Kapitel II. Die Struktur der Atome und das periodische Gesetz. Lage von Protonen und Neutronen im Kern

Kapitel zuerst. EIGENSCHAFTEN STABILER KERN

Es wurde oben bereits gesagt, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht, die durch Kernkräfte gebunden sind. Wenn wir die Masse des Kerns in atomaren Masseneinheiten messen, dann sollte sie ungefähr der Masse des Protons multipliziert mit einer ganzen Zahl entsprechen, die als Massenzahl bezeichnet wird. Wenn die Ladung des Kerns und die Massenzahl sind, bedeutet dies, dass die Zusammensetzung des Kerns Protonen und Neutronen umfasst. (Die Anzahl der Neutronen in einem Kern wird normalerweise mit bezeichnet

Diese Eigenschaften des Kerns spiegeln sich in der symbolischen Notation wider, die später im Formular verwendet wird

wobei X der Name des Elements ist, zu dessen Atom der Kern gehört (zum Beispiel Kerne: Helium - , Sauerstoff - , Eisen - Uran

Zu den Hauptmerkmalen stabiler Kerne gehören: Ladung, Masse, Radius, mechanische und magnetische Momente, Spektrum angeregter Zustände, Parität und Quadrupolmoment. Radioaktive (instabile) Kerne werden zusätzlich durch ihre Lebensdauer, die Art der radioaktiven Umwandlungen, die Energie emittierter Teilchen und eine Reihe weiterer besonderer Eigenschaften charakterisiert, auf die weiter unten eingegangen wird.

Betrachten wir zunächst die Eigenschaften der Elementarteilchen, aus denen der Kern besteht: Proton und Neutron.

§ 1. HAUPTMERKMALE DES PROTONS UND DES NEUTRONS

Gewicht. In Einheiten der Masse des Elektrons: Die Masse des Protons ist die Masse des Neutrons.

In atomaren Masseneinheiten: Protonenmasse Neutronenmasse

In Energieeinheiten ist die Ruhemasse des Protons die Ruhemasse des Neutrons

Elektrische Ladung. q - Parameter, der die Wechselwirkung eines Teilchens mit einem elektrischen Feld charakterisiert, ausgedrückt in Einheiten der Elektronenladung, wo

Alle Elementarteilchen tragen eine Elektrizitätsmenge, die entweder 0 oder 0 entspricht. Die Ladung des Protons Die Ladung des Neutrons ist null.

Drehen. Die Spins von Proton und Neutron sind gleich, beide Teilchen sind Fermionen und gehorchen der Fermi-Dirac-Statistik und damit dem Pauli-Prinzip.

magnetisches Moment. Setzen wir in Formel (10), die statt der Masse des Elektrons das magnetische Moment des Elektrons bestimmt, die Masse des Protons ein, so erhalten wir

Die Größe wird Kernmagneton genannt. In Analogie zum Elektron könnte man annehmen, dass das magnetische Moment des Spins des Protons gleich ist, aber die Erfahrung hat gezeigt, dass das intrinsische magnetische Moment des Protons größer ist als das des Kernmagnetons: nach modernen Daten

Außerdem stellte sich heraus, dass auch ein ungeladenes Teilchen – ein Neutron – ein magnetisches Moment hat, das von Null verschieden und gleich ist

Das Vorhandensein eines magnetischen Moments im Neutron und so sehr wichtig das magnetische Moment des Protons widersprechen den Annahmen über die Punktnatur dieser Teilchen. Eine Reihe experimenteller Daten, die in letzten Jahren, weist darauf hin, dass sowohl das Proton als auch das Neutron eine komplexe inhomogene Struktur haben. Gleichzeitig befindet sich im Zentrum des Neutrons eine positive Ladung, und an der Peripherie befindet sich eine negative Ladung in gleicher Größe, die im Volumen des Teilchens verteilt ist. Da das magnetische Moment jedoch nicht nur durch die Größe des fließenden Stroms, sondern auch durch die von ihm bedeckte Fläche bestimmt wird, sind die von ihnen erzeugten magnetischen Momente nicht gleich. Daher kann ein Neutron ein magnetisches Moment haben, während es im Allgemeinen neutral bleibt.

Wechselseitige Transformationen von Nukleonen. Die Masse eines Neutrons ist um 0,14 % oder 2,5 Elektronenmassen größer als die Masse eines Protons,

Im freien Zustand zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino: Seine durchschnittliche Lebensdauer beträgt etwa 17 Minuten.

Das Proton ist ein stabiles Teilchen. Im Kern kann es sich jedoch in ein Neutron verwandeln; während die Reaktion nach dem Schema abläuft

Der Massenunterschied der links und rechts stehenden Teilchen wird durch die Energie ausgeglichen, die andere Nukleonen des Kerns auf das Proton übertragen.

Proton und Neutron haben den gleichen Spin, fast die gleiche Masse und können sich ineinander umwandeln. Es wird später gezeigt werden, dass die zwischen diesen Teilchen paarweise wirkenden Kernkräfte ebenfalls gleich sind. Daher werden sie mit dem gebräuchlichen Namen Nukleon bezeichnet und sagen, dass das Nukleon zwei Zustände haben kann: Proton und Neutron, die sich in ihrer Beziehung zum elektromagnetischen Feld unterscheiden.

Neutronen und Protonen interagieren aufgrund der Existenz von Kernkräften, die nichtelektrischer Natur sind. Kernkräfte verdanken ihre Entstehung dem Austausch von Mesonen. Wenn wir die Abhängigkeit der potentiellen Energie der Wechselwirkung eines Protons und eines niederenergetischen Neutrons vom Abstand zwischen ihnen darstellen, sieht es ungefähr wie ein in Abb. 5a, d. h. er hat die Form eines Potentialtopfs.

Reis. Abb. 5. Abhängigkeit der potentiellen Wechselwirkungsenergie vom Abstand zwischen Nukleonen: a - für Neutron-Neutron- oder Neutron-Proton-Paare; b - für ein Paar Proton - Proton

"Die ersten fünf Brennelemente von Brennelementen aus MOX-Brennstoff für den BN-800-Reaktor des Kernkraftwerks Beloyarsk wurden hergestellt. Damit wurde die Phase der Beherrschung der Produktion des MOX-MOX-Technologiekomplexes abgeschlossen", so der Pressedienst der sagte MCC.

Derzeit werden Maßnahmen umgesetzt, die das Bergbau- und Chemiekombinat zusammen mit einer Reihe von Rosatom-Unternehmen entwickelt hat und die auf die Steigerung der Produktionsproduktivität abzielen, um den Jahresplan - 40 Brennelemente - zu erfüllen.

Das Kraftwerk Nr. 4 des KKW Beloyarsk wird benötigt, um eine Reihe von Technologien zum Schließen des Kernbrennstoffkreislaufs auf der Grundlage "schneller" Reaktoren zu entwickeln. In einem solchen geschlossenen Kreislauf wird aufgrund der erweiterten Reproduktion von nuklearem "Brennstoff" angenommen, dass die Brennstoffbasis der Kernenergie erheblich erweitert wird und es auch möglich sein wird, das Volumen radioaktiver Abfälle aufgrund des "Verbrennens" zu verringern von gefährlichen Radionukliden. Russland ist laut Experten weltweit führend in der Technologie des Baus schneller Neutronenreaktoren.

Block Nr. 4 des BNPP mit dem BN-800-Reaktor wurde zum Prototyp der leistungsstärkeren kommerziellen "schnellen" Triebwerke BN-1200. Früher wurde berichtet, dass die Entscheidung zum Bau einer BN-1200-Pilotanlage auch im KKW Belojarsk Anfang der 2020er Jahre getroffen werden könnte.

Der BN-800-Reaktor ist für die Verwendung von MOX-Brennstoff ausgelegt, der Plutonium verwenden kann, das bei der Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe aus thermischen Neutronenreaktoren abgetrennt wird, die die Grundlage der modernen Kernenergie bilden. Die industrielle Produktion von MOX-Brennstoff für BN-800 wurde am MCC unter Beteiligung von mehr als 20 Organisationen der russischen Nuklearindustrie aufgebaut.

Die anfängliche Brennstoffladung des BN-800-Reaktors wurde hauptsächlich aus herkömmlichem Uranoxid-Brennstoff gebildet. Gleichzeitig enthält ein Teil der Brennelemente MOX-Brennstoff, der in den Pilotanlagen anderer Rosatom-Unternehmen hergestellt wurde - RIAR (Dimitrovgrad, Gebiet Uljanowsk) und Mayak Production Association (ZATO Ozersk, Oblast Tscheljabinsk). Im Laufe der Zeit sollte der BN-800-Reaktor auf MOX-Brennstoff umgestellt werden, der vom MCC hergestellt wird.

Landeseinheitsunternehmen "Bergbau- und Chemiekombinat" (Teil der Abteilung der Endstufe Lebenszyklus Gebrauchsgegenstände Atomenergie Rosatom) hat den Status einer kerntechnischen Organisation des Bundes. MCC ist das Schlüsselunternehmen von Rosatom zur Schaffung eines technologischen Komplexes für einen geschlossenen Kernbrennstoffkreislauf auf der Grundlage innovativer Technologien der neuen Generation. Zum ersten Mal weltweit konzentriert das MCC drei High-Tech-Verarbeitungseinheiten auf einmal – die Lagerung abgebrannter Kernbrennstoffe aus Kernkraftwerksreaktoren, ihre Verarbeitung und die Produktion von neuem Kernbrennstoff MOX für schnelle Neutronenreaktoren.

Was ist ein Neutron? Was sind seine Struktur, Eigenschaften und Funktionen? Neutronen sind die größten Teilchen, aus denen Atome bestehen, die die Bausteine aller Materie sind.

Atomstruktur

Neutronen befinden sich im Kern - einem dichten Bereich des Atoms, der ebenfalls mit Protonen (positiv geladenen Teilchen) gefüllt ist. Diese beiden Elemente werden durch eine Kraft namens Kern zusammengehalten. Neutronen sind neutral geladen. Die positive Ladung des Protons wird mit der negativen Ladung des Elektrons abgeglichen, um ein neutrales Atom zu erzeugen. Obwohl Neutronen im Kern die Ladung eines Atoms nicht beeinflussen, haben sie viele Eigenschaften, die ein Atom beeinflussen, einschließlich der Höhe der Radioaktivität.

Neutronen, Isotope und Radioaktivität

Ein Teilchen, das sich im Kern eines Atoms befindet – ein Neutron ist 0,2 % größer als ein Proton. Zusammen machen sie 99,99 % der Gesamtmasse des gleichen Elements aus andere Menge Neutronen. Wenn Wissenschaftler von Atommasse sprechen, meinen sie die durchschnittliche Atommasse. Zum Beispiel hat Kohlenstoff normalerweise 6 Neutronen und 6 Protonen mit einer Atommasse von 12, aber manchmal kommt es mit einer Atommasse von 13 vor (6 Protonen und 7 Neutronen). Kohlenstoff mit der Ordnungszahl 14 existiert ebenfalls, ist aber selten. Die Atommasse für Kohlenstoff beträgt also durchschnittlich 12,011.

Wenn Atome eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben, werden sie Isotope genannt. Wissenschaftler haben Wege gefunden, diese Teilchen dem Kern hinzuzufügen, um große Isotope zu erzeugen. Jetzt beeinflusst das Hinzufügen von Neutronen die Ladung des Atoms nicht, da sie keine Ladung haben. Sie erhöhen jedoch die Radioaktivität des Atoms. Dies kann zu sehr instabilen Atomen führen, die hohe Energieniveaus abgeben können.

Was ist ein Kern?

In der Chemie ist der Kern das positiv geladene Zentrum eines Atoms, das aus Protonen und Neutronen besteht. Das Wort "Kern" kommt vom lateinischen Kern, was eine Form des Wortes ist, das "Nuss" oder "Kern" bedeutet. Der Begriff wurde 1844 von Michael Faraday geprägt, um das Zentrum eines Atoms zu beschreiben. Die Wissenschaften, die sich mit dem Studium des Kerns, dem Studium seiner Zusammensetzung und Eigenschaften befassen, werden Kernphysik und Kernchemie genannt.

Protonen und Neutronen werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten. Elektronen werden vom Kern angezogen, bewegen sich aber so schnell, dass ihre Rotation in einiger Entfernung vom Zentrum des Atoms erfolgt. Die positive Kernladung kommt von Protonen, aber was ist ein Neutron? Es ist ein Teilchen, das keine elektrische Ladung hat. Fast das gesamte Gewicht eines Atoms steckt im Kern, da Protonen und Neutronen viel mehr Masse haben als Elektronen. Die Anzahl der Protonen in einem Atomkern bestimmt seine Identität als Element. Die Anzahl der Neutronen gibt an, welches Isotop eines Elements ein Atom ist.

Atomkerngröße

Der Kern ist viel kleiner als der Gesamtdurchmesser des Atoms, weil die Elektronen weiter vom Zentrum entfernt sein können. Ein Wasserstoffatom ist 145.000 Mal größer als sein Kern, und ein Uranatom ist 23.000 Mal größer als sein Zentrum. Der Wasserstoffkern ist der kleinste, weil er aus einem einzigen Proton besteht.

Lage von Protonen und Neutronen im Kern

Das Proton und die Neutronen werden normalerweise als zusammengepackt und gleichmäßig über Kugeln verteilt dargestellt. Dies ist jedoch eine Vereinfachung der tatsächlichen Struktur. Jedes Nukleon (Proton oder Neutron) kann besetzen ein bestimmtes Niveau Energie und Standortvielfalt. Während der Kern kugelförmig sein kann, kann er auch birnenförmig, kugelförmig oder scheibenförmig sein.

Die Kerne von Protonen und Neutronen sind Baryonen, bestehend aus den kleinsten, sogenannten Quarks. Die Anziehungskraft hat eine sehr kurze Reichweite, daher müssen Protonen und Neutronen sehr nahe beieinander sein, um gebunden zu werden. Diese starke Anziehung überwindet die natürliche Abstoßung geladener Protonen.

Proton, Neutron und Elektron

Ein starker Impuls für die Entwicklung einer solchen Wissenschaft wie der Kernphysik war die Entdeckung des Neutrons (1932). Dank dafür sollte ein englischer Physiker sein, der ein Schüler von Rutherford war. Was ist ein Neutron? Dabei handelt es sich um ein instabiles Teilchen, das im freien Zustand in nur 15 Minuten in ein Proton, ein Elektron und ein Neutrino zerfallen kann, das sogenannte masselose Neutralteilchen.

Das Teilchen erhielt seinen Namen aufgrund der Tatsache, dass es keine elektrische Ladung hat, es ist neutral. Neutronen sind extrem dicht. In einem isolierten Zustand hat ein Neutron eine Masse von nur 1,67 · 10 - 27, und wenn Sie einen Teelöffel dicht mit Neutronen füllen, dann wiegt das resultierende Stück Materie Millionen Tonnen.

Die Anzahl der Protonen im Kern eines Elements wird als Ordnungszahl bezeichnet. Diese Nummer gibt jedem Element seine eigene eindeutige Identität. In den Atomen einiger Elemente, wie beispielsweise Kohlenstoff, ist die Anzahl der Protonen in den Kernen immer gleich, aber die Anzahl der Neutronen kann variieren. Ein Atom eines bestimmten Elements mit einer bestimmten Anzahl von Neutronen im Kern wird als Isotop bezeichnet.

Sind einzelne Neutronen gefährlich?

Was ist ein Neutron? Dies ist ein Teilchen, das zusammen mit dem Proton in enthalten ist. Manchmal können sie jedoch auch alleine existieren. Wenn sich Neutronen außerhalb der Atomkerne befinden, nehmen sie ein Potential an gefährliche Eigenschaften. Wenn sie sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, erzeugen sie tödliche Strahlung. Bekannt für ihre Fähigkeit, Menschen und Tiere zu töten, haben sogenannte Neutronenbomben nur minimale Auswirkungen auf unbelebte physische Strukturen.

Neutronen sind ein sehr wichtiger Bestandteil eines Atoms. Die hohe Dichte dieser Partikel, kombiniert mit ihrer Geschwindigkeit, verleiht ihnen eine außergewöhnliche Zerstörungskraft und Energie. Als Folge können sie die Kerne von Atomen, die auftreffen, verändern oder sogar zerreißen. Obwohl das Neutron eine neutrale elektrische Ladung hat, besteht es aus geladenen Komponenten, die sich in Bezug auf die Ladung gegenseitig aufheben.

Das Neutron in einem Atom ist ein winziges Teilchen. Wie Protonen sind sie selbst mit einem Elektronenmikroskop zu klein, um sie zu sehen, aber sie sind da, weil nur so das Verhalten von Atomen erklärt werden kann. Neutronen sind sehr wichtig für die Stabilität eines Atoms, aber außerhalb seines Atomzentrums können sie nicht lange existieren und zerfallen im Durchschnitt in nur 885 Sekunden (etwa 15 Minuten).

Der Zeichentrickfilm über Jimmy das junge Genie sowie die nachfolgende Serie sind ohne Sinn für Humor, Emotionen und eine reiche Vorstellungskraft schwer zu sehen! Hier kann man vieles bemängeln. Aus irgendeinem Grund fliegen sie ohne Raumanzug ins All, und die geistige Entwicklung bestimmter Stadtbewohner hinterlässt nicht den besten Eindruck, viele Gesetze der Chemie und Physik sowie Mythen und verschiedene Legenden auf den Kopf gestellt. Bei kaltem Wetter laufen sie, wie bei Hitze -30 Kindergarten Für sie ist jede Woche eine zerstörte Stadt, das Militär ist seltsam ... Soll ich fortfahren? Ich glaube nicht, dass es das wert ist. Nun, so weiter und so fort. Lass es Widerspruch über Widerspruch sein, und es scheint, nun, was gibt es zu sehen? Und er setzte sich vor den Bildschirm und konnte sich nicht losreißen. Das sind die Gesetze der Physik für Sie! Nun, wer braucht sie hier! Kinder brauchen Abenteuerlust, Fantasie und Weltverständnis, um sich richtig zu entwickeln! Das heißt, was in der Schule Schritt für Schritt, mit Freunden und zu Hause gelernt wird. Dieser Cartoon zeigt die hingebungsvolle Freundschaft von Kindern von klein auf wie nie zuvor. Um es interessant zu sehen, mit Elementen der Parodie, Witze, aber Freundschaft. Nicht Selbstisolation und Einsamkeit, sondern die richtige Entscheidung ist, Freunde zu sein, auf der Suche nach Freunden zu sein. Dann kommt die normale Entwicklung. Jimmy Neutron ist ein ungewöhnliches Kind. Er hat einen ziemlich hohen Koeffizienten der geistigen Fähigkeiten, aber er ist nur ein Schuljunge. Der Verstand allein konnte ihn nirgendwohin führen. Reisen, Schulpraxis und Freunde haben wirklich zur Entwicklung von Jimmy beigetragen. Und egal wie außergewöhnlich seine Erfindungen waren, er ist nur ein Schuljunge. Und viele Kinder wissen, wie man wütend, schmutzig und schelmisch ist. Deshalb entwickelt es sich mit jedem Schritt für Schritt weiter. Nun, alles andere ist nur ein Skript. Die erste Sympathie, ein Haufen überarbeiteter und unvollendeter Erfindungen, ein Roboterhund als Haustier, gewöhnliche Eltern (obwohl der Vater ein bisschen einfach ist, aber nichts), ein Haufen Feinde, die aus verschiedenen Gründen entstehen, das Leben eines Schülers und ein kolossaler Wunsch, etwas zu tun, wenn auch nicht immer zum Wohle der Menschen. Hier ist das Leben eines jungen genialen Erfinders! Irgendwo ist ein Schatz gesunken und konnte nicht gefunden werden. Jimmy ist schon da. Langweiliger Vortrag über ägyptische Geschichte, besser nach Ägypten fliegen! Ein Komet fliegt über die Erde. Er kann es nicht verfehlen! Nun, es ist nicht verwunderlich, dass dies alles mit allen möglichen Konsequenzen verbunden ist. Manchmal ist es zu viel, manchmal ist es zu kurz, aber insgesamt ist es nicht schlecht. Höchst. Allein der Humor ist es wert! Und so unlogisch die Geschichte auch schien, ich merkte, dass sie vielen auf den Lippen war. Sie machen sogar neue Serien über einige Charaktere. Ganz zu schweigen davon, dass das Original selbst heute noch beliebt ist und regelmäßig auf dem Nickelodeon-Kanal gezeigt wird. Das ist ein Verstoß gegen physikalische Gesetze. Ich möchte den Machern des Zeichentrickfilms nicht nur „vielen Dank“ sagen, sondern ihnen zu Lebzeiten ein Denkmal setzen. Es ist notwendig, sich eine Geschichte auszudenken, über die sogar Skeptiker sprachen. Und die Macher sind gleich zur Stelle. Wenn sie über sie sprechen, bedeutet das, dass sie beliebt ist. Das ist wichtig. Es reicht nicht aus, alle Charaktere zu erzählen. Und Sheen und Cindy und Bolby – alle Charaktere sind so interessant und hell, so detailliert enthüllt, dass es dumm wäre, den Film zu bemängeln. Wenn man den Film bewertet, dann natürlich 10 von 10 Punkten. Ich denke, es wird noch Jahrzehnte darüber gesprochen werden. 10 von 10 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

4.1. Zusammensetzung von Atomen

Das Wort „Atom“ wird aus dem Altgriechischen mit „unteilbar“ übersetzt. Es sollte fast so sein spätes XIX Jahrhundert. 1911 entdeckte E. Rutherford, dass es eine positive Ladung gibt Kern. Es wurde später nachgewiesen, dass es umzingelt war Elektronenhülle.

Ein Atom ist also ein materielles System, das aus einem Kern und einer Elektronenhülle besteht.
Atome sind sehr klein – zum Beispiel passen Hunderttausende von Atomen durch die Dicke eines Blattes Papier. Die Größe von Atomkernen ist noch einmal hunderttausendmal kleiner als die Größe von Atomen.
Die Atomkerne sind positiv geladen, bestehen aber nicht nur aus Protonen. Kerne enthalten auch neutrale Teilchen, die 1932 entdeckt und benannt wurden Neutronen. Protonen und Neutronen werden zusammen genannt Nukleonen- das heißt, nukleare Teilchen.

Jedes Atom als Ganzes ist elektrisch neutral, was bedeutet, dass die Anzahl der Elektronen in der Elektronenhülle eines Atoms gleich der Anzahl der Protonen in seinem Kern ist.

Tabelle 11Die wichtigsten Eigenschaften von Elektron, Proton und Neutron

Charakteristisch	Elektron
Eröffnungsjahr
Entdecker	Josef John Thomson	Ernst Rutherford	James Chadwick
Symbol
Gewicht: Bezeichnung Bedeutung	mich-) 9.108. 10–31 kg	m(p+) 1.673. 10-27 kg	m (nein) 1.675. 10-27 kg
Elektrische Ladung	-1,6 . 10 –19 °C = –1 e	1.6. 10 –19 °C = +1 e
Radius

Der Name Elektron kommt vom griechischen Wort für Bernstein.
Der Name Proton kommt vom griechischen Wort für erster.
Der Name „Neutron“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „weder das eine noch das andere“ (bezieht sich auf seine elektrische Ladung).
Die Zeichen „-“, „+“ und „0“ in Partikelsymbolen treten an die Stelle des rechten hochgestellten Zeichens.
Die Größe eines Elektrons ist so klein, dass in der Physik (innerhalb des Rahmens moderne Theorie) wird es im Allgemeinen als falsch angesehen, von der Messung dieser Größe zu sprechen.

ELEKTRON, PROTON, NEUTRON, NUKLEON, ELEKTRONENSCHALE.
1. Bestimmen Sie, um wie viel die Masse des Protons kleiner ist als die Masse des Neutrons. Welcher Bruchteil der Masse des Protons ist diese Differenz (ausgedrückt als Dezimalzahl und in Prozent)?
2. Wie oft (ungefähr) ist die Masse eines Nukleons größer als die Masse eines Elektrons?
3. Bestimmen Sie, welcher Teil der Masse des Atoms die Masse seiner Elektronen sein wird, wenn das Atom 8 Protonen und 8 Neutronen enthält. 4. Halten Sie es für zweckmäßig, die Einheiten des internationalen Einheitensystems (SI) zur Messung der Masse von Atomen zu verwenden?

4.2. Wechselwirkungen zwischen Teilchen in einem Atom. Atomkerne

Zwischen allen geladenen Teilchen eines Atoms wirken elektrische (elektrostatische) Kräfte: Die Elektronen des Atoms werden vom Kern angezogen und stoßen sich gleichzeitig ab. Die Einwirkung geladener Teilchen aufeinander wird übertragen elektrisches Feld.

Ein Feld kennen Sie bereits – Gravitation. Im Physikkurs erfahren Sie mehr darüber, was Felder sind und über einige ihrer Eigenschaften.

Alle Protonen im Kern sind positiv geladen und stoßen sich aufgrund elektrischer Kräfte ab. Aber Kerne existieren! Folglich gibt es im Kern zusätzlich zu den elektrostatischen Abstoßungskräften auch eine Art Wechselwirkung zwischen Nukleonen, aufgrund der Kräfte, durch die sie voneinander angezogen werden, und diese Wechselwirkung ist viel stärker als die elektrostatische. Diese Kräfte werden gerufen nukleare Kräfte, Interaktion - starke Interaktion, und das Feld, das diese Wechselwirkung überträgt, ist starkes Feld.

Im Gegensatz zur Elektrostatik ist eine starke Wechselwirkung nur auf kurze Distanzen zu spüren – in der Größenordnung der Kerngröße. Aber die durch diese Wechselwirkung verursachten Anziehungskräfte ( F ICH). um ein Vielfaches elektrostatischer ( F e). Daher ist die "Stärke" von Kernen um ein Vielfaches größer als die "Stärke" von Atomen. Daher ein Bei chemischen Phänomenen ändert sich nur die Elektronenhülle, während die Atomkerne unverändert bleiben.

Die Gesamtzahl der Nukleonen in einem Kern wird als bezeichnet Massenzahl und ist mit dem Buchstaben gekennzeichnet ABER. Anzahl der Neutronen im Kern wird mit dem Buchstaben bezeichnet N, a Zahl der Protonen- Buchstabe Z. Diese Zahlen hängen durch eine einfache Beziehung zusammen:

Die Dichte der Substanz der Kerne ist enorm: Sie beträgt ungefähr 100 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter, was mit der Dichte jeder chemischen Substanz nicht vergleichbar ist.

ELEKTRONISCHE HÜLLE, ATOMKERN, MASSENZAHL, PROTONENZAHL, NEUTRONENZAHL.

4.3. Nuklide. Elemente. Isotope

Bei chemischen Reaktionen können Atome einige ihrer Elektronen verlieren oder "zusätzliche" hinzufügen. In diesem Fall werden geladene Teilchen aus neutralen Atomen gebildet - Ionen. Die chemische Essenz von Atomen ändert sich nicht, das heißt, ein Atom, beispielsweise Chlor, wird nicht zu einem Stickstoffatom oder zu einem Atom eines anderen Elements. Physikalische Einflüsse mit ziemlich hoher Energie können im Allgemeinen die gesamte Elektronenhülle vom Atom "abreißen". Die chemische Essenz des Atoms wird sich auch nicht ändern - nachdem der Kern Elektronen von einigen anderen Atomen genommen hat, wird er wieder zu einem Atom oder Ion desselben Elements. Atome, Ionen und Kerne werden gemeinsam genannt Nuklide.

Um Nuklide zu bezeichnen, werden die Symbole der Elemente verwendet (Sie erinnern sich, dass sie auch ein Atom bezeichnen können) mit linken Indizes: das obere entspricht der Massenzahl, das untere ist die Anzahl der Protonen. Beispiele für Nuklide:

Im Algemeinen

Jetzt können wir die endgültige Definition des Begriffs "chemisches Element" formulieren.

Da die Kernladung also durch die Anzahl der Protonen bestimmt wird Chemisches Element Man kann eine Reihe von Nukliden mit der gleichen Anzahl von Protonen benennen.Wenn wir uns an das erinnern, was am Anfang des Absatzes gesagt wurde, können wir eines der wichtigsten chemischen Gesetze verdeutlichen.

Bei chemische Reaktionen(und bei physikalischen Wechselwirkungen, die den Kern nicht betreffen) entstehen keine Nuklide, verschwinden nicht und gehen nicht ineinander über.

Die Massenzahl ist also gleich der Summe aus der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen: ABER = Z + N. Nuklide des gleichen Elements haben die gleiche Kernladung ( Z= konst) und die Anzahl der Neutronen N? Bei Nukliden desselben Elements kann die Anzahl der Neutronen im Kern gleich oder unterschiedlich sein. Daher können die Massenzahlen der Nuklide eines Elements unterschiedlich sein. Beispiele für Nuklide des gleichen Elements mit unterschiedlichen Massenzahlen- verschiedene stabile Zinnnuklide, deren Eigenschaften in der Tabelle angegeben sind. 12. Nuklide mit gleichen Massenzahlen haben die gleiche Masse, und Nuklide mit unterschiedlichen Massenzahlen haben unterschiedliche Massen. Daraus folgt, dass Atome desselben Elements unterschiedliche Massen haben können.

Daher für Nuklide des gleichen Isotops die gleiche Nummer Protonen (da es ein Element ist), die gleiche Anzahl Neutronen (da es ein Isotop ist) und natürlich die gleiche Masse. Solche Nuklide sind genau gleich und daher grundsätzlich nicht zu unterscheiden. (In der Physik bedeutet das Wort "Isotop" manchmal ein Nuklid eines bestimmten Isotops)

Nuklide verschiedener Isotope desselben Elements unterscheiden sich in Massenzahlen, dh Zahlen
Neutronen und Masse.

Die Gesamtzahl der den Wissenschaftlern bekannten Nuklide nähert sich 2000. Davon sind etwa 300 stabil, dh sie kommen in der Natur vor. Derzeit sind 110 Elemente bekannt, einschließlich der künstlich gewonnenen. (Unter den Nukliden unterscheiden die Physiker Isobaren- Nuklide gleicher Masse (unabhängig von der Ladung)
Viele Elemente haben ein natürliches Isotop, zum Beispiel Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au und einige andere. Aber die meisten Elemente haben zwei, drei oder mehr stabile Isotope.
Um die Zusammensetzung von Atomkernen zu beschreiben, wird manchmal gerechnet Anteile Protonen oder Neutronen in diesen Kernen.

wo D ich- der Anteil der für uns interessanten Objekte (z. B. der siebte),
N 1 – Anzahl der ersten Objekte,
N 2 ist die Anzahl der zweiten Objekte,
N 3 - die Anzahl der dritten Objekte,
N ich- die Anzahl der für uns interessanten Objekte (z. B. das siebte),
N n- die Anzahl der letzten Objekte in einer Reihe.

Um die Schreibweise von Formeln in der Mathematik abzukürzen, bezeichnet das Vorzeichen die Summe aller Zahlen N ich, vom ersten ( ich= 1) bis zum letzten ( ich = n). In unserer Formel bedeutet dies, dass die Anzahl aller Objekte aufsummiert wird: vom ersten ( N 1) bis zum letzten ( N n).

Beispiel. Die Schachtel enthält 5 grüne Stifte, 3 rote und 2 blaue; es ist erforderlich, den Anteil der Rotstifte zu bestimmen.

N1 = n h, N 2 = N zu, N 3 = n c;

Der Anteil kann als einfacher oder dezimaler Bruch sowie als Prozentsatz ausgedrückt werden, zum Beispiel:

NUKLIDE, ISOTOP, TEILEN
1. Bestimmen Sie den Protonenanteil im Atomkern. .Bestimmen Sie den Anteil der Neutronen in diesem Kern.
2. Wie groß ist der Anteil der Neutronen in den Kernen der Nuklide?
3. Die Massenzahl des Nuklids beträgt 27. Der Protonenanteil darin beträgt 48,2 %. Von welchem Element ist dieses Nuklid ein Nuklid?
4. Im Kern des Nuklids beträgt der Neutronenanteil 0,582. Definiere Z.
5. Wie oft ist die Masse eines Atoms des schweren Uran-Isotops 92 U mit 148 Neutronen im Kern größer als die Masse eines Atoms des leichten Uran-Isotops mit 135 Neutronen im Kern?

4.4. Quantitative Eigenschaften von Atomen und chemischen Elementen

Aus den quantitativen Eigenschaften eines Atoms kennen Sie bereits die Massenzahl, die Anzahl der Neutronen im Kern, die Anzahl der Protonen im Kern und die Ladung des Kerns.
Da die Ladung eines Protons gleich der positiven Elementarladung ist, ist die Anzahl der Protonen im Kern ( Z) und die Ladung dieses Kerns ( q i), ausgedrückt in elementaren elektrische Aufladungen zahlenmäßig gleich sind. Daher wird die Kernladung wie die Anzahl der Protonen üblicherweise mit dem Buchstaben bezeichnet Z.
Die Anzahl der Protonen ist für alle Nuklide eines beliebigen Elements gleich und kann daher als Merkmal dieses Elements verwendet werden. In diesem Fall heißt es Ordnungszahl.

Da das Elektron fast 2000-mal "leichter" ist als jedes der Nukleonen, ist die Masse des Atoms ( m o) ist hauptsächlich im Zellkern konzentriert. Es kann in Kilogramm gemessen werden, aber das ist sehr unpraktisch.
Beispielsweise beträgt die Masse des leichtesten Atoms, des Wasserstoffatoms, 1,674. 10-27 kg, und sogar die Masse des schwersten der auf der Erde existierenden Atome - des Uranatoms - beträgt nur 3,952. 10–25 kg. Selbst mit dem kleinsten Dezimalbruch eines Gramms - Attogramm (ag) - erhalten wir den Wert der Masse des Wasserstoffatoms m o(H) == 1,674. 10–9 Ag. In der Tat unangenehm.
Daher wird als Maßeinheit für die Massen von Atomen eine spezielle atomare Masseneinheit verwendet, für die der berühmte amerikanische Chemiker Linus Pauling (1901 - 1994) den Namen "Dalton" vorschlug.

Die atomare Masseneinheit ist mit einer in der Chemie ausreichenden Genauigkeit gleich der Masse jedes Nukleons und liegt nahe an der Masse eines Wasserstoffatoms, dessen Kern aus einem Proton besteht. In der 11. Klasse des Physikkurses erfährst du, warum es eigentlich etwas weniger als die Masse eines dieser Teilchen ist. Aus Gründen der Messfreundlichkeit wird die atomare Masseneinheit in Bezug auf die Masse des Nuklids des am häufigsten vorkommenden Kohlenstoffisotops bestimmt.

Die Bezeichnung der atomaren Masseneinheit ist a. em oder Dn.
1Dn = 1,6605655 . 10–27 kg 1,66 . 10–27 kg.

Wenn die Masse eines Atoms in Dalton gemessen wird, dann wird sie traditionell nicht "die Masse des Atoms" genannt, sondern Atommasse. Die Masse eines Atoms und die Atommasse sind ein und dieselbe physikalische Größe. Da es sich um die Masse eines Atoms (Nuklids) handelt, spricht man von der Atommasse des Nuklids.

Die Atommasse des Nuklids wird durch die Buchstaben bezeichnet Ein r mit dem Nuklidsymbol, zum Beispiel:
Ein r(16 O) ist die Atommasse des Nuklids 16 O,
Ein r(35 Cl) ist die Atommasse des Nuklids 35 Cl,
Ein r(27 Al) ist die Atommasse des Nuklids 27 Al.

Wenn ein Element mehrere Isotope hat, dann besteht dieses Element aus Nukliden mit unterschiedlichen Massen. In der Natur ist die Isotopenzusammensetzung der Elemente normalerweise konstant, sodass wir für jedes Element Berechnungen durchführen können durchschnittliche Atommasse dieses Element ():

wo D 1 , D 2 , ..., D ich- Anteil der 1., 2., ... , ich-tes Isotop;
m 0 (1), m 0 (2), ..., m 0 (ich) ist die Masse des Nuklids des 1., 2., ..., i-ten Isotops;
n – Gesamtzahl Isotope dieses Elements.
Wenn die durchschnittliche Masse der Atome eines Elements in Dalton gemessen wird, dann heißt es in diesem Fall die Atommasse des Elements.

Die Atommasse eines Elements wird wie die Atommasse eines Nuklids durch die Buchstaben bezeichnet ABER r , aber nicht das Nuklidsymbol, sondern das Symbol des entsprechenden Elements wird in Klammern angegeben, zum Beispiel:
ABER r (O) ist die Atommasse von Sauerstoff,
ABER r (Сl) ist die Atommasse von Chlor,
ABER r (Al) - Atommasse von Aluminium.

Da die Atommasse eines Elements und die durchschnittliche Masse eines Atoms dieses Elements dieselbe physikalische Größe sind, die in unterschiedlichen Maßeinheiten ausgedrückt wird, ähnelt die Formel zur Berechnung der Atommasse eines Elements der Formel zur Berechnung der durchschnittlichen Masse von Atomen dieses Elements:

wo D 1 , D 2 , ..., D n– Anteil der 1., 2., ..., ich-dieses Isotops;
Ein r(1), Ein r(2), ..., Ein r(ich) ist die Atommasse der 1., 2., ..., ich-tes Isotop;
P - die Gesamtzahl der Isotope eines bestimmten Elements.

Ordnungszahl eines Elements

4) Wie groß ist der Anteil an a) Sauerstoffatomen in Stickoxid N 2 O 5; b) Schwefelatome in Schwefelsäure? 5) Nehmen Sie die Atommasse des Nuklids numerisch gleich der Massenzahl und berechnen Sie die Atommasse von Bor, wenn die natürliche Mischung von Borisotopen 19 % des 10-V-Isotops und 81 % des 11-V-Isotops enthält.

6) Nehmen Sie die Atommasse des Nuklids numerisch gleich der Massenzahl und berechnen Sie die Atommassen der folgenden Elemente, wenn die Anteile ihrer Isotope in der natürlichen Mischung (Isotopenzusammensetzung) sind: a) 24 Mg - 0,796 25 Mg - 0,091 26 mg - 0,113
b) 28 Si - 92,2 % 29 Si - 4,7 % 30 Si - 3,1 %
c) 63 Cu - 0,691 65 Cu - 0,309

7) Bestimmen Sie die Isotopenzusammensetzung von natürlichem Thallium (in Bruchteilen der entsprechenden Isotope), wenn die Isotope Thallium-207 und Thallium-203 in der Natur vorkommen und die Atommasse von Thallium 204,37 Tage beträgt.

8) Natürliches Argon besteht aus drei Isotopen. Der Anteil an 36 Ar-Nukliden beträgt 0,34 %. Die Atommasse von Argon beträgt 39,948 Tage. Bestimmen Sie das Verhältnis, in dem 38 Ar und 40 Ar in der Natur vorkommen.

9) Natürliches Magnesium besteht aus drei Isotopen. Die Atommasse von Magnesium beträgt 24,305 Tage. Der Anteil des Isotops 25 Mg beträgt 9,1 %. Bestimmen Sie die Anteile der verbleibenden zwei Magnesiumisotope mit den Massenzahlen 24 und 26.

10)B Erdkruste(Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre) Lithium-7-Atome werden etwa 12,5-mal häufiger gefunden als Lithium-6-Atome. Bestimmen Sie die Atommasse von Lithium.

11) Die Atommasse von Rubidium beträgt 85,468 Tage. 85 Rb und 87 Rb kommen in der Natur vor. Bestimmen Sie, wie oft das leichte Isotop von Rubidium größer ist als das schwere Isotop.