Atom çekirdeğinin fiziksel özellikleri.
ref.rf'de barındırılıyor
Çekirdek şarj. Çekirdek boyutu. Çekirdek anları.
ref.rf'de barındırılıyor
Çekirdeğin dönüşü. manyetik ve elektrik anlarıçekirdekler. Çekirdeğin kütlesi ve atomun kütlesi. kitle kusuru. İletişim enerjisi. Bağ enerjisinin temel özellikleri. Temel kural. nükleer kuvvetler: temel özellikleri, çekirdeğin Coulomb ve nükleer potansiyelleri. Nükleer kuvvetlerin değişim karakteri.

Moseley yasası.Çekirdeğin elektrik yükü, bileşimini oluşturan protonlar tarafından oluşturulur. proton sayısı Z yükü denir, yani çekirdeğin yükünün mutlak değeri eşittir Z.Çekirdeğin yükü seri numarası ile aynıdır. Z Mendeleev'in periyodik element sistemindeki element. Atom çekirdeğinin yükleri ilk kez 1913'te İngiliz fizikçi Moseley tarafından belirlendi. Dalga boyunu bir kristalle ölçerek λ Moseley, belirli elementlerin atomları için karakteristik X-ışını radyasyonu dalga boyunda düzenli bir değişiklik keşfetti. λ periyodik sistemde birbiri ardına gelen elementler için (Şekil 2.1). Moseley bu gözlemi bağımlılık olarak yorumladı. λ bazı atomik sabitlerden Z, bir elementten elemente değişen ve hidrojen için bire eşit:

nerede ve sabitlerdir. X-ışını kuantumlarının atomik elektronlar tarafından saçılması üzerine deneylerden ve α -atom çekirdeği tarafından parçacıklar, çekirdeğin yükünün atom kütlesinin yaklaşık yarısına eşit olduğu ve bu nedenle elementin sıra sayısına yakın olduğu zaten biliniyordu. Karakteristik X-ışını radyasyonunun emisyonu, atomdaki elektriksel süreçlerin bir sonucu olduğundan, Moseley, deneylerinde bulunan, karakteristik X-ışını radyasyonunun dalga boyunu belirleyen ve elementin seri numarasıyla çakışan atomik sabitin olduğu sonucuna varmıştır. , yalnızca atom çekirdeğinin yükü olmalıdır (Moseley yasası).

Pirinç. 2.1. Moseley tarafından elde edilen komşu elementlerin atomlarının X-ışını spektrumları

X-ışını dalga boylarının ölçümü, Moseley yasası temelinde, bir atomun bir kimyasal elemente ait olduğu kesinlikle güvenilir bir şekilde belirlenecek şekilde büyük bir doğrulukla gerçekleştirilir. Ancak sabit olduğu gerçeği Z son denklemde çekirdeğin yükü vardır, dolaylı deneylerle doğrulanmasına rağmen, sonuçta postulata dayanır - Moseley yasası. Bu nedenle Moseley'in keşfinden sonra, saçılma deneylerinde çekirdeklerin yükleri tekrar tekrar ölçüldü. α -Coulomb yasasına dayalı parçacıklar. 1920'de Chadwig, saçılma oranını ölçmek için yöntemi geliştirdi. α -parçacıklar ve bakır, gümüş ve platin atomlarının çekirdeklerinin yüklerini aldı (bkz. tablo 2.1). Chadwig'in verileri, Moseley yasasının geçerliliği hakkında hiçbir şüphe bırakmaz. Belirtilen elementlere ek olarak, deneylerde magnezyum, alüminyum, argon ve altın çekirdeklerinin yükleri de belirlendi.

Tablo 2.1. Chadwick'in deneylerinin sonuçları

Tanımlar. Moseley'in keşfinden sonra, bir atomun temel özelliğinin çekirdeğin yükü değil, çekirdeğin yükü olduğu anlaşıldı. atom kütlesi 19. yüzyılın kimyagerlerinin varsaydığı gibi, çünkü çekirdeğin yükü atomik elektronların sayısını belirler, bu da şu anlama gelir: Kimyasal özellikler atomlar. Kimyasal elementlerin atomları arasındaki farkın nedeni, tam olarak çekirdeklerinin bileşimlerinde farklı sayıda protona sahip olmasıdır. Aksine, aynı sayıda protona sahip atomların çekirdeklerinde farklı sayıda nötron bulunması, atomların kimyasal özelliklerini hiçbir şekilde değiştirmez. Sadece çekirdeklerindeki nötron sayısı farklı olan atomlara denir. izotoplar kimyasal element.

Çekirdeğinde belirli sayıda proton ve nötron bulunan atoma denir. nüklid.Çekirdeğin bileşimi sayılarla verilir Z ve A. Bir izotoptan yalnızca bir kimyasal elemente ait olduğunda söz edilir, örneğin, 235 U bir uranyum izotopudur, ancak 235 U bölünebilir bir izotop değil, bölünebilir bir nükliddir.

Çekirdekleri aynı sayıda nötron, ancak farklı sayıda proton içeren atomlara denir. izotonlar. atomlar aynı kütle numaraları, ancak çekirdeklerin farklı proton-nötron bileşimine denir izobarlar.

NÜKLEERİN YÜKÜ - kavram ve türleri. "NÜKLEER ŞARJI" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2014, 2015.

atom çekirdeği

ve temel parçacıklar

32. Bölüm

Nükleer fiziğin unsurları

§251. Atom çekirdeğinin boyutu, bileşimi ve yükü. Kütle ve şarj numarası

E. Rutherford, birkaç megaelektron voltluk bir enerjiye sahip -parçacıklarının ince altın filmlerinden geçişini araştırırken (bkz. § 208), bir atomun pozitif yüklü bir çekirdek ve onu çevreleyen elektronlardan oluştuğu sonucuna vardı. Bu deneyleri analiz ettikten sonra Rutherford, atom çekirdeğinin yaklaşık 10 -1 4 -10 -1 5 m boyutlarında olduğunu da gösterdi (bir atomun doğrusal boyutları yaklaşık 10 - 10 m'dir).

Atom çekirdeği temel parçacıklardan oluşur - protonlar ve nötronlar(Çekirdeğin proton-nötron modeli, Sovyet fizikçi D. D. Ivanenko (d. 1904) tarafından önerildi ve daha sonra V. Heisenberg tarafından geliştirildi).

Proton (R) elektron yüküne ve dinlenme kütlesine eşit bir pozitif yüke sahiptir m p =1.6726 10 -2 7 kg 1836m e , burada m e - bir elektronun kütlesi. Nötron (n) - durgun kütleli nötr parçacık m n =1.6749 10 -2 7 kg 1839m e ,. Protonlar ve nötronlar denir nükleonlar(lat. çekirdekten - çekirdek). Toplam sayısı Atom çekirdeğindeki nükleonlara denir kütle NumarasıANCAK.

Atom çekirdeği karakterize edilir şarj nerede e- proton yükü, Z - Görev numarasıçekirdek, çekirdekteki proton sayısına eşit ve Mendeleev'in Periyodik element sistemindeki kimyasal elementin seri numarasına denk geliyor. Periyodik tablonun şu anda bilinen 107 elementi, Z=1'den Z=107'ye kadar olan çekirdeklerin yük sayılarına sahiptir.

Çekirdek, nötr atomla aynı sembolle gösterilir: A Z X, burada X kimyasal elementin sembolüdür, Z atom numarasıdır (çekirdekteki proton sayısı), ANCAK - kütle numarası (çekirdekteki nükleon sayısı).

Şimdi çekirdeğin proton-nötron modeli şüphe götürmez. Çekirdeğin proton-elektronik yapısının hipotezi de düşünüldü, ancak deneysel doğrulamaya dayanamadı. Yani, bu hipoteze bağlı kalırsak, o zaman kütle numarası ANCAKçekirdekteki proton sayısı olmalı ve kütle numarası ile elektron sayısı arasındaki fark nükleer yüke eşit olmalıdır. Bu model, izotopik kütlelerin ve yüklerin değerleriyle tutarlıydı, ancak çekirdeğin dönüşlerinin ve manyetik momentlerinin değerleri, çekirdeğin bağlanma enerjisi vb. ile çelişiyordu. Ayrıca, uyumsuz olduğu ortaya çıktı. belirsizlik ilişkisi (bkz. §215). Sonuç olarak, çekirdeğin proton-elektronik yapısı hipotezi reddedildi.

Atom nötr olduğundan, çekirdeğin yükü atomdaki elektron sayısını belirler. Elektronların sayısı, atomdaki durumlar üzerindeki dağılımlarını belirler ve bu da atomun kimyasal özelliklerini belirler. Sonuç olarak, çekirdeğin yükü, belirli bir kimyasal elementin özelliklerini belirler, yani bir atomdaki elektron sayısını, elektron kabuklarının konfigürasyonunu, atom içi elektrik alanının büyüklüğünü ve doğasını belirler.

Aynı Z'ye sahip ancak farklı çekirdekler ANCAK(yani farklı sayıda nötron ile N=

ANCAK - Z) denir izotoplar, ve aynı A'ya sahip ancak farklı Z'ye sahip çekirdekler - izobarlar.Örneğin hidrojenin (Z=1) üç izotopu vardır: 1 1 H - protium (Z=1, N=0), 2 1 H - döteryum (Z=1, N= 1), 3 1 H - trityum (Z \u003d 1, N \u003d 2), kalay - on, vb. Vakaların büyük çoğunluğunda, aynı kimyasal elementin izotopları aynı kimyasal ve neredeyse aynı fiziksel özelliklere sahiptir ( istisna, örneğin hidrojen izotoplarıdır), esas olarak belirli bir elementin tüm izotopları için aynı olan elektron kabuklarının yapısı tarafından belirlenir. İzobar çekirdeklere bir örnek, 10 4 Be, 105 B, 106 C çekirdeğidir.Şu anda, Z veya A veya her ikisinde de farklılık gösteren 2000'den fazla çekirdek bilinmektedir.

çekirdek yarıçapı ampirik formül tarafından verilir

R \u003d R 0 A 1 / 3, (251.1)

nerede R 0 \u003d (1.3-1.7) 10 -1 5 m Bununla birlikte, bu terimi kullanırken dikkatli olunmalıdır (belirsizliği nedeniyle, örneğin çekirdek sınırın bulanıklaşması nedeniyle). Formül (251.1)'den, çekirdeğin hacminin, çekirdekteki nükleon sayısıyla orantılı olduğu sonucu çıkar. Sonuç olarak, nükleer maddenin yoğunluğu tüm çekirdekler için yaklaşık olarak aynıdır (10 17 kg / m3).

Atom yapısının gezegensel modelinden, bir atomun bir çekirdek ve onun etrafında dönen bir elektron bulutu olduğunu biliyoruz. Dahası, elektronlar ile çekirdek arasındaki mesafe, çekirdeğin kendi boyutundan onbinlerce ve yüzbinlerce kat daha fazladır.

Çekirdeğin kendisi nedir? Küçük, sert, bölünemez bir top mu yoksa daha küçük parçacıklardan mı oluşuyor? Dünyada var olan tek bir mikroskop bile bize bu seviyede neler olduğunu açıkça gösteremez. Her şey çok küçük. O zaman nasıl olunur? Atom çekirdeğinin fiziğini incelemek bile mümkün mü? Çalışmak mümkün değilse, atom çekirdeğinin bileşimi ve özellikleri nasıl bulunur?

Atom çekirdeğinin yükü

Bilim adamları, çok çeşitli dolaylı deneylerle, hipotezleri ifade ederek ve bunları pratikte deneme yanılma yoluyla test etmeyi başardılar. atomik yapıçekirdekler. Çekirdeğin daha da küçük parçacıklardan oluştuğu ortaya çıktı. Çekirdeğin boyutu, yükü ve maddenin kimyasal özellikleri bu parçacıkların sayısına bağlıdır. Ayrıca, bu parçacıkların sahip olduğu pozitif yük, hangi telafi eder negatif yük bir atomun elektronları. Bu parçacıklara proton denir. Normal durumdaki sayıları her zaman elektron sayısına eşittir. Çekirdeğin yükünün nasıl belirleneceği sorusu artık geçerli değildi. Nötr durumdaki bir atomun çekirdeğinin yükü her zaman etrafında dönen elektronların sayısına eşittir ve işaret olarak elektronların yükünün tersidir. Ve fizikçiler elektronların sayısını ve yükünü nasıl belirleyeceklerini çoktan öğrendiler.

Atom çekirdeğinin yapısı: protonlar ve nötronlar

Ancak, daha fazla araştırma sürecinde yeni bir sorun ortaya çıktı. Protonların sahip olduğu ortaya çıktı. aynı ücret, bazı durumlarda kütle olarak iki kez farklılık gösterirler. Bu, birçok soruya ve tutarsızlığa neden oldu. Sonunda, atom çekirdeğinin bileşiminin, protonlara ek olarak, kütle olarak protonlara neredeyse eşit olan, ancak herhangi bir yükü olmayan bazı parçacıkları da içerdiğini tespit etmek mümkün oldu. Bu parçacıklara nötron denir. Nötronların tespiti, hesaplamalardaki tüm tutarsızlıkları çözdü. Sonuç olarak, çekirdeği oluşturan elementler olan protonlar ve nötronlara nükleon adı verildi. Çekirdeğin özelliklerine ilişkin herhangi bir değerin hesaplanması, anlaşılması çok daha kolay hale geldi. Nötronlar nükleer yükün oluşumunda yer almazlar, bu nedenle maddenin kimyasal özellikleri üzerindeki etkileri pratik olarak ortaya çıkmaz, ancak nötronlar sırasıyla çekirdek kütlesinin oluşumuna katılır, sırasıyla atomun yerçekimi özelliklerini etkiler. çekirdek. Bu nedenle, nötronların maddenin özellikleri üzerinde dolaylı bir etkisi vardır, ancak bu son derece önemsizdir.