فصل دوم ساختار اتم ها و قانون تناوبی. محل قرارگیری پروتون ها و نوترون ها در هسته

فصل اول. ویژگی های هسته های پایدار

قبلاً گفته شد که هسته شامل پروتون ها و نوترون هایی است که توسط نیروهای هسته ای محدود شده اند. اگر جرم هسته را بر حسب واحد جرم اتمی اندازه گیری کنیم، باید به جرم پروتون ضرب در عدد صحیحی به نام عدد جرمی نزدیک شود. اگر بار هسته و عدد جرمی باشد، به این معنی است که ترکیب هسته شامل پروتون و نوترون است. (تعداد نوترون های یک هسته معمولا با نشان داده می شود

این خصوصیات هسته در نماد نمادین منعکس شده است که بعداً در شکل استفاده خواهد شد

که در آن X نام عنصری است که هسته آن به اتم آن تعلق دارد (مثلاً هسته ها: هلیوم - ، اکسیژن - ، آهن - اورانیوم

ویژگی های اصلی هسته های پایدار عبارتند از: بار، جرم، شعاع، گشتاورهای مکانیکی و مغناطیسی، طیف حالت های برانگیخته، برابری و گشتاور چهارقطبی. هسته های رادیواکتیو (ناپایدار) علاوه بر این با طول عمر آنها، نوع تبدیلات رادیواکتیو، انرژی ذرات ساطع شده و تعدادی از خواص ویژه دیگر مشخص می شوند که در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

اول از همه، اجازه دهید خواص ذرات بنیادی تشکیل دهنده هسته را در نظر بگیریم: پروتون و نوترون.

§ 1. ویژگی های اصلی پروتون و نوترون

وزن.بر حسب واحد جرم الکترون: جرم پروتون جرم نوترون است.

در واحد جرم اتمی: جرم پروتون جرم نوترون

در واحدهای انرژی، جرم سکون پروتون، جرم سکون نوترون است

شارژ الکتریکی. q پارامتری است که برهمکنش یک ذره با آن را مشخص می کند میدان الکتریکی، در واحدهای بار الکترون بیان می شود که در آن

همه ذرات بنیادی دارای مقداری الکتریسیته برابر با صفر هستند یا بار پروتون بار نوترون صفر است.

چرخش.اسپین های پروتون و نوترون برابرند.هر دو ذره فرمیون هستند و از آمار فرمی دیراک و از این رو اصل پائولی پیروی می کنند.

لحظه مغناطیسیاگر فرمول (10) را که گشتاور مغناطیسی الکترون را به جای جرم الکترون تعیین می کند، جرم پروتون را جایگزین کنیم، به دست می آوریم.

کمیت را مگنتون هسته ای می نامند. می توان با قیاس با الکترون فرض کرد که گشتاور مغناطیسی اسپین پروتون برابر است. با این حال، تجربه نشان داده است که گشتاور مغناطیسی ذاتی پروتون از مگنتون هسته ای بیشتر است: بر اساس داده های مدرن.

علاوه بر این، معلوم شد که یک ذره بدون بار - یک نوترون - دارای گشتاور مغناطیسی است که متفاوت از صفر و برابر است.

وجود یک گشتاور مغناطیسی در نوترون و غیره پراهمیتگشتاور مغناطیسی پروتون با فرضیات مربوط به ماهیت نقطه ای این ذرات در تضاد است. تعدادی از داده های تجربی به دست آمده در سال های گذشته، نشان می دهد که پروتون و نوترون هر دو ساختار ناهمگن پیچیده ای دارند. در همان زمان، یک بار مثبت در مرکز نوترون قرار دارد، و در حاشیه یک بار منفی برابر با آن وجود دارد که در حجم ذره توزیع شده است. اما از آنجایی که گشتاور مغناطیسی نه تنها با بزرگی جریان جاری، بلکه توسط ناحیه تحت پوشش آن تعیین می شود، گشتاورهای مغناطیسی ایجاد شده توسط آنها برابر نخواهند بود. بنابراین، یک نوترون می تواند یک گشتاور مغناطیسی داشته باشد در حالی که به طور کلی خنثی بماند.

تبدیل متقابل نوکلئون هاجرم یک نوترون 0.14٪ یا 2.5 جرم الکترون بیشتر از جرم پروتون است.

در حالت آزاد، یک نوترون به یک پروتون، یک الکترون و یک پادنوترینو تجزیه می شود: طول عمر متوسط ​​آن نزدیک به 17 دقیقه است.

پروتون یک ذره پایدار است. با این حال، در داخل هسته، می تواند به یک نوترون تبدیل شود. در حالی که واکنش طبق طرح پیش می رود

تفاوت در جرم ذرات ایستاده در سمت چپ و راست با انرژی داده شده به پروتون توسط دیگر هسته های هسته جبران می شود.

پروتون و نوترون دارای اسپین های یکسان، جرم تقریبا یکسان هستند و می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. بعداً نشان داده خواهد شد که نیروهای هسته ای که بین این ذرات به صورت جفت عمل می کنند نیز یکسان هستند. بنابراین آنها را با نام رایج - نوکلئون می نامند و می گویند که نوکلئون می تواند در دو حالت باشد: پروتون و نوترون که در رابطه آنها با میدان الکترومغناطیسی متفاوت است.

نوترون ها و پروتون ها به دلیل وجود نیروهای هسته ای که ماهیت غیرالکتریکی دارند برهم کنش می کنند. نیروهای هسته ای منشا خود را مدیون تبادل مزون ها هستند. اگر وابستگی انرژی پتانسیل برهمکنش یک پروتون و یک نوترون کم انرژی را به فاصله بین آنها ترسیم کنیم، تقریباً شبیه نموداری است که در شکل نشان داده شده است. 5a، یعنی شکل یک چاه بالقوه دارد.

برنج. شکل 5. وابستگی انرژی پتانسیل برهمکنش به فاصله بین نوکلئون ها: a - برای جفت های نوترون-نوترون یا نوترون-پروتون. ب - برای یک جفت پروتون - پروتون

سرویس مطبوعاتی وزارت نیرو گفت: "پنج مجموعه سوخت اول مجموعه های سوخت سوخت MOX برای راکتور BN-800 نیروگاه بلویارسک تولید شد. بدین ترتیب مرحله تسلط بر تولید مجتمع فناوری MOX MOX به پایان رسید." MCC گفت.

در حال حاضر، اقداماتی توسط ترکیب معدنی و شیمیایی همراه با تعدادی از شرکت های Rosatom و با هدف افزایش بهره وری تولید به منظور تحقق برنامه سالانه - 40 مجموعه سوخت، در حال اجرا است.

واحد نیروگاه شماره 4 نیروگاه برق بلویارسک برای توسعه تعدادی فناوری برای بستن چرخه سوخت هسته ای بر اساس راکتورهای "سریع" مورد نیاز است. در چنین چرخه بسته ای، به دلیل بازتولید گسترده "سوخت" هسته ای، اعتقاد بر این است که پایه سوخت انرژی هسته ای به طور قابل توجهی گسترش می یابد و همچنین کاهش حجم زباله های رادیواکتیو به دلیل "سوختن" ممکن می شود. رادیونوکلئیدهای خطرناک به گفته کارشناسان، روسیه در فناوری ساخت رآکتورهای سریع نوترونی رتبه اول را در جهان دارد.

بلوک شماره 4 BNPP با راکتور BN-800 به نمونه اولیه واحدهای قدرتمند تجاری "سریع" BN-1200 تبدیل شد. پیش از این گزارش شده بود که تصمیم برای ساخت یک واحد آزمایشی BN-1200 همچنین در بلویارسک NPP ممکن است در اوایل دهه 2020 گرفته شود.

راکتور BN-800 برای استفاده از سوخت MOX طراحی شده است که می تواند از پلوتونیوم جدا شده در طول پردازش مجدد سوخت هسته ای مصرف شده از راکتورهای نوترونی حرارتی استفاده کند که اساس انرژی هسته ای مدرن را تشکیل می دهد. تولید صنعتی سوخت MOX برای BN-800 در MCC با مشارکت بیش از 20 سازمان صنعت هسته ای روسیه ساخته شد.

بار سوخت اولیه راکتور BN-800 عمدتاً از سوخت سنتی اکسید اورانیوم تشکیل شده است. در عین حال، بخشی از مجموعه های سوخت حاوی سوخت MOX است که در کارخانه های آزمایشی سایر شرکت های Rosatom - RIAR (دیمیتروگراد، منطقه اولیانوفسک) و انجمن تولید مایاک (ZATO Ozersk)، منطقه چلیابینسک). با گذشت زمان، راکتور BN-800 باید به سوخت MOX تولید شده توسط MCC تغییر یابد.

شرکت واحد ایالتی فدرال "ترکیب معدن و شیمیایی" (بخشی از بخش مرحله نهایی چرخه زندگیاشیاء مورد استفاده انرژی اتمی Rosatom) وضعیت یک سازمان هسته ای فدرال را دارد. MCC شرکت کلیدی Rosatom برای ایجاد یک مجتمع تکنولوژیکی برای چرخه بسته سوخت هسته ای بر اساس فناوری های نوآورانه نسل جدید است. برای اولین بار در جهان، MCC سه واحد پردازش با فناوری پیشرفته را به طور همزمان متمرکز می کند - ذخیره سازی سوخت هسته ای مصرف شده از راکتورهای نیروگاه هسته ای، پردازش آن و تولید سوخت MOX هسته ای جدید برای راکتورهای نوترونی سریع.

نوترون چیست؟ ساختار، خواص و عملکرد آن چیست؟ نوترون ها بزرگترین ذرات تشکیل دهنده اتم ها هستند که اجزای سازنده همه مواد هستند.

ساختار اتم

نوترون ها در هسته قرار دارند - یک منطقه متراکم از اتم، همچنین پر از پروتون (ذرات با بار مثبت). این دو عنصر توسط نیرویی به نام هسته ای در کنار هم نگه داشته می شوند. نوترون ها بار خنثی دارند. بار مثبت پروتون با بار منفی الکترون مطابقت داده می شود تا یک اتم خنثی ایجاد شود. اگرچه نوترون‌های موجود در هسته بر بار اتم تأثیر نمی‌گذارند، اما دارای خواص زیادی هستند که بر اتم تأثیر می‌گذارند، از جمله سطح رادیواکتیویته.

نوترون ها، ایزوتوپ ها و رادیواکتیویته

ذره ای که در هسته یک اتم قرار دارد - یک نوترون 0.2٪ بزرگتر از یک پروتون است. آنها با هم 99.99٪ از کل جرم یک عنصر را تشکیل می دهند مقدار متفاوتنوترون ها وقتی دانشمندان به جرم اتمی اشاره می کنند، منظور آنها میانگین جرم اتمی است. به عنوان مثال، کربن معمولاً دارای 6 نوترون و 6 پروتون با جرم اتمی 12 است، اما گاهی اوقات با جرم اتمی 13 (6 پروتون و 7 نوترون) رخ می دهد. کربن با عدد اتمی 14 نیز وجود دارد، اما نادر است. بنابراین جرم اتمی کربن به طور متوسط ​​به 12.011 می رسد.

وقتی اتم ها دارای تعداد نوترون های متفاوتی باشند، ایزوتوپ نامیده می شوند. دانشمندان راه هایی برای اضافه کردن این ذرات به هسته برای ایجاد ایزوتوپ های بزرگ پیدا کرده اند. اکنون افزودن نوترون ها بر بار اتم تأثیر نمی گذارد، زیرا آنها بار ندارند. با این حال، رادیواکتیویته اتم را افزایش می دهند. این می تواند منجر به اتم های بسیار ناپایدار شود که می توانند سطوح بالایی از انرژی را تخلیه کنند.

هسته چیست؟

در شیمی، هسته مرکز بار مثبت یک اتم است که از پروتون و نوترون تشکیل شده است. کلمه "core" از هسته لاتین گرفته شده است که شکلی از کلمه به معنای "مهره" یا "هسته" است. این اصطلاح در سال 1844 توسط مایکل فارادی برای توصیف مرکز اتم ابداع شد. علوم مربوط به مطالعه هسته، مطالعه ترکیبات و خصوصیات آن، فیزیک هسته ای و شیمی هسته ای نامیده می شود.

پروتون ها و نوترون ها توسط نیروی هسته ای قوی کنار هم نگه داشته می شوند. الکترون ها به سمت هسته جذب می شوند، اما به قدری سریع حرکت می کنند که چرخش آنها در فاصله ای از مرکز اتم انجام می شود. بار مثبت هسته ای از پروتون ها می آید، اما نوترون چیست؟ ذره ای است که بار الکتریکی ندارد. تقریباً تمام وزن یک اتم در هسته قرار دارد، زیرا جرم پروتون ها و نوترون ها بسیار بیشتر از الکترون ها است. تعداد پروتون ها در یک هسته اتم هویت آن را به عنوان یک عنصر تعیین می کند. تعداد نوترون ها نشان می دهد که کدام ایزوتوپ عنصر یک اتم است.

اندازه هسته اتمی

هسته بسیار کوچکتر از قطر کلی اتم است زیرا الکترون ها می توانند از مرکز دورتر باشند. یک اتم هیدروژن 145000 برابر بزرگتر از هسته و اتم اورانیوم 23000 برابر بزرگتر از مرکز آن است. هسته هیدروژن کوچکترین است زیرا از یک پروتون تشکیل شده است.

محل قرارگیری پروتون ها و نوترون ها در هسته

پروتون و نوترون معمولاً به صورت بسته بندی شده در کنار هم و به طور یکنواخت روی کره ها توزیع می شوند. با این حال، این ساده سازی ساختار واقعی است. هر نوکلئون (پروتون یا نوترون) می تواند اشغال کند یک سطح معینانرژی و محدوده مکان ها در حالی که هسته ممکن است کروی باشد، ممکن است گلابی شکل، کروی یا دیسکی شکل نیز باشد.

هسته‌های پروتون‌ها و نوترون‌ها باریون‌ها هستند که از کوچک‌ترین آنها به نام کوارک تشکیل شده‌اند. نیروی جاذبه دارای برد بسیار کوتاهی است، بنابراین پروتون ها و نوترون ها باید بسیار نزدیک به یکدیگر باشند تا به هم متصل شوند. این جاذبه قوی بر دافعه طبیعی پروتون های باردار غلبه می کند.

پروتون، نوترون و الکترون

یک انگیزه قوی در توسعه علمی مانند فیزیک هسته ای، کشف نوترون (1932) بود. با تشکر از این باید یک فیزیکدان انگلیسی که شاگرد رادرفورد بود. نوترون چیست؟ این یک ذره ناپایدار است که در حالت آزاد تنها در 15 دقیقه قادر است به یک پروتون، یک الکترون و یک نوترینو تجزیه شود، به اصطلاح ذره خنثی بدون جرم.

این ذره نام خود را به دلیل نداشتن بار الکتریکی، خنثی است. نوترون ها بسیار متراکم هستند. در حالت ایزوله، جرم یک نوترون تنها 1.67·10 - 27 خواهد بود، و اگر یک قاشق چای خوری پر از نوترون را بردارید، آنگاه قطعه ماده به دست آمده میلیون ها تن وزن خواهد داشت.

تعداد پروتون های موجود در هسته یک عنصر را عدد اتمی می گویند. این عدد به هر عنصر هویت منحصر به فرد خود را می دهد. در اتم های برخی عناصر مانند کربن، تعداد پروتون های هسته همیشه یکسان است، اما تعداد نوترون ها ممکن است متفاوت باشد. اتم یک عنصر معین با تعداد معینی نوترون در هسته، ایزوتوپ نامیده می شود.

آیا تک نوترون ها خطرناک هستند؟

نوترون چیست؟ این ذره ای است که همراه با پروتون در آن گنجانده شده است، اما گاهی اوقات می توانند به تنهایی وجود داشته باشند. وقتی نوترون ها خارج از هسته اتم ها هستند، پتانسیل به دست می آورند خواص خطرناک. وقتی با سرعت زیاد حرکت می کنند، تشعشعات کشنده ای تولید می کنند. بمب‌های نوترونی که به دلیل توانایی کشتن انسان‌ها و حیوانات شناخته می‌شوند، کمترین تأثیر را بر ساختارهای فیزیکی غیرزنده دارند.

نوترون ها بخش بسیار مهمی از یک اتم هستند. چگالی بالای این ذرات در ترکیب با سرعت آنها، قدرت و انرژی تخریب فوق العاده ای به آنها می دهد. در نتیجه، آنها می توانند هسته اتم هایی را که ضربه می زنند را تغییر دهند یا حتی از هم جدا کنند. اگرچه نوترون دارای بار الکتریکی خنثی خالص است، اما از اجزای باردار تشکیل شده است که نسبت به بار، یکدیگر را خنثی می کنند.

نوترون موجود در اتم یک ذره ریز است. مانند پروتون‌ها، آن‌ها حتی با میکروسکوپ الکترونی هم برای دیدن خیلی کوچک هستند، اما وجود دارند، زیرا این تنها راه برای توضیح رفتار اتم‌ها است. نوترون ها برای پایداری یک اتم بسیار مهم هستند، اما در خارج از مرکز اتمی آن نمی توانند برای مدت طولانی وجود داشته باشند و به طور متوسط ​​تنها در 885 ثانیه (حدود 15 دقیقه) تجزیه می شوند.

تماشای کارتون جیمی پسر نابغه و همچنین سریال های بعدی بدون حس شوخ طبعی، احساسات و تخیل غنی دشوار است! در اینجا می توانید ایرادهای زیادی را پیدا کنید. به دلایلی، آنها بدون لباس فضایی به فضا پرواز می کنند و رشد ذهنی ساکنان شهری خاص بهترین تصور را ایجاد نمی کند، بسیاری از قوانین شیمی و فیزیک و همچنین افسانه ها و ... افسانه های مختلفوارونه شد در هوای سرد، آنها راه می روند، همانطور که در گرما، -30 است مهد کودک برای آنها، یک شهر ویران هر هفته، سربازی عجیب است... ادامه دهم؟ به نظر من ارزشش را ندارد. خوب، و غیره. بگذار تضاد بر تناقض وجود داشته باشد، و به نظر می رسد، خوب، چه چیزی برای دیدن وجود دارد؟ و او جلوی صفحه نمایش نشست و نتوانست خود را پاره کند. این قوانین فیزیک برای شماست! خوب، چه کسی اینجا به آنها نیاز دارد! کودکان برای رشد مناسب نیاز به ماجراجویی، تخیل و درک جهان دارند! یعنی آنچه در مدرسه به صورت گام به گام، با دوستان و در خانه مطالعه می شود. این کارتون دوستی فداکارانه کودکان را از سنین بسیار پایین به شکلی که هرگز قبلاً نداشته است به تصویر می کشد. برای دیدن آن جالب، با عناصر تقلید، جوک، اما دوستی. نه انزوا و تنهایی، بلکه تصمیم درست این است که با هم دوست باشیم، در جستجوی دوست باشیم. سپس توسعه طبیعی خواهد آمد. جیمی نوترون یک کودک غیرعادی است. او ضریب توانایی ذهنی نسبتا بالایی دارد، اما او فقط یک پسر مدرسه ای است. ذهن به تنهایی نمی توانست او را به جایی برساند. سفر، تمرین مدرسه و دوستان واقعاً به پیشرفت جیمی کمک کردند. و مهم نیست که چقدر اختراعات او خارق العاده بود، او فقط یک بچه مدرسه ای است. و بسیاری از کودکان می دانند چگونه عصبانی، کثیف و شیطون باشند. به همین دلیل است که با همه گام به گام توسعه می یابد. خوب، بقیه چیزها فقط یک فیلمنامه است. اولین همدردی، یک دسته اختراع دوباره و ناتمام، یک سگ ربات به عنوان یک حیوان خانگی، والدین معمولی (اگرچه پدر کمی ساده است، اما هیچ)، دسته ای از دشمنان که به دلایل مختلف به وجود می آیند، زندگی یک پسر مدرسه ای و میل عظیم برای انجام کاری، البته نه همیشه به نفع مردم. اینجا زندگی یک مخترع نابغه جوان است! گنجی در جایی فرو رفت و پیدا نشد. جیمی قبلا اینجاست. یک سخنرانی خسته کننده در مورد تاریخ مصر، بهتر است به مصر پرواز کنید! یک دنباله دار بر فراز زمین پرواز می کند. او نمی تواند آن را از دست بدهد! خوب، جای تعجب نیست که همه اینها مملو از انواع عواقب باشد. گاهی اوقات خیلی زیاد است، گاهی اوقات خیلی کوتاه است، اما در کل بد نیست. خیلی طنز به تنهایی ارزشش را دارد! و هر چقدر هم که داستان غیرمنطقی به نظر می رسید، متوجه شدم که این داستان روی لبان بسیاری است. حتی سریال های جدیدی درباره برخی شخصیت ها می سازند. ناگفته نماند که خود نسخه اصلی هنوز هم امروزه محبوب است و مرتباً در کانال نیکلودئون نمایش داده می شود. این نقض قوانین فیزیکی است. من می خواهم نه تنها به سازندگان کارتون "بسیار متشکرم" بگویم، بلکه در طول زندگی آنها بنای یادبودی نیز برپا کنم. لازم است داستانی ارائه شود که حتی افراد شکاک نیز درباره آن صحبت کرده اند. و سازندگان فقط در دست هستند. اگر در مورد او صحبت کنند، به این معنی است که او محبوب است. این مهم است. گفتن در مورد همه شخصیت ها روحیه کافی نیست. و شین، و سیندی، و بولبی - همه شخصیت ها آنقدر جالب و درخشان هستند، با چنان جزئیاتی آشکار شده اند که ایراد گرفتن از فیلم احمقانه است. اگر فیلم را ارزیابی کنید، البته 10 امتیاز از 10. فکر می کنم در دهه های آینده در مورد آن صحبت خواهد شد. 10 از 10 از توجه همه شما متشکرم!

4.1. ترکیب اتم ها

کلمه "اتم" از یونانی باستان به "تقسیم ناپذیر" ترجمه شده است. قرار بود تقریباً همینطور باشد اواخر نوزدهمقرن. در سال 1911، ای رادرفورد کشف کرد که یک بار مثبت وجود دارد هسته. بعدها ثابت شد که محاصره شده است پوسته الکترونی.

بنابراین، اتم یک سیستم مادی است که از یک هسته و یک پوسته الکترونی تشکیل شده است.
اتم ها بسیار کوچک هستند - برای مثال، صدها هزار اتم در ضخامت یک ورق کاغذ جای می گیرند. اندازه هسته اتم صد هزار بار دیگر کوچکتر از اندازه اتم است.
هسته اتم ها دارای بار مثبت هستند، اما از چیزی بیش از پروتون تشکیل شده اند. هسته ها همچنین حاوی ذرات خنثی هستند که در سال 1932 کشف و نامگذاری شده است نوترون ها. پروتون و نوترون با هم نامیده می شوند نوکلئون ها- یعنی ذرات هسته ای.

هر اتمی به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است، به این معنی که تعداد الکترون‌های لایه الکترونی یک اتم برابر با تعداد پروتون‌های هسته آن است.

جدول 11مهمترین ویژگی های الکترون، پروتون و نوترون

مشخصه	الکترون
سال افتتاحیه
کاشف	جوزف جان تامسون	ارنست رادرفورد	جیمز چادویک
سمبل
وزن: تعیین معنی	m(e–) 9.108. 10-31 کیلوگرم	m(p+) 1.673. 10-27 کیلوگرم	m(نه) 1.675. 10-27 کیلوگرم
شارژ الکتریکی	-1.6. 10-19 C = -1 ه	1.6. 10 -19 C = +1 ه
شعاع

• نام الکترون از کلمه یونانی کهربا گرفته شده است.
• نام پروتون از کلمه یونانی برای اولین بار گرفته شده است.
• نام "نوترون" از کلمه لاتین به معنای "نه یکی و نه دیگری" (اشاره به بار الکتریکی آن) گرفته شده است.
• علائم "-"، "+" و "0" در نمادهای ذرات، جای بالانویس سمت راست را می گیرند.
• اندازه یک الکترون آنقدر کوچک است که در فیزیک (در چارچوب نظریه مدرن) به طور کلی صحبت در مورد اندازه گیری این کمیت نادرست تلقی می شود.

الکترون، پروتون، نوترون، نوکلئون، پوسته الکترون.
1. تعیین کنید که جرم پروتون چقدر از جرم نوترون کمتر است. این اختلاف چند کسری از جرم پروتون است (به صورت اعشاری و به صورت درصد بیان شود)؟
2. جرم هر نوکلئون چند برابر (تقریبا) از جرم یک الکترون بیشتر است؟
3. تعیین کنید که اگر اتم دارای 8 پروتون و 8 نوترون باشد، جرم الکترون های آن چه بخشی از جرم اتم خواهد بود. 4. آیا فکر می کنید استفاده از واحدهای سیستم بین المللی واحدها (SI) برای اندازه گیری جرم اتم ها راحت است؟

4.2. برهمکنش بین ذرات در یک اتم. هسته های اتمی

نیروهای الکتریکی (الکترواستاتیک) بین تمام ذرات باردار یک اتم عمل می کنند: الکترون های اتم به سمت هسته جذب می شوند و در همان زمان یکدیگر را دفع می کنند. عمل ذرات باردار بر روی یکدیگر منتقل می شود میدان الکتریکی.

شما قبلاً یک میدان را می شناسید - گرانشی. در مورد رشته ها و برخی از خواص آنها از درس فیزیک بیشتر خواهید آموخت.

تمام پروتون های هسته دارای بار مثبت هستند و در اثر نیروهای الکتریکی یکدیگر را دفع می کنند. اما هسته ها وجود دارند! در نتیجه در هسته علاوه بر نیروهای دافعه الکترواستاتیکی، نوعی برهمکنش بین نوکلئون ها نیز وجود دارد که به دلیل نیروهایی که به یکدیگر جذب می شوند، این برهمکنش بسیار قوی تر از الکترواستاتیک است. این نیروها نامیده می شوند نیروهای هسته ای، اثر متقابل - تعامل قوی، و میدانی که این تعامل را منتقل می کند است میدان قوی.

بر خلاف الکترواستاتیک، برهمکنش قوی فقط در فواصل کوتاه احساس می شود - به ترتیب اندازه هسته ها. اما نیروهای جذاب ناشی از این تعامل ( افمن). چندین برابر الکترواستاتیک تر ( افه) از این رو - "قدرت" هسته ها چندین برابر "قدرت" اتم ها است. بنابراین، در در پدیده های شیمیایی، تنها پوسته الکترونی تغییر می کند، در حالی که هسته اتم ها بدون تغییر باقی می مانند.

تعداد کل نوکلئون های یک هسته نامیده می شود عدد جرمیو با حرف مشخص شده است آ. تعداد نوترون هادر هسته با حرف نشان داده می شود ن، آ تعداد پروتون ها- حرف ز. این اعداد با یک رابطه ساده به هم مرتبط هستند:

چگالی ماده هسته ها بسیار زیاد است: تقریباً برابر با 100 میلیون تن در سانتی متر مکعب است که با چگالی هر ماده شیمیایی قابل قیاس نیست.

پوسته الکترونیکی، هسته اتمی، عدد جرمی، تعداد پروتون ها، تعداد نوترون ها.

4.3. نوکلیدها عناصر. ایزوتوپ ها

در طی واکنش‌های شیمیایی، اتم‌ها می‌توانند برخی از الکترون‌های خود را از دست بدهند یا می‌توانند الکترون‌های «اضافی» اضافه کنند. در این مورد، ذرات باردار از اتم های خنثی تشکیل می شوند - یون ها. جوهر شیمیایی اتم ها تغییر نمی کند، یعنی یک اتم، به عنوان مثال، کلر به اتم نیتروژن یا به اتم عنصر دیگری تبدیل نمی شود. تأثیرات فیزیکی یک انرژی نسبتاً بالا به طور کلی می تواند کل پوسته الکترون را از اتم «شکاف» کند. جوهر شیمیایی اتم نیز تغییر نخواهد کرد - با گرفتن الکترون از برخی اتم های دیگر، هسته دوباره به اتم یا یون همان عنصر تبدیل می شود. اتم ها، یون ها و هسته ها در مجموع نامیده می شوند هسته ها.

برای نشان دادن نوکلیدها، از نمادهای عناصر استفاده می شود (به یاد داشته باشید که آنها می توانند یک اتم را نیز نشان دهند) با شاخص های سمت چپ: عدد بالایی برابر با عدد جرمی است، عدد پایینی تعداد پروتون ها است. نمونه های تعیین نوکلیدها:

به طور کلی

حال می‌توانیم تعریف نهایی مفهوم «عنصر شیمیایی» را بیان کنیم.

از آنجایی که بار هسته ای با تعداد پروتون ها تعیین می شود، پس عنصر شیمیاییمی‌توان مجموعه‌ای از هسته‌ها را با همان تعداد پروتون نام برد.با یادآوری آنچه در ابتدای پاراگراف گفته شد، می‌توان یکی از مهمترین قوانین شیمیایی را روشن کرد.

در واکنش های شیمیایی(و در طول فعل و انفعالات فیزیکی که بر هسته تأثیر نمی گذارد) هسته ها بوجود نمی آیند، ناپدید نمی شوند و به یکدیگر تبدیل نمی شوند.

بنابراین، عدد جرمی برابر است با مجموع تعداد پروتون ها و تعداد نوترون ها: آ = ز + ن. هسته های یک عنصر دارای بار هسته ای یکسان هستند ( ز= پایان) و تعداد نوترون ها ن? برای هسته های یک عنصر، تعداد نوترون های هسته ممکن است یکسان باشد یا ممکن است متفاوت باشد. بنابراین، تعداد جرمی نوکلیدهای یک عنصر می تواند متفاوت باشد. نمونه هایی از نوکلیدهای یک عنصر با متفاوت اعداد جرمی- انواع نوکلیدهای قلع پایدار که مشخصات آنها در جدول آورده شده است. 12. نوکلیدهای با اعداد جرمی یکسان دارای جرم یکسان و نوکلیدهای با اعداد جرمی متفاوت دارای جرم متفاوت هستند. نتیجه می شود که اتم های یک عنصر می توانند از نظر جرم متفاوت باشند.

بنابراین، برای هسته های ایزوتوپ یکسان همان تعدادپروتون (از آنجایی که یک عنصر است)، همان تعداد نوترون (از آنجایی که یک ایزوتوپ است) و، البته، همان جرم. چنین هسته‌هایی دقیقاً یکسان هستند و بنابراین اساساً قابل تشخیص نیستند. (در فیزیک، کلمه "ایزوتوپ" گاهی اوقات به معنای یک هسته از یک ایزوتوپ معین است)

هسته های ایزوتوپ های مختلف یک عنصر از نظر تعداد جرمی، یعنی اعداد، متفاوت هستند
نوترون ها و جرم

تعداد کل هسته های شناخته شده برای دانشمندان به 2000 نزدیک می شود. از این تعداد حدود 300 مورد پایدار هستند، یعنی در طبیعت وجود دارند. در حال حاضر، 110 عنصر، از جمله عناصری که به طور مصنوعی به دست آمده اند، شناخته شده است. ایزوبارها- هسته های با جرم یکسان (بدون توجه به بار))
بسیاری از عناصر دارای یک ایزوتوپ طبیعی هستند، به عنوان مثال، Be، F، Na، Al، P، Mn، Co، I، Au و برخی دیگر. اما بیشتر عناصر دارای دو، سه یا چند ایزوتوپ پایدار هستند.
برای توصیف ترکیب هسته های اتم، گاهی اوقات آنها را محاسبه می کنند سهامپروتون ها یا نوترون ها در این هسته ها.

جایی که D i- نسبت اشیاء مورد علاقه ما (به عنوان مثال، هفتم)،
ن 1 - تعداد اولین اشیاء،
ن 2 تعداد اشیاء دوم است،
ن 3 - تعداد اشیاء سوم،
N i- تعداد اشیاء مورد علاقه ما (به عنوان مثال، هفتم)،
N n- تعداد آخرین اشیاء در یک ردیف.

برای کوتاه کردن نماد فرمول ها در ریاضیات، علامت مجموع همه اعداد را نشان می دهد N i، از اول ( من= 1) تا آخرین ( من = n). در فرمول ما، این بدان معنی است که اعداد تمام اشیاء خلاصه می شوند: از اول ( ن 1) تا آخرین ( N n).

مثال. جعبه شامل 5 مداد سبز، 3 قرمز و 2 آبی است. تعیین نسبت مدادهای قرمز ضروری است.

N 1 = nساعت ن 2 = نبه، ن 3 = nج

سهم را می توان به صورت کسری ساده یا اعشاری و همچنین درصد بیان کرد، به عنوان مثال:

NUCLIDE، ISOTOPE، SHARE
1. نسبت پروتون ها را در هسته یک اتم تعیین کنید. کسری از نوترون ها را در این هسته تعیین کنید.
2. نسبت نوترون ها در هسته هسته ها چقدر است
3. عدد جرمی نوکلید 27 است. نسبت پروتون در آن 48.2 درصد است. این نوکلید از کدام عنصر است؟
4. در هسته هسته، کسر نوترون 0.582 است. Z را تعریف کنید.
5. جرم یک اتم ایزوتوپ سنگین اورانیوم 92 U حاوی 148 نوترون در هسته چند برابر بیشتر از جرم یک اتم ایزوتوپ سبک اورانیوم حاوی 135 نوترون در هسته است؟

4.4. ویژگی های کمی اتم ها و عناصر شیمیایی

از ویژگی های کمی یک اتم، شما قبلاً با عدد جرمی، تعداد نوترون های هسته، تعداد پروتون های هسته و بار هسته آشنا هستید.
از آنجایی که بار یک پروتون برابر با بار مثبت اولیه است، تعداد پروتون های هسته ( ز) و بار این هسته ( q i) که در بارهای الکتریکی اولیه بیان می شود، از نظر عددی برابر هستند. بنابراین، مانند تعداد پروتون ها، بار هسته ای معمولاً با حرف نشان داده می شود ز.
تعداد پروتون ها برای تمام هسته های هر عنصر یکسان است، بنابراین می توان از آن به عنوان مشخصه این عنصر استفاده کرد. در این صورت نامیده می شود عدد اتمی.

از آنجایی که الکترون تقریباً 2000 برابر از هر نوکلئون «سبک‌تر» است، جرم اتم ( متر o) در درجه اول در هسته متمرکز است. می توان آن را در کیلوگرم اندازه گیری کرد، اما این بسیار ناخوشایند است.
به عنوان مثال، جرم سبک ترین اتم، اتم هیدروژن، 1.674 است. 10-27 کیلوگرم، و حتی جرم سنگین ترین اتم موجود روی زمین - اتم اورانیوم - فقط 3.952 است. 10-25 کیلوگرم حتی با استفاده از کوچکترین کسری اعشاری گرم - آتوگرام (ag)، مقدار جرم اتم هیدروژن را بدست می آوریم. متر o(H) == 1.674. 10–9 Ag. در واقع، ناراحت کننده است.
بنابراین، یک واحد جرم اتمی ویژه به عنوان واحدی برای اندازه گیری جرم اتم ها استفاده می شود که شیمیدان مشهور آمریکایی لینوس پاولینگ (1901 - 1994) نام "دالتون" را برای آن پیشنهاد کرد.

واحد جرم اتمی با دقت کافی در شیمی برابر با جرم هر نوکلئون و نزدیک به جرم اتم هیدروژن است که هسته آن از یک پروتون تشکیل شده است. در کلاس یازدهم درس فیزیک، خواهید آموخت که چرا جرم آن در واقع تا حدودی کمتر از جرم هر یک از این ذرات است. به دلایل سهولت اندازه گیری، واحد جرم اتمی بر حسب جرم هسته فراوان ترین ایزوتوپ کربن تعیین می شود.

تعیین واحد جرم اتمی a است. e.m یا Dn.
1Dn = 1.6605655. 10-27 کیلوگرم 1.66. 10-27 کیلوگرم

اگر جرم یک اتم را بر حسب دالتون اندازه گیری کنند، بنابر سنت آن را «جرم اتم» نمی نامند، بلکه جرم اتمی.جرم یک اتم و جرم اتمی یک مقدار فیزیکی هستند. از آنجایی که ما در مورد جرم یک اتم (نوکلید) صحبت می کنیم، جرم اتمی هسته نامیده می شود.

جرم اتمی هسته را با حروف نشان می دهند A rبرای مثال با نماد نوکلید:
A r(16 O) جرم اتمی نوکلید 16 O است،
A r(35 Cl) جرم اتمی هسته 35 Cl است،
A r(27 Al) جرم اتمی هسته 27 Al است.

اگر عنصری چندین ایزوتوپ داشته باشد، این عنصر از هسته‌هایی با جرم‌های مختلف تشکیل شده است. در طبیعت، ترکیب ایزوتوپی عناصر معمولا ثابت است، بنابراین برای هر عنصر می توانیم محاسبه کنیم میانگین جرم اتم هااین عنصر ():

جایی که D 1 , D 2 , ..., D i- سهم 1، 2، ... , منایزوتوپ -ام؛
متر 0 (1), متر 0 (2), ..., متر 0 (من) جرم هسته ایزوتوپ 1، 2، ...، i-ام است.
n – تعداد کلایزوتوپ های این عنصر
اگر میانگین جرم اتم های یک عنصر بر حسب دالتون اندازه گیری شود، در این حالت آن را می گویند جرم اتمی عنصر

جرم اتمی یک عنصر را مانند جرم اتمی یک هسته با حروف نشان می دهند. آ r ، اما نه نماد نوکلید، بلکه نماد عنصر مربوطه در پرانتز نشان داده شده است، به عنوان مثال:
آ r (O) جرم اتمی اکسیژن است،
آ r (Сl) جرم اتمی کلر است،
آ r (Al) - جرم اتمی آلومینیوم.

از آنجایی که جرم اتمی یک عنصر و میانگین جرم یک اتم این عنصر، کمیت فیزیکی یکسانی است که در واحدهای اندازه گیری مختلف بیان می شود، فرمول محاسبه جرم اتمی یک عنصر مشابه فرمول محاسبه جرم متوسط ​​است. اتم های این عنصر:

جایی که D 1 , D 2 , ..., D n– سهم اول، دوم، ...، من-از آن ایزوتوپ؛
A r(1), A r(2), ..., A r(من) جرم اتمی 1، 2، ...، منایزوتوپ -ام؛
پ -تعداد کل ایزوتوپ های یک عنصر معین.

عدد اتمی یک عنصر

4) نسبت الف) اتم های اکسیژن در اکسید نیتریک N 2 O 5 چقدر است. ب) اتم های گوگرد در اسید سولفوریک؟ 5) با در نظر گرفتن جرم اتمی نوکلید به صورت عددی برابر با عدد جرمی، جرم اتمی بور را در صورتی محاسبه کنید که مخلوط طبیعی ایزوتوپ های بور دارای 19 درصد ایزوتوپ 10 ولت و 81 درصد ایزوتوپ 11 ولتی باشد.

6) با در نظر گرفتن جرم اتمی هسته به صورت عددی برابر با عدد جرمی، جرم اتمی عناصر زیر را در صورتی محاسبه کنید که نسبت ایزوتوپ های آنها در مخلوط طبیعی (ترکیب ایزوتوپی) باشد: الف) 24 Mg - 0.796 25 Mg - 0.091. 26 میلی گرم - 0.113
ب) 28 Si - 92.2٪ 29 Si - 4.7٪ 30 Si - 3.1٪
ج) 63 مس - 0.691 65 مس - 0.309

7) اگر ایزوتوپ های تالیم 207 و تالیم 203 در طبیعت یافت می شوند و جرم اتمی تالیم 37/204 روز است، ترکیب ایزوتوپی تالیم طبیعی را (در کسری از ایزوتوپ های مربوطه) تعیین کنید.

8) آرگون طبیعی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است. نسبت 36 آر نوکلید 0.34٪ است. جرم اتمی آرگون 39.948 روز است. نسبتی که 38 Ar و 40 Ar در طبیعت یافت می شوند را تعیین کنید.

9) منیزیم طبیعی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است. جرم اتمی منیزیم 24.305 روز است. نسبت ایزوتوپ 25 Mg 9.1٪ است. کسری از دو ایزوتوپ منیزیم باقیمانده با اعداد جرمی 24 و 26 را تعیین کنید.

10) ب پوسته زمین(اتمسفر، هیدروسفر و لیتوسفر) اتم های لیتیوم-7 تقریباً 12.5 برابر بیشتر از اتم های لیتیوم-6 یافت می شوند. جرم اتمی لیتیوم را تعیین کنید.

11) جرم اتمی روبیدیم 85.468 روز است. در طبیعت 85 Rb و 87 Rb یافت می شود. تعیین کنید که ایزوتوپ سبک روبیدیم چند برابر از ایزوتوپ سنگین بزرگتر است.