Масите на атомните ядра са от особен интерес за идентифициране на нови ядра, разбиране на тяхната структура, прогнозиране на характеристиките на разпада: живот, възможни канали на разпад и т.н.
За първи път описанието на масите на атомните ядра е дадено от Вайцзекер на базата на модела на капката. Формулата на Weizsäcker дава възможност да се изчисли масата на атомното ядро ​​M(A,Z) и енергията на свързване на ядрото, ако масовото число A и броят на протоните Z в ядрото са известни.
Формулата на Weizsacker за масите от ядра има следната форма:

където mp = 938.28 MeV/c 2 , mn = 939.57 MeV/c 2 , a 1 = 15.75 MeV, a 2 = 17.8 MeV, a 3 = 0.71 MeV, a 4 = 23.7 MeV, a 5 = 34 MeV, 1, 0, -1), съответно за нечетно-нечетни ядра, ядра с нечетно А, четно-четни ядра.
Първите два члена на формулата са сумите от масите на свободните протони и неутрони. Останалите термини описват енергията на свързване на ядрото:

• a 1 A отчита приблизителното постоянство на специфичната енергия на свързване на ядрото, т.е. отразява свойството на насищане на ядрените сили;
• a 2 A 2/3 описва повърхностната енергия и взема предвид факта, че повърхностните нуклони в ядрото са по-слабо свързани;
• a 3 Z 2 /A 1/3 описва намаляването на ядрената енергия на свързване поради кулоновото взаимодействие на протоните;
• a 4 (A - 2Z) 2 /A отчита свойството на независимостта на заряда на ядрените сили и действието на принципа на Паули;
• a 5 A -3/4 взема предвид ефектите на чифтосване.

Параметрите a 1 - a 5, включени във формулата на Weizsäcker, са избрани по такъв начин, че да описват оптимално масите на ядрата близо до β-стабилната област.
От самото начало обаче беше ясно, че формулата на Weizsacker не отчита някои специфични детайли от структурата на атомните ядра.
Така формулата на Weizsäcker предполага равномерно разпределение на нуклоните във фазовото пространство, т.е. по същество пренебрегва структурата на обвивката на атомното ядро. Всъщност структурата на черупката води до нехомогенност в разпределението на нуклоните в ядрото. Получената анизотропия на средното поле в ядрото също води до деформация на ядрата в основно състояние.

Точността, с която формулата на Weizsäcker описва масите на атомните ядра, може да бъде оценена от фиг. 6.1, която показва разликата между експериментално измерените маси на атомните ядра и изчисленията, базирани на формулата на Weizsäcker. Отклонението достига 9 MeV, което е около 1% от общата енергия на свързване на ядрото. В същото време ясно се вижда, че тези отклонения имат систематичен характер, което се дължи на структурата на обвивката на атомните ядра.
Отклонението на енергията на ядрено свързване от гладката крива, предвидена от модела на течна капка, беше първата директна индикация за структурата на черупката на ядрото. Разликата в енергията на свързване между четните и нечетните ядра показва наличието на сили на сдвояване в атомните ядра. Отклонението от "гладкото" поведение на енергиите на разделяне на два нуклона в ядрата между запълнени обвивки е индикация за деформацията на атомните ядра в основно състояние.
Данните за масите на атомните ядра са в основата на проверката на различни модели на атомни ядра, следователно голямо значениеима точността да познава масите на ядрата. Масите на атомните ядра се изчисляват с помощта на различни феноменологични или полуемпирични модели, като се използват различни приближения на макроскопски и микроскопични теории. Съществуващите в момента формули за масата описват доста добре масите (енергии на свързване) на ядрата близо до долината на стабилност. (Точността на оценката на енергията на свързване е ~100 keV). Въпреки това, за ядра, далеч от долината на стабилност, несигурността при прогнозиране на енергията на свързване се увеличава до няколко MeV. (фиг. 6.2). На фиг.6.2 можете да намерите препратки към произведения, в които са дадени и анализирани различни формули за маса.

Сравнението на прогнозите на различни модели с измерени ядрени маси показва, че трябва да се даде предпочитание на модели, базирани на микроскопско описание, което взема предвид структурата на черупката на ядрата. Трябва също да се има предвид, че точността на прогнозиране на масите на ядрата във феноменологичните модели често се определя от броя на параметрите, използвани в тях. В прегледа са дадени експериментални данни за масите на атомните ядра. В допълнение, техните постоянно актуализирани стойности могат да бъдат намерени в референтни материалимеждународна система за бази данни.
Пер последните годиниРазработени са различни методи за експериментално определяне на масите на атомни ядра с кратък живот.

Основни методи за определяне на масите на атомните ядра

Изброяваме, без да навлизаме в подробности, основните методи за определяне на масите на атомните ядра.

• Измерването на енергията на β-разпад Q b е доста често срещан метод за определяне на масите на ядрата, далеч от границата на β-стабилност. За да се определи неизвестната маса, изпитваща β-разпад на ядрото A

,

се използва съотношението

M A \u003d M B + m e + Q b / c 2.

Следователно, като се знае масата на крайното ядро ​​В, може да се получи масата на първоначалното ядро ​​А. Бета-разпадът често се случва във възбудено състояние на крайното ядро, което трябва да се вземе предвид.

Тази връзка се записва за α-разпада от основното състояние на първоначалното ядро ​​до основното състояние на крайното ядро. Енергиите на възбуждане могат лесно да бъдат взети предвид. Точността, с която се определят масите на атомните ядра от енергията на разпада, е ~ 100 keV. Този метод се използва широко за определяне на масите на свръхтежки ядра и тяхното идентифициране.

1. Измерване на масите на атомните ядра по метода на времето на полета

Определянето на масата на ядрото (A ~ 100) с точност от ~ 100 keV е еквивалентно на относителната точност на измерване на масата ΔM/M ~10 -6 . За да се постигне тази точност, магнитният анализ се използва във връзка с измерването на времето на полет. Тази техника се използва в спектрометъра SPEG - GANIL (фиг. 6.3) и TOFI - Los Alamos. Магнитната твърдост Bρ, масата на частиците m, скоростта на частиците v и зарядът q са свързани с

По този начин, знаейки магнитната твърдост на спектрометър B, може да се определи m/q за частици със същата скорост. Този метод дава възможност да се определят масите на ядрата с точност от ~ 10 -4 . Точността на измерванията на масите на ядрата може да се подобри, ако времето на полет се измерва едновременно. В този случай йонната маса се определя от съотношението

където L е полетната база, TOF е времето на полета. Базите на обхвата варират от няколко метра до 10 3 метра и позволяват да се увеличи точността на измерване на масите на ядрата до 10 -6 .
Значително повишаване на точността на определяне на масите на атомните ядра се улеснява и от факта, че масите на различни ядра се измерват едновременно, в един експеримент, а точните стойности на масите на отделните ядра могат да се използват като референтни точки. Методът не позволява разделяне на основното и изомерното състояние на атомните ядра. В GANIL се създава настройка с траектория на полета от ~3,3 km, която ще подобри точността на измерване на масите на ядрата до няколко единици с 10 -7 .

1. Директно определяне на ядрена маса чрез измерване на циклотронната честота

За частица, въртяща се в постоянно магнитно поле B, честотата на въртене е свързана с нейната маса и заряд чрез съотношението

Въпреки факта, че методи 2 и 3 се основават на едно и също съотношение, точността при метод 3 на измерване на циклотронната честота е по-висока (~ 10 -7), т.к. това е еквивалентно на използване на по-дълга основа.

2. Измерване на масите на атомните ядра в пръстен за съхранение

   Този метод се използва на пръстена за съхранение на ESR в GSI (Дармщат, Германия). Методът използва детектор на Шотки и е приложим за определяне на масите на ядрата с живот > 1 min. Методът за измерване на циклотронната честота на йони в акумулаторен пръстен се използва в комбинация с предварително разделяне на йони в движение. На съоръжението FRS-ESR в GSI (фиг. 6.4) бяха направени прецизни измервания на масата Голям бройядра в широк диапазон от масови числа.

   209 Bi ядра, ускорени до енергия от 930 MeV/нуклон, бяха фокусирани върху берилиева мишена с дебелина 8 g/cm 2 , разположена на входа на FRS. В резултат на фрагментацията на 209 Bi се образуват голям брой вторични частици в диапазона от 209 Bi до 1 H. Продуктите на реакцията се разделят в движение според тяхната магнитна твърдост. Дебелината на мишената е избрана така, че да разшири обхвата на ядрата, едновременно уловени от магнитната система. Разширяването на обхвата на ядрата се дължи на факта, че частиците с различни заряди се забавят по различен начин в берилиевата мишена. FRS сепараторният фрагмент е настроен за преминаване на частици с магнитна твърдост от ~350 MeV/нуклон. Чрез системата в избрания диапазон на заряда на откритите ядра (52 < З < 83) могат едновременно да преминават напълно йонизирани атоми (голи йони), водородоподобни (водородоподобни) йони с един електрон или хелиевоподобни йони (подобни на хелий) с два електрона. Тъй като скоростта на частиците по време на преминаване на FRS практически не се променя, селекцията на частици със същата магнитна твърдост избира частици със стойност M/Z с точност от ~ 2%. Следователно, честотата на въртене на всеки йон в пръстена за съхранение на ESR се определя от съотношението M/Z. Това е в основата на прецизния метод за измерване на масите на атомните ядра. Честотата на йонните обороти се измерва по метода на Шотки. Използването на метода на йонно охлаждане в акумулаторен пръстен допълнително повишава точността на определяне на масата с порядък. На фиг. 6.5 показва графика на масите на атомните ядра, разделени по този метод в GSI. Трябва да се има предвид, че ядрата с период на полуразпад над 30 секунди могат да бъдат идентифицирани по описания метод, който се определя от времето за охлаждане на лъча и времето за анализ.

   На фиг. 6.6 показва резултатите от определяне на масата на изотопа 171 Ta в различни зарядни състояния. При анализа са използвани различни референтни изотопи. Измерените стойности се сравняват с данните от таблицата (Wapstra).

3. Измерване на ядрена маса с помощта на уловителя на Пенинг

   Откриват се нови експериментални възможности за прецизни измервания на масите на атомните ядра в комбинация от методите на ISOL и йонните капани. За йони с много малка кинетична енергияи следователно малкият радиус на въртене в силно магнитно поле, се използват капани на Пенинг. Този метод се основава на прецизното измерване на честотата на въртене на частиците

   ω = B(q/m),

   в капан в силно магнитно поле. Точността на измерване на масата за леки йони може да достигне ~ 10 -9 . На фиг. Фигура 6.7 показва спектрометъра ISOLTRAP, монтиран на сепаратора ISOL - CERN.
   Основните елементи на тази настройка са секциите за подготовка на йонни лъчи и два капана на Пенинг. Първият улов на Пенинг е цилиндър, поставен в магнитно поле от ~4 T. Йоните в първия уловител се охлаждат допълнително поради сблъсъци с буферния газ. На фиг. Фигура 6.7 показва масовото разпределение на йони с A = 138 в първия улов на Пенинг като функция от скоростта на въртене. След охлаждане и пречистване, йонният облак от първия капан се инжектира във втория. Тук масата на йона се измерва чрез резонансната честота на въртене. Разделителната способност, постижима при този метод за краткоживеещи тежки изотопи, е най-високата и възлиза на ~ 10 -7 .

   Ориз. 6.7 Спектрометър ISOLTRAP

атомна масае сумата от масите на всички протони, неутрони и електрони, които изграждат атом или молекула. В сравнение с протоните и неутроните, масата на електроните е много малка, така че не се взема предвид при изчисленията. Въпреки че е неправилен от формална гледна точка, този термин често се използва за обозначаване на средната атомна маса на всички изотопи на даден елемент. Всъщност това е относителната атомна маса, наричана още атомно теглоелемент. Атомното тегло е средната стойност на атомните маси на всички естествено срещащи се изотопи на даден елемент. Химиците трябва да правят разлика между тези два вида атомна маса, когато си вършат работата - неправилна стойност за атомната маса може например да доведе до неправилен резултат за добива на продукт от реакцията.

Стъпки

Намиране на атомната маса според периодичната таблица на елементите

Научете как се пише атомната маса.Атомната маса, тоест масата на даден атом или молекула, може да бъде изразена в стандартни SI единици - грамове, килограми и т.н. Въпреки това, тъй като атомните маси, изразени в тези единици, са изключително малки, те често се записват в унифицирани единици за атомна маса или накратко a.m.u. са единици за атомна маса. Една единица атомна маса е равна на 1/12 масата на стандартния изотоп въглерод-12.

• Единицата за атомна маса характеризира масата една бенка даден елементв грамове. Тази стойност е много полезна при практически изчисления, тъй като може да се използва за лесно преобразуване на масата на даден брой атоми или молекули дадено веществокъм молец и обратно.

1. Намерете атомната маса в периодичната таблицаМенделеев.Повечето стандартни периодични таблици съдържат атомните маси (атомни тегла) на всеки елемент. Като правило те се дават като число в долната част на клетката с елемента, под буквите, обозначаващи химическия елемент. Това обикновено не е цяло число, а десетична.

   Не забравяйте, че периодичната таблица показва средните атомни маси на елементите.Както беше отбелязано по-рано, относителните атомни маси, дадени за всеки елемент в периодична система, са средните стойности на масите на всички изотопи на един атом. Тази средна стойност е ценна за много практически цели: например, тя се използва при изчисляване на моларната маса на молекулите, състоящи се от няколко атома. Въпреки това, когато имате работа с отделни атоми, тази стойност обикновено не е достатъчна.

   • Тъй като средната атомна маса е средна стойност от няколко изотопа, стойността, дадена в периодичната таблица, не е такава точенстойността на атомната маса на всеки отделен атом.
   • Атомните маси на отделните атоми трябва да бъдат изчислени, като се вземат предвид точен номерпротони и неутрони в един атом.

   Изчисляване на атомната маса на отделен атом

   1. Намерете атомния номер на даден елемент или неговия изотоп.Атомният номер е броят на протоните в атомите на даден елемент и никога не се променя. Например всички водородни атоми и самоимат един протон. Натрият има атомен номер 11, защото има единадесет протона, докато кислородът има атомно число от осем, защото има осем протона. Можете да намерите атомния номер на всеки елемент в периодичната таблица на Менделеев - в почти всички негови стандартни версии този номер е посочен над обозначението на буквата химичен елемент. Атомният номер винаги е положително цяло число.

      • Да предположим, че се интересуваме от въглероден атом. Във въглеродните атоми винаги има шест протона, така че знаем, че неговият атомен номер е 6. Освен това виждаме, че в периодичната таблица, в горната част на клетката с въглерод (C) е числото "6", което показва, че атомното въглеродно число е шест.
      • Имайте предвид, че атомният номер на елемент не е еднозначно свързан с неговата относителна атомна маса в периодичната таблица. Въпреки че, особено за елементите в горната част на таблицата, атомната маса на елемент може да изглежда удвоена от неговия атомен номер, тя никога не се изчислява чрез умножаване на атомния номер по две.

   2. Намерете броя на неутроните в ядрото.Броят на неутроните може да бъде различен за различните атоми на един и същи елемент. Когато два атома от един и същи елемент с еднакъв брой протони имат различен брой неутрони, те са различни изотопи на този елемент. За разлика от броя на протоните, който никога не се променя, броят на неутроните в атомите на даден елемент често може да се променя, така че средната атомна маса на елемента се записва като десетична дроб между две съседни цели числа.

      Съберете броя на протоните и неутроните.Това ще бъде атомната маса на този атом. Игнорирайте броя на електроните, които заобикалят ядрото - тяхната обща маса е изключително малка, така че те имат малък или никакъв ефект върху вашите изчисления.

   Изчисляване на относителната атомна маса (атомно тегло) на елемент

   1. Определете кои изотопи са в пробата.Химиците често определят съотношението на изотопи в конкретна проба с помощта на специален инструмент, наречен мас спектрометър. Въпреки това, по време на обучението, тези данни ще ви бъдат предоставени в условията на задачи, контрол и т.н. под формата на стойности, взети от научната литература.

      • В нашия случай да кажем, че имаме работа с два изотопа: въглерод-12 и въглерод-13.

   2. Определете относителното изобилие на всеки изотоп в пробата.За всеки елемент се срещат различни изотопи различни съотношения. Тези съотношения почти винаги се изразяват като процент. Някои изотопи са много често срещани, докато други са много редки - понякога толкова редки, че са трудни за откриване. Тези стойности могат да бъдат определени с помощта на масспектрометрия или да се намерят в справочник.

      • Да приемем, че концентрацията на въглерод-12 е 99% и въглерод-13 е 1%. Други изотопи на въглерода наистина лисъществуват, но в толкова малки количества, че в този случай те могат да бъдат пренебрегнати.

   3. Умножете атомната маса на всеки изотоп по концентрацията му в пробата.Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговия процент (изразен като десетичен знак). За да конвертирате проценти в десетичен, просто ги разделете на 100. Получените концентрации винаги трябва да са 1.

      • Нашата проба съдържа въглерод-12 и въглерод-13. Ако въглерод-12 е 99% от пробата и въглерод-13 е 1%, тогава умножете 12 (атомна маса на въглерод-12) по 0,99 и 13 (атомна маса на въглерод-13) по 0,01.
      • Справочниците дават проценти въз основа на известните количества от всички изотопи на даден елемент. Повечето учебници по химия включват тази информация в таблица в края на книгата. За изследваната проба относителните концентрации на изотопи могат също да бъдат определени с помощта на мас спектрометър.

   4. Съберете резултатите.Сумирайте резултатите от умножението, които сте получили в предишната стъпка. В резултат на тази операция ще намерите относителната атомна маса на вашия елемент - средната стойност на атомните маси на изотопите на въпросния елемент. Когато даден елемент се разглежда като цяло, а не специфичен изотоп на даден елемент, се използва тази стойност.

      • В нашия пример 12 x 0,99 = 11,88 за въглерод-12 и 13 x 0,01 = 0,13 за въглерод-13. Относителната атомна маса в нашия случай е 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Някои изотопи са по-малко стабилни от други: те се разпадат на атоми на елементи с по-малко протони и неутрони в ядрото, освобождавайки частици, които съставляват атомното ядро. Такива изотопи се наричат ​​радиоактивни.

Изогония. Ядрото на водородния атом - протонът (p) - е най-простото ядро. Неговите положителен зарядНа абсолютна стойностравен на заряда на електрона. Масата на протона е 1,6726-10'2 kg. Протонът като частица, която е част от атомните ядра, е открит от Ръдърфорд през 1919 г.

За експериментално определяне на масите на атомните ядра, мас спектрометри.Принципът на масспектрометрията, предложен за първи път от Томсън (1907), е да използва фокусиращите свойства на електрическите и магнитните полета по отношение на лъчите от заредени частици. Първите мас спектрометри с достатъчно висока разделителна способност са конструирани през 1919 г. от F.U. Астън и А. Демпстрьом. Принципът на работа на масспектрометъра е показан на фиг. 1.3.

Тъй като атомите и молекулите са електрически неутрални, те първо трябва да бъдат йонизирани. Йоните се създават в йонен източник чрез бомбардиране на парите на изследваното вещество с бързи електрони и след това, след ускорение в електрическо поле (потенциална разлика v)излизане във вакуумната камера, попадайки в областта на хомогенна магнитно полеБ. Под неговото действие йоните започват да се движат по окръжност, чийто радиус гможе да се намери от равенството на силата на Лоренц и центробежната сила:

където М-йонна маса. Скоростта на йона v се определя от съотношението

Ориз. 1.3.

Ускоряване на потенциалната разлика Имате илисила на магнитното поле Vмогат да бъдат избрани така, че йони с еднакви маси да попадат на едно и също място върху фотографска плоча или друг чувствителен към позиция детектор. След това, като намерим максимума на сигнала за маса-пружина-ход и използвайки формула (1.7), можем също да определим масата на йона М. 1

С изключение на скоростта vот (1.5) и (1.6), намираме, че

Развитието на техниките за масова спектрометрия даде възможност да се потвърди предположението, направено през 1910 г. от Фредерик Соди, че фракционните (в единици от масата на водороден атом) атомни маси на химичните елементи се обясняват със съществуването изотопи- атоми със същия ядрен заряд, но различни маси. Благодарение на пионерските изследвания на Астън беше установено, че повечето елементи наистина са съставени от смес от два или повече естествено срещащи се изотопа. Изключенията са сравнително малко елементи (F, Na, Al, P, Au и др.), наречени моноизотопни. Броят на естествените изотопи в един елемент може да достигне 10 (Sn). Освен това, както се оказа по-късно, всички елементи без изключение имат изотопи, които имат свойството на радиоактивност. Мнозинство радиоактивни изотопине се срещат в природата, те могат да бъдат получени само изкуствено. Елементи с атомни числа 43 (Tc), 61 (Pm), 84 (Po) и по-горе имат само радиоактивни изотопи.

Международната единица за атомна маса (a.m.u.), приета днес във физиката и химията, е 1/12 от масата на най-разпространения в природата въглероден изотоп: 1 a.m.u. = 1,66053873* 10" кг. Тя е близка до атомната маса на водорода, но не е равна на нея. Масата на електрона е приблизително 1/1800 a.m.u. В съвременните мас спектрометри относителната грешка при измерване на масата

AMfM= 10 -10 , което прави възможно измерването на масовите разлики на ниво 10 -10 a.m.u.

Атомните маси на изотопите, изразени в amu, са почти точноцяло число. По този начин на всяко атомно ядро ​​може да се припише своя масово число А(цяло) напр. H-1, H-2, H-3, C-12, 0-16, Cl-35, C1-37 и др. Последното обстоятелство възроди на нова основа интереса към хипотезата на W. Prout (1816), според която всички елементи са изградени от водород.

Как да намерим масата на ядрото на атома? и получи най-добрия отговор

Отговор от NiNa Martushova[гуру]

A = число p + число n. Тоест цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. e. m., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна масова единица. Относителна атомна маса, защото дробно числоче това е средноаритметичната стойност на атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се вземе предвид тяхното изобилие в природата.

Отговор от Йоехмет[гуру]
Вземете масата на атома и извадете масата на всички електрони.

Отговор от Владимир Соколов[гуру]
Сумирайте масата на всички протони и неутрони в ядрото. Ще получите много в тях.

Отговор от Даша[новак]
периодична таблица в помощ

Отговор от Анастасия Дуракова[активен]
Намерете стойността на относителната маса на атома в периодичната таблица, закръглете я до цяло число - това ще бъде масата на ядрото на атома. Масата на ядрото или масовото число на атома се състои от броя на протоните и неутроните в ядрото
A = число p + число n. Тоест цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. e. m., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна масова единица. Следователно относителната атомна маса е дробно число, тъй като е средноаритметичната стойност на атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се взема предвид тяхното разпространение в природата. периодична таблица в помощ

Отговор от 3 отговора[гуру]

Хей! Ето селекция от теми с отговори на вашия въпрос: Как да намерим масата на ядрото на атом?

Изучавайки състава на материята, учените стигнаха до заключението, че цялата материя се състои от молекули и атоми. Дълго време атомът (в превод от гръцки като "неделим") се смяташе за най-малката структурна единица на материята. По-нататъшни изследвания обаче показват, че атомът има сложна структура и от своя страна включва по-малки частици.

От какво е направен атомът?

През 1911 г. ученият Ръдърфорд предполага, че атомът има централна част, която има положителен заряд. Така за първи път се появява концепцията за атомното ядро.

Според схемата на Ръдърфорд, наречена планетарен модел, атомът се състои от ядро ​​и елементарни частицис отрицателен заряд - електрони се движат около ядрото, точно както планетите обикалят около слънцето.

През 1932 г. друг учен, Чадуик, открива неутрона, частица, която няма електрически заряд.

Според съвременните концепции ядрото съответства на планетарния модел, предложен от Ръдърфорд. Ядрото носи по-голямата част от атомната маса. Има и положителен заряд. Атомното ядро ​​съдържа протони - положително заредени частици и неутрони - частици, които не носят заряд. Протоните и неутроните се наричат ​​нуклони. Отрицателно заредени частици – електрони – орбитират около ядрото.

Броят на протоните в ядрото е равен на тези, движещи се в орбита. Следователно самият атом е частица, която не носи заряд. Ако един атом улови чужди електрони или загуби своите, тогава той става положителен или отрицателен и се нарича йон.

Електроните, протоните и неутроните общо се наричат ​​субатомни частици.

Зарядът на атомното ядро

Ядрото има зарядно число Z. То се определя от броя на протоните, които изграждат атомното ядро. Откриването на тази сума е просто: просто се обърнете към периодичната система на Менделеев. Атомният номер на елемента, към който принадлежи атомът, е равен на броя на протоните в ядрото. По този начин, ако химическият елемент кислород съответства на поредния номер 8, тогава броят на протоните също ще бъде равен на осем. Тъй като броят на протоните и електроните в един атом е еднакъв, ще има и осем електрона.

Броят на неутроните се нарича изотопно число и се обозначава с буквата N. Техният брой може да варира в атом от един и същ химичен елемент.

Сумата от протони и електрони в ядрото се нарича масов номер на атома и се обозначава с буквата A. По този начин формулата за изчисляване на масовото число изглежда така: A \u003d Z + N.

изотопи

Когато елементите имат равен брой протони и електрони, но различен номернеутрони, те се наричат ​​изотопи на химичен елемент. Може да има един или повече изотопи. Те са поставени в една и съща клетка на периодичната система.

Изотопите са от голямо значение в химията и физиката. Например, изотоп на водорода - деутерий - в комбинация с кислород дава напълно ново вещество, което се нарича тежка вода. Има различна точка на кипене и замръзване от обикновено. А комбинацията на деутерий с друг изотоп на водорода - тритий води до термоядрена реакциясинтез и може да се използва за генериране голямо количествоенергия.

Маса на ядрото и субатомните частици

Размерът и масата на атомите са незначителни в съзнанието на човека. Размерът на ядрата е приблизително 10 -12 см. Масата на атомното ядро ​​се измерва във физиката в т. нар. атомни единици за маса - a.m.u.

За една сутрин вземете една дванадесета от масата на въглеродния атом. Използвайки обичайните мерни единици (килограми и грамове), масата може да бъде изразена по следния начин: 1 a.m.u. \u003d 1,660540 10 -24 г. Изразено по този начин, се нарича абсолютна атомна маса.

Въпреки факта, че атомното ядро ​​е най-масивният компонент на атома, неговите размери спрямо електронния облак около него са изключително малки.

ядрени сили

Атомните ядра са изключително стабилни. Това означава, че протоните и неутроните се задържат в ядрото от някои сили. Това не могат да бъдат електромагнитни сили, тъй като протоните са еднакво заредени частици и е известно, че частиците с еднакъв заряд се отблъскват. Гравитационни силиса твърде слаби, за да задържат нуклоните заедно. Следователно, частиците се задържат в ядрото чрез различно взаимодействие - ядрени сили.

Ядреното взаимодействие се счита за най-силното от всички съществуващи в природата. Следователно този тип взаимодействие между елементите на атомното ядро ​​се нарича силно. Той присъства в много елементарни частици, както и в електромагнитните сили.

Характеристики на ядрените сили

1. Кратко действие. Ядрените сили, за разлика от електромагнитните сили, се проявяват само на много малки разстояния, сравними с размера на ядрото.
2. Заредете независимост. Тази особеност се проявява във факта, че ядрените сили действат еднакво върху протоните и неутроните.
3. Насищане. Нуклоните на ядрото взаимодействат само с определен брой други нуклони.

Основна свързваща енергия

Нещо друго е тясно свързано с концепцията за силно взаимодействие – енергията на свързване на ядрата. Ядрената енергия на свързване е количеството енергия, необходимо за разделяне на атомно ядро ​​на съставните му нуклони. Тя е равна на енергията, необходима за образуване на ядро ​​от отделни частици.

За да се изчисли енергията на свързване на ядрото, е необходимо да се знае масата на субатомните частици. Изчисленията показват, че масата на едно ядро ​​винаги е по-малка от сумата на съставните му нуклони. Дефектът на масата е разликата между масата на ядрото и сумата от неговите протони и електрони. Използвайки връзката между масата и енергията (E \u003d mc 2), можете да изчислите енергията, генерирана по време на образуването на ядрото.

За силата на енергията на свързване на ядрото може да се съди по следния пример: образуването на няколко грама хелий произвежда същото количество енергия като изгарянето на няколко тона въглища.

Ядрени реакции

Ядрата на атомите могат да взаимодействат с ядрата на други атоми. Такива взаимодействия се наричат ​​ядрени реакции. Реакциите са два вида.

1. Реакции на делене. Те възникват, когато по-тежките ядра се разпадат на по-леки в резултат на взаимодействието.
2. Реакции на синтез. Процесът е обратен на деленето: ядрата се сблъскват, като по този начин образуват по-тежки елементи.

Всички ядрени реакции са придружени от освобождаване на енергия, която впоследствие се използва в промишлеността, в армията, в енергетиката и т.н.

След като се запознахме със състава на атомното ядро, можем да направим следните изводи.

1. Атомът се състои от ядро, съдържащо протони и неутрони, и електрони около него.
2. Масовото число на атома е равно на сумата от нуклоните на неговото ядро.
3. Нуклоните се държат заедно от силната сила.
4. Огромните сили, които придават стабилност на атомното ядро, се наричат ​​енергии на свързване на ядрото.