« Fizika - 11. razred"
Struktura atomskog jezgra. Nuklearne sile
Odmah nakon što je neutron otkriven u Chadwickovim eksperimentima, sovjetski fizičar D. D. Ivanenko i njemački naučnik W. Heisenberg su 1932. godine predložili protonsko-neutronski model jezgra.
To je potvrđeno kasnijim studijama nuklearnih transformacija i sada je općenito prihvaćeno.
Proton-neutronski model jezgra
Prema proton-neutronskom modelu, jezgra se sastoje od elementarne čestice dvije vrste - protoni i neutroni.
Budući da je atom u cjelini električno neutralan, a naboj protona jednak je modulu naboja elektrona, broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u atomskoj ljusci.
Stoga je broj protona u jezgru jednak atomskom broju elementa Z u periodičnom sistemu elemenata D. I. Mendeljejeva.
Zbir broja protona Z i broj neutrona N u kernelu se zove maseni broj i označeno slovom A:
A = Z + N
Mase protona i neutrona su bliske jedna drugoj i svaka od njih je približno jednaka jedinici atomske mase.
Masa elektrona u atomu je mnogo manja od mase njegovog jezgra.
Stoga je maseni broj jezgra jednak relativnoj atomskoj masi elementa zaokruženoj na cijeli broj.
Maseni brojevi se mogu odrediti približnim mjerenjem mase jezgara pomoću instrumenata koji nisu vrlo precizni.
Izotopi su jezgra iste vrijednosti Z, ali sa različitim masenim brojevima A, tj. sa različitim brojem neutrona N.
Pošto su jezgra vrlo stabilna, protone i neutrone moraju držati unutar jezgra neke sile, i to vrlo jake.
Nije gravitacionih sila koji su preslabi.
Stabilnost jezgra se ne može objasniti ni elektromagnetnim silama, jer električno odbijanje djeluje između slično nabijenih protona.
A neutroni nemaju električni naboj.
To znači da se između nuklearnih čestica - protona i neutrona, nazivaju nukleoni- zovu se specijalne jedinice nuklearne snage.
Koja su glavna svojstva nuklearnih sila? Nuklearne sile su otprilike 100 puta veće od električnih (Coulomb) sila.
Ovo je najviše moćne sile svega što postoji u prirodi.
Stoga se interakcije nuklearnih čestica često nazivaju jake interakcije.
Snažne interakcije se manifestuju ne samo u interakcijama nukleona u jezgru.
Ovo je posebna vrsta interakcije svojstvena većini elementarnih čestica zajedno sa elektromagnetnim interakcijama.
Još jedna važna karakteristika nuklearnih sila je njihovo kratko trajanje.
Elektromagnetne sile slabe relativno sporo s povećanjem udaljenosti.
Nuklearne se sile primjetno manifestiraju samo na udaljenostima jednakim veličini jezgra (10 -12 -10 -13 cm), što su već pokazali Rutherfordovi eksperimenti o raspršenju α-čestica atomskim jezgrama.
Potpuna kvantitativna teorija nuklearnih sila još nije razvijena.
Značajan napredak u njegovom razvoju postignut je sasvim nedavno – u posljednjih 10-15 godina.
Jezgra atoma sastoje se od protona i neutrona. Ove čestice se drže u jezgru nuklearnim silama.
Izotopi
Proučavanje fenomena radioaktivnosti dovelo je do važno otkriće: razjašnjena je priroda atomskih jezgara.
Kao rezultat promatranja ogromnog broja radioaktivnih transformacija, postepeno je otkriveno da postoje tvari koje su identične po svojim kemijskim svojstvima, ali imaju potpuno različita radioaktivna svojstva (odnosno, različito se raspadaju).
Nisu se mogli razdvojiti nijednom od poznatih hemijskih metoda.
Na osnovu toga, Soddy je 1911. sugerirao mogućnost postojanja elemenata sa istim hemijskim svojstvima, ali se posebno razlikuju po radioaktivnosti.
Ovi elementi moraju biti smješteni u istu ćeliju periodni sistem D. I. Mendeljejev.
Soddy ih je pozvao izotopi(tj. zauzimaju ista mjesta).
Soddyjeva pretpostavka dobila je briljantnu potvrdu i duboko tumačenje godinu dana kasnije, kada je J. J. Thomson izvršio precizna mjerenja mase neonskih jona odbijajući ih u električnim i magnetskim poljima.
Otkrio je da je neon mješavina dvije vrste atoma.
Većina njih ima relativnu masu od 20.
Ali postoji mali dio atoma s relativnom atomskom masom od 22.
Kao rezultat, uzeta je relativna atomska masa smjese 20,2.
Atomi koji imaju ista hemijska svojstva razlikuju se po masi.
Obje vrste atoma neona, naravno, zauzimaju isto mjesto u tabeli D. I. Mendeljejeva i stoga su izotopi.
Dakle, izotopi se mogu razlikovati ne samo po svojim radioaktivnim svojstvima, već i po masi.
Zato izotopi imaju isti naboj atomskih jezgara, što znači broj elektrona u ljusci atoma i, posljedično, Hemijska svojstva izotopi su isti.
Ali mase jezgara su različite.
Štaviše, jezgra mogu biti i radioaktivna i stabilna.
Razlika u svojstvima radioaktivnih izotopa je zbog činjenice da njihova jezgra imaju različite mase.
Sada je utvrđeno postojanje izotopa za većinu hemijskih elemenata.
Neki elementi imaju samo nestabilne (tj. radioaktivne) izotope.
Najteži element koji postoji u prirodi - uranijum (relativne atomske mase 238, 235, itd.) i najlakši - vodonik (relativne atomske mase 1, 2, 3) imaju izotope.
Izotopi vodonika su posebno zanimljivi, jer se po masi razlikuju 2 i 3 puta.
Izotop s relativnom atomskom masom 2 naziva se deuterijum.
On je stabilan (tj. nije radioaktivan) i pojavljuje se kao mala nečistoća (1:4500) u običnom vodoniku.
Kada se deuterijum spoji sa kiseonikom, nastaje takozvana teška voda.
Ona fizička svojstva značajno razlikuje od svojstava obične vode.
Pri normalnom atmosferskom pritisku ključa na 101,2 °C i smrzava se na 3,8 °C.
Izotop vodonika sa atomskom masom 3 naziva se tricijum.
On je β-radioaktivan i ima poluživot od oko 12 godina.
Postojanje izotopa dokazuje da naboj atomskog jezgra ne određuje sva svojstva atoma, već samo njegova hemijska svojstva i ona fizička svojstva koja zavise od periferije elektronska školjka, na primjer veličine atoma.
Masa atoma i njegova radioaktivna svojstva nisu određena serijskim brojem u tabeli D. I. Mendeljejeva.
Važno je napomenuti da se prilikom preciznog mjerenja relativnih atomskih masa izotopa pokazalo da su one blizu cijelih brojeva.
Ali atomske mase hemijskih elemenata ponekad se jako razlikuju od celih brojeva.
Dakle, relativna atomska masa hlora je 35,5.
To znači da je u svom prirodnom stanju, kemijski čista tvar mješavina izotopa u različitim omjerima.
(Približni) integritet relativnih atomskih masa izotopa je veoma važan za razjašnjavanje strukture atomskog jezgra.
Većina hemijskih elemenata ima izotope.
Naboji atomskih jezgara izotopa su isti, ali su mase jezgara različite.
IN kasno XIX- početkom 20. veka fizičari su dokazali da je atom složena čestica i da se sastoji od jednostavnijih (elementarnih) čestica. Otkriveno je:
· katodne zrake (engleski fizičar J. J. Thomson, 1897), čije se čestice nazivaju elektroni e - (nose jedan negativni naboj);
· prirodna radioaktivnost elemenata (francuski naučnici - radiohemičari A. Becquerel i M. Sklodowska-Curie, fizičar Pierre Curie, 1896) i postojanje α-čestica (jezgra helijuma 4 He 2 +);
· prisustvo pozitivno naelektrisanog jezgra u centru atoma (engleski fizičar i radiohemičar E. Rutherford, 1911);
· veštačka transformacija jednog elementa u drugi, na primer azota u kiseonik (E. Rutherford, 1919). Od jezgra atoma jednog elementa (azota - u Rutherfordovom eksperimentu), sudarom sa α-česticom nastalo je jezgro atoma drugog elementa (kiseonika) i nova čestica koja nosi jedinični pozitivan naboj i tzv. proton (p+, 1H jezgro)
· prisustvo u jezgru atoma električni neutralnih čestica - neutrona n 0 (engleski fizičar J. Chadwick, 1932). Kao rezultat istraživanja, ustanovljeno je da atom svakog elementa (osim 1H) sadrži protone, neutrone i elektrone, pri čemu su protoni i neutroni koncentrirani u jezgru atoma, a elektroni na njegovoj periferiji (u elektronskoj ljusci) .
Elektroni se obično označavaju na sljedeći način: e − .
Elektroni e su vrlo lagani, gotovo bestežinski, ali imaju negativan električni naboj. To je jednako -1. Električna struja koju svi koristimo je tok elektrona koji teče u žicama.
Neutroni se označavaju na sljedeći način: n 0, a protoni na sljedeći način: p +.
Neutroni i protoni su gotovo identični po masi.
Broj protona u jezgru jednak je broju elektrona u ljusci atoma i odgovara serijskom broju ovog elementa u periodnom sistemu.
Atomsko jezgro
Centralni dio atoma, u kojem je koncentrisana većina njegove mase i čija struktura određuje kemijski element kojem atom pripada.
Atomsko jezgro se sastoji od nukleona - pozitivno nabijenih protona p + i neutralni neutroni n 0, koji su međusobno povezani jakom interakcijom. Atomsko jezgro, koje se smatra klasom čestica sa određenim brojem protona i neutrona, često se naziva nuklidom.
Broj protona u jezgru naziva se njegov broj naboja Z - ovaj broj je jednak atomskom broju elementa kojem atom pripada u periodnom sistemu.
Broj neutrona u jezgru je označen slovom N, a broj protona slovom Z. Ovi brojevi su međusobno povezani jednostavnim omjerom:
Ukupan broj nukleona u jezgru naziva se njegov maseni broj A = N + Z i približno je jednak prosječnoj masi atoma prikazanoj u periodnoj tablici.
Atomska jezgra sa istim brojem protona i različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi.
Mnogi elementi imaju jedan prirodni izotop, na primjer, Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au i neki drugi. Ali većina elemenata ima dva ili tri najstabilnija izotopa.
Na primjer:
Atomska jezgra sa istim brojem neutrona, ali različitim brojem protona nazivaju se izotonima.
Atomi različitih elemenata sa istim atomska masa-A nazivaju se izobare.
Karakteristika radioaktivne kontaminacije, za razliku od onečišćenja drugim zagađivačima, jeste da nije radionuklid (zagađivač) sam po sebi taj koji štetno djeluje na ljude i objekte okoliša, već zračenje čiji je izvor.
Međutim, postoje slučajevi kada je radionuklid otrovan element. Na primjer, nakon nesreće u nuklearna elektrana u Černobilu V okruženje plutonijum 239, 242 Pu ispušteni su sa česticama nuklearnog goriva. Pored činjenice da je plutonijum alfa emiter i da predstavlja značajnu opasnost kada se proguta, plutonijum je i sam otrovan element.
Iz tog razloga se koriste dvije grupe kvantitativnih indikatora: 1) za procjenu sadržaja radionuklida i 2) za procjenu uticaja zračenja na objekat.
Aktivnost- kvantitativna mjera sadržaja radionuklida u analiziranom objektu. Aktivnost je određena brojem radioaktivnih raspada atoma u jedinici vremena. SI jedinica aktivnosti je Bekerel (Bq) jednak jednom raspadu u sekundi (1Bq = 1 raspad/s). Ponekad se koristi nesistemska jedinica mjerenja aktivnosti - Curie (Ci); 1Ci = 3,7 ×1010 Bq.
Doza zračenja- kvantitativna mjera uticaja zračenja na objekat.
Zbog činjenice da se uticaj zračenja na objekat može proceniti na različitim nivoima: fizičkom, hemijskom, biološkom; na nivou pojedinačnih molekula, ćelija, tkiva ili organizama itd. koristi se nekoliko vrsta doza: apsorbovana, efektivna ekvivalentna, ekspozicijska.
Za procjenu promjene doze zračenja tokom vremena, koristi se indikator “brzine doze”. Brzina doze je odnos doze i vremena. Na primjer, brzina doze vanjskog zračenja iz prirodnih izvora zračenja u Rusiji je 4-20 μR/h.
Glavni standard za ljude - glavna granica doze (1 mSv/god) - uveden je u jedinicama efektivne ekvivalentne doze. Postoje standardi u jedinicama aktivnosti, stepenu zagađenosti zemljišta, VDU, GGP, SanPiN itd.
Struktura atomskog jezgra.
Atom je najmanja čestica hemijski element, čuvajući sva svoja svojstva. Prema svojoj strukturi, atom je složen sistem, koji se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra vrlo male veličine smještenog u središtu atoma (10 -13 cm) i negativno nabijenih elektrona koji rotiraju oko jezgra u različitim orbitama. Negativni naboj elektrona jednak je pozitivnom naboju jezgra, dok se općenito ispostavlja da je električno neutralan.
Atomska jezgra se sastoje od nukleoni - nuklearni protoni ( Z- broj protona) i nuklearnih neutrona (N - broj neutrona). “Nuklearni” protoni i neutroni se razlikuju od čestica u slobodnom stanju. Na primjer, slobodni neutron, za razliku od onog vezanog u jezgru, je nestabilan i pretvara se u proton i elektron.
Broj nukleona Am (maseni broj) je zbir broja protona i neutrona: Am = Z+N.
proton - Elementarna čestica bilo kojeg atoma, ima pozitivan naboj jednak naboju elektrona. Broj elektrona u ljusci atoma određen je brojem protona u jezgru.
neutron - druga vrsta nuklearnih čestica svih elemenata. Nema ga samo u jezgru lakog vodonika, koji se sastoji od jednog protona. Nema naboja i električno je neutralan. U atomskom jezgru neutroni su stabilni, ali u slobodnom stanju su nestabilni. Broj neutrona u jezgrama atoma istog elementa može fluktuirati, tako da broj neutrona u jezgri ne karakteriše element.
Nukleoni (protoni + neutroni) se drže unutar atomskog jezgra nuklearnim privlačnim silama. Nuklearne sile su 100 puta jače od elektromagnetnih sila i stoga drže slično nabijene protone unutar jezgra. Nuklearne sile se manifestuju samo na vrlo malim udaljenostima (10-13 cm), koje iznose potencijalna energija nuklearne veze, koje se djelimično oslobađaju prilikom određenih transformacija, pretvaraju se u kinetičku energiju.
Za atome koji se razlikuju po sastavu jezgra koristi se naziv "nuklidi", a za radioaktivne atome - "radionuklidi".
Nuklidi nazivaju se atomi ili jezgre sa datim brojem nukleona i datim nuklearnim nabojem (oznaka nuklida A X).
Nuklidi koji imaju isti broj nukleona (Am = const) nazivaju se izobare. Na primjer, nuklidi 96 Sr, 96 Y, 96 Zr pripadaju nizu izobara sa brojem nukleona Am = 96.
Nuklidi koji imaju isti broj protona (Z = const), se nazivaju izotopi. Razlikuju se samo po broju neutrona, pa pripadaju istom elementu: 234 U , 235 U, 236 U , 238U .
Izotopi- nuklidi sa istim brojem neutrona (N = Am -Z = const). Nuklidi: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca pripadaju nizu izotopa sa 20 neutrona.
Izotopi se obično označavaju u obliku Z X M, gdje je X simbol hemijskog elementa; M je maseni broj jednak zbiru broja protona i neutrona u jezgru; Z je atomski broj ili naboj jezgra, jednak broju protona u jezgru. Pošto svaki hemijski element ima svoj konstantni atomski broj, on se obično izostavlja i ograničava na pisanje samo masenog broja, na primer: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr, itd.
Atomi jezgra koji imaju isti maseni broj, ali različite naboje i, shodno tome, različita svojstva nazivaju se "izobare", na primjer, jedan od izotopa fosfora ima maseni broj 32 - 15 P 32, jedan od izotopa sumpora ima isti maseni broj - 16 S 32.
Nuklidi mogu biti stabilni (ako su njihova jezgra stabilna i ne raspadaju se) i nestabilna (ako su njihova jezgra nestabilna i prolaze kroz promjene koje u konačnici dovode do povećanja stabilnosti jezgra). Nestabilna atomska jezgra koja se mogu spontano raspasti nazivaju se radionuklida. Fenomen spontanog raspada jezgra atoma, praćen emisijom čestica i (ili) elektromagnetno zračenje, zvao radioaktivnost.
Kao rezultat radioaktivnog raspada, mogu se formirati i stabilni i radioaktivni izotop, koji se zauzvrat spontano raspada. Takvi lanci radioaktivnih elemenata povezani nizom nuklearnih transformacija nazivaju se radioaktivne porodice.
Trenutno je IUPAC (Međunarodna unija čiste i primijenjene hemije) zvanično imenovao 109 hemijskih elemenata. Od njih, samo 81 ima stabilne izotope, od kojih je najteži bizmut (Z= 83). Za preostalih 28 elemenata poznati su samo radioaktivni izotopi, sa uranijumom (U~ 92) je najteži element koji se nalazi u prirodi. Najveći prirodni nuklid ima 238 nukleona. Ukupno je dokazano postojanje oko 1.700 nuklida ovih 109 elemenata, a broj poznatih izotopa za pojedine elemente kreće se od 3 (za vodonik) do 29 (za platinu).
Mnogo prije pojave pouzdanih podataka o unutrašnjoj strukturi svih stvari, grčki mislioci su zamišljali materiju u obliku sićušnih vatrenih čestica koje su bile u stalnom kretanju. Vjerovatno je ova vizija svjetskog poretka stvari izvedena iz čisto logičkih zaključaka. Uprkos određenoj naivnosti i apsolutnom nedostatku dokaza ove izjave, ispostavilo se da je tačna. Iako su naučnici uspeli da potvrde ovu smelu pretpostavku tek dvadeset i tri veka kasnije.
Atomska struktura
Krajem 19. stoljeća istraživana su svojstva cijevi za pražnjenje kroz koju je prolazila struja. Zapažanja su pokazala da se u ovom slučaju emituju dvije struje čestica:
Negativne čestice katodnih zraka zvale su se elektroni. Nakon toga, čestice sa istim omjerom naboja i mase otkrivene su u mnogim procesima. Činilo se da su elektroni univerzalne komponente različitih atoma, koji se prilično lako odvaja kada ga bombarduju joni i atomi.
Čestice koje nose pozitivan naboj bile su predstavljene kao fragmenti atoma nakon što su izgubili jedan ili više elektrona. U stvari, pozitivne zrake su bile grupe atoma bez negativnih čestica i, kao rezultat, imaju pozitivan naboj.
Thompson model
Na osnovu eksperimenata je ustanovljeno da pozitivne i negativne čestice predstavljaju bit atoma i da su njegove komponente. Engleski naučnik J. Thomson predložio je svoju teoriju. Po njegovom mišljenju, struktura atoma i atomskog jezgra bila je neka vrsta mase u kojoj su negativni naboji bili stisnuti u pozitivno nabijenu kuglicu, poput grožđica u kolačić. Kompenzacija punjenja učinila je „klapčić“ električno neutralnim.
Rutherfordov model
Mladi američki naučnik Rutherford je, analizirajući tragove koje su ostavile alfa čestice, došao do zaključka da je Thompsonov model nesavršen. Neke alfa čestice su se skretale pod malim uglovima - 5-10 o. U rijetkim slučajevima alfa čestice su se skretale pod velikim uglovima od 60-80 o, au izuzetnim slučajevima uglovi su bili vrlo veliki - 120-150 o. Thompsonov model atoma nije mogao objasniti razliku.
Rutherford predlaže novi model, objašnjavajući strukturu atoma i atomskog jezgra. Fizika procesa kaže da bi atom trebao biti 99% prazan, sa sićušnim jezgrom i elektronima koji rotiraju oko njega, krećući se po orbitama.
Odstupanja prilikom udara objašnjava činjenicom da čestice atoma imaju svoje električno naboje. Pod uticajem bombardovanja naelektrisanih čestica, atomski elementi se ponašaju kao obična naelektrisana tela u makrokosmosu: čestice sa istim nabojem se međusobno odbijaju, a one sa suprotnim naelektrisanjem privlače.
Stanje atoma
Početkom prošlog stoljeća, kada su lansirani prvi akceleratori čestica, čekale su se sve teorije koje su objašnjavale strukturu atomskog jezgra i samog atoma. eksperimentalna verifikacija. Do tada su interakcije alfa i beta zraka s atomima već bile temeljno proučavane. Sve do 1917. vjerovalo se da su atomi ili stabilni ili radioaktivni. Stabilni atomi se ne mogu razdvojiti, a raspad radioaktivnih jezgara se ne može kontrolisati. Ali Rutherford je uspio opovrgnuti ovo mišljenje.
Prvi proton
E. Rutherford je 1911. iznio ideju da se sva jezgra sastoje od identičnih elemenata, čija je osnova atom vodonika. Naučnika je na ovu ideju potaknuo važan zaključak iz prethodnih studija strukture materije: mase svih hemijskih elemenata podijeljene su bez ostatka s masom vodonika. Nova pretpostavka je otvorila neviđene mogućnosti, omogućavajući nam da sagledamo strukturu atomskog jezgra na nov način. Nuklearne reakcije trebale su potvrditi ili opovrgnuti novu hipotezu.
Eksperimenti su izvedeni 1919. s atomima dušika. Bombardirajući ih alfa česticama, Rutherford je postigao zadivljujući rezultat.
Atom N je apsorbovao alfa česticu, zatim se pretvorio u atom kiseonika O 17 i emitovao jezgro vodika. Ovo je bila prva umjetna transformacija atoma jednog elementa u drugi. Takvo iskustvo dalo je nadu da struktura atomskog jezgra i fizika postojećih procesa omogućavaju izvođenje drugih nuklearnih transformacija.
Naučnik je u svojim eksperimentima koristio metodu scintilacionog bljeska. Na osnovu učestalosti baklji izveo je zaključke o sastavu i strukturi atomskog jezgra, karakteristikama nastalih čestica, njihovoj atomskoj masi i atomskom broju. Nepoznatu česticu je Rutherford nazvao proton. Imao je sve karakteristike atoma vodika bez svog jednog elektrona - jednog pozitivnog naboja i odgovarajuće mase. Tako je dokazano da su proton i jezgro vodika iste čestice.
1930. godine, kada su izgrađeni i lansirani prvi veliki akceleratori, Rutherfordov model atoma je testiran i dokazan: svaki atom vodika sastoji se od usamljenog elektrona, čiji se položaj ne može odrediti, i labavog atoma s usamljenim pozitivnim protonom unutar . Budući da protoni, elektroni i alfa čestice mogu izletjeti iz atoma tokom bombardiranja, naučnici su mislili da su to komponente bilo kojeg atomskog jezgra. Ali takav model atoma jezgre izgledao je nestabilan - elektroni su bili preveliki da bi stali u jezgro, osim toga, postojale su ozbiljne poteškoće povezane s kršenjem zakona količine kretanja i očuvanja energije. Ova dva zakona, poput strogih računovođa, govore da zamah i masa tokom bombardovanja nestaju u nepoznatom pravcu. Pošto su ovi zakoni bili opšteprihvaćeni, bilo je potrebno pronaći objašnjenja za takvo curenje.
Neutroni
Naučnici širom svijeta provodili su eksperimente s ciljem otkrivanja novih komponenti atomskih jezgara. 1930-ih, njemački fizičari Becker i Bothe bombardirali su atome berilijuma alfa česticama. Istovremeno je zabilježeno nepoznato zračenje koje je odlučeno nazvati G-zracima. Detaljne studije otkrile su neke od karakteristika novih zraka: mogle su se širiti striktno pravolinijski, nisu bile u interakciji s električnim i magnetna polja, imao je visoku prodornu sposobnost. Kasnije su čestice koje formiraju ovu vrstu zračenja pronađene tokom interakcije alfa čestica sa drugim elementima - borom, hromom i drugima.
Chadwickova pretpostavka
Zatim je James Chadwick, kolega i učenik Rutherforda, dao kratku poruku u časopisu Nature, koja je kasnije postala opšte poznata. Chadwick je skrenuo pažnju na činjenicu da se kontradikcije u zakonima očuvanja mogu lako riješiti ako pretpostavimo da je novo zračenje tok neutralnih čestica, od kojih svaka ima masu od približno jednaka masi proton. Uzimajući u obzir ovu pretpostavku, fizičari su značajno proširili hipotezu koja objašnjava strukturu atomskog jezgra. Ukratko, suština dodataka je svedena na novu česticu i njenu ulogu u strukturi atoma.
Svojstva neutrona
Otkrivena čestica dobila je naziv "neutron". Novootkrivene čestice nisu formirale elektromagnetna polja oko sebe i lako su prolazile kroz materiju bez gubitka energije. U rijetkim sudarima s lakim atomskim jezgrama, neutron je u stanju da izbaci jezgro iz atoma, gubeći značajan dio svoje energije. Struktura atomskog jezgra pretpostavljala je prisustvo različitog broja neutrona u svakoj tvari. Atomi sa istim nuklearnim nabojem, ali sa različite količine neutroni se nazivaju izotopi.
Neutroni su poslužili kao odlična zamjena za alfa čestice. Trenutno se koriste za proučavanje strukture atomskog jezgra. Nemoguće je ukratko opisati njihov značaj za nauku, ali zahvaljujući bombardovanju atomskih jezgara neutronima, fizičari su uspjeli dobiti izotope gotovo svih poznatih elemenata.
Sastav jezgra atoma
Trenutno je struktura atomskog jezgra skup protona i neutrona koje zajedno drže nuklearne sile. Na primjer, jezgro helijuma je grudva od dva neutrona i dva protona. Laki elementi imaju gotovo jednak broj protona i neutrona, dok teški elementi imaju mnogo veći broj neutrona.
Ovu sliku strukture jezgra potvrđuju eksperimenti na modernim velikim akceleratorima s brzim protonima. Električne sile Odbijanje protona je uravnoteženo nuklearnim silama, koje djeluju samo u samom jezgru. Iako priroda nuklearnih sila još nije u potpunosti proučena, njihovo postojanje je praktično dokazano i u potpunosti objašnjava strukturu atomskog jezgra.
Odnos mase i energije
Godine 1932. Wilsonova kamera je snimila nevjerovatnu fotografiju koja dokazuje postojanje pozitivno nabijenih čestica s masom elektrona.
Prije toga, pozitivne elektrone je teoretski predvidio P. Dirac. Pravi pozitivni elektron je takođe otkriven u kosmičkim zracima. Nova čestica nazvana je pozitron. Prilikom sudara s njegovim dvojnikom - elektronom, dolazi do anihilacije - međusobnog uništenja dvije čestice. Time se oslobađa određena količina energije.
Stoga je teorija razvijena za makrokosmos bila potpuno prikladna za opisivanje ponašanja najmanjih elemenata materije.
STRUKTURA ATOMSKOG JEZRA
Godine 1932 nakon otkrića protona i neutrona od strane naučnika D.D. Nominirani su Ivanenko (SSSR) i W. Heisenberg (Njemačka). proton-neutronski model atomskog jezgra.
prema ovom modelu:
- jezgra svih hemijskih elemenata sastoje se od nukleona: protona i neutrona
- nuklearni naboj nastaje samo zbog protona
- broj protona u jezgru jednak je atomskom broju elementa
- broj neutrona je jednak razlici između masenog broja i broja protona (N=A-Z)
Osnovni simbol atom hemijskog elementa:
X – simbol hemijskog elementa
A je maseni broj koji pokazuje:
- masa jezgra u celim jedinicama atomske mase (amu)
(1 amu = 1/12 mase atoma ugljika)
- broj nukleona u jezgru
- (A = N + Z), gdje je N broj neutrona u jezgru atoma
Z – broj punjenja, koji pokazuje:
- nuklearno punjenje u elementarnom električnih naboja(e.e.z.)
(1 e.e.z. = naelektrisanje elektrona = 1,6 x 10 -19 C)
- broj protona
- broj elektrona u atomu
- serijski broj u periodnom sistemu
Masa jezgra je uvijek manja od zbira masa mirovanja slobodnih protona i neutrona koji ga čine.
To se objašnjava činjenicom da se protoni i neutroni u jezgri vrlo snažno privlače jedni prema drugima. Njihovo razdvajanje zahtijeva mnogo posla. Dakle, ukupna energija mirovanja jezgra nije jednaka energiji mirovanja njegovih sastavnih čestica. To je manje za količinu rada potrebnog da se savladaju sile nuklearne gravitacije.
Razlika između mase jezgra i zbira masa protona i neutrona naziva se defekt mase.
Zapamtite temu" Atomska fizika"za 9. razred:
Radioaktivnost.
Radioaktivne transformacije.
Sastav atomskog jezgra. Nuklearne sile.
Energija komunikacije. Defekt mase
Fisija jezgara uranijuma.
Nuklearna lančana reakcija.
Nuklearni reaktor.
Termonuklearna reakcija.
Ostale stranice na temu "Atomska fizika" za 10-11 razred:
KAKO SMO PROUČAVALI ATOM
Atom je jezgro protona i neutrona oko kojih se kruže elektroni. Veličine atoma su hiljaditi deo mikrona. Ali ima ih i više džinovski "atomi" sa prečnikom od oko 10 kilometara. Takav "atom" prvi put je otkriven 1967. godine, a sada ih je poznato više od hiljadu. Ovo neutronske zvijezde
– ostaci supernove, koji su zapravo ogromna atomska jezgra, koja se sastoje od 90% neutrona i 10% protona, a okruženi su "atmosferom" elektrona.
___
1920-ih, mladi fizičar stažirao je kod E. Rutherforda. Dva mjeseca kasnije, Rutherford ga je pozvao kod sebe i rekao mu da ništa neće uspjeti. "Zašto? Uostalom, ja radim 20 sati dnevno!?" - usprotivio se mladić. „Ovo je loše! Ti nema više vremena misliti! “ – odgovorio je Rutherford.
Godine 1908. poznati fizičar Ernest Rutherford rekao da se bavio mnogim transformacijama u prirodi, ali teško da bi mogao predvidjeti tako trenutnu transformaciju. – Od fizičara do hemičara! 1908. E. Rutherford je primio nobelova nagrada u hemiji za njegov rad na polju atomskih istraživanja. Tih godina istraživanja strukture atoma i radioaktivnosti su klasifikovana kao hemija.
