Будова атома: ядро, нейтрон, протон, електрон. Квантовий світ

Інструкція

У таблиці Д.И.Менделеева, як і багатоповерховому багатоквартирному будинку « » хімічні елементи, кожен із яких займає власну квартиру. Таким чином, кожен із елементів має певний порядковий номер, зазначений у таблиці. Нумерація хімічних елементівпочинається зліва направо, причому зверху. У таблиці горизонтальні ряди називаються періодами, а вертикальні стовпці – групами. Це важливо, тому що за номером групи або періоду можна також дати характеристику деяким параметрам атома.

Атом є хімічно неподільною, але при цьому складається з дрібніших складових частин, До яких можна віднести (позитивно заряджені частинки), (заряджені негативно) (нейтральні частинки). Основна маса атомав ядрі (за рахунок протонів та нейтронів), навколо якого обертаються електрони. Загалом атом електронейтральний, тобто у ньому кількість позитивних зарядівзбігається з кількістю негативних, отже, кількість протонів і однакова. Позитивний заряд ядра атомамає місце бути за рахунок протонів.

Приклад №1. Визначити заряд ядра атомавуглецю (С). Починаємо аналізувати хімічний елемент вуглець, орієнтуючись на таблицю Д. І. Менделєєва. Вуглець знаходиться у «квартирі» № 6. Отже, він ядра+6 за рахунок 6 протонів (позитивно заряджених частинок), що розташовуються в ядрі. Враховуючи, що атом електронейтральний, отже, електронів теж буде 6.

Приклад №2. Визначити заряд ядра атомаалюмінію (Al). Алюміній має порядковий номер - №13. Отже, заряд ядра атомаалюмінію +13 (за рахунок 13 протонів). Електронів також буде 13.

Приклад №3. Визначити заряд ядра атомасрібла (Ag). Срібло має порядковий номер – № 47. Значить, заряд ядра атомасрібла + 47 (за рахунок 47 протонів). Електронів також 47.

Зверніть увагу

У таблиці Д.І.Менделєєва в одній клітині для кожного хімічного елемента вказано два числових значення. Не плутайте порядковий номер та відносну атомну масу елемента

Атом хімічного елемента складається з ядрата електронної оболонки. Ядро – це Центральна частинаатома, в якому зосереджено майже всю його масу. На відміну від електронної оболонки, ядро ​​має позитивний заряд.

Вам знадобиться

• Атомний номер хімічного елемента, закон Мозлі

Інструкція

Таким чином, заряд ядрадорівнює кількості протонів. У свою чергу, кількість протонів у ядрі дорівнює атомному номеру. Наприклад, атомний номерводню - 1, тобто ядро ​​водню складається з одного протона має заряд+1. Атомний номер натрію – 11, зарядйого ядрадорівнює +11.

При альфа-розпаді ядрайого атомний номер зменшується на два за рахунок випромінювання альфа-частинки ( ядраатома). Таким чином, кількість протонів в ядрі, що зазнала альфа-розпаду, також зменшується на два.
Бета-розпад може відбуватися у трьох різних . У разі розпаду «бета-мінус» нейтрон перетворюється на при випромінюванні та антинейтрино. Тоді заряд ядрана одиницю.
У разі розпаду «бета-плюс» протон перетворюється на нейтрон, позитрон і нйтрино, заряд ядразменшується на одиницю.
У разі електронного захоплення заряд ядратакож зменшується на одиницю.

Заряд ядраможна також визначити частотою спектральних ліній характеристичного випромінювання атома. Відповідно до закону Мозлі: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, де v - спектральна характеристичного випромінювання, R - постійна Рідберга, S – постійна екранування, n – головне квантове число.
Отже, Z = n*sqrt(v/r)+s.

Відео на тему

Джерела:

• як змінюється заряд ядра

Атом – найдрібніша часткакожного елемента, який несе його хімічні властивості. Як існування, і будова атома було предметом міркувань і досліджень з давніх часів. Було встановлено, що будова атомів схожа на будову Сонячна система: у центрі ядро, що займає дуже мало місця, але зосередив у собі майже всю масу; навколо нього обертаються «планети» - електрони, що несуть негативні заряди. А як можна знайти заряд ядраатома?

Інструкція

Будь-який атом електрично нейтральний. Але, оскільки несуть негативні заряди, вони мають бути врівноважені протилежними зарядами. Так і є. Позитивні зарядинесуть частки під назвою "протони", розташовані в ядрі атома. Протон набагато масивніший за електрон: він важить стільки ж, скільки 1836 електронів!

Найпростіший випадок – атом водню першого елемента Періодичної таблиці. Подивившись у таблицю, ви переконаєтеся, що він під першим номером, яке ядро ​​складається з єдиного протона, навколо якого обертається єдиний . З цього виходить що ядраатома водню дорівнює +1.

Ядра інших елементів складаються не тільки з протонів, але й з так званих «нейтронів». Як ви легко можете із самої назви, взагалі не несуть жодного заряду – ні негативного, ні позитивного. Тому запам'ятайте: скільки б нейтронів не входило до складу атомного. ядра, вони впливають лише з його масу, але з заряд.

Отже, величина позитивного заряду ядраатома залежить лише від цього, скільки протонів у ньому міститься. Але оскільки, як уже вказувалося, атом електрично нейтральний, у його ядрі має міститися стільки ж протонів, що обертається навколо ядра. Кількість протонів визначається порядковим номером елемента в Таблиці Менделєєва.

Розгляньте кілька елементів. Наприклад, відомий і життєво необхідний кисень знаходиться в «комірці» під номером 8. Отже, в його ядрі містяться 8 протонів і заряд ядрабуде +8. Залізо займає «комірку» з номером 26, і, відповідно, має заряд ядра+26. А метал - , з порядковим номером 79 - матиме такий самий заряд ядра(79), зі знаком +. Відповідно, в атомі кисню міститься 8 електронів, в атомі – 26, а атомі золота – 79.

Відео на тему

У звичайних умовахатом електрично нейтральний. При цьому ядро ​​атома, що складається з протонів та нейтронів, позитивно, а електрони несуть негативний заряд. При надлишку чи нестачі електронів атом перетворюється на іон.

Інструкція

Хімічні сполукиможуть мати молекулярну чи іонну природу. Молекули також електрично нейтральні, а іони несуть у собі певний заряд. Так, молекула аміаку NH3 нейтральна, а ось іон амонію NH4+ заряджений позитивно. Зв'язки в молекулі аміаку, утворені за обмінним типом. Четвертий атом водню приєднується за донорно-акцепторним механізмом, це теж ковалентний зв'язок. Амоній утворюється при взаємодії аміаку із розчинами кислот.

Важливо розуміти, що заряд ядра елемента залежить від хімічних перетворень. Скільки електронів не додай і не забирай, заряд ядра залишиться тим самим. Наприклад, атом O, аніон O- і катіон O+ характеризуються одним і тим же зарядом ядра +8. При цьому атом має 8 електронів, аніон 9, катіон – 7. Саме ядро ​​можна змінити лише шляхом ядерних перетворень.

Найбільш частий виглядядерних реакцій – радіоактивний розпад, який може протікати в природному середовищі. Атомна маса елементів, що зазнають такого розпаду, укладена в квадратні дужки. Це означає, що масове числопостійно, змінюється протягом часу.

У періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва срібло має порядковий номер 47 та позначення «Ag» (argentum). Назва цього металу, ймовірно, походить від латинського «argos», що означає «білий», «блискучий».

Інструкція

Срібло було відоме людству ще в IV тисячолітті до н. У Стародавньому Єгиптійого називали навіть "білим золотом". Цей метал зустрічається у природі як у самородному вигляді, так і у вигляді сполук, наприклад, сульфідів. Срібні самородки мають велику вагу і часто містять домішки золота, ртуті, міді, платини, сурми та вісмуту.

Хімічні властивості срібла.

Срібло відноситься до групи перехідних металіві має всі властивості металів. Однак активність срібла невелика - в електрохімічному рядунапруг металів воно знаходиться правіше водню, майже на самому кінці. У з'єднаннях срібло найчастіше виявляє ступінь окиснення +1.

За звичайних умов срібло не реагує з киснем, воднем, азотом, вуглецем, кремнієм, але взаємодіє із сіркою, утворюючи сульфід срібла: 2Ag+S=Ag2S. При нагріванні срібло взаємодіє із галогенами: 2Ag+Cl2=2AgCl↓.

Розчинний нітрат срібла AgNO3 використовується для якісного визначеннягалогенід-іонів у розчині – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. Наприклад, при взаємодії з аніонами хлору срібло дає нерозчинний білий осад AgCl.

Чому срібні вироби темніють на повітрі?

Причина поступового виробів із срібла пояснюється тим, що срібло реагує із сірководнем, що міститься в повітрі. В результаті цього на поверхні металу утворюється плівка Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

Досліджуючи проходження α-частки через тонку золоту фольгу (див. п. 6.2), Е. Резерфорд дійшов висновку про те, що атом складається з важкого позитивного зарядженого ядра і електронів, що його оточують.

Ядром називається центральна частина атома,в якій зосереджена практично вся маса атома та його позитивний заряд.

У склад атомного ядра входять елементарні частки : протони і нейтрони (нуклони від латинського слова Nucleus- Ядро). Таку протонно-нейтронну модель ядра було запропоновано. радянським фізиком 1932 р. Д.Д. Іваненко. Протон має позитивний заряд е + =1,06 · 10 -19 Кл і масу спокою m p= 1,673 · 10 -27 кг = 1836 m e. Нейтрон ( n) – нейтральна частка з масою спокою m n= 1,675 · 10 -27 кг = 1839 m e(де маса електрона m e, дорівнює 0,91 · 10 -31 кг). На рис. 9.1 наведено структуру атома гелію за уявленнями кінця XX - початку XXIв.

Заряд ядра дорівнює Ze, де e- Заряд протона, Z- Зарядове число, рівне порядковому номеру хімічного елемента у періодичної системі елементів Менделєєва, тобто. числу протонів в ядрі. Число нейтронів у ядрі позначається N. Як правило Z > N.

В даний час відомі ядра з Z= 1 до Z = 107 – 118.

Число нуклонів у ядрі A = Z + Nназивається масовим числом . Ядра з однаковим Z, але різними Аназиваються ізотопами. Ядра, які за однакового Aмають різні Z, називаються ізобарами.

Ядро позначається тим самим символом, що і нейтральний атом, де X- Символ хімічного елемента. Наприклад: водень Z= 1 має три ізотопи: – протий ( Z = 1, N= 0), - дейтерій ( Z = 1, N= 1), - тритій ( Z = 1, N= 2), олово має 10 ізотопів і т.д. У переважній більшості ізотопи одного хімічного елемента мають однакові хімічні та близькі. фізичними властивостями. Всього відомо близько 300 стійких ізотопів та понад 2000 природних та штучно отриманих радіоактивних ізотопів.

Розмір ядра характеризується радіусом ядра, що має умовний зміст через розмитість кордону ядра. Ще Е. Резерфорд, аналізуючи свої досліди, показав, що розмір ядра приблизно дорівнює 10-15 м (розмір атома дорівнює 10-10 м). Існує емпірична формула для розрахунку радіусу ядра:

де R 0 = (1,3 - 1,7) · 10 -15 м. Звідси видно, що обсяг ядра пропорційний числу нуклонів.

Щільність ядерної речовини становить по порядку величини 1017 кг/м 3 і постійна для всіх ядер. Вона значно перевищує щільність найщільніших звичайних речовин.

Протони і нейтрони є ферміонами, т.к. мають спин ħ /2.

Ядро атома має власний моментімпульсу – спин ядра :

,

(9.1.2)

де I – внутрішнє(повне)спинове квантове число.

Число Iнабуває цілих чи напівцілі значення 0, 1/2, 1, 3/2, 2 і т.д. Ядра з парними Амають цілісний спин(у одиницях ħ ) та підпорядковуються статистиці Бозе–Ейнштейна(бозони). Ядра з непарними Амають напівцілий спин(у одиницях ħ ) та підпорядковуються статистиці Фермі–Дірака(Тобто. ядра – ферміони).

Ядерні частинки мають власні магнітні моменти, якими визначається магнітний моментядра загалом. Одиницею виміру магнітних моментів ядер служить ядерний магнетон μ отрута:

Тут e – абсолютна величиназаряду електрона, m p- Маса протона.

Ядерний магнетон в m p/m e= 1836,5 разів менше магнетона Бора, звідси випливає, що магнітні властивості атомів визначаються магнітними властивостямийого електронів .

Між спином ядра та його магнітним моментом є співвідношення:

де γ отрута – ядерне гіромагнітне відношення.

Нейтрон має негативний магнітний момент n≈ – 1,913μ отрута тому що напрямок спина нейтрону та його магнітного моменту протилежні. Магнітний момент протона позитивний і дорівнює μ р≈ 2,793μ отрута. Його напрямок збігається із напрямком спина протона.

Розподіл електричного заряду протонів по ядру загальному випадкунесиметрично. Мірою відхилення цього розподілу від сферично-симетричного є квадрупольний електричний момент ядра Q. Якщо щільність заряду вважається скрізь однаковою, то Qвизначається лише формою ядра. Так, для еліпсоїда обертання

,

(9.1.5)

де b- Піввісь еліпсоїда вздовж напрямку спина, а- Піввісь у перпендикулярному напрямку. Для ядра, витягнутого вздовж напрямку спина, b > аі Q> 0. Для ядра, сплющеного у цьому напрямі, b < aі Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = aі Q= 0. Це справедливо для ядер зі спином, що дорівнює 0 або ħ /2.

Для перегляду демонстрацій клацніть на відповідному гіперпосиланні:

Атом - це найменша частка хімічного елемента, що зберігає його хімічні властивості. Атом складається з ядра, що має позитивний електричний заряді негативно заряджених електронів. Заряд ядра будь-якого хімічного елемента дорівнює твору Z на e де Z - порядковий номер даного елементау періодичній системі хімічних елементів, е – величина елементарного електричного заряду.

Електрон- це дрібна частка речовини з негативним електричним зарядом е=1,6·10 -19 кулона, прийнятим за елементарний електричний заряд. Електрони, обертаючись навколо ядра, розташовуються на електронних оболонках, L, М і т. д. К - оболонка, найближча до ядра. Розмір атома визначається розміром його електронної оболонки. Атом може втрачати електрони і ставати позитивним іономабо приєднувати електрони та ставати негативним іоном. Заряд іона визначає кількість втрачених чи приєднаних електронів. Процес перетворення нейтрального атомау заряджений іон називається іонізацією.

Атомне ядро(Центральна частина атома) складається з елементарних ядерних частинок - протонів і нейтронів. Радіус ядра приблизно в сто тисяч разів менший за радіус атома. Щільність атомного ядра дуже велика. Протони- це стабільні елементарні частинки, мають одиничний позитивний електричний заряд і масу, в 1836 разів більшу, ніж маса електрона. Протон є ядро ​​атома найлегшого елемента - водню. Число протонів в ядрі дорівнює Z. Нейтрон- це нейтральна (яка не має електричного заряду) елементарна частка з масою, дуже близькою до маси протона. Оскільки маса ядра складається з маси протонів і нейтронів, число нейтронів в ядрі атома дорівнює А - Z, де А - масове число даного ізотопу (див. ). Протон і нейтрон, що входять до складу ядра, називаються нуклонами. У ядрі нуклони пов'язані особливими ядерними силами.

В атомному ядрі є величезний запас енергії, що вивільняється при ядерних реакціях. Ядерні реакції виникають при взаємодії атомних ядерз елементарними частинками чи з ядрами інших елементів. Внаслідок ядерних реакцій утворюються нові ядра. Наприклад, нейтрон може переходити у протон. І тут з ядра викидається бета-частка, т. е. електрон.

Перехід у ядрі протона в нейтрон може здійснюватися двома шляхами: або з ядра випускається частка з масою, рівної масіелектрона, але з позитивним зарядом, звана позитрон (позитронний розпад), або ядро ​​захоплює один з електронів з найближчої до нього К-оболонки (К-захоплення).

Іноді ядро, що утворилося, має надлишок енергії (перебуває в збудженому стані) і, переходячи в нормальний станвиділяє зайву енергію у вигляді електромагнітного випромінюванняз дуже малою довжиною хвилі - . Енергія, що виділяється при ядерних реакціях, практично використовується в різних галузяхпромисловості.

Атом (грец. atomos - неподільний) найменша частка хімічного елемента, що має його хімічними властивостями. Кожен елемент складається з атомів певного виду. До складу атома входять ядро, що несе позитивний електричний заряд, і негативно заряджені електрони, що утворюють його електронні оболонки. Величина електричного заряду ядра дорівнює Z-e, де е - елементарний електричний заряд, що дорівнює за величиною заряду електрона (4,8·10 -10 ел.-ст. од.), і Z - атомний номер даного елемента в періодичній системі хімічних елементів (см .). Так як неіонізований атом нейтральний, то число електронів, що входять до нього, також дорівнює Z. До складу ядра входять нуклони, елементарні частинки з масою, приблизно в 1840 разів. більшої масиелектрона (рівний 9,1 10 -28 г), протони (див.), заряджені позитивно, і не мають заряду нейтрони (див.). Число нуклонів в ядрі називається масовим числом і позначається буквою А. Кількість протонів в ядрі, що дорівнює Z, визначає число електронів, що входять в атом, будова електронних оболонокта хімічні властивості атома. Кількість нейтронів у ядрі дорівнює А-Z. Ізотопами називаються різновиди одного і того ж елемента, атоми яких відрізняються один від одного масовим числом А, але мають однакові Z. Таким чином, в ядрах атомів різних ізотопів одного елемента є різне числонейтронів при однаковій кількості протонів. При позначенні ізотопів масове число записується А зверху від символу елемента, а атомний номер внизу; наприклад, ізотопи кисню позначаються:

Розміри атома визначаються розмірами електронних оболонок і становлять для Z величину порядку 10 -8 см. Оскільки маса всіх електронів атома в кілька тисяч разів менше маси ядра, маса атома пропорційна масовому числу. Відносна масаатома даного ізотопу визначається по відношенню до маси атома ізотопу вуглецю З 12 прийнятої за 12 одиниць, і називається ізотопною масою. Вона виявляється близькою до масового числа відповідного ізотопу. Відносна вага атома хімічного елемента є середнє (з урахуванням відносної поширеності ізотопів даного елемента) значення ізотопної ваги і називається атомною вагою (масою).

Атом є мікроскопічною системою, та її будову та властивості можна пояснити лише з допомогою квантової теорії, створеної переважно у 20-ті роки 20 століття і призначеної для описи явищ атомного масштабу. Досліди показали, що мікрочастинки - електрони, протони, атоми і т. д., крім корпускулярних, мають хвильовими властивостями, що виявляються в дифракції та інтерференції. У квантовій теорії для опису стану мікрооб'єктів використовується деяке хвильове поле, яке характеризується хвильовою функцією (Ψ-функція). Ця функція визначає ймовірність можливих станів мікрооб'єкта, тобто характеризує потенційні можливості прояву тих чи інших його властивостей. Закон зміни функції Ψ у просторі та часі (рівняння Шредінгера), що дозволяє знайти цю функцію, грає в квантовій теорії ту саму роль, що в класичної механікизакони руху Ньютона Рішення рівняння Шредінгера у багатьох випадках призводить до дискретних можливим станамсистеми. Так, наприклад, у разі атома виходить ряд хвильових функційдля електронів, що відповідають різним (квантованим) значенням енергії. Система енергетичних рівніватома, розрахована методами квантової теорії, отримала блискуче підтвердження спектроскопії. Перехід атома з основного стану, що відповідає нижчому енергетичному рівню Е 0 в будь-який з збуджених станів E i відбувається при поглинанні певної порції енергії Е i - Е0. Збуджений атом перетворюється на менш збуджений або основний стан зазвичай з випромінюванням фотона. При цьому енергія фотона hv дорівнює різниці енергій атома у двох станах: hv = E i - Е k де h - постійна Планка(6,62 · 10 -27 ерг · сек), v - частота світла.

Крім атомних спектрів, квантова теоріядозволила пояснити та інші властивості атомів. Зокрема, були пояснені валентність, природа хімічного зв'язкута будова молекул, створена теорія періодичної системиелементів.

Фізичні властивості атомних ядер.
Розміщено на реф.
Заряд ядра. Розмір ядра. Моменти ядер.
Розміщено на реф.
Спин ядра. Магнітний та електричний моментиядра. Маса ядра та маса атома. Дефект маси. Енергія зв'язку. Основні особливості енергії зв'язку. Основне правило. Ядерні сили: основні характеристики, кулоновський та ядерний потенціали ядра. Обмінний характер ядерних сил.

Закон Мозлі.Електричний заряд ядра утворюють протони, що входять до його складу. Число протонів Zназивають його зарядом, маючи на увазі, що абсолютне значеннязаряду ядра одно Ze.Заряд ядра збігається із порядковим номером Zелемента в періодичній системі елементів Менделєєва. Вперше заряди атомних ядер визначив англійський фізик Мозлі у 1913 році. Вимірявши за допомогою кристала довжину хвилі λ характеристичного рентгенівського випромінюваннядля атомів деяких елементів, Мозлі виявив регулярну зміну довжини хвилі λ у елементів, наступних друзівза одним у періодичній системі (рис.2.1). Це спостереження Мозлі інтерпретував залежністю λ від певної константи атома Z, що змінюється на одиницю від елемента до елемента і дорівнює одиниці водню:

де і – постійні. З експериментів з розсіяння рентгенівських квантів атомними електронами та α -частинок атомними ядрами вже було відомо, що заряд ядра приблизно дорівнює половині атомної маси і, отже, близький до порядкового номера елемента. Оскільки випромінювання характеристичного рентгенівського випромінювання є наслідком електричних процесів в атомі, Мозлі зробив висновок, що знайдена в його дослідах константа атомів, що визначає довжину хвилі характеристичного рентгенівського випромінювання і збігається з порядковим номером елемента повинна бути тільки зарядом атомного ядра (закон Мозлі).

Мал. 2.1. Рентгенівські спектриатомів сусідніх елементів, отримані Мозлі

Вимірювання довжин хвиль рентгенівського випромінювання виконується з великою точністю, Отже на основі закону Мозлі приналежність атома до хімічного елемента встановлюється абсолютно надійно. Водночас той факт, що константа Zв останньому рівнянні є зарядом ядра, хоч і обґрунтований непрямими експериментами, зрештою тримається на постулаті – законі Мозлі. З цієї причини після відкриття Мозлі заряди ядер багаторазово вимірювалися у дослідах із розсіювання α -Частинок на базі закону Кулона. У 1920 році Чедвіг удосконалив методику вимірювання частки розсіяних α -Частинок і отримав заряди ядер атомів міді, срібла і платини (див. таблицю 2.1). Дані Чедвіга не залишають сумнівів у справедливості закону Мозлі. Крім зазначених елементівв експериментах були визначені також заряди ядер магнію, алюмінію, аргону та золота.

Таблиця 2.1. Результати дослідів Чедвіка

Визначення.Після відкриття Мозлі стало ясно, що основною характеристикою атома є заряд ядра, а не його атомна маса, як це передбачали хіміки 19 століття, бо заряд ядра визначає число атомних електронів, отже, хімічні властивості атомів. Причина відмінності атомів хімічних елементів якраз і полягає в тому, що їхні ядра мають різну кількість протонів у своєму складі. Навпаки, різне число нейтронів в ядрах атомів при однаковій кількості протонів не змінює хімічні властивості атомів. Атоми, що відрізняються лише числом нейтронів у ядрах, називаються ізотопамихімічний елемент.

Атом з певним числом протонів і нейтронів у складі ядра прийнято називати нуклідом.Склад ядра задається числами Zі A. Про ізотоп говорять лише маючи на увазі приналежність до хімічного елементу, наприклад, 235 U є ізотоп урану, але 235 U - нуклід, що ділиться, а не ізотоп, що ділиться.

Атоми, ядра яких містять однакове числонейтронів, але різна кількість протонів, називаються ізотонами.Атоми з однаковими масовими числами, але різним протон-нейтронним складом ядер, називаються ізобарами.

ЗАРЯД ЯДРУ - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "ЗАРЯД ЯДРУ" 2017, 2018.

Основними існуючими в даний часпоняттями ядра атома є його маса та заряд. Заряд ядра представляє певну кількістьпозитивні елементарні заряди. Заряд атома є нейтральним, його величиною визначається числом електронів атома. Заряд визначає хімічний елемент. Величина заряду ядра дорівнює добутку елементарного зарядуна зарядове число ядра, що дорівнює порядковому номеру елемента.

Маса ядра практично дорівнює масі атома. За одиницю маси атома приймається 1/16 маси атома кисню або 1/12 маси ізотопу вуглецю. З великою точністю визначені маси атомів. У цьому виявлено різновид атомів конкретного хімічного елемента, тобто. ізотопів, що володіють однаковим зарядом, але різними масою. Атомні ваги ізотопів називаються атомними масами. Кожен хімічний елемент має певне процентний змістізотопів.

На підставі цього випливає, що кожному хімічному елементу відповідає певна атомна вага, що представляє середнє значеннямас. Ізотопні маси виражаються цілими числами. Ціла кількість, найближча до атомної ваги, виражене в атомних одиницяхмаси, називається масовим числом - А. Ядра, що мають однакову масу, але різними зарядами, називаються ізобарами.

Спін та магнітний момент ядра

З підвищенням роздільної здатності спектральних приладів було виявлено явище понад тонкої структури. В. Паулі висунув припущення, що явище пов'язане зі спином ядра атома.

Спин ядра складається зі спинів частинок, що його складають, і представлений моментами кількості руху ядерних частинок в ядрі. Спин ядра, що складається з парної кількості частинок, є цілим числом, виражений в одиницях h. І, навпаки, із непарного числа, спин ядра є напівцілим.

Атомні ядра мають магнітні моменти. Магнітний момент ядра складається з магнітних моментів ядерних частинок. Виборче поглинання електромагнітного випромінювання речовиною обумовлюється переходами його ядер між різними енергетичними підрівнями. За аналогією з розщепленням енергетичних рівнів електронів існує розщеплення енергетичних рівнів ядра на ряд підрівнів. Вплив змінного магнітного поляз відповідними частотами переходів між підрівнями призводить до вибіркового поглинання випромінювання.

Для вимірювання магнітного моменту нейтрону було проведено видозмінений варіант методу магнітного резонансу. Результатом цього досвіду було визначення, що нейтрон має негативний магнітний момент.

Магнітний момент протона було визначено шляхом відхилення молекулярного пучка. Цей досвід аналогічний методу Штерна та Герлаха.

Позитивний знак магнітного моменту протона визначає збіг напряму магнітного моменту протона та його спина. У нейтрона напрями магнітного моменту протилежно його спину.

Склад ядра

При вимірах мас – спектроскопічних характеристик ядра виявили, що маси ізотопів атомів більше за величиною зарядів цих атомів. При збільшенні зарядового числаця різниця збільшується. Також було встановлено, що маси ядер в а. мають цілі числа, тобто. ядро складається з частинок однакової маси.

Д.Д. Іваненко було сформульовано гіпотезу про протонно-нейтронну будову ядра. Відповідно до цієї теорії заряд ядра – Zвизначає кількість протонів, а різниця А – Zдає кількість нейтронів. Елементарні часткиядра-протона прийнято називати нуклонами. Частка нуклону має заряд + еу протонному стані та заряд – 0 у нейтронному стані.

Енергія зв'язку ядра

Ядро атома є дуже стійке утворення. Ця стійкість заснована на особливій взаємодіїміж нуклонами. На підставі цього введено поняття енергія зв'язку нуклону, як фізичної величини рівної роботі, яку потрібно зробити для видалення даного нуклону з ядра без надання йому кінетичної енергії та енергії зв'язку ядра, як роботу, яку потрібно зробити для розщеплення ядра на нуклони без надання їм кінетичної енергії.

Таким чином, різниця між сумарною енергією вільних нуклонів, що складають дане ядро ​​і енергій в ядрі, виражає енергію зв'язку атомного ядра.

У розділі 6 дається Загальний описпроцесу виникнення речовини з хімічними властивостями В цьому природному процесіутворюються маси всіх ядер таблиці Менделєєва. При утворенні певного хімічного елемента до складу ядра входять протони та нейтрони. Співвідношення цих частинок у ядрі який завжди. В одному випадку кількість нейтронів може бути більшою, в іншому – меншою, але кількість протонів не може перевищувати кількість нейтронів. У даній теорії пропонується, що при утворенні атомів протону був наданий момент, що крутить, нейтрон не отримав цієї енергії. Звідси випливає різноманітність атомів одного хімічного елемента, тобто. ізотопів. Отже, при викиді струменів нейтронного речовини квазаром, більшість нейтронів не отримують спина, тобто. протони становлять менше половини маси речовини з хімічними властивостями.

Елементарна частинок нуклону у формі протона атома водню має найбільшу швидкістьспина. Наступний по таблиці Менделєєва йде атом гелію, що має два протони і два нейтрони. Кожен протон гелію витрачає свою енергію на надання швидкості одному нейтрону. Загальна кількістьруху ядра атома гелію не змінюється. Ця енергія лише розподіляється між протонами та нейтронами. Швидкість протона зменшується у два пази, з половини швидкості світла до однієї четвертої:

Vпор. = c / 4.

Половина енергії протона пішла до нейтрону, тим самим знизився тиск середовища матричного вакууму на атом гелію вдвічі. Розмір моменту імпульсу електрона також змінилася.

Отже, заряд атома гелію змінюється, тобто. взаємодія загального моменту, що крутить, його ядра з середовищем матричного вакууму не змінюється.

Якщо нуклон буде утворений з нейтронів, то не буде крутного моменту в системи, тобто. заряд буде дорівнює нулю. Нейтрон міг би існувати у часі довго, але в ізольованому середовищі. Але середовище вакууму пронизане великим діапазоном електромагнітного випромінювання. І нейтрон постійно відчуває цю дію і, зрештою, розпадається на елементарні кванти дії.

Серед важких ядер зустрічається утворення, де за однакової маси, кількість протонів змінюється. Отже, змінюється крутний момент ядра, тобто. його заряд.

У ядерної фізикиприйнято, що специфіку хімічного елемента визначає заряд ядра. У тріаді хімічних елементів Zr, Mo, Ru масове число має однакову величину, а заряд, тобто. крутний момент цих ядер різний. Ця різниця полягає в тому, що до складу цих ядер входить різна кількістьпротонів. Спини цирконію, молібдену, рутенію визначають кількість електронів на зовнішньої оболонки. У цьому вся виражається хімічна індивідуальність цих елементів.

У розділі « Квантова механіка«було дано поняття тонкої структури спектральних ліній на 6 А. Причиною цього була постійна щільність фотонів серед матричного вакууму.

Виявлене розщеплення надтонкої структури спектральних ліній також обґрунтовується поняттям постійної щільності фотонів серед матричного вакууму. Цей спектр фотонів включає в себе ультрафіолетових променівдо гамма-випромінювання. Але рухи цих променів хаотичне і поширюється весь обсяг простору, де знаходиться речовина середовища матричного і входить у взаємодію Космосу з зовнішніми електронами атомів речовини. У досвіді О.М. Тереніна та Л.М. Добрецова лінія дорівнює 5890 А укрупнюється на фотон 0, 021 А і лінія 5896 А – на 0,023 А. Це мінімальне укрупнення виявлено завдяки збільшенню роздільної здатності приладів.

Аналогічно електрону ядро ​​атома також обертається навколо осі за принципом переміщення матеріального тіла в середовищі вакууму. Спин ядра це обертання самого ядра і притисненим до нього середовищем вакууму хвилі де Бройля. Під час руху цієї хвилі, вона розсуває матричний вакуум на свій об'єм. І її кінетична енергіяпереходить у потенційну енергіюсередовища вакууму, тобто. частинки середовища стискаються. Потім середовище вакууму передає свою енергію ядру атома. Процес розсування середовища, тобто. рух вакууму, є магнітний момент ядра. Ця хвиля виглядає як диск. Швидкість обертання різних хімічних елементів різна, але вона не перевищує лінійної швидкостіядра атома водню.

У досвіді вимірювання магнітного резонансу. Нейтрони проходили через два феромагнетики. При проходженні через магніти йому надали початкову швидкість. Рух нейтрона визначається принципом переміщення матеріального тіла серед матричного вакууму. Її трон розсуває навколишні частинки середовища вакууму, вони отримують рух. Будь-який рух частинок середовища вакууму представляє магнітне поле.

В атомному ядрі нейтрони і протони відносно один одного перебувають у стані спокою. Міцний зв'язок ядра здійснюється середовищем вакууму. Вона постійно тисне на площу ядерної речовини. Розрахуємо обсяг цієї речовини в атомі водню:

Vотрута = Vв · Nотрута = 1,86 · 10 -41 м 3

де Nотрута – кількість зайвих частинок середовища вакууму у протоні.

Радіус ядерної речовини протона дорівнює:

Rотрута = 1,6 · 10 -14 м

Визначимо тиск на поверхні ядра атома водню:

Ротрута = Нвод / 4π R 2 отрута = 4,6 · 10 7 кг/м 2

Площа ядерної речовини в протоні, на яку тисне вакуум, дорівнює:

Sотрута = 4π R 2 отрута = 3,4 · 10 -27 м 2 .

Сила вакууму на цю площу визначається:

Fотрута = Sотрута · Ротрута = 2,5 · 10 -19 кг.

Обчислимо, який тиск буде в ядрі протона на площі вакууму при половині радіусу протона:

R = 1/2 Rотрута.

Кількість зайвих частинок зменшується у вісім разів:

n= 3,15 · 10 5 .

Обсяг цих частинок складе:

V = Vм.в. = 2,3 · 10 -42 м 3

R= 0,81 · 10 -14 м.

Напруженість на поверхні протона дорівнює Н= 2,5 · 10 -19 кг, тоді тиск на радіусі рівним Rотрута /2 буде:

Р = Н/ 4π R 2 = 3,0 · 10 8 кг/м 2 .

Як видно, тиск у протоні при зменшенні його радіуса збільшується. Це явище є ядерними силами.

Розрахуємо тиск на поверхні ядра атома гелію.

Напруженість, що створюється спином ядра в середовищі вакууму, дорівнює:

Нгел = 2 Нвод = 5,0 · 10 -19 кг.

Кількість зайвих частинок у ядрі:

Nгел = 4 Nотрута = 1,0 · 10 7

Об'єм ядерної речовини в ядрі гелію:

Vгел. = Vм.в. · Nгел = 7,5 · 10 -41 м 3 ,

R= 2,6 · 10 -14 м

Тиск на поверхні ядра:

Р = Нгел / 4π R 2 = 5,9 · 10 7 кг/м 2

Тиск в атомі гелію зріс у 3,5 рази.

Величина тиску поверхні ядер хімічних елементів різна. На початку періодичної системи Менделєєва цей тиск становить від 1,8 10 7 кг/м 2 до 9,5 10 7 кг/м 2 .

У середній частині таблиці Менделєєва тиск становить від 1,1 10 8 - 1,57 10 8 кг/м 2 .

У міру подальшого збільшення числа нуклонів у ядрі тиск також збільшується.

Як зазначалося, у разі зростання маса хімічного елемента заряд не зменшується, а окружна швидкість ядра зменшується. Звідси можна висловити.

Середня швидкість i- Хімічного елемента:

Vср · i = з / 2n ,

де n = А / z; А- Масове число; i- Хімічного елемента; z- Зарядне число.

У явищі природної радіоактивності характерне перетворення одних атомних ядер на інші. Є й легкі природно – радіоактивні ядра: ізотопи K, C, Rb та інших. Як свідчить практика, ізотопна маса збільшується майже цілими числами, тобто. за рахунок збільшення числа нейтронів. Тобто збільшується тиск середовища вакууму на поверхні ядра ізотопу і зменшується окружна швидкість ядра хімічного елемента.

У важких хімічних елементів окружна швидкість ядер зменшується більш ніж удвічі. У ядра тритію ця швидкість знижується до 60 км/с.

Середовище вакууму навколо будь-якого ядра має середню щільністьфотонів. При зниженні окружної швидкості ядра фотона від інфрачервоного до гамма-випромінювання мають велику можливістьдосягти поверхні ядра. Це проникнення фотонів до ядра походить із поверхні полюсів атома. Нуклон ядра, отримавши енергію фотона, підвищує свою швидкість і залишає атом. Загалом у цьому механізмі полягає явище радіації.

Таким чином, міцний зв'язок, що існує між нуклонами в ядрі, здійснюється реакцією середовища середовища вакууму на напруженість ядра у вакуумі. Середовище вакууму постійно тисне на площу сфери ядра і надає їм однакову геометричну форму. Основна енергія, яка міститься в ядрі атома водень, міститься в його спині. На ядро ​​постійно діють зовнішні сили. І ядро ​​безперервно має переміщення по всіх трьох координатах. Відповідно і хвиля де Бройля також обертається в просторі. Внаслідок цього виникає явище прецесії електрона.

При обертанні ядра його хвиля де Бройля фактично перебуває у кожному точці сфери атома. Площа точки є площею електрона, що знаходиться на орбіті атома. Тобто радіус дії хвиля де Бройля показує максимальну її дію від ядра.

Величина роботи, яку потрібно зробити для розщеплення ядра на нуклони, що його складають, повинні бути не менше енергії самого спина ядра. Поняття розщеплення ядра еквівалентне його зупинці. Хвиля де Бройля, тобто. сам спин постійно змінює своє місце розташування у сфері атома і цілеспрямовано впливати нею важко. Для цього необхідна енергія, яка за величиною була б не меншою за енергію спина ядра в кожній точці сфера атома. Якщо вплив ядро ​​становитиме хоча б половину необхідної величини, то ядро, тобто. атом, що рухатиметься в напрямку протилежному впливу цієї сили. Ядро ніби відскакуватиме від цієї сили, подібно до дзиги при зіткненні його з предметом.

Для розрахунку роботи з розщеплення ядра необхідно величину його спина помножити на кількість площ електрона:

Wрос. = N · Lін.

де Lпр. - відразливий момент протона.