Чему равен положительный заряд атома. Строение и заряд ядра атома
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | ЗАРЯД ЯДРА |
| Рубрика (тематическая категория) | Радио |
Физические свойства атомных ядер.
Размещено на реф.рф
Заряд ядра. Размер ядра. Моменты ядер.
Размещено на реф.рф
Спин ядра. Магнитный и электрический моменты ядра. Масса ядра и масса атома. Дефект массы. Энергия связи. Основные особенности энергии связи. Основное правило. Ядерные силы: основные характеристики, кулоновский и ядерный потенциалы ядра. Обменный характер ядерных сил.
Закон Мозли. Электрический заряд ядра образуют протоны, входящие в его состав. Число протонов Z называют его зарядом, имея ввиду, что абсолютное значение заряда ядра равно Ze. Заряд ядра совпадает с порядковым номером Z элемента в периодической системе элементов Менделеева. Впервые заряды атомных ядер определил английский физик Мозли в 1913 году. Измерив с помощью кристалла длину волны λ характеристического рентгеновского излучения для атомов некоторых элементов, Мозли обнаружил регулярное изменение длины волны λ у элементов, следующих друг за другом в периодической системе (рис.2.1). Это наблюдение Мозли интерпретировал зависимостью λ от некоторой константы атома Z , изменяющейся на единицу от элемента к элементу и равной единице для водорода:
где и - постоянные. Из экспериментов по рассеянию рентгеновских квантов атомными электронами и α -частиц атомными ядрами уже было известно, что заряд ядра примерно равен половине атомной массы и, следовательно, близок к порядковому номеру элемента. Поскольку испускание характеристического рентгеновского излучения является следствием электрических процессов в атоме, Мозли сделал вывод, что найденная в его опытах константа атомов, определяющая длину волны характеристического рентгеновского излучения и совпадающая с порядковым номером элемента͵ должна быть только зарядом атомного ядра (закон Мозли).
Рис. 2.1. Рентгеновские спектры атомов соседних элементов, полученные Мозли
Измерение длин волн рентгеновского излучения выполняется с большой точностью, так что на базе закона Мозли принадлежность атома к химическому элементу устанавливается абсолютно надежно. Вместе с тем тот факт, что константа Z в последнем уравнении является зарядом ядра, хотя и обоснован косвенными экспериментами, в конечном счете держится на постулате – законе Мозли. По этой причине после открытия Мозли заряды ядер многократно измерялись в опытах по рассеянию α -частиц на базе закона Кулона. В 1920 году Чедвиг усовершенствовал методику измерения доли рассеянных α -частиц и получил заряды ядер атомов меди, серебра и платины (см. таблицу 2.1). Данные Чедвига не оставляют сомнений в справедливости закона Мозли. Помимо указанных элементов в экспериментах были определены также заряды ядер магния, алюминия, аргона и золота.
Таблица 2.1. Результаты опытов Чедвика
Определения. После открытия Мозли стало ясно, что основной характеристикой атома является заряд ядра, а не его атомная масса, как это предполагали химики 19 века, ибо заряд ядра определяет число атомных электронов, а значит, химические свойства атомов. Причина различия атомов химических элементов как раз и состоит в том, что их ядра имеют разное число протонов в своем составе. Напротив, разное число нейтронов в ядрах атомов при одинаковом числе протонов никак не меняет химические свойства атомов. Атомы, различающиеся только числом нейтронов в ядрах, называются изотопами химического элемента.
Атом с определенным числом протонов и нейтронов в составе ядра принято называть нуклидом. Состав ядра задается числами Z и A . Об изотопе говорят только имея ввиду принадлежность к химическому элементу, к примеру, 235 U есть изотоп урана, но 235 U – делящийся нуклид, а не делящийся изотоп.
Атомы, ядра которых содержат одинаковое число нейтронов, но разное число протонов, называются изотонами. Атомы с одинаковыми массовыми числами, но различным протон-нейтронным составом ядер, называются изобарами.
ЗАРЯД ЯДРА - понятие и виды. Классификация и особенности категории "ЗАРЯД ЯДРА" 2017, 2018.
Исследуя прохождение α-частицы через тонкую золотую фольгу (см. п. 6.2), Э. Резерфорд пришёл к выводу о том, что атом состоит из тяжёлого положительного заряженного ядра и окружающих его электронов.
Ядром называется центральная часть атома , в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд .
В состав атомного ядра входят элементарные частицы : протоны и нейтроны (нуклоны от латинского слова nucleus – ядро ). Такая протонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком в 1932 г. Д.Д. Иваненко. Протон имеет положительный заряд е + =1,06·10 –19 Кл и массу покоя m p = 1,673·10 –27 кг = 1836m e . Нейтрон (n ) – нейтральная частица с массой покоя m n = 1,675·10 –27 кг = 1839m e (где масса электрона m e , равна 0,91·10 –31 кг). На рис. 9.1 приведена структура атома гелия по представлениям конца XX - начала XXI в.
Заряд ядра равен Ze , где e – заряд протона, Z – зарядовое число , равное порядковому номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, т.е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N . Как правило Z > N .
В настоящее время известны ядра с Z = 1 до Z = 107 – 118.
Число нуклонов в ядре A = Z + N называется массовым числом . Ядра с одинаковым Z , но различными А называются изотопами . Ядра, которые при одинаковом A имеют разные Z , называются изобарами .
Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом , где X – символ химического элемента. Например: водород Z = 1 имеет три изотопа: – протий (Z = 1, N = 0), – дейтерий (Z = 1, N = 1), – тритий (Z = 1, N = 2), олово имеет 10 изотопов и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов .
Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Ещё Э. Резерфорд, анализируя свои опыты, показал, что размер ядра примерно равен 10 –15 м (размер атома равен 10 –10 м). Существует эмпирическая формула для расчета радиуса ядра:
| , | (9.1.1) |
где R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 м. Отсюда видно, что объём ядра пропорционален числу нуклонов.
Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10 17 кг/м 3 и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.
Протоны и нейтроны являются фермионами , т.к. имеют спин ħ /2.
Ядро атома имеет собственный момент импульса – спин ядра :
 ,
|
(9.1.2) |
где I – внутреннее (полное ) спиновое квантовое число.
Число I принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т.д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин (в единицах ħ ) и подчиняются статистике Бозе –Эйнштейна (бозоны ). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин (в единицах ħ ) и подчиняются статистике Ферми –Дирака (т.е. ядра – фермионы ).
Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон μ яд:
| . | (9.1.3) |
Здесь e – абсолютная величина заряда электрона, m p – масса протона.
Ядерный магнетон в m p /m e = 1836,5 раз меньше магнетона Бора, отсюда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов .
Между спином ядра и его магнитным моментом имеется соотношение:
| , | (9.1.4) |
где γ яд – ядерное гиромагнитное отношение .
Нейтрон имеет отрицательный магнитный момент μ n ≈ – 1,913μ яд так как направление спина нейтрона и его магнитного момента противоположны. Магнитный момент протона положителен и равен μ р ≈ 2,793μ яд. Его направление совпадает с направлением спина протона.
Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадрупольный электрический момент ядра Q . Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра. Так, для эллипсоида вращения
 ,
|
(9.1.5) |
где b – полуось эллипсоида вдоль направления спина, а – полуось в перпендикулярном направлении. Для ядра, вытянутого вдоль направления спина, b > а и Q > 0. Для ядра, сплющенного в этом направлении, b < a и Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = a и Q = 0. Это справедливо для ядер со спином, равным 0 или ħ /2.
Для просмотра демонстраций щелкните по соответствующей гиперссылке:
Строение атома – это одна из базовых тем курса химии, которая основана на знании пользоваться таблицей «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева». Это не только классифицированные и расположенные по определенным законам химические элементы, но и кладезь информации, в том числе и о строении атома . Зная особенности чтения этого неповторимого справочного материала, дозволено дать полную добротную и количественную колляцию атому.
Вам понадобится
- Таблица Д.И.Менделеева
Инструкция
1. В таблице Д.И.Менделеева, как в многоэтажном многоквартирном доме «живут» химические элементы, весь из которых занимает свою собственную квартиру. Таким образом, всякий из элементов имеет определенный порядковый номер, указанный в таблице. Нумерация химических элементов начинается слева направо, причем сверху. В таблице горизонтальные ряды именуются периодами, а вертикальные столбцы – группами. Это немаловажно, так как по номеру группы либо периода дозволено также дать колляцию некоторым параметрам атома .
2. Атом представляет собой химически неделимую частицу, но при этом состоящую из больше мелких комбинированных частей, к которым дозволено отнести протоны (правильно заряженные частицы), электроны (заряжены негативно) и нейтроны (нейтральные частицы). Основная масса атома сфокусирована в ядре (за счет протонов и нейтронов), вокруг которого вращаются электроны. В совокупности атом электронейтрален, то есть в нем число правильных зарядов совпадает с числом негативных, следственно, число протонов и электронов идентично. Правильный заряд ядра атома имеет место быть как раз за счет протонов.
3. Нужно запомнить, что порядковый номер химического элемента количественно совпадает с зарядом ядра атома . Следственно, дабы определить заряд ядра атома нужно посмотреть, под каким номером находится данный химический элемент.
4. Пример № 1. Определить заряд ядра атома углерода (С). Начинаем исследовать химический элемент углерод, ориентируясь на таблицу Д.И.Менделеева. Углерод находится в «квартире» № 6. Следственно, он имеет заряд ядра +6 за счет 6 протонов (правильно заряженных частиц), которые располагаются в ядре. Рассматривая, что атом электронейтрален, значит, электронов тоже будет 6.
5. Пример № 2. Определить заряд ядра атома алюминия (Al). Алюминий имеет порядковый номер – № 13. Следственно, заряд ядра атома алюминия +13 (за счет 13 протонов). Электронов также будет 13.
6. Пример № 3. Определить заряд ядра атома серебра (Ag). Серебро имеет порядковый номер – № 47. Значит, заряд ядра атома серебра + 47 (за счет 47 протонов). Электронов также 47.
Атом химического элемента состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро – это центральная часть атома, в котором сконцентрирована примерно каждая его масса. В различие от электронной оболочки, ядро имеет правильный заряд .
Вам понадобится
- Атомный номер химического элемента, закон Мозли
Инструкция
1. Ядро атома состоит из 2-х типов частиц – протонов и нейтронов. Нейтроны являются электронейтральными частицами, то есть их электрический заряд равен нуля. Протоны являются позитивно заряженными частицами и их электрический заряд равен +1.
2. Таким образом, заряд ядра равен числу протонов. В свою очередь, число протонов в ядре равно ядерному номеру химического элемента. К примеру, ядерный номер водорода – 1, то есть ядро водорода состоит из одного протона имеет заряд +1. Ядерный номер натрия – 11, заряд его ядра равен +11.
3. При альфа-распаде ядра его его ядерный номер уменьшается на два за счет испускания альфа-частицы (ядра атома гелия). Таким образом, число протонов в ядре, испытавшем альфа-распад, также уменьшается на два.Бета-распад может протекать в 3 разных видах. В случае распада «бета-минус» нейтрон превращается в протон при испускании электрона и антинейтрино. Тогда заряд ядра возрастает на единицу.В случае распада «бета-плюс» протон превращается в нейтрон, позитрон и нйтрино, заряд ядра уменьшается на единицу.В случае электронного захвата заряд ядра также уменьшается на единицу.
4. Заряд ядра дозволено также определить по частоте спектральных линий характеристического излучения атома. Согласно закону Мозли: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, где v – спектральная частота характеристического излучения, R – непрерывная Ридберга, S – непрерывная экранирования, n – основное квантовое число.Таким образом, Z = n*sqrt(v/r)+s.
Видео по теме
Атом – мельчайшая частица всего элемента, которая несет его химические свойства. Как существование, так и строение атома являлось предметом рассуждений и постижений с древних времен. Было установлено, что строение атомов сродни строению Ясной системы: в центре ядро, занимающее дюже немного места, но сфокусировавшее в себе примерно всю массу; вокруг него вращаются «планеты» – электроны, несущие негативные заряды . А как дозволено обнаружить заряд ядра атома?
Инструкция
1. Всякий атом электрически нейтрален. Но, от того что электроны несут негативные заряды , они обязаны быть уравновешены противоположными зарядами. Так и есть. Позитивные заряды несут частицы под наименованием «протоны», расположенные в ядре атома. Протон значительно громоздче электрона: он весит столько же, сколько 1836 электронов!
2. Самый примитивный случай – атом водорода первого элемента Периодической таблицы. Посмотрев в таблицу, вы удостоверитесь, что он занимает место под первым номером, а его ядро состоит из исключительного протона, вокруг которого вращается исключительный электрон. Из этого следует, что заряд ядра атома водорода равен +1.
3. Ядра других элементов состоят теснее не только из протонов, но и из так называемых «нейтронов». Как вы легко можете осознать из самого наименования, нейтроны вообще не несут никакого заряда – ни негативного, ни правильного. Следственно запомните: сколько бы нейтронов не входило в состав ядерного ядра , они влияют лишь на его массу, но не на заряд.
4. Следственно, величина позитивно заряда ядра атома зависит лишь от того, сколько протонов в нем содержится. Но от того что, как теснее указывалось, атом электрически нейтрален, в его ядре должно содержаться столько же протонов, сколько электронов вращается вокруг ядра . Число же протонов определяется порядковым номером элемента в Таблице Менделеева.
5. Разглядите несколько элементов. Скажем, знаменитый и животрепещуще нужный кислород находится в «ячейке» под номером 8. Следственно, в его ядре содержатся 8 протонов, и заряд ядра будет +8. Сталь занимает «ячейку» с номером 26, и, соответственно, имеет заряд ядра +26. А порядочный металл – золото, с порядковым номером 79 – будет иметь верно такой же заряд ядра (79), со знаком +. Соответственно, в атоме кислорода содержится 8 электронов, в атоме железа – 26, а в атоме золота – 79.
Видео по теме
В обыкновенных условиях атом электрически нейтрален. При этом ядро атома, состоящее из протонов и нейтронов, заряжено одобрительно, а электроны несут негативный заряд. При избытке либо недостатке электронов атом превращается в ион.
Инструкция
1. Всякий химический элемент имеет свой неповторимый заряд ядра. Именно заряд определяет номер элемента в периодической системе. Так, ядро водорода имеет заряд +1, гелия +2, лития +3, бериллия +4 и т.д. Таким образом, если вестим элемент, заряд ядра его атома дозволено определить из таблицы Менделеева.
2. От того что при обыкновенных условиях атом электрически нейтрален, число электронов соответствует заряду ядра атома. Негативный заряд электронов компенсируется позитивным зарядом ядра. Электростатические силы удерживают электронные облака возле атома, что обеспечивает его стабильность.
3. При воздействии определенных условий у атома дозволено отнимать электроны либо присоединять к нему добавочные. Если отнять электрон от атома, атом превращается в катион – правильно заряженный ион. При избыточном числе электронов атом становится анионом – негативно заряженным ионом.
4. Химические соединения могут иметь молекулярную либо ионную природу. Молекулы также электрически нейтральны, а ионы несут в себе определенный заряд. Так, молекула аммиака NH3 нейтральна, а вот ион аммония NH4+ заряжен правильно. Связи между атомами в молекуле аммиака ковалентные, образованные по обменному типу. Четвертый атом водорода присоединяется по донорно-акцепторному механизму, это тоже ковалентная связь. Аммоний образуется при взаимодействии аммиака с растворами кислот.
5. Главно понимать, что заряд ядра элемента не зависит от химических перевоплощений. Сколько электронов ни добавляй и ни отнимай, заряд ядра останется тем же. К примеру, атом O, анион O- и катион O+ характеризуются одним и тем же зарядом ядра +8. При этом атом имеет 8 электронов, анион 9, катион – 7. Само ядро дозволено изменить только путем ядерных метаморфоз.
6. Особенно частый вид ядерных реакций – радиоактивный распад, тот, что может происходить в натуральной среде. Ядерная масса элементов, подвергающихся в природе такому распаду, заключена в квадратные скобки. Это обозначает, что массовое число непостоянно, меняется на протяжении времени.
В периодической системе элементов Д.И. Менделеева серебро имеет порядковый номер 47 и обозначение «Ag» (argentum). Наименование этого металла, возможно, случилось от латинского «argos», что обозначает «белый», «блистающий».
Инструкция
1. Серебро было знаменито обществу еще в IV тысячелетии до нашей эпохи. В Старинном Египте его называли даже «белым золотом». Данный дорогой металл встречается в природе как в самородном виде, так и в виде соединений, скажем, сульфидов. Серебряные самородки владеют огромным весом и зачастую содержат примеси золота, ртути, меди, платины, сурьмы и висмута.
2. Химические свойства серебра.Серебро относится к группе переходных металлов и владеет всеми свойствами металлов. Впрочем химическая активность серебра невелика – в электрохимическом ряду напряжений металлов оно находится правее водорода, примерно в самом конце. В соединениях серебро почаще каждого проявляет степень окисления +1.
3. При обыкновенных условиях серебро не реагирует с кислородом, водородом, азотом, углеродом, кремнием, но взаимодействует с серой, образуя сульфид серебра: 2Ag+S=Ag2S. При нагревании серебро взаимодействует с галогенами: 2Ag+Cl2=2AgCl?.
4. Растворимый нитрат серебра AgNO3 применяется для добротного определения галогенид-ионов в растворе – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal?. К примеру, при взаимодействии с анионами хлора серебро дает нерастворимый белый осадок AgCl?.
5. Отчего серебряные изделия меркнут на воздухе?Повод постепенного потемнения изделий из серебра объясняется тем, что серебро реагирует с содержащимся в воздухе сероводородом. В итоге этого на поверхности металла образуется пленка Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.
6. Как серебро взаимодействует с кислотами?С разбавленными соляной и серной кислотами серебро, как и медь, не взаимодействует, от того что является металлом низкой активности и не может вытеснять из них водород. Кислоты-окислители, азотная и концентрированная серная кислоты, растворяют серебро: 2Ag+2H2SO4(конц.)=Ag2SO4+SO2?+2H2O; Ag+2HNO3(конц.)=AgNO3+NO2?+H2O; 3Ag+4HNO3(разб.)=3AgNO3+NO?+2H2O.
7. Если к раствору нитрата серебра добавить щелочь, получится темно-каштановый осадок оксида серебра Ag2O: 2AgNO3+2NaOH=Ag2O?+2NaNO3+H2O.
8. Как и соединения одновалентной меди, нерастворимые осадки AgCl и Ag2O способны растворяться в растворах аммиака, давая комплексные соединения: AgCl+2NH3=Cl; Ag2O+4NH3+H2O=2OH. Последнее соединение зачастую используют в органической химии в реакции «серебряного зеркала» – добротной реакции на альдегидную группу.
Углерод – это один из химических элементов, имеющий в периодической таблице символ С. Его порядковый номер – 6, ядерная масса – 12,0107 г/моль, радиус атома – 91 пм. Своим наименованием углерод обязан русским химикам, которые вначале присвоили элементу имя «углетвор», после этого трансформировавшееся в нынешнее.
Инструкция
1. Применялся углерод в промышленности еще глубокой древности, когда кузнецы использовали его при выплавке металлов. Обширно знамениты две аллотропные модификации химического элемента – алмаз, применяемый в ювелирной и индустриально отраслях, а также графит, за открытие которого незадолго была присуждена Нобелевская премия. Еще Антуан Лавуазье проводил первые навыки с так называемым чистым углем, после этого его свойства отчасти изучила группа ученых – Гитон де Морво, собственно сам Лавуазье, Бертолле и Фуркруа, которые описали свой навык в книге «Способ химической номенклатуры».
2. Впервой вольный углерод вывел британец Теннант, тот, что пропустил пары фосфора над раскаленным мелом и получил фосфат кальция совместно с углеродом. Продолжил навыки британского сотрудники француз Гитон де Морво. Он осмотрительно нагрел алмаз, в итоге чего превратил его в графит и позже в угольную кислоту.
3. Углерод владеет достаточно многообразными физическими свойствами по причине образования химических связей разного типа. Теснее вестимо, что данный химический элемент непрерывно образуется в нижних слоях стратосферы, а его свойства еще с 50-х годов обеспечили углероду место на АЭС и в ядерных водородных бомбах.
4. Физики выделяют несколько форм либо конструкций углерода: тетрическую, тригональную и диагональную. У него есть и несколько кристаллических вариаций – алмаз, графен, графит, карбин, лонсдейлит, наноалмаз, фуллерен, фуллерит, углеродное волокно, нановолокно и нанотрубки. Есть формы и у аморфного углерода: активированный и древесный уголь, ископаемый уголь либо антрацит, камменоугольный либо нефтяной кокс, стеклоуглерод, техуглерод, сажа и углеродная нанопленка. Физики также разделяют и коластерные вариации – астралены, диуглероды и углеродные наноконусы.
5. Углерод достаточно инертен в условиях отсутствия экстремальных температур, а при достижении их верхнего порога горазд соединяться с другими химическими элементами, проявляя сильнейшие восстановительные свойства.
6. Вероятно, особенно знаменитым использованием углерода является карандашная промышленность, где его смешивают с глиной для меньшей ломкости. Его используют и в качестве смазочного средства при дюже высоких либо низких температурах, а высокая температура плавления дает вероятность производить из углерода крепкие тигли для заливки металлов. Графит также очаровательно проводит электрический ток, что дает огромные перспективы для использования его в электронике.
Видео по теме
Обратите внимание!
В таблице Д.И.Менделеева в одной клетке для всего химического элемента указаны два числовых значения. Не путайте порядковый номер и относительную ядерную массу элемента
Заряд ядра () определяет местоположение химического элемента в таблице Д.И. Менделеева. Число Z - это количество протонов в ядре. Кл — заряд протона, который равен по величине заряду электрона.
Еще раз подчеркнем, что заряд ядра определяет количество положительных элементарных зарядов, носителями которых являются протоны. А так как атом является в целом нейтральной системой, то заряд ядра определяет и количество электронов в атоме. А мы помним, что электрон имеет отрицательный элементарный заряд. Электроны в атоме распределяются по энергетическим оболочкам и подоболочкам в зависимости от их количества, следовательно, заряд ядра оказывает существенное влияние на распределение электронов по их состояниям. От количества электронов на последнем энергоуровне зависят химические свойства атома. Получается, заряд ядра определяет химические свойства вещества.
В настоящее время принято обозначать различные химические элементы следующим образом: , где X - символ химического элемента в периодической таблице, который соответствует заряду .
Элементы, у которых равны Z, но разные атомные массы (A) (это означает, что в ядре одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов) называют изотопами. Так, водород имеет два изотопа: 1 1 H-водород; 2 1 H-дейтерий; 3 1 H-тритий
Существуют устойчивые и неустойчивые изотопы.
Ядра, обладающие одинаковыми массами, но разными зарядами называются изобарами. Изобары в основном, встречаются среди тяжелых ядер, причем парами или триадами. Например, и .
Первым косвенное измерение заряда ядра сделал Мозли в 1913 г. Он установил связь между частотой характеристического рентгеновского излучения () и зарядом ядра (Z):
где C и B постоянные не зависящие от элемента для рассматриваемой серии излучения.
Напрямую заряд ядра был определен Чедвиком в 1920 г. при исследовании рассеяния ядер атома гелия на металлических пленках.
Состав ядра
Ядро атома водорода ) называется протоном. Масса протона равна:
Ядро состоит из протонов и нейтронов (вместе их называют нуклонами). Нейтрон был открыт в 1932 г. Масса нейтрона очень близка к массе протона. Нейтрон электрического заряда не имеет.
Сумму количества протонов (Z) и числа нейтронов (N) в ядре называют массовым числом A:
Поскольку массы нейтрона и протона очень близкие, каждая из них равна почти атомной единице массы. Масса электронов в атоме много меньше, массы ядра, поэтому считают, что массовое число ядра приблизительно равно относительной атомной массе элемента, если округлить его до целого.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Ядра являются очень устойчивыми системами, следовательно, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядра какими-то силами. Что Вы можете сказать об этих силах? |
| Решение | Сразу можно отметить, что силы, которые связывают нуклоны не относятся к гравитационным, которые являются слишком слабыми. Устойчивость ядра нельзя объяснить наличием электромагнитных сил, так как между протонами, как частицами несущими заряды одного знака может быть только электрическое отталкивание. Нейтроны же являются электрически нейтральными частицами.
Между нуклонами действуют особый вид сил, которые называют ядерными силами. Эти силы почти в 100 раз сильнее электрических сил. Ядерные силы самые мощные из всех известных сил в природе. Взаимодействие частиц в ядре называют сильным. Следующая особенность ядерных сил - это то, что они являются короткодействующими. Ядерные силы становятся заметными только на расстоянии порядка см, то есть на расстоянии размера ядра. |
ПРИМЕР 2
| Задание | На какое минимальное расстояние может приблизиться ядро атома гелия, имеющее кинетическую энергию равную при лобовом столкновении, к неподвижному ядру атома свинца? |
| Решение | Сделаем рисунок.
Рассмотрим движение ядра атома гелия ( - частицы) в электростатическом поле, которое создает неподвижное ядро атома свинца. - частица движется к ядру атома свинца с уменьшающейся до нуля скоростью, так как между одноименно заряженными частицами действуют силы отталкивания. Кинетическая энергия, которой обладала - частица, перейдет в потенциальную энергию взаимодействия - частицы и поля (), которое создает ядро атома свинца: Потенциальную энергию частицы в электростатическом поле выразим как: где - заряд ядра атома гелия; - напряженность электростатического поля, которое создает ядро атома свинца.
Из (2.1) - (2.3) получаем: |
Из планетарной модели строения атомов нам известно, что атом представляет собой ядро, и вращающееся вокруг него облако электронов. Причем расстояние между электронами и ядром в десятки и сотни тысяч раз больше, чем размер самого ядра.
Что же представляет собой само ядро? Это маленький твердый неделимый шарик или оно состоит из более мелких частиц? Ни один существующий в мире микроскоп не в состоянии наглядно показать нам, что происходит на таком уровне. Там все слишком маленькое. Тогда как быть? Возможно ли вообще изучить физику атомного ядра? Как узнать состав и характеристики атомного ядра, если исследовать его нет возможности?
Заряд ядра атома
Самыми разнообразными косвенными опытами, высказывая гипотезы и проверяя их на практике, путем проб и ошибок, ученым удалось исследовать строение атомного ядра. Оказалось, что ядро состоит из еще более мелких частиц. От количества этих частиц зависит размер ядра, его заряд и химические свойства вещества. Причем частицы эти обладают положительным зарядом, что и компенсирует отрицательный заряд электронов атома. Частицы эти назвали протонами. Их количество в нормальном состоянии всегда равно количеству электронов. Вопрос, как определить заряд ядра, больше не стоял. Заряд ядра атома в нейтральном состоянии всегда равен числу вращающихся вокруг него электронов и противоположен по знаку заряду электронов. А определять количество и заряд электронов физики уже научились.
Строение атомного ядра: протоны и нейтроны
Однако в процессе дальнейших исследований возникла новая проблема. Оказалось, что протоны, обладая одинаковым зарядом, в некоторых случаях вдвое различаются по массе. Это вызвало множество вопросов и не состыковок. В конце концов, удалось установить, что в состав атомного ядра, кроме протонов входят еще некие частицы, практически равные протонам по массе, однако не обладающие никаким зарядом. Частицы эти назвали нейтронами. Обнаружение нейтронов разрешило все не состыковки в расчетах. В итоге протоны и нейтроны, как составляющие элементы ядра получили название нуклонов. Расчет любых значений, касающихся характеристик ядра, стал значительно более простым понятным. В образовании заряда ядра нейтроны участия не принимают, поэтому влияние их на химические свойства вещества практически не проявляется, однако нейтроны участвуют в образовании массы ядер, соответственно, влияют на гравитационные свойства ядра атома. Таким образом, присутствует некоторое косвенное влияние нейтронов на свойства вещества, но оно крайне незначительно.
