פרק ב' מבנה האטומים והחוק המחזורי. מיקום הפרוטונים והנייטרונים בגרעין

פרק ראשון. מאפיינים של גרעין יציב

כבר נאמר לעיל שהגרעין מורכב מפרוטונים ונויטרונים הקשורים בכוחות גרעיניים. אם אנו מודדים את המסה של הגרעין ביחידות מסה אטומית, אז היא צריכה להיות קרובה למסה של הפרוטון כפול מספר שלם הנקרא מספר המסה. אם המטען של הגרעין ומספר המסה, אז זה אומר שהרכב הגרעין כולל פרוטונים וניוטרונים. (מספר הנייטרונים בגרעין מסומן בדרך כלל ב

תכונות אלו של הגרעין באות לידי ביטוי בסימון הסמלי, שישמש בהמשך הצורה

כאשר X הוא שם היסוד שהאטום שלו שייך הגרעין (לדוגמה, גרעינים: הליום - , חמצן - , ברזל - אורניום

המאפיינים העיקריים של גרעינים יציבים כוללים: מטען, מסה, רדיוס, מומנטים מכניים ומגנטיים, ספקטרום של מצבים נרגשים, זוגיות ומומנט מרובע. גרעינים רדיואקטיביים (לא יציבים) מאופיינים בנוסף על ידי משך חייהם, סוג התמורות הרדיואקטיביות, אנרגיית החלקיקים הנפלטים ועוד מספר תכונות מיוחדות, עליהן יידונו להלן.

קודם כל, ניקח בחשבון את המאפיינים של חלקיקים אלמנטריים המרכיבים את הגרעין: פרוטון ונייטרון.

§ 1. מאפיינים עיקריים של הפרוטון והנויטרון

מִשׁקָל.ביחידות של מסת האלקטרון: מסת הפרוטון היא מסת הנייטרון.

ביחידות מסה אטומית: מסת פרוטון נויטרונים

ביחידות אנרגיה, מסת המנוחה של הפרוטון היא מסת המנוחה של הנייטרון

מטען חשמלי. q הוא פרמטר המאפיין את האינטראקציה של חלקיק עם שדה חשמלי, מתבטא ביחידות של מטען אלקטרונים שבו

כל החלקיקים היסודיים נושאים כמות חשמל השווה ל-0 או מטען הפרוטון מטען הנייטרון הוא אפס.

סיבוב.הספינים של הפרוטון והנייטרון שווים.שני החלקיקים הם פרמיונים ומצייתים לסטטיסטיקה של פרמי-דיראק, ומכאן לעקרון פאולי.

רגע מגנטי.אם נחליף לנוסחה (10), שקובעת את המומנט המגנטי של האלקטרון במקום את מסת האלקטרון, את מסת הפרוטון, נקבל

הכמות נקראת מגנטון גרעיני. ניתן להניח באנלוגיה לאלקטרון שהמומנט המגנטי הספין של הפרוטון שווה. עם זאת, הניסיון הראה שהמומנט המגנטי הפנימי של הפרוטון גדול מהמגנטון הגרעיני: לפי נתונים מודרניים

בנוסף, התברר שגם לחלקיק לא טעון - נויטרון - יש מומנט מגנטי השונה מאפס ושווה ל

נוכחות של מומנט מגנטי בניוטרון וכדומה חשיבות רבההמומנט המגנטי של הפרוטון סותר את ההנחות לגבי האופי הנקודתי של חלקיקים אלה. מספר נתונים ניסיוניים שהתקבלו ב השנים האחרונות, מציין שגם לפרוטון וגם לנייטרון יש מבנה מורכב לא-הומוגני. יחד עם זאת, מטען חיובי נמצא במרכז הנייטרון, ובפריפריה מטען שלילי השווה לו בגודלו, המופץ בנפח החלקיק. אבל מכיוון שהמומנט המגנטי נקבע לא רק לפי גודל הזרם הזורם, אלא גם לפי השטח המכוסה בו, המומנטים המגנטיים שנוצרו על ידם לא יהיו שווים. לכן, לנייטרון יכול להיות מומנט מגנטי תוך שהוא נשאר נייטרלי בדרך כלל.

טרנספורמציות הדדיות של נוקלונים.המסה של נויטרון גדולה מהמסה של פרוטון ב-0.14%, או 2.5 מסות אלקטרונים,

במצב חופשי, נויטרון מתפרק לפרוטון, אלקטרון ואנטי-נייטרינו: משך החיים הממוצע שלו קרוב ל-17 דקות.

הפרוטון הוא חלקיק יציב. עם זאת, בתוך הגרעין, הוא יכול להפוך לנייטרון; בעוד שהתגובה ממשיכה לפי הסכימה

ההבדל במסה של החלקיקים הניצבים משמאל ומימין מתפצה על ידי האנרגיה שמעניקים לפרוטון גרעינים אחרים של הגרעין.

לפרוטון ולנייטרון יש אותם ספינים, כמעט אותן מסות, ויכולים להפוך זה לזה. בהמשך יראה שגם הכוחות הגרעיניים הפועלים בין חלקיקים אלה בזוגות זהים. לכן הם נקראים בשם הנפוץ - נוקלאון ואומרים שהנוקלאון יכול להיות בשני מצבים: פרוטון ונויטרון, הנבדלים ביחסם לשדה האלקטרומגנטי.

ניוטרונים ופרוטונים מקיימים אינטראקציה עקב קיומם של כוחות גרעיניים, שהם בעלי אופי לא חשמלי. כוחות גרעיניים חייבים את מקורם לחילופי מיזונים. אם נתאר את התלות של האנרגיה הפוטנציאלית של האינטראקציה של פרוטון ונייטרון באנרגיה נמוכה במרחק ביניהם, אז זה ייראה בערך כמו גרף המוצג באיור. 5a, כלומר, יש לו צורה של באר פוטנציאלית.

אורז. איור 5. תלות האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה במרחק בין נוקלונים: א - לזוגות נויטרונים-נויטרונים או נויטרונים-פרוטונים; b - לזוג פרוטון - פרוטון

"יוצרו חמשת מכלולי הדלק הראשונים של מכלולי הדלק של דלק MOX לכור BN-800 של ה-Beloarsk NPP. כך, הושלם שלב השליטה בייצור המתחם הטכנולוגי MOX MOX", שירות העיתונות של אמר MCC.

נכון לעכשיו, מיושמים אמצעים שפותחו על ידי ה-Mining and Chemical Combine יחד עם מספר מפעלי Rosatom ומטרתם להגדיל את פריון הייצור על מנת לממש את התוכנית השנתית - 40 מכלולי דלק.

נחוצה יחידת כוח מס' 4 של NPP Beloyarsk כדי לפתח מספר טכנולוגיות לסגירת מחזור הדלק הגרעיני על בסיס כורים "מהירים". במחזור סגור שכזה, עקב ההתרבות המורחבת של "דלק" גרעיני, מאמינים כי בסיס הדלק של האנרגיה הגרעינית יתרחב משמעותית, וניתן יהיה גם להפחית את נפח הפסולת הרדיואקטיבית עקב "השריפה" של רדיונוקלידים מסוכנים. רוסיה, על פי מומחים, נמצאת במקום הראשון בעולם בטכנולוגיה של בניית כורי נויטרונים מהירים.

בלוק מס' 4 של ה-BNPP עם הכור BN-800 הפך לאב-טיפוס של יחידות כוח מסחריות "מהירות" חזקות יותר BN-1200. מוקדם יותר דווח כי ההחלטה לבנות יחידת טייס BN-1200 גם בתחנת NPP בבלוארסק יכולה להתקבל בתחילת שנות ה-2020.

הכור BN-800 נועד להשתמש בדלק MOX, שיכול להשתמש בפלוטוניום המופרד במהלך עיבוד מחדש של דלק גרעיני מבוזבז מכורי נויטרונים תרמיים, המהווים את הבסיס לאנרגיה גרעינית מודרנית. ייצור תעשייתי של דלק MOX עבור BN-800 נבנה ב-MCC בהשתתפות יותר מ-20 ארגונים של תעשיית הגרעין הרוסית.

עומס הדלק הראשוני של הכור BN-800 נוצר בעיקר מדלק אורניום אוקסיד מסורתי. במקביל, חלק ממכלולי הדלק מכיל דלק MOX המיוצר במפעלי הפיילוט של מפעלי Rosatom אחרים - RIAR (דימיטרובגרד, אזור אוליאנובסק) ואיגוד ייצור Mayak (ZATO Ozersk, אזור צ'ליאבינסק). עם הזמן, יש להחליף את הכור BN-800 לדלק MOX המיוצר על ידי ה-MCC.

מפעל יחידתי של המדינה הפדרלית "משלב כרייה וכימיקלים" (חלק מחלוקת השלב הסופי מעגל החייםחפצי שימוש אנרגיה אטומיתלרוסאטום) יש מעמד של ארגון גרעיני פדרלי. MCC הוא מפעל המפתח של Rosatom ליצור מתחם טכנולוגי למחזור דלק גרעיני סגור המבוסס על טכנולוגיות חדשניות מהדור החדש. לראשונה בעולם, ה-MCC מרכז שלוש יחידות עיבוד היי-טק בבת אחת - אחסון דלק גרעיני מושקע מכורים של תחנות כוח גרעיניות, עיבודו וייצור דלק MOX גרעיני חדש לכורי נויטרונים מהירים.

מהו נויטרון? מה המבנה, תכונותיו ותפקידיו? ניוטרונים הם החלקיקים הגדולים ביותר המרכיבים את האטומים, שהם אבני הבניין של כל החומר.

מבנה האטום

ניוטרונים ממוקמים בגרעין - אזור צפוף של האטום, מלא גם בפרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי). שני היסודות הללו מוחזקים יחד על ידי כוח הנקרא גרעיני. לנייטרונים יש מטען ניטרלי. המטען החיובי של הפרוטון מותאם למטען השלילי של האלקטרון כדי ליצור אטום ניטרלי. למרות שניוטרונים בגרעין אינם משפיעים על מטען האטום, יש להם תכונות רבות המשפיעות על אטום, כולל רמת הרדיואקטיביות.

ניוטרונים, איזוטופים ורדיואקטיביות

חלקיק שנמצא בגרעין של אטום - נויטרון גדול ב-0.2% מפרוטון. יחד הם מהווים 99.99% מהמסה הכוללת של אותו יסוד שיכול להיות כמות שונהנויטרונים. כאשר מדענים מתייחסים למסה האטומית, הם מתכוונים למסה האטומית הממוצעת. לדוגמה, לפחמן יש בדרך כלל 6 נויטרונים ו-6 פרוטונים עם מסה אטומית של 12, אך לפעמים הוא מתרחש עם מסה אטומית של 13 (6 פרוטונים ו-7 נויטרונים). פחמן עם מספר אטומי 14 קיים גם הוא, אך הוא נדיר. אז המסה האטומית של פחמן מגיעה ל-12.011 בממוצע.

כאשר לאטומים יש מספר שונה של נויטרונים, הם נקראים איזוטופים. מדענים מצאו דרכים להוסיף את החלקיקים הללו לגרעין כדי ליצור איזוטופים גדולים. כעת הוספת נויטרונים אינה משפיעה על מטען האטום, מכיוון שאין להם מטען. עם זאת, הם מגבירים את הרדיואקטיביות של האטום. זה יכול לגרום לאטומים מאוד לא יציבים שיכולים לפרוק רמות גבוהות של אנרגיה.

מה זה ליבה?

בכימיה, הגרעין הוא המרכז הטעון חיובי של אטום, המורכב מפרוטונים ונויטרונים. המילה "ליבה" מגיעה מהגרעין הלטיני, שהיא צורה של המילה שמשמעותה "אגוז" או "ליבה". המונח נטבע בשנת 1844 על ידי מייקל פאראדיי כדי לתאר את מרכז האטום. המדעים המעורבים בחקר הגרעין, חקר הרכבו ומאפייניו, נקראים פיזיקה גרעינית וכימיה גרעינית.

פרוטונים וניטרונים מוחזקים יחד על ידי הכוח הגרעיני החזק. אלקטרונים נמשכים לגרעין, אך נעים כל כך מהר עד שסיבובם מתבצע במרחק מסוים ממרכז האטום. המטען הגרעיני החיובי מגיע מפרוטונים, אבל מהו נויטרון? זהו חלקיק שאין לו מטען חשמלי. כמעט כל משקלו של אטום כלול בגרעין, שכן לפרוטונים ולנייטרונים יש הרבה יותר מסה מאלקטרונים. מספר הפרוטונים בגרעין אטום קובע את זהותו כיסוד. מספר הנייטרונים מציין איזה איזוטופ של יסוד הוא אטום.

גודל גרעין אטום

הגרעין קטן בהרבה מהקוטר הכללי של האטום מכיוון שהאלקטרונים יכולים להיות רחוקים יותר מהמרכז. אטום מימן גדול פי 145,000 מהגרעין שלו, ואטום אורניום גדול פי 23,000 מהמרכז שלו. גרעין המימן הוא הקטן ביותר מכיוון שהוא מורכב מפרוטון בודד.

מיקום הפרוטונים והנייטרונים בגרעין

הפרוטון והנייטרונים מתוארים בדרך כלל כארוזים יחד ומפוזרים באופן אחיד על פני כדורים. עם זאת, זהו פישוט של המבנה בפועל. כל נוקלאון (פרוטון או נויטרון) יכול לתפוס רמה מסוימתאנרגיה וטווח מיקומים. בעוד שהגרעין עשוי להיות כדורי, הוא עשוי להיות גם בצורת אגס, כדורי או בצורת דיסק.

גרעיני הפרוטונים והנייטרונים הם בריונים, המורכבים מהקטנים ביותר, הנקראים קווארקים. לכוח המשיכה יש טווח קצר מאוד, כך שהפרוטונים והנייטרונים צריכים להיות קרובים מאוד זה לזה כדי להיות קשורים. משיכה חזקה זו מתגברת על הדחייה הטבעית של פרוטונים טעונים.

פרוטון, נויטרון ואלקטרון

דחף רב עוצמה בפיתוח מדע כמו פיזיקה גרעינית היה גילוי הנייטרון (1932). תודה על זה צריך להיות פיזיקאי אנגלי שהיה תלמידו של רתרפורד. מהו נויטרון? זהו חלקיק לא יציב, שבמצב חופשי תוך 15 דקות בלבד מסוגל להתפרק לפרוטון, אלקטרון וניטרינו, מה שנקרא חלקיק נייטרלי חסר מסה.

החלקיק קיבל את שמו בשל העובדה שאין לו מטען חשמלי, הוא ניטרלי. הנויטרונים צפופים ביותר. במצב מבודד, לנייטרון אחד תהיה מסה של 1.67·10 - 27 בלבד, ואם אתה לוקח כפית עמוסה בצפיפות בניוטרונים, אז פיסת החומר שתתקבל תשקול מיליוני טונות.

מספר הפרוטונים בגרעין של יסוד נקרא המספר האטומי. מספר זה נותן לכל אלמנט את הזהות הייחודית שלו. באטומים של יסודות מסוימים, כמו פחמן, מספר הפרוטונים בגרעינים תמיד זהה, אך מספר הנייטרונים עשוי להשתנות. אטום של יסוד נתון עם מספר מסוים של נויטרונים בגרעין נקרא איזוטופ.

האם נויטרונים בודדים מסוכנים?

מהו נויטרון? זהו חלקיק שיחד עם הפרוטון נכלל ב. עם זאת, לפעמים הם יכולים להתקיים בכוחות עצמם. כאשר נויטרונים נמצאים מחוץ לגרעיני האטומים, הם רוכשים פוטנציאל תכונות מסוכנות. כשהם נעים במהירות גבוהה, הם מייצרים קרינה קטלנית. ידועות ביכולתן להרוג בני אדם ובעלי חיים, מה שנקרא פצצות נויטרונים יש השפעה מינימלית על מבנים פיזיים שאינם חיים.

ניוטרונים הם חלק חשוב מאוד באטום. הצפיפות הגבוהה של חלקיקים אלה, בשילוב עם מהירותם, מעניקה להם כוח הרס ואנרגיה יוצאי דופן. כתוצאה מכך, הם יכולים לשנות או אפילו לקרוע את גרעיני האטומים הפוגעים. למרות שלנייטרון יש מטען חשמלי ניטרלי נטו, הוא מורכב ממרכיבים טעונים המבטלים זה את זה ביחס למטען.

הנייטרון באטום הוא חלקיק זעיר. כמו פרוטונים, הם קטנים מכדי לראות אפילו עם מיקרוסקופ אלקטרונים, אבל הם שם כי זו הדרך היחידה להסביר את ההתנהגות של אטומים. הנייטרונים חשובים מאוד ליציבותו של אטום, אך מחוץ למרכז האטומי שלו הם אינם יכולים להתקיים לאורך זמן ולהתפרק בממוצע תוך 885 שניות בלבד (כ-15 דקות).

קשה לצפייה בסרט המצויר על ג'ימי, הילד הגאון, כמו גם בסדרה שלאחר מכן ללא חוש הומור, רגשות ודמיון עשיר! אתה יכול למצוא פגם בהרבה דברים כאן. מסיבה כלשהי, הם טסים לחלל ללא חליפת חלל, וההתפתחות הנפשית של תושבים עירוניים מסוימים אינה יוצרת את הרושם הטוב ביותר, חוקי כימיה ופיזיקה רבים, כמו גם מיתוסים ו אגדות שונותהתהפך. במזג אוויר קר, הם הולכים, כמו בחום, -30 הוא גן ילדים עבורם, עיר הרוסה כל שבוע, הצבא מוזר... האם להמשיך? אני לא חושב שזה שווה את זה. ובכן, כך הלאה וכן הלאה. שתהיה סתירה על סתירה, ונראה, ובכן, מה יש לראות? והוא התיישב מול המסך, ולא יכול היה לקרוע את עצמו. אלו חוקי הפיזיקה בשבילך! ובכן, מי צריך אותם כאן! ילדים צריכים הרפתקאות, דמיון והבנת העולם כדי להתפתח כמו שצריך! כלומר, מה לומדים בבית הספר צעד אחר צעד, עם חברים ובבית. קריקטורה זו מתארת ​​את החברות המסורה של ילדים מגיל צעיר מאוד, כפי שלא היה מעולם. כדי שיהיה מעניין לצפייה, עם אלמנטים של פארודיה, בדיחות, אבל ידידות. לא בידוד עצמי ובדידות, אלא ההחלטה הנכונה היא להיות חברים, להיות בחיפוש אחר חברים. אז תגיע התפתחות נורמלית. ג'ימי ניוטרון הוא ילד יוצא דופן. יש לו מקדם יכולת שכלית גבוהה למדי, אבל הוא רק תלמיד בית ספר. השכל לבדו לא יכול היה להוביל אותו לשום מקום. טיולים, תרגול בבית הספר וחברים תרמו מאוד להתפתחותו של ג'ימי. ולא משנה כמה היו המצאותיו יוצאות דופן, הוא רק תלמיד בית ספר. וילדים רבים יודעים לכעוס, מלוכלכים ושובבים. לכן זה מתפתח אצל כולם צעד אחר צעד. ובכן, כל השאר הוא רק תסריט. האהדה הראשונה, חבורה של המצאות מחודשות ולא גמורות, כלב רובוט כחיית מחמד, הורים רגילים (אמנם האבא קצת פשוט, אבל כלום), חבורה של אויבים שעולים מסיבות שונות, חייו של תלמיד בית ספר ו רצון עצום לעשות משהו, אם כי לא תמיד לטובת העם. הנה חייו של ממציא גאון צעיר! אוצר שקע אי שם ולא ניתן היה למצוא אותו. ג'ימי כבר כאן. הרצאה משעממת על היסטוריה מצרית, עדיף לטוס למצרים! שביט עף על פני כדור הארץ. הוא לא יכול לפספס את זה! ובכן, זה לא מפתיע שהכל טומן בחובו כל מיני השלכות. לפעמים זה יותר מדי, לפעמים זה קצר מדי, אבל בסך הכל זה לא רע. מאוד. ההומור לבדו שווה את זה! ולא משנה כמה הסיפור נראה לא הגיוני, שמתי לב שהוא על שפתיהם של רבים. הם אפילו עושים סדרות חדשות על כמה דמויות. שלא לדבר על כך שהמקור עצמו עדיין פופולרי היום, והוא מוצג בקביעות בערוץ ניקלודיאון. זו הפרה של חוקים פיזיקליים. אני רוצה לא רק לומר "תודה רבה" ליוצרי הקריקטורה, אלא גם להקים להם אנדרטה במהלך חייהם. יש צורך להמציא סיפור שאפילו ספקנים דיברו עליו. והיוצרים רק בהישג יד. אם הם מדברים עליה, זה אומר שהיא פופולרית. זה חשוב. לספר על כל הדמויות זה לא מספיק רוח. ושין, וסינדי, ובולי - כל הדמויות כל כך מעניינות ומוארות, נחשפות בפירוט כזה שזה יהיה טיפשי למצוא פגם בסרט. אם אתה מעריך את הסרט, אז, כמובן, 10 מתוך 10 נקודות. אני חושב שידברו על זה עוד עשרות שנים. 10 מתוך 10 תודה לכולם על תשומת הלב!

4.1. הרכב אטומים

המילה "אטום" מתורגמת מיוונית עתיקה כ"ניתן לחלוקה". זה היה אמור להיות כל כך כמעט סוף XIXמֵאָה. בשנת 1911 גילה א' רתרפורד שיש מטען חיובי הליבה. מאוחר יותר הוכח שהוא מוקף מעטפת אלקטרונים.

לפיכך, אטום הוא מערכת חומר המורכבת מגרעין ומקלפת אלקטרונים.
אטומים קטנים מאוד - לדוגמה, מאות אלפי אטומים נכנסים לעובי של גיליון נייר. גודלם של גרעיני האטום קטן פי מאה אלף מגודל האטומים.
גרעיני האטומים טעונים חיובית, אבל הם מורכבים מיותר מסתם פרוטונים. הגרעינים מכילים גם חלקיקים ניטרליים, שהתגלו ב-1932 ושמו נויטרונים. פרוטונים וניוטרונים ביחד נקראים נוקלונים- כלומר, חלקיקים גרעיניים.

כל אטום בכללותו הוא נייטרלי מבחינה חשמלית, כלומר מספר האלקטרונים במעטפת האלקטרונים של אטום שווה למספר הפרוטונים בגרעין שלו.

טבלה 11המאפיינים החשובים ביותר של האלקטרון, הפרוטון והנייטרון

מאפיין	אֶלֶקטרוֹן
שנת פתיחה
מְגַלֶה	ג'וזף ג'ון תומסון	ארנסט רתרפורד	ג'יימס צ'דוויק
סֵמֶל
משקל: ייעוד מַשְׁמָעוּת	לִי-) 9.108. 10-31 ק"ג	m(p+) 1.673. 10 -27 ק"ג	מ(לא) 1.675. 10 -27 ק"ג
מטען חשמלי	-1.6 . 10 -19 C = -1 ה	1.6. 10 -19 C = +1 ה
רַדִיוּס

• השם אלקטרון בא מהמילה היוונית לענבר.
• השם פרוטון בא מהמילה היוונית לראשון.
• השם "נייטרון" מגיע מהמילה הלטינית שמשמעותה "לא אחד ולא השני" (הכוונה למטען החשמלי שלו).
• הסימנים "-", "+" ו-"0" בסמלי החלקיקים תופסים את מקומו של הכתב העילי הימני.
• גודלו של אלקטרון כה קטן עד שבפיסיקה (בתוך המסגרת תיאוריה מודרנית) בדרך כלל נחשב לא נכון לדבר על מדידת כמות זו.

אלקטרון, פרוטון, ניוטרון, נוקליאון, מעטפת אלקטרונים.
1. קבעו כמה מסת הפרוטון קטנה ממסת הנייטרון. איזה חלק מהמסה של הפרוטון הוא ההבדל הזה (מבוטא בעשרוני ובאחוזים)?
2. כמה פעמים (בערך) מסתו של כל נוקלאון גדולה ממסה של אלקטרון?
3. קבע איזה חלק ממסת האטום תהיה מסת האלקטרונים שלו אם האטום מכיל 8 פרוטונים ו-8 נויטרונים. 4. האם לדעתך נוח להשתמש ביחידות של מערכת היחידות הבינלאומית (SI) למדידת מסת האטומים?

4.2. אינטראקציות בין חלקיקים באטום. גרעיני אטום

כוחות חשמליים (אלקטרוסטטיים) פועלים בין כל החלקיקים הטעונים של האטום: האלקטרונים של האטום נמשכים לגרעין ובו בזמן דוחים זה את זה. פעולתם של חלקיקים טעונים זה על זה מועברת שדה חשמלי.

אתה כבר מכיר תחום אחד - כבידה. תוכלו ללמוד עוד על מה הם תחומים ועל חלק מהמאפיינים שלהם מהקורס בפיזיקה.

כל הפרוטונים בגרעין טעונים חיובית ודוחים זה את זה בגלל כוחות חשמליים. אבל ליבות קיימות! כתוצאה מכך, בגרעין, בנוסף לכוחות הדחייה האלקטרוסטטיים, יש גם איזושהי אינטראקציה בין נוקלונים, שבשל כוחותיהם הם נמשכים זה לזה, ואינטראקציה זו חזקה בהרבה מזו האלקטרוסטטית. כוחות אלו נקראים כוחות גרעיניים, אינטראקציה - אינטראקציה חזקה, והשדה שמשדר אינטראקציה זו הוא שדה חזק.

בניגוד לאלקטרוסטטי, אינטראקציה חזקה מורגשת רק במרחקים קצרים - בסדר גודל של גרעינים. אבל כוחות המשיכה הנגרמים מאינטראקציה זו ( ואני). הרבה פעמים יותר אלקטרוסטטי ( וה). מכאן - ש"חוזק" הגרעינים גדול פי כמה מ"חוזק" האטומים. לכן, ב בתופעות כימיות, רק מעטפת האלקטרונים משתנה, בעוד שגרעיני האטומים נשארים ללא שינוי.

המספר הכולל של נוקלונים בגרעין נקרא מספר מסהומסומן באות א. מספר נויטרוניםבגרעין מסומן באות נ, א מספר פרוטונים- מכתב ז. מספרים אלו קשורים בקשר פשוט:

הצפיפות של החומר של הגרעינים היא עצומה: היא שווה בקירוב ל-100 מיליון טון לסנטימטר מעוקב, מה שאין דומה לצפיפות של כל חומר כימי.

מעטפת אלקטרונית, גרעין אטומי, מספר מסה, מספר פרוטונים, מספר נייטרונים.

4.3. נוקלידים. אלמנטים. איזוטופים

בתגובות כימיות, אטומים יכולים לאבד חלק מהאלקטרונים שלהם, או שהם יכולים להוסיף "נוספים". במקרה זה, חלקיקים טעונים נוצרים מאטומים ניטרליים - יונים. המהות הכימית של האטומים אינה משתנה, כלומר, אטום, למשל, של כלור אינו הופך לאטום חנקן או לאטום של יסוד אחר. השפעות פיזיות של אנרגיה גבוהה למדי יכולות בדרך כלל "לקרוע" את כל מעטפת האלקטרונים מהאטום. המהות הכימית של האטום גם לא תשתנה - לאחר שלקח אלקטרונים מכמה אטומים אחרים, הגרעין יהפוך שוב לאטום או ליון של אותו יסוד. אטומים, יונים וגרעינים נקראים ביחד נוקלידים.

לציון נוקלידים משתמשים בסמלים של היסודות (אתם זוכרים שהם יכולים לסמן גם אטום אחד) עם מדדים שמאליים: העליון שווה למספר המסה, התחתון הוא מספר הפרוטונים. דוגמאות לייעוד נוקלידים:

בכללי

כעת נוכל לגבש את ההגדרה הסופית למושג "יסוד כימי".

מכיוון שהמטען הגרעיני נקבע לפי מספר הפרוטונים, אז יסוד כימיאפשר למנות קבוצה של נוקלידים עם אותו מספר של פרוטונים. נזכור את מה שנאמר בתחילת הפסקה, נוכל להבהיר את אחד החוקים הכימיים החשובים ביותר.

בְּ תגובה כימית(ובמהלך אינטראקציות פיזיקליות שאינן משפיעות על הגרעין) נוקלידים אינם מתעוררים, אינם נעלמים ואינם הופכים זה לזה.

אז, מספר המסה שווה לסכום של מספר הפרוטונים ומספר הנייטרונים: א = ז + נ. לנוקלידים של אותו יסוד יש את אותו מטען גרעיני ( ז= const), ומספר הנייטרונים נ? עבור נוקלידים של אותו יסוד, מספר הנייטרונים בגרעין עשוי להיות זהה, או שהוא עשוי להיות שונה. לכן, מספרי המסה של נוקלידים של יסוד אחד יכולים להיות שונים. דוגמאות של נוקלידים של אותו יסוד עם שונים מספרי המונים- נוקלידי בדיל יציבים שונים, שמאפייניהם ניתנים בטבלה. 12. לנוקלידים בעלי מסה זהה יש מסה זהה, ולנוקלידים בעלי מסות שונות יש מסות שונות. מכאן נובע שאטומים של אותו יסוד יכולים להיות שונים במסה.

לכן, עבור נוקלידים מאותו איזוטופ אותו מספרפרוטונים (מאחר שזהו יסוד אחד), אותו מספר של נויטרונים (מכיוון שזהו איזוטופ אחד) וכמובן, אותה מסה. נוקלידים כאלה זהים לחלוטין ולכן לא ניתן להבחין ביסודו. (בפיזיקה, המילה "איזוטופ" פירושה לפעמים גרעין אחד של איזוטופ נתון)

נוקלידים של איזוטופים שונים של אותו יסוד נבדלים במספרי מסה, כלומר במספרים
נויטרונים, ומסה.

המספר הכולל של נוקלידים המוכרים למדענים מתקרב ל-2000. מתוכם כ-300 יציבים, כלומר קיימים בטבע. נכון להיום, ידועים 110 יסודות, כולל אלה שהושגו באופן מלאכותי. (בין הנוקלידים, פיזיקאים מבחינים איזוברים- נוקלידים עם אותה מסה (ללא קשר למטען))
לאלמנטים רבים יש איזוטופ טבעי אחד, למשל Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au ועוד כמה. אבל לרוב היסודות יש שניים, שלושה או יותר איזוטופים יציבים.
כדי לתאר את ההרכב של גרעיני אטום, לפעמים הם מחשבים מניותפרוטונים או נויטרונים בגרעינים אלה.

איפה ד i- שיעור האובייקטים המעניינים אותנו (לדוגמה, השביעי),
נ 1 - מספר האובייקטים הראשונים,
נ 2 הוא מספר האובייקטים השניים,
נ 3 - מספר האובייקטים השלישיים,
N i- מספר האובייקטים המעניינים אותנו (לדוגמה, השביעי),
נ נ- מספר האובייקטים האחרונים בשורה.

כדי לקצר את סימון הנוסחאות במתמטיקה, הסימן מציין את סכום כל המספרים N i, מההתחלה ( אני= 1) עד האחרון ( אני = נ). בנוסחה שלנו, זה אומר שהמספרים של כל האובייקטים מסוכמים: מהראשון ( נ 1) עד האחרון ( נ נ).

דוגמא. הקופסה מכילה 5 עפרונות ירוקים, 3 אדומים ו-2 כחולים; זה נדרש לקבוע את שיעור העפרונות האדומים.

N 1 = נח, נ 2 = נל, נ 3 = נג;

ניתן לבטא את המניה כשבר פשוט או עשרוני, כמו גם באחוזים, למשל:

NUCLIDE, ISOTOPE, SHARE
1. קבע את שיעור הפרוטונים בגרעין של אטום. .קבעו את חלק הנייטרונים בגרעין זה.
2. מהו שיעור הנייטרונים בגרעיני הגרעינים
3. מספר המסה של הנוקליד הוא 27. שיעור הפרוטונים בו הוא 48.2%. מאיזה יסוד נוקליד זה נוקליד?
4. בגרעין הנוקליד, חלק הנייטרונים הוא 0.582. הגדר את Z.
5. כמה פעמים מסתו של אטום מהאיזוטופ הכבד של אורניום 92 U, המכיל 148 נויטרונים בגרעין, גדולה מהמסה של אטום מהאיזוטופ הקל של אורניום, המכיל 135 נויטרונים בגרעין?

4.4. מאפיינים כמותיים של אטומים ויסודות כימיים

מהמאפיינים הכמותיים של אטום, אתה כבר מכיר את מספר המסה, את מספר הנייטרונים בגרעין, את מספר הפרוטונים בגרעין ואת המטען של הגרעין.
מכיוון שהמטען של פרוטון שווה למטען החיובי היסודי, מספר הפרוטונים בגרעין ( ז) והמטען של הגרעין הזה ( ש i), המבוטאים במטענים חשמליים יסודיים, שווים מבחינה מספרית. לכן, כמו מספר הפרוטונים, המטען הגרעיני בדרך כלל מסומן באות ז.
מספר הפרוטונים זהה לכל הנוקלידים של כל יסוד, כך שניתן להשתמש בו כמאפיין של יסוד זה. במקרה הזה זה נקרא מספר אטומי.

מכיוון שהאלקטרון "קל" יותר מכל אחד מהנוקלונים בכמעט פי 2000, מסת האטום ( M o) מרוכז בעיקר בגרעין. אפשר למדוד אותו בקילוגרמים, אבל זה מאוד לא נוח.
לדוגמה, המסה של האטום הקל ביותר, אטום המימן, היא 1.674. 10-27 ק"ג, ואפילו המסה של האטומים הכבדים ביותר הקיימים על פני כדור הארץ - אטום האורניום - היא רק 3.952. 10-25 ק"ג. אפילו באמצעות השבר העשרוני הקטן ביותר של גרם - אטוגרמה (ag), נקבל את ערך המסה של אטום המימן M o(H) == 1.674. 10-9 אג'. אכן, לא נוח.
לכן, יחידת מסה אטומית מיוחדת משמשת כיחידה למדידת מסת האטומים, עבורה הציע הכימאי האמריקאי המפורסם לינוס פאולינג (1901 - 1994) את השם "דלתון".

יחידת המסה האטומית, עם דיוק מספיק בכימיה, שווה למסה של כל נוקלאון וקרובה למסה של אטום מימן, שגרעין שלו מורכב מפרוטון אחד. בכיתה י"א של הקורס בפיזיקה, תלמדו מדוע היא בעצם קצת פחותה מהמסה של כל אחד מהחלקיקים הללו. מטעמי נוחות המדידה, יחידת המסה האטומית נקבעת במונחים של מסת הגרעין של איזוטופ הפחמן הנפוץ ביותר.

ייעוד יחידת המסה האטומית הוא א. e.m. או Dn.
1Dn = 1.6605655 . 10–27 ק"ג 1.66 . 10-27 ק"ג.

אם מסתו של אטום נמדדת בדלתונים, אז לפי המסורת היא לא נקראת "מסת האטום", אלא מסה אטומית.המסה של אטום ומסה האטומית הן כמות פיזיקלית אחת ויחידה. מכיוון שאנו מדברים על המסה של אטום אחד (נוקליד), היא נקראת המסה האטומית של הנוקליד.

המסה האטומית של הנוקליד מסומנת באותיות א רעם סמל הגרעין, למשל:
א ר(16 O) היא המסה האטומית של הגרעין 16 O,
א ר(35 Cl) היא המסה האטומית של הגרעין 35 Cl,
א ר(27 Al) היא המסה האטומית של הגרעין 27 Al.

אם ליסוד יש כמה איזוטופים, אזי היסוד הזה מורכב מנוקלידים בעלי מסות שונות. בטבע, ההרכב האיזוטופי של יסודות הוא בדרך כלל קבוע, ולכן עבור כל יסוד נוכל לחשב מסה ממוצעת של אטומיםאלמנט זה ():

איפה ד 1 , ד 2 , ..., ד i- חלק של ה-1, ה-2, ... , אני-האיזוטופ;
M 0 (1), M 0 (2), ..., M 0 (אני) היא מסת הגרעין של האיזוטופ הראשון, השני, ..., ה-i;
נ – מספר כוללאיזוטופים של יסוד זה.
אם המסה הממוצעת של האטומים של יסוד נמדדת בדלתונים, אז במקרה זה היא נקראת המסה האטומית של היסוד.

המסה האטומית של יסוד מסומנת באותו אופן כמו המסה האטומית של גרעין, באותיות א r , אך לא סמל הגרעין, אלא הסמל של האלמנט המתאים מצוין בסוגריים, למשל:
א r (O) היא המסה האטומית של חמצן,
א r (Сl) היא המסה האטומית של כלור,
א r (Al) - מסה אטומית של אלומיניום.

מכיוון שהמסה האטומית של יסוד והמסה הממוצעת של אטום של יסוד זה הם אותה כמות פיזיקלית, המבוטאת ביחידות מדידה שונות, הנוסחה לחישוב המסה האטומית של יסוד דומה לנוסחה לחישוב המסה הממוצעת של אטומים של יסוד זה:

איפה ד 1 , ד 2 , ..., ד נ– חלק של ה-1, ה-2, ..., אני-של אותו איזוטופ;
א ר(1), א ר(2), ..., א ר(אני) היא המסה האטומית של ה-1, ה-2, ..., אני-האיזוטופ;
פ -המספר הכולל של איזוטופים של יסוד נתון.

מספר אטומי של יסוד

4) מה היחס של א) אטומי חמצן בתחמוצת החנקן N 2 O 5; ב) אטומי גופרית בחומצה גופרתית? 5) ניקח את המסה האטומית של הנוקליד שווה מספרית למספר המסה, חשב את המסה האטומית של בורון אם התערובת הטבעית של איזוטופי בורון מכילה 19% מהאיזוטופ 10V ו-81% מהאיזוטוף 11V.

6) ניקח את המסה האטומית של הנוקליד שווה מספרית למספר המסה, חשב את המסה האטומית של היסודות הבאים אם הפרופורציות של האיזוטופים שלהם בתערובת הטבעית (הרכב איזוטופים) הם: א) 24 מ"ג - 0.796 25 מ"ג - 0.091 26 מ"ג - 0.113
ב) 28 Si - 92.2% 29 Si - 4.7% 30 Si - 3.1%
ג) 63 Cu - 0.691 65 Cu - 0.309

7) קבעו את ההרכב האיזוטופי של תליום טבעי (בחלקים מהאיזוטופים המתאימים), אם האיזוטופים תליום-207 ותליום-203 נמצאים בטבע, והמסה האטומית של תליום היא 204.37 ימים.

8) ארגון טבעי מורכב משלושה איזוטופים. השיעור של 36 נוקלידים Ar הוא 0.34%. המסה האטומית של ארגון היא 39.948 ימים. קבע את היחס שבו 38 Ar ו-40 Ar נמצאים בטבע.

9) מגנזיום טבעי מורכב משלושה איזוטופים. המסה האטומית של מגנזיום היא 24.305 ימים. שיעור האיזוטופ 25 מג הוא 9.1%. קבע את השברים של שני איזוטופי המגנזיום הנותרים בעלי המסה 24 ו-26.

10) ב קרום כדור הארץ(אטמוספירה, הידרוספירה וליתוספירה) אטומי ליתיום-7 נמצאים בתדירות גבוהה פי 12.5 בערך מאשר אטומי ליתיום-6. קבע את המסה האטומית של ליתיום.

11) המסה האטומית של רובידיום היא 85.468 ימים. 85 Rb ו-87 Rb נמצאים בטבע. קבע כמה פעמים האיזוטופ הקל של רובידיום גדול מהאיזוטופ הכבד.