Масове число атома x дорівнює 17. Склад атомного ядра

Запитання.

1. Як називаються протони та нейтрони разом?

Протони та нейтрони разом називаються нуклони.

2. Що називається масовим числом і якою літерою воно позначається?

Масовим числом А називається кількість нуклонів у ядрі.

3. Що можна сказати про числовому значеннімаси атома (в а.е.м.) та його масовому числі?

Масове числодорівнює масі ядра m вираженої а.е.м., округленої до цілих чисел.

4. Як називається і якою літерою позначається число протонів у ядрі?

Число протонів у ядрі називається зарядовим числом Z.

5. Що можна сказати про зарядове число, заряд ядра (виражений в елементарних електричних зарядах) і порядковий номер у таблиці Д. І. Менделєєва для будь-якого хімічного елемента?

Зарядове число дорівнює заряду ядра вираженому елементарних електричних зарядах і порядковому номеру таблиці Д.И.Менделеева.

6. Як у загальному виглядіприйнято позначати ядро ​​будь-якого хімічного елемента?

7. Якою літерою позначають число нейтронів у ядрі?

Число нейтронів у ядрі позначається N.

8. Якою формулою пов'язані між собою масове число, зарядове число та число нейтронів у ядрі?

9. Як з погляду протонно-нейтронної моделі ядра пояснюється існування ядер з однаковими зарядамита різними масами?

Це тим, що у таких ядрах перебуває однакове числоПротони, але різна кількість нейтронів, такі різновиди хімічних елементів називаються ізотопами.

Вправи.

1. Скільки нуклонів у ядрі атома берилію 94Be? Скільки у ньому протонів? нейтронів?

2. Для атома калію 39 19 K визначте: а) зарядове число; б) кількість протонів; в) заряд ядра (в елементарних електричних зарядах); г) кількість електронів; д) порядковий номер у таблиці Д. І. Менделєєва; е) масове число ядра; ж) кількість нуклонів; а) кількість нейтронів; і) масу ядра (в а. е. м. з точністю до цілих чисел).

3. Визначте за допомогою таблиці Д. І. Менделєєва, атом якого хімічного елемента має: а) 3 протони в ядрі; б) 9 електронів.

4. При α-розпаді вихідне ядро, випромінюючи α-частку 4 2 He, перетворюється на ядро ​​атома іншого хімічного елемента. Наприклад, На скільки клітин і в яку сторону (до початку або до кінця таблиці Д. І. Менделєєва) зміщений елемент, що утворився, але по відношенню до вихідного? Перепишіть у зошит дане нижче правило зсуву для α-розпаду, заповнивши пропуски: при α-розпаді одного хімічного елемента утворюється інший елемент, який розташований у таблиці Д. І. Менделєєва на клітини ближче до її вихідного.

Елемент зміщений на дві клітинки до початку таблиці.
При α - розпаді одного хімічного елемента утворюється інший елемент, який розташований у таблиці Д. І. Менделєєва на дві клітини ближче до її початку, ніж вихідний.

5. При β-розпаді вихідного ядра один з нейтронів, що входять в це ядро, перетворюється на протон, електрон 0 -1 e і антинейтрино 0 0 v (частку, що легко проходить крізь земну кулюі, можливо, не має маси). Електрон і антинейтрино вилітають із ядра, а протон залишається в ядрі, збільшуючи його заряд на одиницю. Наприклад, Перепишіть нижченаведене правило зміщення для β-розпаду, заповнивши пропуски потрібними словами: при β-розпаді одного хімічного елемента утворюється інший елемент, який розташований у таблиці Д. І. Менделєєва на клітину ближче до таблиці, ніж вихідний.

Елемент, що утворився, зміщений на одну клітинку до кінця таблиці.
При β - розпаді одного хімічного елемента утворюється інший елемент, який розташований у таблиці Д. І. Менделєєва на одну клітину ближче до її кінця ніж вихідний.

Як відомо в даний час загальноприйнятою є планетарна модель атома, за якою атом являє собою ядро, що має позитивний заряд, навколо якого на досить великій порівняно з розмірами ядра відстані обертаються негативно заряджені електрони.

Склад атомного ядра

Дослідження показали, що ядро ​​атома - це не єдине цілісне утворення, воно складається з більш дрібних частинок. Колись вважали, що ці частинки – лише позитивно заряджені протони. Однак, у першій половині ХХ століття спочатку теоретично, а потім практично було відкрито існування нейтронів, які поряд з протонами входять до складу ядра.

При цьому нейтрони не мають електричного заряду, вони нейтральні, а також нейтрони мають трохи більшою масоюніж протони. У більшості випадків цією різницею нехтують і вважають їхню масу приблизно рівною.

Масове число та зарядове число

Отже, до складу атомного ядравходять протони та нейтрони (Історія відкриття протону та нейтрону). І ті й інші називаються нуклонами (від лат. Nucleus – ядро). Отже, можна сказати, що ядра атомів складаються з нуклонів. Загальне числонуклонів в ядрі називається масовим числомта позначається літерою A.

Масове число відповідно характеризує масу атома. Так як маса протонів і нейтронів практично дорівнює, тому прийняли середнє значення маси нуклону, що дорівнює 1 а.е.м. ( атомної одиницімаси). A чисельно дорівнює масі атома, вираженої а.е.м.

Число протонів в ядрі називають зарядовим числомі позначають буквою Z. Масове число та зарядове число кожного хімічного елемента ставиться перед буквеним позначеннямелемент. Тобто ядра будь-яких елементів можна позначити так: (Z ^ A) X. Причому масове число завжди ставлять згори, а зарядове – знизу.

Наприклад: (7 ^ 14) N - азот, (26 ^ 56) Fe - залізо, (92 ^ 235) U - уран. Відповідно масове число і маса ядра азоту: A = 14, m ≈ 14 а.е.м., заліза: A = 56, m ≈ 56 а.е.м. .м., зарядове число азоту: Z = 7, заліза: Z = 26, урану: Z = 92.

Заряд будь-якого протона дорівнює одному зарядовому числу, і навіть одному елементарному електричному заряду. Отже, зарядове число Z, яке відображає кількість протонів в ядрі, чисельно дорівнює позитивному заряду ядра, який в даному випадкувиражений елементарних зарядових одиницях.

Літерою Nпозначають число нейтронів у ядрі. Не слід плутати число нейтронів з хімічний символазоту, який теж позначається латинською літерою N, але без нахилу. Число нейтронів не додають позначення хімічного елемента, проте його можна легко вирахувати. Масове число A - це загальна кількість нуклонів ядра, тому A = Z + N. Отже число нейтронів N = A-Z.

У центрі атома зосереджена основна його маса і весь позитивний заряд. Ця область атома дістала назву ядра.

Розміри атома м, а розміри ядра
м, маса ядра становить 99,95% маси атома. У нейтральному атомі Zелектронів. Заряд ядра позитивний і кратний елементарному заряду
Кл. Заряд ядра можна уявити як
, де Z- зарядове число, воно збігається з хімічним номером таблиці Менделєєва і дорівнює числу протонів, що входять до ядра.

Другий найважливішою характеристикою ядра його маса. Маса ядра виявилася більшою за суму мас протонів, що входять в ядро.

Було зроблено припущення, що до складу ядра входять нейтральні частки. У 1932 році Чедвіг відкрив нейтрони. Іваненко та Гейзенберг запропонували протонно-нейтронну теорію ядра. Ядро розщеплюється на протони та нейтрони. Вони називаються нуклонами. Загальна кількість нуклонів у ядрі називається масовим числомA . Загальна кількість нейтронів дорівнює N = A-Z. Маса спокою протона дорівнює
кг, маса нейтрону дорівнює
кг.

Ядро хімічного елемента позначають тим самим символом, що й нейтральний атом
, де Z - атомний номер(заряд ядра), A- Масове число (кількість нуклонів в ядрі). Ядра з однаковим зарядовим числом, але з різним масовим називаються ізотопами (ізотопи різняться числом нейтронів). Ядра з однаковим масовим числом, але з різним зарядовим називаються ізобарами.

28. Властивості ядерних сил.

Особливості ядерних сил:

29. Радіоактивність. Альфа та бетта-розпад. Правила усунення.

Радіоактивністю називається перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента на ізотопи іншого елемента, що супроводжується випромінюванням деяких частинок. Природною радіоактивністю називається радіоактивність, що спостерігається у існуючих у природі нестійких ізотопів. Штучною радіоактивністю називається радіоактивність ізотопів, отриманих в результаті ядерних реакцій.

Радіоактивне випромінювання має складний склад. У магнітному полі вузький пучок радіоактивного випромінювання розщеплюється на три компоненти:

-частки - потік ядер гелію із зарядом Z=2 eта масовим числом A=4 (
). Швидкість -Частинок дорівнює
м/с. Потрапляючи у речовину -частки активно взаємодіють з атомами та молекулами, іонізують та збуджують його. Коли енергія -частки зменшується до теплового руху, вона захоплює два електрони і перетворюється на атом гелію ( He). До цього вона проходить шлях, званий пробігом. Через сильну взаємодію з речовиною пробіг малий. Аркуш паперу чи одяг затримують -частки. Аркуш алюмінію товщиною 0,05 мм також затримує -частки. Іонізуюча здатність -часток велика і рівна
пари на довжині пробігу.

-частки – це потік електронів, що вилітають із ядер зі швидкістю
м/с. Ядро випускає електрон при перетворенні нейтрона на протон:

де - Позначення електрона, - Електронне антинейтрино.

Іонізуюча здатність -часток у сотні разів менше, ніж у -Частинок, а проникаюча здатність більше. -випромінювання затримується шаром алюмінію завтовшки 2мм.

Що таке масове число атомного ядра? Масове число чисельно дорівнює сумі нейтронів та протонів ядра. Його позначають буквою А. Поняття "масове число" з'явилося у зв'язку з тим, що маса ядра зумовлена ​​кількістю ядерних частинок. Як пов'язані між собою маса ядра та кількість частинок? Давайте з'ясовувати.

Будова атома

Будь-який атом складається з ядра та електронів. Крім атома водню, оскільки він має лише один електрон. Ядро заряджено позитивно. Негативний заряд несуть електрони. Заряд кожного електрона прийнято за -1. Атом загалом електронейтральний, тобто немає заряду. Це означає, що кількість частинок, що несуть негативний заряд, тобто електронів, що дорівнює позитивному заряду ядра. Наприклад, в атомі кисню заряд ядра +8 та електронів 8, в атомі кальцію заряд ядра +20, електронів 20.

Будова ядра

Ядро складається з двох видів частинок – протонів та нейтронів. Протони заряджені позитивно, нейтрони немає заряду. Отже, заряд ядру дають протони. Заряд кожного протона прийнято за +1. Тобто скільки протонів міститься в ядрі, такий і буде заряд всього ядра. Наприклад, у ядрі вуглецю 6 протонів, заряд ядра +6.

У періодичній системіелементів Менделєєва всі елементи розташовані в порядку збільшення саме заряду ядра. У водню заряд ядра +1, він розташований першим; у гелію +2, він другий у таблиці; у літію +3, він третій і таке інше. Тобто заряд ядра відповідає порядковому (атомному) номеру елемента таблиці.

Загалом будь-який атом електронейтральний. Це означає, що кількість електронів дорівнює заряду ядра, тобто кількості протонів. А оскільки кількість протонів визначає атомний номер елемента, знаючи цей атомний номер, ми, таким чином, знаємо і кількість електронів, і кількість протонів, і заряд ядра.

Маса атома

Маса атома (М) визначається масою складових частин, тобто електронів та ядра. Електрони дуже легкі в порівнянні з ядром і майже не роблять вкладу в масу всього атома. Тобто маса атома обумовлена ​​??масою ядра. Що таке масове число? Маса ядра визначається числом частинок, що входять до його складу, - протонів та нейтронів. Отже, масове число - це маса ядра, виражена над одиницях виміру маси (грами), а кількості часток. Звісно, ​​абсолютна маса ядер (m), виражена у грамах, відома. Але це дуже маленькі числа, що виражаються в негативних ступенях. Наприклад, маса атома вуглецю m(C) = 1,99 ∙ 10 -23 г. Користуватися такими числами незручно. І якщо немає необхідності в абсолютних значенняхмаси, а потрібно просто порівняти маси елементів або частинок, то користуються відносними масами атомів (A r), вираженими в а. Відносна масаатома вказана в таблиці Менделєєва, наприклад, азоту 14,007. Відносна маса атома, округлена до цілого числа, є масове число ядра елемента (A). Масові числа такі, що ними зручно користуватися, - це завжди цілі числа: 1, 2, 3 і так далі. Наприклад, азоту - 14, у вуглецю - 12. Їх записують верхнім лівим індексом, наприклад, 14 N або 12 C.

Коли знати масове число?

Знаючи масове число (A) та атомний номер елемента у періодичній системі (Z), можна визначити число нейтронів. Для цього потрібно відняти від масового числа протони.

Знаючи масове число, можна обчислити масу ядра чи всього атома. Оскільки маса ядра обумовлена ​​масою частинок, що входять до його складу, вона дорівнює добутку кількості цих частинок і маси цих частинок, тобто добутку маси нейтрона і масового числа. Маса нейтрону дорівнює масі протону, загалом їх позначають як маса нуклону (ядерна частка).

Наприклад, розрахуємо масу атома алюмінію. Як видно з періодичної системи елементів Менделєєва, відносна атомна масаалюмінію дорівнює 26,992. Округливши, отримуємо масове число ядра алюмінію 27. Тобто його ядро ​​складається з 27 частинок. Маса однієї частинки - постійна величина, рівна 1,67 ∙ 10 -24 г. Тоді, маса ядра алюмінію дорівнює: 27 ∙ 1,67 ∙ 10 -24 г = 4,5 ∙ 10 -23 г.

Що таке масове число ядер елементів потрібно знати під час упорядкування реакцій радіоактивного розпаду чи ядерних реакцій. Наприклад, при урану 235 U, що захопив один нейтрон 1 n, утворюються ядра барію 141 Ba і криптону 92 Kr, а також три вільні нейтрони 1 n. При складанні таких реакцій користуються правилом: сума масових чисел у правій та лівій частинах рівняння не змінюється. 235+1 = 92+141+3.

Дослідження атомних ядер почалося після встановлення наступних експериментальних фактів: 1) відкриття в 1896 французьким ученим Анрі Беккерелем природної радіоактивності; 2) відкриття 1910 року англійським ученим Соді ізотопії хімічних елементів; 3) ядерна модель атома, запропонована 1911 року великим англійським фізиком Ернестом Резерфордом.

Резерфорд, досліджуючи радіоактивність, дійшов 1908 року висновку, що за радіоактивному розпадівідбувається перетворення атомів одних хімічних елементів на атоми інших елементів. Пізніше, досліджуючи проходження a-часток з енергією в кілька мегаелектрон-вольт через тонкі плівки золота, Резерфорд відкрив ядерну модель атома, після чого стало ясно, що при радіоактивності має місце перетворення ядер одних елементів на ядра інших елементів.

Відкриття ізотопії відіграло таку роль. Атомні ваги, тобто. маси атомів хімічно чистих елементів, зазвичай, виражаються в а.е.м. числами, які не дуже близькі до цілих. Наприклад, атомна вагабору (В) – 10,82; Ne - 20,183; Cl – 35,457; Fe -56,85; .... З відкриттям ізотопії утвердилася думка, згідно з якою хімічно чистий елемент є сумішшю ізотопів, що відрізняються один від одного атомними вагами. Атомні ваги ізотопів виявилися ближчими до цілих чисел, ніж атомні ваги елементів, причому тим ближче, що легше ізотоп, тобто. чим менша його атомна вага. Це навів учених на думку, що ядро ​​складається з частинок, атомні ваги яких близькі до одиниці. Цій умові добре задовольняє ядро ​​атома водню – протон, атомна вага якого близька до одиниці (1,008). Крім того, так як заряд протона позитивний, напрошувалася ідея, що до складу ядра обов'язково повинні входити протони. Інші складові частки ядра довелося з'ясовувати досить довго. Явище природної β-активності, здавалося, свідчило, що до складу ядра входять електрони. Тому було запропоновано протонно-електронну модель ядра. Проте протонно-електронна модель виявилася неспроможною. За цією моделлю спин ядра, складеного з парного числапротонів і електронів, має бути цілим (спин протона, як і спін електрона дорівнює ½ ħ), а на практиці спостерігаються і напівцілі числа. Модель не пояснювала, чому магнітний момент ядра у 2000 разів менший магнітного моментуелектрону. Нарешті, протонно-електронна модель опинилася у протиріччі з принципом Гейзенберга. Знаючи розміри ядра, можна оцінити величину імпульсу електрона, що входить до складу ядра, а отже, і його величину енергії. Такі оцінки дають, що енергія електрона у ядрі близько 200 МеВ. Згідно з експериментом, енергія зв'язку однієї частки в ядрі 7 - 8 МеВ. Крім того, енергія в 200 Мев багато разів перевищує енергію електронів, що випускаються ядром при β-розпаді.

Вихід із скрути було знайдено після того, як у 1932 році співробітник Резерфорда, Чадвік, відкрив нову елементарну частинку- Нейтрон. Маса нейтрону приблизно дорівнює масі протона, трохи перевищуючи її, а електричний заряддорівнює 0. Незабаром після відкриття нейтрону, 1934 року, радянським фізикомД.Д.Іваненко була висловлена ​​гіпотеза про протонно-нейтронну будову ядра. Ця сама гіпотеза була незалежно висловлена ​​Гейзенбергом.

В даний час протонно-нейтронна структура ядрає загальновизнаною і лежить в основі сучасних уявленьпро ядро ​​і всю ядерну фізику.

За сучасними даними протон (р) має позитивний заряд, рівний зарядуелектрода q p= 1,6. 10 -19 Кл та масу спокою m p= (1,0075957 ± ±0,000001) а. = (1836,09 ± 0,01) m e .

Нейтрон (n) – нейтральна частка з масою спокою m n= (1,008982 ± ±0,000003)а.е.м. = (1838,63±0,01) m e ,де 1а.е.м. = 1,667. 10 -27 кг - 1/12 маси атома С 12;

m e= 9,106. 10 -31 кг – маса спокою електрону.

У сучасної фізикивважається, що протон і нейтрон – два зарядові стани однієї і тієї ж частинки, яка називаються нуклоном(Від лат. Nucleus - ядро). Отже, протон – протонний стан нуклону, нейтрон – нейтронний стан нуклону. Загальна кількість нуклонів в атомному ядрі називається масовим числом А.

Атомне ядро ​​характеризується зарядом Ze , де Z - зарядове число ядра, рівну числупротонів в ядрі і збігається з порядковим номеромхімічного елемента в періодичній системі елементів Менделєєва. Відомі в даний час 107 елементів таблиці Менделєєва мають зарядові числа ядер від Z = 1 до Z = 107. Так як Z дорівнює числу протонів в ядрі, число нейтронів в ядрі дорівнює: N = A - Z. ядерної фізикиприйнято ядро ​​позначати тим самим символом, як і нейтральний атом: , де Х- Символ

хімічного елемента, Z- Атомний номер (число протонів в ядрі), А-масове число (число нуклонів у ядрі).

Оскільки атом нейтральний, то заряд ядра визначає число електронів в атомі. Від числа електронів залежить їх розподіл за станами в атомі, від якого, у свою чергу, залежать Хімічні властивостіатома. Отже, заряд ядра визначає специфіку даного хімічного елемента, тобто визначає число електронів в атомі, їх конфігурацію електронних оболонок, величину та характер внутрішньоатомного електричного поля.

Ядра з однаковими Z, але різними А(т. с. з різними числаминейтронів) називаються ізотопами, а ядра з однаковими А,але різними Z ізобарами. Наприклад, водень ( Z= 1) має три ізотопи; - протий ( Z =1, N= 0); - Дейтерій, ( Z =1, N= 1); - тритій ( Z =1, N= 2). У переважній більшості випадків ізотопи одного і того ж хімічного елемента мають однакові хімічні і майже однакові фізичними властивостями(Виняток становлять ізотопи водню), що визначаються в основному структурою електронних оболонок, яка є однаковою для всіх ізотопів даного елемента.

Прикладом ядер-ізобар можуть бути ядра: , , . В даний час відомо більше 2500 ядер, які відрізняються або Z,або Aабо тим і іншим.

Резерфорд показав, що атомні ядра мають розміри приблизно 10-14-10-15 м (для порівняння, лінійні розміри атома приблизно 10-10 м). Радіус ядра - задається емпіричною формулою R = R 0 A 1/3 , де R 0= (1,3÷1,7)10 -15 м. Однак при вживанні цього поняття необхідно бути обережним через його неоднозначність, наприклад через розмитість кордону ядра. Обсяг ядра пропорційний числу нуклонів у ядрі. Отже, щільність ядерної речовини приблизно однакова всім ядер: ρ » 1017 кг/м 3 .