Proprietățile fizice ale nucleelor ​​atomice.
Găzduit pe ref.rf
Taxa de bază. Dimensiunea nucleului. Momentele nucleelor.
Găzduit pe ref.rf
Spinul nucleului. magnetice şi momente electrice miezuri. Masa nucleului și masa atomului. defect de masă. Energia de comunicare. Principalele caracteristici ale energiei de legătură. Regula de bază. forte nucleare: caracteristici principale, Coulomb și potențiale nucleare ale nucleului. Caracterul de schimb al forțelor nucleare.

legea lui Moseley. Sarcina electrică a nucleului este formată din protonii care alcătuiesc compoziția sa. Numărul de protoni Z numită sarcină, adică valoarea absolută a sarcinii nucleului este egală cu Ze. Sarcina nucleului este aceeași cu numărul de serie Z element în sistemul periodic de elemente al lui Mendel-Eev. Pentru prima dată, încărcările nucleelor ​​atomice au fost determinate de fizicianul englez Moseley în 1913. Măsurând lungimea de undă cu un cristal λ radiația de raze X caracteristică pentru atomii anumitor elemente, Moseley a descoperit o schimbare regulată a lungimii de undă λ pentru elemente care se succed unul după altul în sistemul periodic (Fig. 2.1). Moseley a interpretat această observație ca fiind dependență λ dintr-o constantă atomică Z, schimbând cu unu de la element la element și egal cu unul pentru hidrogen:

unde și sunt constante. Din experimente privind împrăștierea cuantelor de raze X de către electronii atomici și α -particule prin nuclee atomice, se știa deja că sarcina nucleului este aproximativ egală cu jumătate din masa atomică și, prin urmare, este apropiată de numărul ordinal al elementului. Deoarece emisia de radiații caracteristice de raze X este o consecință a proceselor electrice din atom, Moseley a concluzionat că constanta atomică găsită în experimentele sale, care determină lungimea de undă a radiației caracteristice de raze X și coincide cu numărul de serie al elementului. , trebuie să fie doar sarcina nucleului atomic (legea lui Moseley).

Orez. 2.1. Spectrele de raze X ale atomilor elementelor învecinate obținute de Moseley

Măsurarea lungimilor de undă a razelor X se realizează cu mare precizie, astfel încât, pe baza legii lui Moseley, apartenența unui atom la un element chimic este stabilită în mod absolut fiabil. Cu toate acestea, faptul că constanta Zîn ultima ecuație se află sarcina nucleului, deși este justificată prin experimente indirecte, se bazează în cele din urmă pe postulat - legea lui Moseley. Din acest motiv, după descoperirea lui Moseley, încărcăturile nucleelor ​​au fost măsurate în mod repetat în experimente de împrăștiere. α -particule bazate pe legea lui Coulomb. În 1920, Chadwig a îmbunătățit metoda de măsurare a proporției dispersate α -particule și au primit sarcinile nucleelor ​​atomilor de cupru, argint și platină (vezi tabelul 2.1). Datele lui Chadwig nu lasă îndoieli cu privire la validitatea legii lui Moseley. Pe lângă elementele indicate, în experimente au fost determinate și încărcăturile nucleelor ​​de magneziu, aluminiu, argon și aur.

Tabelul 2.1. Rezultatele experimentelor lui Chadwick

Definiții. După descoperirea lui Moseley, a devenit clar că principala caracteristică a unui atom este încărcarea nucleului, și nu a acestuia. masă atomică, așa cum au presupus chimiștii secolului al XIX-lea, deoarece sarcina nucleului determină numărul de electroni atomici, ceea ce înseamnă că Proprietăți chimice atomi. Motivul diferenței dintre atomii elementelor chimice este tocmai faptul că nucleele lor au un număr diferit de protoni în compoziția lor. Dimpotrivă, un număr diferit de neutroni în nucleele atomilor cu același număr de protoni nu modifică în niciun fel proprietățile chimice ale atomilor. Se numesc atomii care diferă doar prin numărul de neutroni din nucleele lor izotopi element chimic.

Un atom cu un anumit număr de protoni și neutroni în compoziția nucleului este de obicei numit nuclidul. Compoziția nucleului este dată de numere Zși A. Se vorbește despre un izotop doar atunci când se referă la apartenența la un element chimic, de exemplu, 235 U este un izotop al uraniului, dar 235 U este un nuclid fisionabil, nu un izotop fisionabil.

Se numesc atomii ale căror nuclee conțin același număr de neutroni, dar un număr diferit de protoni izotonii. atomi cu aceeași numerele de masă, dar diferite compoziții proton-neutron a nucleelor, sunt numite izobare.

SARCINA NUCLEARĂ - concept și tipuri. Clasificarea și trăsăturile categoriei „ÎNCĂRĂTURA NUCLEARULUI” 2014, 2015.

nucleul atomic

și particule elementare

Capitolul 32

Elemente de fizică nucleară

§251. Mărimea, compoziția și sarcina nucleului atomic. Masa și numărul de încărcare

E. Rutherford, investigând trecerea particulelor  cu o energie de câțiva megaelectroni-volți prin pelicule subțiri de aur (vezi § 208), a ajuns la concluzia că un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni care îl înconjoară. După analizarea acestor experimente, Rutherford a mai arătat că nucleele atomice au dimensiuni de aproximativ 10 -1 4 -10 -1 5 m (dimensiunile liniare ale unui atom sunt de aproximativ 10 - 10 m).

Nucleul atomic este format din particule elementare - protoni si neutroni(Modelul proton-neutron al nucleului a fost propus de fizicianul sovietic D. D. Ivanenko (n. 1904) și dezvoltat ulterior de V. Heisenberg).

Proton (R) are o sarcină pozitivă egală cu sarcina electronului și masa în repaus m p =1,6726 10 -2 7 kg 1836m e , unde m e - masa unui electron. Neutroni (n) - particulă neutră cu masă în repaus m n =1,6749 10 -2 7 kg 1839m e ,. Se numesc protoni și neutroni nucleonii(din lat. nucleu - miez). Numărul total nucleonii dintr-un nucleu atomic se numește numar de masaDAR.

Nucleul atomic este caracterizat încărca Ze unde e- sarcina de protoni, Z - numărul de taxare nucleu, egal cu numărul de protoni din nucleu și care coincide cu numărul de serie al elementului chimic din Sistemul periodic de elemente al lui Mendeleev. 107 elemente cunoscute în prezent ale tabelului periodic au numere de încărcare ale nucleelor ​​de la Z=1 la Z=107.

Nucleul este notat cu același simbol ca atomul neutru: A Z X, unde X este simbolul elementului chimic, Z este numărul atomic (numărul de protoni din nucleu), DAR - numărul de masă (numărul de nucleoni din nucleu).

Acum modelul proton-neutron al nucleului este dincolo de orice îndoială. S-a luat în considerare și ipoteza structurii proton-electronice a nucleului, dar nu a rezistat verificării experimentale. Deci, dacă aderăm la această ipoteză, atunci numărul de masă DAR ar trebui să fie numărul de protoni din nucleu, iar diferența dintre numărul de masă și numărul de electroni ar trebui să fie egală cu sarcina nucleară. Acest model a fost în concordanță cu valorile maselor și sarcinilor izotopice, dar a contrazis valorile spinilor și momentelor magnetice ale nucleelor, energia de legare a nucleului etc. În plus, s-a dovedit a fi incompatibil cu relația de incertitudine (vezi §215). Ca urmare, ipoteza structurii protoni-electronice a nucleului a fost respinsă.

Deoarece atomul este neutru, sarcina nucleului determină numărul de electroni din atom. Numărul de electroni determină distribuția lor în stările atomului, care, la rândul său, determină proprietățile chimice ale atomului. În consecință, sarcina nucleului determină specificul unui element chimic dat, adică determină numărul de electroni dintr-un atom, configurația învelișurilor lor de electroni, mărimea și natura câmpului electric intraatomic.

Kernel-uri cu același Z, dar diferit DAR(adică cu un număr diferit de neutroni N=

DAR - Z) sunt numite izotopi,și nuclee cu același A dar diferit Z - izobare. De exemplu, hidrogenul (Z=1) are trei izotopi: 1 1 H - protiu (Z=1, N=0), 2 1 H - deuteriu (Z=1, N= 1), 3 1 H - tritiu (Z \u003d 1, N \u003d 2), staniu - zece etc. În marea majoritate a cazurilor, izotopii aceluiași element chimic au aceeași substanță chimică și aproape aceleași proprietăți fizice ( excepțiile sunt, de exemplu, izotopii hidrogenului), determinate în principal de structura învelișurilor de electroni, care este aceeași pentru toți izotopii unui element dat. Un exemplu de nuclee izobare sunt nucleele 10 4 Be, 10 5 B, 10 6 C. În prezent, se cunosc mai mult de 2000 de nuclee care diferă fie în Z, fie în A sau ambele.

raza miezului este dat de formula empirică

R \u003d R 0 A 1 / 3, (251,1)

unde R 0 \u003d (1,3-1,7) 10 -1 5 m. Cu toate acestea, atunci când se folosește acest termen, trebuie avută grijă (din cauza ambiguității sale, de exemplu, din cauza estompării limitei miezului). Din formula (251.1) rezultă că volumul nucleului este proporțional cu numărul de nucleoni din nucleu. În consecință, densitatea materiei nucleare este aproximativ aceeași pentru toate nucleele (10 17 kg / m 3).

Din modelul planetar al structurii atomilor, știm că un atom este un nucleu și un nor de electroni care se rotește în jurul lui. Mai mult, distanța dintre electroni și nucleu este de zeci și sute de mii de ori mai mare decât dimensiunea nucleului în sine.

Ce este nucleul în sine? Este o minge mică, tare, indivizibilă sau este alcătuită din particule mai mici? Nici un singur microscop care există în lume nu este capabil să ne arate clar ce se întâmplă la acest nivel. Totul este prea mic. Atunci cum să fii? Este chiar posibil să studiem fizica nucleului atomic? Cum să aflați compoziția și caracteristicile nucleului atomic, dacă nu este posibil să-l studiați?

Sarcina nucleului unui atom

Cu o mare varietate de experimente indirecte, exprimând ipoteze și testându-le în practică, prin încercare și eroare, oamenii de știință au reușit să investigheze structura atomica miezuri. S-a dovedit că nucleul este format din particule și mai mici. Mărimea nucleului, sarcina acestuia și proprietățile chimice ale substanței depind de numărul acestor particule. Mai mult, aceste particule au sarcină pozitivă, care compensează sarcina negativa electronii unui atom. Aceste particule se numesc protoni. Numărul lor în stare normală este întotdeauna egal cu numărul de electroni. Întrebarea cum să se determine încărcarea nucleului nu a mai rămas. Sarcina nucleului unui atom în stare neutră este întotdeauna egală cu numărul de electroni care se învârt în jurul lui și este opusă ca semn sarcinii electronilor. Și fizicienii au învățat deja cum să determine numărul și sarcina electronilor.

Structura nucleului atomic: protoni și neutroni

Cu toate acestea, în procesul de cercetare ulterioară, a apărut o nouă problemă. Sa dovedit că protonii, având aceeasi taxa, în unele cazuri ele diferă de două ori ca masă. Acest lucru a provocat o mulțime de întrebări și inconsecvențe. În final, s-a putut stabili că compoziția nucleului atomic, pe lângă protoni, include și unele particule care sunt aproape egale ca masă cu protonii, dar nu au nicio sarcină. Aceste particule se numesc neutroni. Detectarea neutronilor a rezolvat toate inconsecvențele din calcule. Ca urmare, protonii și neutronii, ca elemente constitutive ale nucleului, au fost numiți nucleoni. Calculul oricăror valori legate de caracteristicile nucleului a devenit mult mai ușor de înțeles. Neutronii nu iau parte la formarea sarcinii nucleare, prin urmare, influența lor asupra proprietăților chimice ale materiei practic nu se manifestă, cu toate acestea, neutronii participă la formarea masei nucleelor, respectiv, afectează proprietățile gravitaționale ale atomului. nucleu. Astfel, există un anumit efect indirect al neutronilor asupra proprietăților materiei, dar este extrem de nesemnificativ.