد polysomes الحرة والمرتبطة بالغشاء في الخلايا غير المتمايزة والخلايا السرطانية ، من ناحية ، وفي الخلايا المتخصصة لكائن بالغ ، من ناحية أخرى ، إلى استنتاج مفاده أن البروتينات تتشكل على الهيالوبلازم. polysomes لاحتياجاتهم الخاصة (للاستخدام "المنزلي") من هذه الخلية ، بينما في polysomes من الشبكة الحبيبية يتم تصنيع البروتينات التي يتم إزالتها من الخلية واستخدامها لاحتياجات الجسم (على سبيل المثال ، الإنزيمات الهاضمة وحليب الثدي البروتينات). يمكن أن تتواجد الريبوسومات بحرية في السيتوبلازم أو تترافق مع الشبكة الإندوبلازمية ، كونها جزءًا من ER الخام ، وعادة ما تدخل البروتينات المتكونة على الريبوسومات المتصلة بغشاء ER إلى خزانات ER. تبقى البروتينات التي يتم تصنيعها على الريبوسومات الحرة في الهيالوبلازم. على سبيل المثال ، يتم تصنيع الهيموغلوبين على الريبوسومات الحرة في كريات الدم الحمراء. توجد الريبوسومات أيضًا في الميتوكوندريا والبلاستيدات والخلايا بدائية النواة.

السابق التالي

عرض المزيد:

تركيب النواة وتكوينها الكيميائي

تتكون النواة من كروماتين ونواة وكاريوبلازم (نيوكليوبلازم) ومغلف نووي.

في الخلية التي تنقسم ، توجد في معظم الحالات نواة واحدة ، ولكن توجد خلايا بها نواتان (20٪ من خلايا الكبد ثنائية النواة) ، وكذلك متعددة النوى (ناقضات عظام أنسجة العظام).

المقاسات - تتراوح من 3-4 إلى 40 ميكرون.

يتميز كل نوع من الخلايا بنسبة ثابتة من حجم النواة إلى حجم السيتوبلازم. هذه النسبة تسمى مؤشر Hertwing. بناءً على قيمة هذا الفهرس ، يتم تقسيم الخلايا إلى مجموعتين:

1. النووية - مؤشر Hertwing له أهمية أكبر ؛

2. السيتوبلازمية - لمؤشر Hertwing قيم ضئيلة.

Yoform - يمكن أن تكون كروية ، على شكل قضيب ، على شكل حبة ، حلقي ، مجزأة.

تحديد موقع Yolocalization - يتم توطين النواة دائمًا في مكان معين في الخلية. على سبيل المثال ، في الخلايا الأسطوانية للمعدة ، تكون في وضع قاعدي.

يمكن أن تكون النواة في الخلية في حالتين:

أ) الانقسامية (أثناء الانقسام) ؛

ب) الطور البيني (بين الأقسام).

في الخلية الحية ، تبدو نواة الطور البيني نواة فارغة بصريًا ؛ تم العثور على النواة فقط. لا يمكن ملاحظة تراكيب النواة على شكل خيوط ، إلا عندما تؤثر العوامل الضارة على الخلية ، وعندما تدخل في حالة من النخر (حالة حدودية بين الحياة والموت). من هذه الحالة ، يمكن للخلية أن تعود إلى الحياة الطبيعية أو تموت. بعد موت الخلية ، من الناحية الشكلية ، يتم تمييز التغييرات التالية في النواة:

1) karyopyknosis - ضغط النواة ؛

2) karyorrhexis - تحلل النواة ؛

3) انحلال النواة - انحلال النواة.

وظائف: 1) تخزين ونقل المعلومات الجينية ،

2) التخليق الحيوي للبروتين ، 3) تكوين وحدات فرعية الريبوسوم.

الكروماتينية

الكروماتين (من الكروما اليونانية - الطلاء الملون) هو الهيكل الرئيسي لنواة الطور البيني ، التي تلطخ جيدًا بالأصباغ الأساسية وتحدد نمط الكروماتين للنواة لكل نوع من الخلايا.

نظرًا لقدرتها على التلطيخ جيدًا بمختلف الأصباغ ، وخاصة مع الأصباغ الرئيسية ، فقد أطلق على هذا المكون من النواة اسم "الكروماتين" (Flemming 1880).

الكروماتين هو نظير هيكلي للكروموسومات وفي نواة الطور البيني هو الحمض النووي الناقل للجسم.

من الناحية الشكلية ، يتم تمييز نوعين من الكروماتين:

1) الهيتروكروماتين.

2) كروماتين حقيقي.

الهيتروكروماتين(heterochromatinum) يتوافق مع أجزاء من الكروموسومات مكثفة جزئيًا في الطور البيني وهي غير نشطة وظيفيًا. هذا الكروماتين يلطخ جيدًا وهذا الكروماتين يمكن رؤيته في المستحضرات النسيجية.

الهيتروكروماتين ، بدوره ، ينقسم إلى:

1) الهيكلية 2) اختياري.

الهيكليالهيتروكروماتين هي أجزاء من الكروموسومات تكون دائمًا في حالة مكثفة.

اختياريالهيتروكروماتين هو الكروماتين المتغاير القادر على فك التكثيف والتحول إلى كروماتين حقيقي.

كروماتين حقيقي- هذه مناطق من الكروموسومات مفكوكة في الطور البيني. هذا كروماتين عامل ونشط وظيفيًا. هذا الكروماتين غير ملوث ولا يتم اكتشافه في المستحضرات النسيجية.

أثناء الانقسام ، يتم تكثيف كل كروماتين حقيقي إلى أقصى حد ويصبح جزءًا من الكروموسومات. خلال هذه الفترة ، لا تؤدي الكروموسومات أي وظائف تركيبية. في هذا الصدد ، يمكن أن تكون كروموسومات الخلية في حالتين هيكليتين ووظيفتين:

1) نشطة (عاملة) ، وأحيانًا يتم فك تكثيفها جزئيًا أو كليًا وبمشاركتها في النواة ، تحدث عمليات النسخ وإعادة التكرار ؛

2) غير نشطة (السكون الأيضي غير العامل) ، عندما يتم تكثيفها إلى أقصى حد ، فإنها تؤدي وظيفة توزيع ونقل المادة الجينية إلى الخلايا الوليدة.

في بعض الأحيان ، في بعض الحالات ، يمكن أن يظل الكروموسوم بأكمله أثناء الطور البيني في حالة مكثفة ، بينما يبدو ككروماتين متغاير سلس. على سبيل المثال ، يخضع أحد الكروموسومات X للخلايا الجسدية في الجسد الأنثوي للتغير اللوني في المراحل الأولى من التطور الجنيني (أثناء الانقسام) ولا يعمل. يسمى هذا الكروماتين بالكروماتين الجنسي أو أجسام البر.

في الخلايا المختلفة ، يكون للكروماتين الجنسي مظهر مختلف:

أ) في الكريات البيض العدلات - نوع من مضرب ؛

ب) في الخلايا الظهارية من الغشاء المخاطي - ظهور كتلة نصف كروية.

يستخدم تحديد كروماتين الجنس لتحديد الجنس الجيني ، وكذلك لتحديد عدد الكروموسومات X في النمط النووي للفرد (يساوي عدد أجسام الكروماتين الجنسي + 1).

أظهرت الدراسات المجهرية الإلكترونية أن مستحضرات كروماتين الطور البيني المعزول تحتوي على ليفات كروموسومية أولية بسمك 20-25 نانومتر ، والتي تتكون من ليفات بسمك 10 نانومتر.

كيميائيًا ، ليفية الكروماتين عبارة عن معقدات معقدة من بروتينات الديوكسي ريبونوكليوبروتينات ، والتي تشمل:

ب) بروتينات كروموسومية خاصة.

النسبة الكمية للحمض النووي والبروتين والحمض النووي الريبي هي 1: 1.3: 0.2. حصة DNA في تحضير الكروماتين 30-40٪. يختلف طول جزيئات الحمض النووي الخطية الفردية في حدود غير مباشرة ويمكن أن تصل إلى مئات الميكرومترات وحتى السنتيمترات. يبلغ الطول الإجمالي لجزيئات الحمض النووي في جميع كروموسومات خلية بشرية واحدة حوالي 170 سم ، وهو ما يعادل 6 × 10-12 جم.

تشكل بروتينات الكروماتين 60-70٪ من كتلتها الجافة وتمثلها مجموعتان:

أ) بروتينات هيستون.

ب) البروتينات غير الهيستونية.

يو بروتينات هيستون (هيستون) - البروتينات القلوية التي تحتوي على الأحماض الأمينية الأساسية (بشكل رئيسي ليسين ، أرجينين) مرتبة بشكل غير متساوٍ في كتل بطول جزيء الحمض النووي. كتلة واحدة تحتوي على 8 جزيئات هيستون التي تشكل النواة. يبلغ حجم النوكليوسوم حوالي 10 نانومتر. يتكون النوكليوسوم عن طريق الضغط واللف الفائق للحمض النووي ، مما يؤدي إلى تقصير طول ليفي الكروموسوم بحوالي 5 مرات.

يو بروتينات غير هيستونتشكل 20٪ من عدد الهستونات وفي نوى الطور البيني تشكل شبكة هيكلية داخل النواة ، والتي تسمى مصفوفة البروتين النووي. تمثل هذه المصفوفة الإطار الذي يحدد مورفولوجيا وعملية التمثيل الغذائي للنواة.

يبلغ سمك ألياف البيركروماتين 3-5 نانومتر ، ويبلغ قطر الحبيبات 45 نانومتر ، ويبلغ قطر الحبيبات بين الكروماتين 21-25 نانومتر.

النواة

النواة (النواة) هي البنية الأكثر كثافة للنواة ، والتي يمكن رؤيتها بوضوح في خلية حية غير ملوثة وهي مشتق من الكروموسوم ، أحد مواقعها ذات أعلى تركيز وتركيب نشط لـ RNA في الطور البيني ، ولكنها ليست كذلك هيكل أو عضية مستقلة.

Ё الحجم - 1-5 ميكرون.

الشكل كروي.

النواة لها بنية غير متجانسة. في المجهر الضوئي ، يكون التنظيم الليفي الدقيق مرئيًا.

يكشف الفحص المجهري الإلكتروني عن مكونين رئيسيين:

أ) الحبيبية ب) ليفي.

مكون حبيبيتمثلها حبيبات يبلغ قطرها 15-20 نانومتر ، وهي وحدات فرعية ناضجة من الريبوسومات. في بعض الأحيان ، يشكل المكون الحبيبي هياكل خيطية - نيوكليولونيمس ، يبلغ سمكها حوالي 0.2 ميكرومتر. المكون الحبيبي مترجم على طول المحيط.

ليفيالمكون هو خيوط بروتين نووي من سلائف الريبوسوم ، والتي تتركز في الجزء المركزي من النواة.

تعتمد البنية الدقيقة للنواة على نشاط تخليق الحمض النووي الريبي: عند مستوى عالٍ من التوليف ، يتم الكشف عن عدد كبير من الحبيبات في النواة ، وعندما يتم إيقاف التوليف ، يتناقص عدد الحبيبات وتتحول النوى إلى خيوط ليفية كثيفة من طبيعة قاعدية.

المغلف النووي

يتكون الغلاف النووي (nuclolemma) من:

فيزياء النواة الذرية. التكوين الأساسي.

الغشاء النووي الخارجي (م. النوى الخارجي) ،

2. الغشاء الداخلي (m. النووية الداخلية) ، والذي يتم فصله عن طريق الفضاء المحيط بالنواة أو الغلاف النووي للصهريج (cisterna nucleolemmae) ، بعرض 20-60 نانومتر.

يبلغ سمك كل غشاء 7-8 نانومتر. بشكل عام ، يشبه الغشاء النووي كيسًا مجوفًا من طبقتين يفصل محتويات النواة عن السيتوبلازم.

الغشاء الخارجي للغلاف النووي، التي هي على اتصال مباشر مع سيتوبلازم الخلية ، لديها عدد من الميزات الهيكلية التي تسمح بأن تُنسب إلى نظام الغشاء المناسب للشبكة الإندوبلازمية. تشمل هذه الميزات: وجود العديد من polyribosomes على جانب الهيالوبلازم ، ويمكن للغشاء النووي الخارجي نفسه أن ينتقل مباشرة إلى أغشية الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية. سطح الغشاء النووي الخارجي في معظم الخلايا الحيوانية والنباتية ليس أملسًا ويشكل نواتج بأحجام مختلفة نحو السيتوبلازم في شكل حويصلات أو تكوينات أنبوبية طويلة.

الغشاء النووي الداخليالمرتبطة بالمادة الكروموسومية للنواة. من جانب karyoplasm ، فإن ما يسمى بالطبقة الليفية ، المكونة من الألياف ، مجاورة للغشاء النووي الداخلي ، ولكنها ليست مميزة لجميع الخلايا.

الغلاف النووي غير مستمر. أكثر الهياكل المميزة للغلاف النووي هي المسام النووية. تتكون المسام النووية من اندماج غشاءين نوويين. في هذه الحالة ، يتم تشكيل ثقوب دائرية (ثقوب ، حلقة بوري) ، يبلغ قطرها حوالي 80-90 نانومتر. تمتلئ هذه الثقوب في الغشاء النووي بهياكل كروية وليفية معقدة. يُطلق على تركيبة ثقوب الغشاء وهذه الهياكل اسم مجمع المسام (معقد البوري). يتكون مجمع المسام من ثلاثة صفوف من الحبيبات ، ثمانية في كل صف ، يبلغ قطر الحبيبات 25 نانومتر ؛ تمتد العمليات الليفية من هذه الحبيبات. توجد الحبيبات على حدود الفتحة الموجودة في الغلاف النووي: يقع صف واحد على جانب النواة ، والثاني - على جانب السيتوبلازم ، والثالث في الجزء المركزي من المسام. يمكن أن تتقارب الألياف الممتدة من الحبيبات المحيطية في المركز وتخلق ، كما كانت ، قسمًا ، وغشاءًا عبر المسام (diaphragma pori). عادة ما تكون أحجام المسام لهذه الخلية مستقرة. يعتمد عدد المسام النووية على النشاط الأيضي للخلايا: فكلما زادت كثافة العمليات التركيبية في الخلية ، زاد عدد المسام لكل وحدة سطح لنواة الخلية.

سمات:

1. الحاجز - يفصل محتويات النواة عن السيتوبلازم ، ويحد من النقل الحر للجزيئات الكبيرة بين النواة والسيتوبلازم.

2. إنشاء ترتيب داخل النواة - تثبيت المادة الصبغية في التجويف ثلاثي الأبعاد للنواة.

كاريوبلازم

Karyoplasm هو الجزء السائل من النواة ، حيث توجد الهياكل النووية ، وهو نظير للهيالوبلازم في الجزء السيتوبلازمي من الخلية.

تكاثر الخلايا

من أهم الظواهر البيولوجية ، التي تعكس الأنماط العامة وهي شرط أساسي لوجود الأنظمة البيولوجية لفترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية ، تكاثر (تكاثر) تركيبها الخلوي. يتم استنساخ الخلايا ، وفقًا لنظرية الخلية ، عن طريق قسمة الأصل. هذا الموقف هو أحد المواقف الرئيسية في نظرية الخلية.

نواة (نواة) الخلية

وظائف أساسية

الكروماتينية -

الكروموسومات

التي تشمل:

- بروتينات هيستون

- كميات صغيرة من الحمض النووي الريبي.

مصفوفة نووية

يتكون من 3 مكونات:

وضع الغلاف النووي.

ما هي النواة - هل هي في علم الأحياء: الخصائص والوظائف

الشبكة الداخلية (هيكل عظمي).

3. النواة "المتبقية".

إنها تتكون من:

- الغشاء النووي الخارجي ؛

نيوكليوبلازم (كريوبلازم)- المكون السائل للنواة ، حيث يوجد الكروماتين والنواة. يحتوي على الماء وعدد

النواة

تاريخ النشر: 2015/02/03 ؛ قراءة: 1053 | انتهاك حقوق النشر الصفحة

نواة (نواة) الخلية- نظام التحديد الجيني وتنظيم تخليق البروتين.

وظائف أساسية

● تخزين وصيانة المعلومات الوراثية

● تنفيذ المعلومات الوراثية

تتكون النواة من كروماتين ونواة وكاريوبلازم (نيوكليوبلازم) ومغلف نووي يفصلها عن السيتوبلازم.

الكروماتينية -هذه هي مناطق مادة كثيفة في النواة ، والتي

يتعرف Rosho على أصباغ مختلفة ، خاصة الأصباغ الأساسية.

في الخلايا غير المنقسمة ، يوجد الكروماتين على شكل كتل وحبيبات ، وهو شكل بيني لوجود الكروموسومات.

الكروموسومات- ليفات الكروماتين ، وهي عبارة عن مجمعات معقدة من بروتينات ديوكسي ريبونوكليوبروتينات (DNP) ، في التركيبة

التي تشمل:

- بروتينات هيستون

- بروتينات غير هيستون - تشكل 20٪ ، وهي إنزيمات تؤدي وظائف هيكلية وتنظيمية ؛

- كميات صغيرة من الحمض النووي الريبي.

- كميات قليلة من الدهون ، السكريات ، أيونات المعادن.

مصفوفة نووية- هو إطار النظام النووي

المنجم ، العمود الفقري الموحد للكروماتين والنواة والمغلف النووي. هذه الشبكة الهيكلية هي الأساس الذي يحدد التشكل والتمثيل الغذائي للنواة.

يتكون من 3 مكونات:

1. لامينا (أ ، ب ، ج) - طبقة ليفية محيطية ، فرعية

وضع الغلاف النووي.

2. الشبكة الداخلية (هيكل عظمي).

3. النواة "المتبقية".

غلاف نووي (karyolemma)هو غشاء يفصل محتويات النواة عن سيتوبلازم الخلية.

إنها تتكون من:

- الغشاء النووي الخارجي ؛

- الغشاء النووي الداخلي ، وبينه يوجد الفضاء المحيط بالنواة ؛

- يحتوي الغلاف النووي ذو الغشاء المزدوج على مجمع مسام.

نيوكليوبلازم (كريوبلازم)- المكون السائل للنواة ، حيث يوجد الكروماتين والنواة.

النواة. مكونات النواة

يحتوي على الماء وعدد

المواد المذابة والمعلقة فيه: RNA ، البروتينات السكرية ،

الأيونات والإنزيمات والمستقلبات.

النواة- أكثف بنية للنواة ، تتكون من مناطق متخصصة - حلقات من الكروموسومات ، والتي تسمى المنظمات النووية.

هناك 3 مكونات للنواة:

1. المكون الليفي هو نصوص الرنا الريباسي الأولية.

2. المكون الحبيبي هو تراكم ما قبل

الوحدات الفرعية الريبوسوم.

3. مكون غير متبلور - مناطق من المنظم النووي ،

تاريخ النشر: 2015/02/03 ؛ قراءة: 1052 | انتهاك حقوق النشر الصفحة

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018. (0.001 ثانية) ...

النواة هي المكون التنظيمي الرئيسي للخلية. هيكلها ووظائفها.

النواة جزء أساسي من الخلايا حقيقية النواة. هذا هو المكون التنظيمي الرئيسي للخلية. إنها مسؤولة عن تخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وتتحكم في جميع عمليات التمثيل الغذائي في الخلية. . ليس عضويًا ، ولكنه مكون من مكونات الخلية.

يتكون جوهرها من:

1) الغلاف النووي (الغشاء النووي) ، والذي يتم من خلاله التبادل بين نواة الخلية والسيتوبلازم.

2) العصير النووي ، أو karyoplasm ، عبارة عن كتلة بلازما شبه سائلة ملطخة بشكل ضعيف تملأ جميع نوى الخلية وتحتوي على مكونات النواة المتبقية ؛

3) الكروموسومات التي تظهر في النواة غير المنقسمة فقط بمساعدة طرق الفحص المجهري الخاصة. تسمى مجموعة الكروموسومات في الخلية aryotype.الكروماتين الموجود في مستحضرات الخلايا المصبوغة عبارة عن شبكة من الخيوط الرفيعة (الألياف) أو الحبيبات الصغيرة أو التكتلات.

4) جسم كروي واحد أو أكثر - النوى ، وهي جزء متخصص من نواة الخلية وترتبط بتخليق الحمض النووي الريبي والبروتينات.

حالتان للنواة:

1. نواة الطور البيني - لها نوى. غمد - karyolemma.

2. نواة أثناء انقسامات الخلية. فقط الكروماتين موجود في حالة مختلفة.

تتكون النواة من منطقتين:

1. جزيئات البروتين الليفي الداخلي و RNA

2. الخارجي - الحبيبي - وحدات فرعية من الريبوسومات.

يتكون الغلاف النووي من غشاءين يفصل بينهما فراغ حول النواة. كلاهما يتخلل العديد من المسام ، وبفضل ذلك يمكن تبادل المواد بين النواة والسيتوبلازم.

المكونات الرئيسية للنواة هي الكروموسومات المكونة من جزيء الحمض النووي والبروتينات المختلفة. في المجهر الضوئي ، يمكن تمييزها بوضوح فقط خلال فترة انقسام الخلية (الانقسام ، الانقسام الاختزالي). في الخلية غير المنقسمة ، تبدو الكروموسومات مثل خيوط رفيعة طويلة موزعة على كامل حجم النواة.

تتمثل الوظائف الرئيسية لنواة الخلية فيما يلي:

1. مخزن البيانات؛
2. نقل المعلومات إلى السيتوبلازم باستخدام النسخ ، أي توليف i-RNA الذي يحمل المعلومات ؛
3. نقل المعلومات إلى الخلايا الوليدة أثناء النسخ المتماثل - انقسام الخلايا والنوى.
4. ينظم العمليات البيوكيميائية والفسيولوجية والصرفية في الخلية.

يحدث في النواة تكرار- ازدواجية جزيئات الدنا وكذلك النسخ- تخليق جزيئات RNA على قالب DNA. في النواة ، تخضع جزيئات الحمض النووي الريبي المُصنَّعة لبعض التعديلات (على سبيل المثال ، أثناء الربطيتم استبعاد المناطق غير المهمة التي لا معنى لها من جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال) ، وبعد ذلك تدخل السيتوبلازم . تجميع الريبوسوميحدث أيضًا في النواة ، في تكوينات خاصة تسمى النوى. يتم تشكيل حجرة النواة - karyotheca - من خلال توسيع ودمج خزانات الشبكة الإندوبلازمية مع بعضها البعض بطريقة تجعل للنواة جدرانًا مزدوجة بسبب الأجزاء الضيقة من الغشاء النووي المحيط بها. يسمى تجويف الغلاف النووي التجويفأو الفضاء المحيط بالنووية. السطح الداخلي للغلاف النووي محاط بالنووية صفيحة- بنية بروتينية صلبة تتكون من بروتينات اللامينات ، والتي ترتبط بها خيوط من الحمض النووي الصبغي. في بعض الأماكن ، تندمج الأغشية الداخلية والخارجية للمغلف النووي وتشكل ما يسمى بالمسام النووية التي يحدث من خلالها تبادل المواد بين النواة والسيتوبلازم.

12. عضيات ثنائية الغشاء (ميتوكوندريا ، بلاستيدات). هيكلها ووظائفها.

الميتوكوندريا - هذه هياكل مستديرة أو على شكل قضيب ، متفرعة غالبًا ، سمكها 0.5 ميكرومتر وعادة ما يصل طولها إلى 5-10 ميكرون.

تتكون قشرة الميتوكوندريا من غشاءين يختلفان في التركيب الكيميائي ، ومجموعة من الإنزيمات والوظائف. الغشاء الداخليتشكل انغابات على شكل ورقة (cristae) أو أنبوبي (أنابيب). المساحة التي يحدها الغشاء الداخلي هي مصفوفة العضيات. باستخدام المجهر الإلكتروني ، يتم اكتشاف الحبوب التي يبلغ قطرها 20-40 نانومتر فيها. تتراكم أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ، وكذلك السكريات ، مثل الجليكوجين.
تحتوي المصفوفة على جهاز تخليق البروتين العضوي الخاص بها. يتم تمثيله بـ 2-6 نسخ من جزيء DNA دائري وخالي من الهيستون (كما في بدائيات النوى) ، الريبوسومات ، مجموعة من RNA للنقل (tRNA) ، إنزيمات لتكرار الحمض النووي ، نسخ وترجمة المعلومات الوراثية. الوظيفة الأساسيةتتكون الميتوكوندريا من الاستخراج الأنزيمي للطاقة من مواد كيميائية معينة (عن طريق الأكسدة) وتراكم الطاقة في شكل قابل للاستخدام بيولوجيًا (عن طريق تخليق أدينوزين ثلاثي الفوسفات - جزيئات ATP). بشكل عام ، هذه العملية تسمى الفسفرة التأكسدية. من بين الوظائف الجانبية للميتوكوندريا ، يمكن للمرء تسمية المشاركة في تخليق هرمونات الستيرويد وبعض الأحماض الأمينية (الجلوتامين).

البلاستيدات - هذه عضيات شبه مستقلة (يمكن أن توجد بشكل مستقل نسبيًا عن الحمض النووي للخلية) عضيات ثنائية الغشاء مميزة للكائنات حقيقية النواة ذات التركيب الضوئي. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من البلاستيدات: البلاستيدات الخضراء والكروموبلاستيدات والبلاستيدات الخضراء.يطلق على مجموع البلاستيدات في الخليةبلاستيدوما . يمكن لكل نوع من هذه الأنواع ، في ظل ظروف معينة ، أن ينتقل أحدهما إلى الآخر. مثل الميتوكوندريا ، تحتوي البلاستيدات على جزيئات الحمض النووي الخاصة بها. لذلك ، فهم قادرون أيضًا على التكاثر بشكل مستقل عن انقسام الخلايا. توجد البلاستيدات فقط في الخلايا النباتية.

البلاستيدات الخضراء.يتراوح طول البلاستيدات الخضراء من 5 إلى 10 ميكرون ، ويتراوح قطرها من 2 إلى 4 ميكرون. يحد البلاستيدات الخضراء بغشاءين. الغشاء الخارجي أملس ، والغشاء الداخلي له هيكل مطوي معقد. أصغر طية تسمى t ilakoid. تسمى مجموعة من الثايلاكويدات المكدسة مثل كومة من العملات المعدنية g جرح. ترتبط الحبيبات ببعضها البعض عن طريق القنوات المسطحة - صفائح.تحتوي أغشية الثايلاكويد على أصباغ وأنزيمات التمثيل الضوئي التي توفر تخليق ATP. الصباغ الرئيسي في عملية التمثيل الضوئي هو الكلوروفيل ، والذي يحدد اللون الأخضر للبلاستيدات الخضراء.

تمتلئ المساحة الداخلية للبلاستيدات الخضراء سدى. تحتوي السدى على دنا عاري دائري ، وريبوسومات ، وإنزيمات دورة كالفين ، وحبوب النشا. يوجد داخل كل ثايلاكويد خزان بروتون ، وهناك تراكم لـ H +. البلاستيدات الخضراء ، مثل الميتوكوندريا ، قادرة على التكاثر المستقل عن طريق الانقسام إلى قسمين. تسمى البلاستيدات الخضراء للنباتات السفلية كروماتوفورس.

Leucoplasts. الغشاء الخارجي أملس ، والغشاء الداخلي يشكل ثايلاكويدات صغيرة. تحتوي السدى على دنا دائري "عاري" وريبوسومات وإنزيمات لتخليق وتحلل المغذيات الاحتياطية. لا توجد أصباغ. تحتوي العديد من كريات الدم البيضاء على وجه الخصوص على خلايا أعضاء تحت الأرض للنبات (الجذور ، الدرنات ، الجذور ، إلخ). .). الأميلوبلاستس- تصنيع وتخزين النشا ، إليوبلاست- زيوت والبروتينات- بروتينات. يمكن أن تتراكم مواد مختلفة في نفس البلاستيدات البيضاء.

الكروموبلاستس.يكون الغشاء الخارجي أملسًا ، أو داخليًا أو أملسًا أيضًا ، أو يشكل ثايلاكويدات مفردة. تحتوي السدى على دنا دائري وأصباغ. - الكاروتينات، مما يعطي الكروموبلاستس اللون الأصفر أو الأحمر أو البرتقالي. يختلف شكل تراكم الأصباغ: في شكل بلورات ، مذابة في قطرات دهنية ، إلخ. تعتبر الكروموبلاستيدات المرحلة النهائية في تطور البلاستيدات.

يمكن أن تتحول البلاستيدات إلى بعضها البعض: البلاستيدات البيضاء - البلاستيدات الخضراء - البلاستيدات.

العضيات أحادية الغشاء (ER ، جهاز جولجي ، الجسيمات الحالة). هيكلها ووظائفها.

أنبوبيو نظام الفراغتتشكل عن طريق توصيل أو فصل تجاويف أنبوبية أو مسطحة (صهريج) ، مقيدة بالأغشية وتنتشر في جميع أنحاء سيتوبلازم الخلية. في هذا النظام هناك الخامو الشبكة السيتوبلازمية الملساء. تتمثل إحدى سمات بنية الشبكة الخشنة في ربط polysomes بأغشيتها. وبسبب هذا ، فإنه يؤدي وظيفة تصنيع فئة معينة من البروتينات التي يتم إزالتها بشكل أساسي من الخلية ، على سبيل المثال ، التي تفرزها خلايا الغدة. في منطقة الشبكة الخشنة ، يتم تكوين البروتينات والدهون من الأغشية السيتوبلازمية ، وكذلك تجميعها. معبأة بكثافة في هيكل متعدد الطبقات ، فإن صهاريج الشبكة الخشنة هي مواقع تخليق البروتين الأكثر نشاطًا وتسمى إرغاستوبلازم.

أغشية الشبكة السيتوبلازمية الملساء خالية من polysomes. وظيفيًا ، ترتبط هذه الشبكة بعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والدهون والمواد الأخرى غير البروتينية ، مثل هرمونات الستيرويد (في الغدد التناسلية ، قشرة الغدة الكظرية). من خلال الأنابيب والصهاريج ، تتحرك المواد ، على وجه الخصوص ، المادة التي تفرزها الخلية الغدية ، من موقع التوليف إلى منطقة التعبئة إلى حبيبات. في مناطق خلايا الكبد الغنية بالبنى الشبكية الملساء ، يتم تدمير المواد السامة الضارة وبعض الأدوية (الباربيتورات) وتصبح غير ضارة. في الحويصلات والأنابيب للشبكة الملساء للعضلات المخططة ، يتم تخزين أيونات الكالسيوم (المترسبة) ، والتي تلعب دورًا مهمًا في عملية الانكماش.

مجمع جولجي- عبارة عن كومة من الأكياس الغشائية المسطحة تسمى صهاريج. الخزانات معزولة تمامًا عن بعضها البعض وليست مترابطة. تتفرع العديد من الأنابيب والحويصلات من الصهاريج على طول الحواف. يتم ربط الفجوات (الحويصلات) بمواد مركبة من EPS من وقت لآخر ، والتي تنتقل إلى مجمع جولجي وتتصل بها. المواد المركبة في EPS تصبح أكثر تعقيدًا وتتراكم في مجمع جولجي. وظائف مجمع جولجي :1- في خزانات مجمع جولجي ، هناك تحول كيميائي إضافي وتعقيد للمواد التي دخلت إليه من EPS. على سبيل المثال ، يتم تكوين المواد اللازمة لتجديد غشاء الخلية (البروتينات السكرية ، الدهون السكرية) ، السكريات.

2- يوجد في مجمع جولجي تراكم للمواد و "تخزينها" المؤقت

3- يتم "حزم" المواد المشكلة في حويصلات (في فجوات) وفي هذا الشكل تتحرك خلال الخلية.

4- في مجمع جولجي ، تتكون الجسيمات الحالة (عضيات كروية مع إنزيمات مهينة).

الجسيمات المحللة- عضيات كروية صغيرة ، تتكون جدرانها من غشاء واحد ؛ تحتوي على محلول(شق) الإنزيمات. في البداية ، تحتوي الجسيمات الحالة ، المربوطة بمركب جولجي ، على إنزيمات غير نشطة. في ظل ظروف معينة ، يتم تنشيط إنزيماتهم. عندما يندمج الليزوزوم مع فجوة بلعمية أو صنوبرية ، يتم تكوين فجوة هضمية ، يتم فيها هضم مواد مختلفة داخل الخلايا.

وظائف الجسيمات :1- إجراء تقسيم المواد الممتصة نتيجة البلعمة و pinocytosis. يتم تقسيم البوليمرات الحيوية إلى مونومرات تدخل الخلية وتستخدم لتلبية احتياجاتها.

النواة ومكوناتها الهيكلية

على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لتخليق مواد عضوية جديدة ، أو يمكن تفكيكها بشكل أكبر للحصول على الطاقة.

2- تدمير العضيات القديمة التالفة الزائدة. يمكن أن يحدث انقسام العضيات أيضًا أثناء تجويع الخلية.

فجوات- عضيات كروية أحادية الغشاء ، وهي عبارة عن خزانات للمياه ومواد مذابة فيها. تشمل الفجوات: فجوات بلعمية و pinocytic، فجوات الجهاز الهضمي ، حويصلات ، التي تغلب عليها الأربطة من EPS ومركب جولجي. فجوات الخلايا الحيوانية صغيرة ومتعددة ، لكن حجمها لا يتجاوز 5٪ من إجمالي حجم الخلية. وظيفتهم الرئيسية - نقل المواد عبر الخلية ، تنفيذ العلاقة بين العضيات.

في الخلية النباتية ، تشكل الفجوات ما يصل إلى 90٪ من الحجم.

في خلية نباتية ناضجة ، يوجد فجوة واحدة فقط ، وهي تحتل موقعًا مركزيًا. الغشاء الفجائي للخلية النباتية هو بلاست اللُون ، ومحتوياته هي نسغ الخلية. وظائف الفجوات في الخلية النباتية: الحفاظ على غشاء الخلية في حالة توتر ، وتراكم المواد المختلفة ، بما في ذلك نفايات الخلية. فجوات توفر المياه لعملية التمثيل الضوئي. قد يتضمن:

- المواد الاحتياطية التي يمكن أن تستخدمها الخلية نفسها (أحماض عضوية ، أحماض أمينية ، سكريات ، بروتينات). - المواد التي تفرز من عملية التمثيل الغذائي للخلية وتتراكم في الفجوة (الفينولات ، التانين ، القلويات ، إلخ) - الهرمونات النباتية ، المبيدات النباتية ،

- أصباغ (مواد تلوين) تعطي نسغ الخلية اللون البنفسجي ، والأحمر ، والأزرق ، والبنفسجي ، وفي بعض الأحيان الأصفر أو الكريمي. إنها أصباغ النسغ الخلوية التي تلون بتلات الزهور والفواكه والمحاصيل الجذرية.

14. العضيات غير الغشائية (الأنابيب الدقيقة ، مركز الخلية ، الريبوسومات). هيكلها ووظائفها.الريبوسوم - عضية غير غشائية للخلية تقوم بتخليق البروتين. يتكون من وحدتين فرعيتين - صغير وكبير. يتكون الريبوسوم من 3-4 جزيئات من الرنا الريباسي التي تشكل إطاره ، وعشرات الجزيئات من البروتينات المختلفة. يتم تصنيع الريبوسومات في النواة. في الخلية ، يمكن أن توجد الريبوسومات على سطح ER الحبيبي أو في الهيالوبلازم للخلية في شكل polysomes. Polysome -إنه مركب من i-RNA والعديد من الريبوسومات التي تقرأ المعلومات منه. دور الريبوسوم- التخليق الحيوي للبروتين. إذا كانت الريبوسومات موجودة في ER ، فإن البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطتها تستخدم لتلبية احتياجات الكائن الحي بأكمله ، تقوم الريبوسومات الهيالوبلازمية بتجميع البروتينات لتلبية احتياجات الخلية نفسها. تكون ريبوسومات الخلايا بدائية النواة أصغر من تلك الموجودة في حقيقيات النوى. تم العثور على نفس الريبوسومات الصغيرة في الميتوكوندريا والبلاستيدات.

أنابيب مجهرية - هياكل أسطوانية مجوفة للخلية ، تتكون من بروتين التوبولين غير القابل للاختزال. الأنابيب الدقيقة غير قادرة على الانكماش. تتكون جدران الأنابيب الدقيقة من 13 خيطًا من بروتين التوبولين. توجد الأنابيب الدقيقة في سمك هيالوبلازم الخلايا.

أهداب والأسواط - عضيات الحركة. الوظيفة الأساسية - حركة الخلايا أو الحركة على طول خلايا السائل أو الجزيئات المحيطة بها. في الكائن الحي متعدد الخلايا ، الأهداب هي سمة من سمات ظهارة الجهاز التنفسي ، وقناتي فالوب ، والأسواط هي سمة من سمات الحيوانات المنوية. تختلف الأهداب والسوط في الحجم فقط - فالأسواط أطول. وهي تعتمد على الأنابيب الدقيقة المرتبة في نظام 9 (2) + 2. وهذا يعني أن 9 أنابيب دقيقة مزدوجة (مزدوجة) تشكل جدار الأسطوانة ، وفي وسطها يوجد 2 من الأنابيب الدقيقة المفردة. يتم دعم الأهداب والسوط بواسطة الأجسام القاعدية. الجسم القاعدي له شكل أسطواني ، يتكون من 9 ثلاثة توائم (ثلاثة توائم) من الأنابيب الدقيقة ؛ لا توجد أنابيب دقيقة في وسط الجسم القاعدي.

cl هالمركز الدقيق — يحدد المركز الانقسامي ، وهو هيكل دائم في جميع الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا النباتية تقريبًا ، أقطاب الخلية المنقسمة (انظر الانقسام المتساوي) . يتكون مركز الخلية عادة من مركزين - حبيبات كثيفة بحجم 0.2-0.8 ميكرونتقع في زوايا قائمة لبعضها البعض. أثناء تكوين الجهاز الانقسامي ، يتباعد المريكزون نحو أقطاب الخلية ، ويحددون اتجاه مغزل انقسام الخلية. لذلك ، فمن الأصح أن يكون K. c. يتصل المركز الانقسامي، مما يعكس أهميته الوظيفية ، خاصة أنه فقط في بعض الخلايا K. ج. تقع في وسطها. في سياق تطور الكائن الحي ، يتغيرون مثل موضع K. c. في الخلايا ، كذلك شكلها. عندما تنقسم الخلية ، تتلقى كل خلية ابنة زوجًا من المريكزات. تحدث عملية تكرارها في كثير من الأحيان في نهاية انقسام الخلية السابق. يرتبط ظهور عدد من الأشكال المرضية لانقسام الخلايا بانقسام غير طبيعي إلى ج.

قبل وقت طويل من ظهور بيانات موثوقة عن البنية الداخلية لكل الأشياء ، تخيل المفكرون اليونانيون المادة على شكل أصغر الجسيمات النارية التي كانت في حالة حركة مستمرة. من المحتمل أن هذه الرؤية للنظام العالمي للأشياء مشتقة من استنتاجات منطقية بحتة. على الرغم من بعض السذاجة والافتقار المطلق للأدلة على هذا البيان ، فقد اتضح أنه صحيح. على الرغم من أن العلماء تمكنوا من تأكيد تخمين جريء بعد ثلاثة وعشرين قرنًا فقط.

هيكل الذرات

في نهاية القرن التاسع عشر ، تم فحص خصائص أنبوب التفريغ الذي يمر من خلاله تيار. أظهرت الملاحظات أن تيارين من الجسيمات ينبعثان:

تسمى الجسيمات السالبة لأشعة الكاثود بالإلكترونات. بعد ذلك ، تم العثور على جسيمات بنفس نسبة الشحنة إلى الكتلة في العديد من العمليات. بدت الإلكترونات على أنها مكونات عالمية لذرات مختلفة ، يمكن فصلها بسهولة عن طريق قصف الأيونات والذرات.

تم تمثيل الجسيمات التي تحمل شحنة موجبة بواسطة شظايا من الذرات بعد أن فقدت إلكترونًا واحدًا أو أكثر. في الواقع ، كانت الأشعة الموجبة عبارة عن مجموعات من الذرات خالية من الجزيئات السالبة ، وبالتالي لها شحنة موجبة.

نموذج طومسون

على أساس التجارب ، وجد أن الجسيمات الموجبة والسالبة تمثل جوهر الذرة ، وكانت مكوناتها. اقترح العالم الإنجليزي جيه طومسون نظريته. في رأيه ، كانت بنية الذرة ونواة الذرة نوعًا من الكتلة يتم فيها ضغط الشحنات السالبة في كرة موجبة الشحنة ، مثل الزبيب في الكب كيك. جعل تعويض الشحن الكعكة متعادلة كهربائيًا.

نموذج رذرفورد

توصل العالم الأمريكي الشاب رذرفورد ، الذي حلل المسارات المتبقية بعد جسيمات ألفا ، إلى استنتاج مفاده أن نموذج طومسون غير كامل. انحرفت بعض جسيمات ألفا بزوايا صغيرة - 5-10 درجة. في حالات نادرة ، انحرفت جسيمات ألفا بزوايا كبيرة من 60-80 درجة ، وفي حالات استثنائية ، كانت الزوايا كبيرة جدًا - 120-150 درجة. لم يستطع نموذج طومسون للذرة تفسير هذا الاختلاف.

يقترح رذرفورد نموذجًا جديدًا يشرح بنية الذرة ونواة الذرة. تنص فيزياء العمليات على أن الذرة يجب أن تكون فارغة بنسبة 99٪ ، مع نواة صغيرة وإلكترونات تدور حولها ، والتي تتحرك في مدارات.

يشرح الانحرافات أثناء الاصطدام بحقيقة أن جسيمات الذرة لها شحنات كهربائية خاصة بها. تحت تأثير قصف الجسيمات المشحونة ، تتصرف العناصر الذرية مثل الأجسام المشحونة العادية في الكون الكبير: الجسيمات التي تحمل نفس الشحنات تتنافر مع بعضها البعض ، ومع الشحنات المعاكسة تتجاذب.

حالة الذرات

في بداية القرن الماضي ، عندما تم إطلاق مسرعات الجسيمات الأولى ، كانت جميع النظريات التي تشرح بنية النواة الذرية والذرة نفسها في انتظار التحقق التجريبي. بحلول ذلك الوقت ، كانت تفاعلات أشعة ألفا وبيتا مع الذرات قد تمت دراستها بدقة. حتى عام 1917 ، كان يعتقد أن الذرات إما مستقرة أو مشعة. لا يمكن تقسيم الذرات المستقرة ، ولا يمكن التحكم في اضمحلال النوى المشعة. لكن رذرفورد تمكن من دحض هذا الرأي.

أول بروتون

في عام 1911 ، طرح إي رذرفورد فكرة أن جميع النوى تتكون من نفس العناصر ، والتي أساسها ذرة الهيدروجين. هذه الفكرة كانت مدفوعة باستنتاج مهم للدراسات السابقة حول بنية المادة: يتم تقسيم كتل جميع العناصر الكيميائية دون أن يترك أثرا على كتلة الهيدروجين. فتح الافتراض الجديد احتمالات غير مسبوقة ، مما سمح لنا برؤية بنية النواة الذرية بطريقة جديدة. يجب أن تؤكد التفاعلات النووية أو دحض الفرضية الجديدة.

أجريت التجارب في عام 1919 باستخدام ذرات النيتروجين. من خلال قصفهم بجزيئات ألفا ، حقق رذرفورد نتيجة مذهلة.

امتصت ذرة N جسيم ألفا ، ثم تحولت إلى ذرة أكسجين O 17 وأصدرت نواة هيدروجين. كان هذا أول تحول اصطناعي لذرة عنصر إلى آخر. أعطت هذه التجربة الأمل في أن بنية النواة الذرية ، وفيزياء العمليات الحالية تجعل من الممكن إجراء تحولات نووية أخرى.

استخدم العالم في تجاربه طريقة التلألؤ - الومضات. من تواتر الومضات ، استخلص استنتاجات حول تكوين وبنية النواة الذرية ، حول خصائص الجسيمات المولودة ، حول كتلتها الذرية ورقمها التسلسلي. تم تسمية الجسيم المجهول من قبل رذرفورد بالبروتون. كان يحتوي على جميع خصائص ذرة الهيدروجين المجردة من إلكترونها الفردي - شحنة موجبة واحدة وكتلة مقابلة. وهكذا ثبت أن البروتون ونواة الهيدروجين هما نفس الجسيمات.

في عام 1930 ، عندما تم بناء وإطلاق أول مسرعات كبيرة ، تم اختبار وإثبات نموذج رذرفورد للذرة: تتكون كل ذرة هيدروجين من إلكترون وحيد ، لا يمكن تحديد موضعه ، وذرة فضفاضة بها بروتون موجب وحيد بالداخل . نظرًا لأن البروتونات والإلكترونات وجسيمات ألفا يمكن أن تطير من الذرة عند قصفها ، فقد اعتقد العلماء أنها مكونات لنواة أي ذرة. لكن مثل هذا النموذج لذرة النواة بدا غير مستقر - كانت الإلكترونات كبيرة جدًا بحيث لا يمكن وضعها في النواة ، بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك صعوبات خطيرة مرتبطة بانتهاك قانون الزخم والحفاظ على الطاقة. هذان القانونان ، مثل المحاسبين الصارمين ، قالوا إن الزخم والكتلة أثناء القصف تختفي في اتجاه مجهول. منذ أن تم قبول هذه القوانين بشكل عام ، كان من الضروري إيجاد تفسيرات لمثل هذا التسريب.

نيوترونات

أجرى العلماء في جميع أنحاء العالم تجارب تهدف إلى اكتشاف مكونات جديدة لنوى الذرات. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، قام الفيزيائيان الألمانيان بيكر وبوث بقصف ذرات البريليوم بجزيئات ألفا. في هذه الحالة ، تم تسجيل إشعاع غير معروف ، والذي تقرر استدعاء الأشعة السينية. كشفت الدراسات التفصيلية عن بعض ميزات الحزم الجديدة: يمكن أن تنتشر بدقة في خط مستقيم ، ولا تتفاعل مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، ولديها قوة اختراق عالية. في وقت لاحق ، تم العثور على الجسيمات التي تشكل هذا النوع من الإشعاع في تفاعل جسيمات ألفا مع عناصر أخرى - البورون والكروم وغيرها.

فرضية تشادويك

ثم قدم جيمس تشادويك ، زميل وطالب رذرفورد ، تقريرًا قصيرًا في مجلة نيتشر ، التي اشتهرت فيما بعد. لفت تشادويك الانتباه إلى حقيقة أن التناقضات في قوانين الحفظ يمكن حلها بسهولة إذا افترضنا أن الإشعاع الجديد هو تيار من الجسيمات المحايدة ، ولكل منها كتلة تساوي تقريبًا كتلة البروتون. بالنظر إلى هذا الافتراض ، استكمل الفيزيائيون الفرضية بشكل كبير بشرح بنية النواة الذرية. باختصار ، تم اختزال جوهر الإضافات إلى جسيم جديد ودوره في بنية الذرة.

خواص النيوترون

أطلق على الجسيم المكتشف اسم "نيوترون". لم تشكل الجسيمات المكتشفة حديثًا مجالات كهرومغناطيسية حول نفسها وتمريرها بسهولة عبر المادة دون فقد الطاقة. في حالات الاصطدام النادرة مع النوى الخفيفة للذرات ، يكون النيوترون قادرًا على إخراج النواة من الذرة ، مما يفقد جزءًا كبيرًا من طاقتها. افترضت بنية النواة الذرية وجود عدد مختلف من النيوترونات في كل مادة. تسمى الذرات التي لها نفس الشحنة النووية ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات بالنظائر.

عملت النيوترونات كبديل ممتاز لجزيئات ألفا. حاليًا ، يتم استخدامها لدراسة بنية النواة الذرية. باختصار ، لا يمكن وصف أهميتها بالنسبة للعلم ، ولكن بفضل قصف النوى الذرية بالنيوترونات ، تمكن الفيزيائيون من الحصول على نظائر لجميع العناصر المعروفة تقريبًا.

تكوين نواة الذرة

في الوقت الحاضر ، بنية النواة الذرية عبارة عن مجموعة من البروتونات والنيوترونات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة القوى النووية. على سبيل المثال ، نواة الهليوم عبارة عن كتلة من نيوترونين واثنين من البروتونات. تحتوي العناصر الخفيفة على عدد متساوٍ تقريبًا من البروتونات والنيوترونات ، بينما تحتوي العناصر الثقيلة على عدد أكبر من النيوترونات.

تم تأكيد هذه الصورة لبنية النواة من خلال التجارب التي أجريت على المسرعات الكبيرة الحديثة ذات البروتونات السريعة. يتم موازنة القوى الكهربائية لتنافر البروتونات بواسطة قوى قوية تعمل فقط في النواة نفسها. على الرغم من أن طبيعة القوى النووية ليست مفهومة تمامًا بعد ، إلا أن وجودها مثبت عمليًا ويفسر بشكل كامل بنية النواة الذرية.

العلاقة بين الكتلة والطاقة

في عام 1932 ، التقطت غرفة سحابة صورة مذهلة تثبت وجود جسيمات مشحونة موجبة ، بكتلة الإلكترون.

قبل ذلك ، تم التنبؤ نظريًا بالإلكترونات الموجبة بواسطة P. Dirac. تم اكتشاف إلكترون موجب حقيقي أيضًا في الإشعاع الكوني. الجسيم الجديد كان يسمى البوزيترون. عند الاصطدام بتوأمه - إلكترون ، يحدث الفناء - الإبادة المتبادلة لجسيمين. هذا يطلق كمية معينة من الطاقة.

وهكذا ، فإن النظرية المطورة للعالم الكبير كانت مناسبة تمامًا لوصف سلوك أصغر عناصر المادة.

من سمات التلوث الإشعاعي ، على عكس التلوث بالملوثات الأخرى ، أنه ليس النويدات المشعة (الملوثات) نفسها هي التي لها تأثير ضار على البشر والأشياء البيئية ، بل الإشعاع ، الذي هو مصدره.

ومع ذلك ، هناك حالات عندما تكون النويدات المشعة عنصرًا سامًا. على سبيل المثال ، بعد الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية ، تم إطلاق البلوتونيوم 239 ، 242 Pu في البيئة مع جزيئات من الوقود النووي. بالإضافة إلى حقيقة أن البلوتونيوم هو باعث ألفا ويشكل خطرًا كبيرًا عندما يدخل الجسم ، فإن البلوتونيوم نفسه عنصر سام.

لهذا السبب ، يتم استخدام مجموعتين من المؤشرات الكمية: 1) لتقييم محتوى النويدات المشعة و 2) لتقييم تأثير الإشعاع على الجسم.
نشاط- مقياس كمي لمحتوى النويدات المشعة في الجسم الذي تم تحليله. يتم تحديد النشاط من خلال عدد التحلل الإشعاعي للذرات لكل وحدة زمنية. وحدة نشاط النظام الدولي للوحدات هي بيكريل (Bq) يساوي تفككًا واحدًا في الثانية (1Bq = 1 تسوس / ثانية). في بعض الأحيان يتم استخدام وحدة قياس النشاط خارج النظام - Curie (Ci) ؛ 1Ci = 3.7 × 1010 بيكريل.

جرعة الإشعاعهو مقياس كمي لتأثير الإشعاع على الجسم.
يرجع ذلك إلى حقيقة أن تأثير الإشعاع على جسم ما يمكن تقييمه على مستويات مختلفة: الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية ؛ على مستوى الجزيئات الفردية أو الخلايا أو الأنسجة أو الكائنات الحية ، وما إلى ذلك ، يتم استخدام عدة أنواع من الجرعات: الامتصاص ، المكافئ الفعال ، التعرض.

لتقييم التغيير في جرعة الإشعاع بمرور الوقت ، يتم استخدام مؤشر "معدل الجرعة". معدل الجرعةهي نسبة الجرعة إلى الوقت. على سبيل المثال ، معدل جرعة التعرض الخارجي من المصادر الطبيعية للإشعاع في روسيا هو 4-20 ميكرومتر / ساعة.

يتم إدخال المعيار الرئيسي للإنسان - حد الجرعة الرئيسي (1 ملي سيفرت / سنة) - بوحدات الجرعة المكافئة الفعالة. هناك معايير في وحدات النشاط ، مستويات تلوث الأرض ، VDU ، GWP ، SanPiN ، إلخ.

هيكل النواة الذرية.

الذرة هي أصغر جزء من عنصر كيميائي يحتفظ بكل خصائصه. الذرة في هيكلها نظام معقد يتكون من نواة موجبة الشحنة بحجم صغير جدًا (10-13 سم) تقع في مركز الذرة وإلكترونات سالبة الشحنة تدور حول النواة في مدارات مختلفة. الشحنة السالبة للإلكترونات تساوي الشحنة الموجبة للنواة ، بينما بشكل عام يتبين أنها متعادلة كهربائيًا.

تتكون النوى الذرية من النويات -البروتونات النووية ( Z-عدد البروتونات) والنيوترونات النووية (N هو عدد النيوترونات). تختلف البروتونات والنيوترونات "النووية" عن الجسيمات في الحالة الحرة. على سبيل المثال ، النيوترون الحر ، على عكس النيوترون المرتبط بالنواة ، يكون غير مستقر ويتحول إلى بروتون وإلكترون.

عدد النكليونات Am (عدد الكتلة) هو مجموع أعداد البروتونات والنيوترونات: Am = ض + ن.

بروتون -الجسيم الأولي لأي ذرة ، له شحنة موجبة تساوي شحنة الإلكترون. يتم تحديد عدد الإلكترونات في غلاف الذرة بعدد البروتونات في النواة.

نيوترون -نوع آخر من الجسيمات النووية لجميع العناصر. إنه غائب فقط في نواة الهيدروجين الخفيف ، والتي تتكون من بروتون واحد. ليس لديها شحنة وهي محايدة كهربائيا. في النواة الذرية ، تكون النيوترونات مستقرة ، بينما في الحالة الحرة تكون غير مستقرة. يمكن أن يتقلب عدد النيوترونات في نوى ذرات العنصر نفسه ، وبالتالي فإن عدد النيوترونات في النواة لا يميز العنصر.

يتم الاحتفاظ بالنيوكليونات (البروتونات + النيوترونات) داخل نواة الذرة بواسطة قوى الجذب النووية. إن القوى النووية أقوى 100 مرة من القوى الكهرومغناطيسية ، وبالتالي فهي تحافظ على البروتونات المتشابهة داخل النواة. تتجلى القوى النووية فقط على مسافات صغيرة جدًا (10-13 سم) ، فهي تشكل طاقة الارتباط المحتملة للنواة ، والتي يتم إطلاقها جزئيًا أثناء بعض التحولات ، وتنتقل إلى طاقة حركية.

بالنسبة للذرات التي تختلف في تكوين النواة ، يتم استخدام اسم "النويدات" ، وللذرات المشعة - "النويدات المشعة".

النويداتاستدعاء الذرات أو النوى مع عدد معين من النكليونات وشحنة معينة من النواة (تسمية النيوكليدة A X).

تسمى النويدات التي لها نفس العدد من النكليونات (Am = const) تساوي الضغط.على سبيل المثال ، تنتمي النويدات 96 Sr ، 96 Y ، 96 Zr إلى سلسلة من خطوط متساوية مع عدد النوى Am = 96.

النيوكليدات التي لها نفس عدد البروتونات (Z = const) النظائر.إنها تختلف فقط في عدد النيوترونات ، وبالتالي فهي تنتمي إلى نفس العنصر: 234 يو , 235 يو ، 236 يو , 238 يو .

النظائر- نويدات لها نفس عدد النيوترونات (N = Am -Z = const). النويدات: 36 S ، 37 Cl ، 38 Ar ، 39 K ، 40 Ca تنتمي إلى سلسلة النظائر مع 20 نيوترون.

يشار إلى النظائر عادة على أنها Z X M ، حيث X هي رمز عنصر كيميائي ؛ M هو العدد الكتلي الذي يساوي مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة ؛ Z هو العدد الذري أو شحنة النواة ، التي تساوي عدد البروتونات في النواة. نظرًا لأن كل عنصر كيميائي له رقمه الذري الثابت الخاص به ، فإنه عادةً ما يتم حذفه ويقتصر على كتابة العدد الكتلي فقط ، على سبيل المثال: 3 H ، 14 C ، 137 Cs ، 90 Sr ، إلخ.

ذرات النواة التي لها نفس أعداد الكتلة ، ولكن شحنة مختلفة ، وبالتالي ، خصائص مختلفة تسمى "isobars" ، على سبيل المثال ، أحد نظائر الفوسفور له عدد كتلي من 32 - 15 Р 32 ، أحد نظائر الكبريت له نفس العدد الكتلي - 16 ق 32.

يمكن أن تكون النويدات مستقرة (إذا كانت نواتها مستقرة ولا تتحلل) أو غير مستقرة (إذا كانت نواتها غير مستقرة وتخضع لتغييرات تؤدي في النهاية إلى زيادة استقرار النواة). تسمى النوى الذرية غير المستقرة التي يمكن أن تتحلل تلقائيًا النويدات المشعة.تسمى ظاهرة الانحلال التلقائي لنواة الذرة ، المصحوبة بانبعاث الجسيمات و (أو) الإشعاع الكهرومغناطيسي النشاط الإشعاعي.

نتيجة للاضمحلال الإشعاعي ، يمكن تكوين كل من النظير المستقر والنظير المشع ، وبالتالي ، يتحلل تلقائيًا. تسمى هذه السلاسل من العناصر المشعة المتصلة بسلسلة من التحولات النووية العائلات المشعة.

حاليًا ، قام الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية IUPAC بتسمية 109 عنصرًا كيميائيًا رسميًا. من بين هؤلاء ، هناك 81 نظيرًا فقط لديهم نظائر مستقرة ، وأثقلها هو البزموت. (Z= 83). بالنسبة للعناصر الـ 28 المتبقية ، لا يُعرف سوى النظائر المشعة مع اليورانيوم (ش ~ 92) هو أثقل عنصر موجود في الطبيعة. يحتوي أكبر النويدات الطبيعية على 238 نواة. في المجموع ، تم الآن إثبات وجود حوالي 1700 نيوكليدات من هذه العناصر البالغ عددها 109 ، حيث يتراوح عدد النظائر المشهورة للعناصر الفردية من 3 (للهيدروجين) إلى 29 (للبلاتين).

نواة ذريةهو الجزء المركزي من الذرة ، ويتكون من البروتونات والنيوترونات (تسمى مجتمعة النويات).

تم اكتشاف النواة بواسطة E.Rutherford في عام 1911 أثناء دراسة المقطع α - الجسيمات من خلال المادة. اتضح أن الكتلة الكاملة للذرة تقريبًا (99.95٪) تتركز في النواة. حجم النواة الذرية في حدود 10-1 3-10-12 سم ، وهو أصغر بـ 10000 مرة من حجم غلاف الإلكترون.

النموذج الكوكبي للذرة الذي اقترحه إي.روذرفورد وملاحظته التجريبية لنواة الهيدروجين قد خرجت α - جزيئات من نوى عناصر أخرى (1919-1920) قاد العالم لفكرة بروتون. تم تقديم مصطلح البروتون في أوائل العشرينات من القرن العشرين.

بروتون (من اليونانية. البروتونات- أولا ، الرمز ص) هو جسيم أولي ثابت ، نواة ذرة الهيدروجين.

بروتون- جسيم موجب الشحنة ، شحنته تساوي في القيمة المطلقة شحنة الإلكترون ه\ u003d 1.6 10-1 9 سل. تبلغ كتلة البروتون 1836 ضعف كتلة الإلكترون. بقية كتلة البروتون م ص= 1.6726231 10-27 كجم = 1.007276470 وحدة دولية

الجسيم الثاني في النواة هو نيوترون.

نيوترون (من اللات. محايد- لا أحد ولا الآخر ، رمز ن) هو جسيم أولي ليس له شحنة ، أي محايد.

تبلغ كتلة النيوترون 1839 ضعف كتلة الإلكترون. تكاد تكون كتلة النيوترون مساوية (أكبر بقليل من) كتلة البروتون: الكتلة المتبقية من النيوترون الحر م= 1.6749286 10-27 كجم = 1.0008664902 وحدة دولية ويتجاوز كتلة البروتون بمقدار 2.5 كتلة إلكترون. نيوترون مع البروتون تحت الاسم الشائع نيوكليونهو جزء من النواة الذرية.

تم اكتشاف النيوترون في عام 1932 من قبل د.تشادويج ، طالب في إي رذرفورد ، أثناء قصف البريليوم. α -حبيبات. كثف الإشعاع الناتج بقوة اختراق عالية (تغلب على عقبة مصنوعة من صفيحة الرصاص بسمك 10-20 سم) تأثيره عند المرور عبر صفيحة البارافين (انظر الشكل). إن تقدير طاقة هذه الجسيمات من المسارات في غرفة السحب التي أجراها Joliot-Curies والملاحظات الإضافية جعلت من الممكن استبعاد الافتراض الأولي بأن هذا γ -كونتا. تم تفسير القوة الهائلة للاختراق للجسيمات الجديدة ، المسماة بالنيوترونات ، من خلال حيادها الكهربائي. بعد كل شيء ، تتفاعل الجسيمات المشحونة بنشاط مع المادة وتفقد طاقتها بسرعة. تم توقع وجود النيوترونات بواسطة E.Rutherford قبل 10 سنوات من تجارب D. Chadwig. على الضرب α - جزيئات في نوى البريليوم يحدث التفاعل التالي:

هنا رمز النيوترون. شحنتها تساوي صفرًا ، والكتلة الذرية النسبية تساوي واحدًا تقريبًا. النيوترون هو جسيم غير مستقر: نيوترون حر في وقت ~ 15 دقيقة. يتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو - جسيم خالٍ من كتلة السكون.

بعد اكتشاف النيوترون بواسطة ج. نموذج بروتون-نيوترون (نيوكليون) للنواة. وفقًا لهذا النموذج ، تتكون النواة من البروتونات والنيوترونات. عدد البروتونات ضيتطابق مع الرقم التسلسلي للعنصر في جدول D. I. Mendeleev.

الشحنة الأساسية سيحدده عدد البروتونات ض، وهي جزء من النواة ، ومضاعف القيمة المطلقة لشحنة الإلكترون ه:

س = + زي.

رقم ضمسمى رقم الشحنة النوويةأو العدد الذري.

العدد الكتلي للنواة لكنيسمى العدد الإجمالي للنيوكليونات ، أي البروتونات والنيوترونات الموجودة فيه. يُشار إلى عدد النيوترونات في النواة بالحرف ن. إذن الرقم الكتلي هو:

أ = ي + ن.

يتم تخصيص عدد كتلي للنكليونات (بروتون ونيوترون) يساوي واحدًا ، ويتم تخصيص قيمة صفرية للإلكترون.

تم تسهيل فكرة تكوين النواة أيضًا من خلال الاكتشاف النظائر.

النظائر (من اليونانية. ايزوسمتساوية ونفس و توبوا- المكان) - هذه أنواع من الذرات من نفس العنصر الكيميائي ، تحتوي نواة الذرة على نفس عدد البروتونات ( ض) وعدد مختلف من النيوترونات ( ن).

تسمى نوى هذه الذرات أيضًا بالنظائر. النظائر النويداتعنصر واحد. نوكليد (من اللات. نواة- النواة) - أي نواة ذرية (على التوالي ، ذرة) بأرقام معينة ضو ن. التعيين العام للنويدات هو ……. أين X- رمز عنصر كيميائي ، أ = ع + ن- العدد الكتلي.

تحتل النظائر نفس المكان في الجدول الدوري للعناصر ، ومن هنا جاءت تسميتها. كقاعدة عامة ، تختلف النظائر اختلافًا كبيرًا في خصائصها النووية (على سبيل المثال ، في قدرتها على الدخول في تفاعلات نووية). الخصائص الكيميائية (والفيزيائية تقريبًا) للنظائر هي نفسها. يفسر ذلك حقيقة أن الخواص الكيميائية للعنصر تحددها شحنة النواة ، لأن هذه الشحنة هي التي تؤثر على بنية الغلاف الإلكتروني للذرة.

الاستثناء هو نظائر العناصر الخفيفة. نظائر الهيدروجين 1 ح — البروتيوم, 2 ح— الديوتيريوم, 3 ح — التريتيومتختلف كثيرًا في الكتلة بحيث تختلف خصائصها الفيزيائية والكيميائية. الديوتيريوم مستقر (أي غير مشع) ويتم تضمينه كشوائب صغيرة (1: 4500) في الهيدروجين العادي. يتحد الديوتيريوم مع الأكسجين لتكوين ماء ثقيل. يغلي عند الضغط الجوي العادي عند 101.2 درجة مئوية ويتجمد عند + 3.8 درجة مئوية. التريتيوم β يكون مشعًا بعمر نصف يبلغ حوالي 12 عامًا.

جميع العناصر الكيميائية لها نظائر. بعض العناصر لديها فقط نظائر غير مستقرة (مشعة). بالنسبة لجميع العناصر ، تم الحصول على النظائر المشعة بشكل مصطنع.

نظائر اليورانيوم.لعنصر اليورانيوم نظيران - بأعداد كتلتين 235 و 238. النظير هو 1/140 فقط من النظائر الأكثر شيوعًا.

من خلال دراسة تكوين المادة ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن كل المادة تتكون من جزيئات وذرات. لفترة طويلة ، كانت الذرة (تُرجمت من اليونانية "غير قابلة للتجزئة") تعتبر أصغر وحدة هيكلية للمادة. ومع ذلك ، فقد أظهرت دراسات أخرى أن الذرة لها هيكل معقد ، وتشتمل بدورها على جزيئات أصغر.

مما تتكون الذرة؟

في عام 1911 ، اقترح العالم رذرفورد أن للذرة جزءًا مركزيًا له شحنة موجبة. وهكذا ظهر مفهوم النواة الذرية لأول مرة.

وفقًا لمخطط رذرفورد ، المسمى بالنموذج الكوكبي ، تتكون الذرة من نواة وجسيمات أولية ذات شحنة سالبة - إلكترونات تتحرك حول النواة ، تمامًا كما تدور الكواكب حول الشمس.

في عام 1932 ، اكتشف عالم آخر ، تشادويك ، النيوترون ، وهو جسيم لا يحتوي على شحنة كهربائية.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تتوافق النواة مع نموذج الكواكب الذي اقترحه رذرفورد. النواة تحمل معظم الكتلة الذرية. كما أن لها شحنة موجبة. تحتوي النواة الذرية على بروتونات - جسيمات موجبة الشحنة ونيوترونات - جسيمات لا تحمل شحنة. تسمى البروتونات والنيوترونات بالنيوكليونات. تدور الجسيمات سالبة الشحنة - الإلكترونات - حول النواة.

عدد البروتونات في النواة يساوي تلك التي تتحرك في المدار. لذلك ، فإن الذرة نفسها عبارة عن جسيم لا يحمل شحنة. إذا التقطت ذرة إلكترونات غريبة أو فقدت إلكتروناتها ، فإنها تصبح موجبة أو سالبة وتسمى أيونًا.

يشار إلى الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات مجتمعة باسم الجسيمات دون الذرية.

شحنة النواة الذرية

النواة لها رقم شحنة Z. يتم تحديدها من خلال عدد البروتونات التي تشكل النواة الذرية. معرفة هذا المبلغ بسيط: ما عليك سوى الرجوع إلى النظام الدوري لمندليف. العدد الذري للعنصر الذي تنتمي إليه الذرة يساوي عدد البروتونات في النواة. وبالتالي ، إذا كان العنصر الكيميائي الأكسجين يتوافق مع الرقم التسلسلي 8 ، فسيكون عدد البروتونات أيضًا مساويًا لثمانية. نظرًا لأن عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة هو نفسه ، سيكون هناك أيضًا ثمانية إلكترونات.

يُطلق على عدد النيوترونات الرقم النظيري ويُشار إليه بالحرف N. وقد يختلف عددها في ذرة من نفس العنصر الكيميائي.

يُطلق على مجموع البروتونات والإلكترونات في النواة رقم كتلة الذرة ويُشار إليه بالحرف A. وهكذا ، تبدو صيغة حساب العدد الكتلي كما يلي: A \ u003d Z + N.

النظائر

في الحالة التي تحتوي فيها العناصر على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات ، ولكن عددًا مختلفًا من النيوترونات ، فإنها تسمى نظائر عنصر كيميائي. يمكن أن يكون هناك نظير واحد أو أكثر. يتم وضعهم في نفس الخلية من النظام الدوري.

النظائر ذات أهمية كبيرة في الكيمياء والفيزياء. على سبيل المثال ، يعطي نظير الهيدروجين - الديوتيريوم - بالاشتراك مع الأكسجين مادة جديدة تمامًا تسمى الماء الثقيل. لديها درجة غليان وتجميد مختلفة عن المعتاد. ويؤدي الجمع بين الديوتيريوم ونظير آخر للهيدروجين - التريتيوم إلى تفاعل اندماج نووي حراري ويمكن استخدامه لتوليد كمية هائلة من الطاقة.

كتلة النواة والجسيمات دون الذرية

حجم وكتلة الذرات لا يكاد يذكر في أذهان الإنسان. يبلغ حجم النوى ما يقرب من 10-12 سم ، وتقاس كتلة النواة الذرية في الفيزياء في ما يسمى بوحدات الكتلة الذرية - amu.

لمدة الواحدة صباحًا. خذ واحدًا على اثني عشر من كتلة ذرة كربون. باستخدام وحدات القياس المعتادة (كيلوغرامات وجرامات) ، يمكن التعبير عن الكتلة على النحو التالي: 1 صباحًا. \ u003d 1.660540 10 -24 جم ، معبرًا بهذه الطريقة ، يطلق عليها الكتلة الذرية المطلقة.

على الرغم من حقيقة أن النواة الذرية هي المكون الأكبر للذرة ، إلا أن أبعادها بالنسبة إلى السحابة الإلكترونية المحيطة بها صغيرة للغاية.

القوى النووية

النوى الذرية مستقرة للغاية. هذا يعني أن البروتونات والنيوترونات محتجزة في النواة بواسطة بعض القوى. لا يمكن أن تكون هذه قوى كهرومغناطيسية ، لأن البروتونات هي جسيمات مشحونة ، ومن المعروف أن الجسيمات التي لها نفس الشحنة تتنافر. قوى الجاذبية أضعف من أن تجمع النكليونات معًا. وبالتالي ، يتم الاحتفاظ بالجسيمات في النواة عن طريق تفاعل مختلف - القوى النووية.

يعتبر التفاعل النووي أقوى ما هو موجود في الطبيعة. لذلك ، يسمى هذا النوع من التفاعل بين عناصر النواة الذرية قوي. إنه موجود في العديد من الجسيمات الأولية ، وكذلك في القوى الكهرومغناطيسية.

ملامح القوات النووية

1. فعل قصير. تتجلى القوى النووية ، على عكس القوى الكهرومغناطيسية ، فقط على مسافات صغيرة جدًا يمكن مقارنتها بحجم النواة.
2. استقلالية المسؤول. تتجلى هذه الميزة في حقيقة أن القوى النووية تعمل بالتساوي على البروتونات والنيوترونات.
3. التشبع. تتفاعل نوى النواة فقط مع عدد معين من النوكليونات الأخرى.

طاقة الربط الأساسية

يرتبط شيء آخر ارتباطًا وثيقًا بمفهوم التفاعل القوي - طاقة الارتباط للنواة. طاقة الارتباط النووي هي كمية الطاقة المطلوبة لتقسيم نواة الذرة إلى نواة مكونة لها. إنها تساوي الطاقة المطلوبة لتكوين نواة من الجسيمات الفردية.

لحساب طاقة الارتباط للنواة ، من الضروري معرفة كتلة الجسيمات دون الذرية. تظهر الحسابات أن كتلة النواة دائمًا ما تكون أقل من مجموع النوى المكونة لها. عيب الكتلة هو الفرق بين كتلة النواة ومجموع البروتونات والإلكترونات. باستخدام العلاقة بين الكتلة والطاقة (E \ u003d mc 2) ، يمكنك حساب الطاقة المتولدة أثناء تكوين النواة.

يمكن الحكم على قوة الطاقة الرابطة للنواة من خلال المثال التالي: ينتج عن تكوين عدة جرامات من الهيليوم نفس كمية الطاقة التي ينتجها احتراق عدة أطنان من الفحم.

التفاعلات النووية

يمكن أن تتفاعل نوى الذرات مع نوى الذرات الأخرى. تسمى هذه التفاعلات التفاعلات النووية. ردود الفعل من نوعين.

1. تفاعلات الانشطار. تحدث عندما تتحلل نوى أثقل إلى نوى أخف نتيجة للتفاعل.
2. ردود الفعل التوليفية. العملية هي عكس الانشطار: تصطدم النوى ، وبالتالي تشكل عناصر أثقل.

تترافق جميع التفاعلات النووية مع إطلاق الطاقة ، والتي تُستخدم لاحقًا في الصناعة والجيش والطاقة وما إلى ذلك.

بعد التعرف على تكوين النواة الذرية ، يمكننا استخلاص الاستنتاجات التالية.

1. تتكون الذرة من نواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات حولها.
2. العدد الكتلي للذرة يساوي مجموع نيوكليونات نواتها.
3. يتم تثبيت النيوكليونات معًا بواسطة القوة القوية.
4. تسمى القوى الهائلة التي تعطي استقرار النواة الذرية طاقات ربط النواة.