Строение атомного ядра
Атомное ядро
Составление уравнений ядерных реакций. Изотопы, изобары
Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент , к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров , что более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома. Атомные ядра изучает ядерная физика. Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом. В некоторых редких случаях могут образовываться короткоживущие экзотические атомы , у которых вместо нуклона ядром служат иные частицы. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами. Как и любая квантовая система, ядра могут находиться в метастабильном возбуждённом состоянии, причём в отдельных случаях время жизни такого состояния исчисляется годами. Такие возбуждённые состояния ядер называются ядерными изомерами [1] [2] [3]. Рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить такой атом, который состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окружённого однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины. Таким образом Резерфорд открыл атомное ядро, с этого момента и ведёт начало ядерная физика, изучающая строение и свойства атомных ядер. После обнаружения стабильных изотопов элементов, ядру самого лёгкого атома была отведена роль структурной частицы всех ядер. В году Лиза Мейтнер предложила [5] первую, протон-электронную, модель строения атомного ядра, согласно которой оно состоит из протонов, электронов и альфа-частиц [6]: Герцберг установили [7] , что ядро атома азота подчиняется статистике Бозе — Эйнштейна , а не статистике Ферми — Дирака , как предсказывала протон-электронная модель [8] [9]: Таким образом, эта модель вступила в противоречие с экспериментальными результатами измерений спинов и магнитных моментов ядер [10]. В году Джеймсом Чедвиком была открыта новая электрически нейтральная частица, названная нейтроном. В том же году Иваненко [11] и, независимо, Гейзенберг выдвинули гипотезу о протон-нейтронной структуре ядра. В дальнейшем, с развитием ядерной физики и её приложений, эта гипотеза была полностью подтверждена [12]. В процессе развития физики выдвигались различные гипотезы строения атомного ядра; тем не менее, каждая из них способна описать лишь ограниченную совокупность ядерных свойств. Некоторые модели могут взаимоисключать друг друга. Можно рассмотреть некоторые ядерно-физические характеристики нуклидов с заданными зарядовыми и массовыми числами. Ядерные свойства изотопов элемента в отличие от химических, могут различаться чрезвычайно резко [1]. Впервые заряды атомных ядер определил Генри Мозли в году. Из чего Мозли сделал вывод, что найденная в его опытах константа атома, определяющая длину волны характеристического рентгеновского излучения и совпадающая с порядковым номером элемента, может быть только зарядом атомного ядра, что стало известно под названием закон Мозли [2]. В ядерной физике массу ядер принято измерять в атомных единицах массы а. Для определения массы ядра нужно из массы атома вычесть сумму масс всех электронов более точное значение получится, если учесть ещё и энергию связи электронов с ядром. Кроме того, в ядерной физике часто используется энергетический эквивалент массы. Анализ распада тяжёлых ядер уточнил оценку Резерфорда [сн 3] и связал радиус ядра с массовым числом простым соотношением:. Кроме того, нуклоны участвуют в ядре в орбитальном движении, которое также характеризуется определённым моментом количества движения каждого нуклона. Все механические моменты нуклонов, как спины, так и орбитальные, суммируются алгебраически и составляют спин ядра. Все парные протоны и нейтроны взаимодействуют только так, что их спины взаимно компенсируются, то есть пары всегда взаимодействуют с антипараллельными спинами. Суммарный орбитальный момент пары также всегда равен нулю. В результате ядра, состоящие из чётного числа протонов и чётного числа нейтронов, не имеют механического момента. Отличные от нуля спины существуют только у ядер, имеющих в своём составе непарные нуклоны, спин такого нуклона суммируется с его же орбитальным моментом и имеет какое-либо полуцелое значение: Ядра нечётно-нечётного состава имеют целочисленные спины: Измерения спинов стали возможными благодаря наличию непосредственно связанных с ними магнитных моментов. Из-за относительно большой массы нуклонов магнитные моменты ядер очень малы по сравнению с магнитными моментами электронов , поэтому их измерение гораздо сложнее. Как и спины, магнитные моменты измеряются спектроскопическими методами , наиболее точным является метод ядерного магнитного резонанса. Магнитный момент чётно-чётных пар, как и спин, равен нулю. Магнитные моменты ядер с непарными нуклонами образуются собственными моментами этих нуклонов и моментом, связанным с орбитальным движением непарного протона [10]. Атомные ядра, спин которых больше или равен единице, имеют отличные от нуля квадрупольные моменты, что говорит об их не точно сферической форме. Квадрупольный момент имеет знак плюс, если ядро вытянуто вдоль оси спина веретенообразное тело , и знак минус, если ядро растянуто в плоскости, перпендикулярной оси спина чечевицеобразное тело. Известны ядра с положительными и отрицательными квадрупольными моментами. Отсутствие сферической симметрии у электрического поля , создаваемого ядром с ненулевым квадрупольным моментом, приводит к образованию дополнительных энергетических уровней атомных электронов и появлению в спектрах атомов линий сверхтонкой структуры , расстояния между которыми зависят от квадрупольного момента [2]. Большая энергия связи нуклонов, входящих в ядро, говорит о существовании ядерных сил , поскольку известные гравитационные силы слишком малы, чтобы преодолеть взаимное электростатическое отталкивание протонов в ядре. Связь нуклонов осуществляется чрезвычайно короткоживущими силами, которые возникают вследствие непрерывного обмена частицами, называемыми пи-мезонами , между нуклонами в ядре. Экспериментально было обнаружено, что для всех стабильных ядер масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов, взятых по отдельности. Эта разница называется дефектом массы или избытком массы и определяется соотношением:. Согласно принципу эквивалентности массы и энергии дефект массы представляет собой массу, эквивалентную работе , затраченной ядерными силами, чтобы собрать все нуклоны вместе при образовании ядра. Эта величина равна изменению потенциальной энергии нуклонов в результате их объединения в ядро. Другим важным параметром ядра является энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра, которую можно вычислить, разделив энергию связи ядра на число содержащихся в нём нуклонов:. Эта величина представляет собой среднюю энергию, которую нужно затратить, чтобы удалить один нуклон из ядра, или среднее изменение энергии связи ядра, когда свободный протон или нейтрон поглощается в нём. Нуклиды с такими массовыми числами наиболее устойчивы. Общая закономерность зависимости энергии связи от массового числа описывается формулой Вайцзеккера в рамках теории капельной модели ядра [1] [2] [13] [14]. В настоящее время оба этих процесса, приводящих к выделению энергии, осуществлены, причём последний лежит в основе современной ядерной энергетики , а первый находится в стадии разработки. Среди изобар с нечётными A, как правило, стабилен лишь один. Таким образом, чётность числа протонов или нейтронов создаёт некоторый запас устойчивости, который приводит к возможности существования нескольких стабильных нуклидов, различающихся соответственно по числу нейтронов для изотопов и по числу протонов для изотонов. Также чётность числа нейтронов в составе тяжёлых ядер определяет их способность делиться под воздействием нейтронов [2]. Они обладают свойствами насыщения, в связи с чем ядерным силам приписывается обменный характер с помощью пи-мезонов. Ядерные силы зависят от спина, не зависят от электрического заряда и не являются центральными силами [2]. В отличие от свободных частиц, для которых энергия может принимать любые значения так называемый непрерывный спектр , связанные частицы то есть частицы, кинетическая энергия которых меньше абсолютного значения потенциальной , согласно квантовой механике , могут находиться в состояниях только с определёнными дискретными значениями энергий, так называемый дискретный спектр. Обычно оно находится в наиболее низком энергетическом состоянии, называемым основным. Если передать ядру энергию, оно перейдёт в возбуждённое состояние. С ростом энергии возбуждения уровни сближаются быстрее у тяжёлых ядер, также плотность уровней зависит от чётности числа нейтронов в ядре. Для ядер с чётными особенно магическими числами нейтронов плотность уровней меньше, чем для ядер с нечётными, при равных энергиях возбуждения первый возбуждённый уровень в ядре с чётным числом нейтронов расположен выше, чем в ядре с нечётным. Во всех возбуждённых состояниях ядро может находиться лишь конечное время, до тех пор, пока возбуждение не будет снято тем или иным путём. Состояния, энергия возбуждения которых меньше энергии связи частицы или группы частиц в данном ядре, называются связанными , в этом случае возбуждение может сниматься лишь гамма-излучением. Состояния с энергией возбуждения, превышающей энергию связи частиц, называются квазистационарными. В этом случае ядро может испустить частицу или гамма-квант [1]. Лишь небольшая часть нуклидов являются стабильными. В большинстве случаев ядерные силы оказываются неспособны обеспечить их постоянную целостность, и ядра рано или поздно распадаются. Это явление получило название радиоактивности. Иногда, однако, для полноты вокруг обозначения элемента указывают все характеризующие ядро его атома числа:. По историческим и иным причинам, некоторые ядра имеют самостоятельные названия. Последние два ядра являются изотопами водорода и поэтому могут входить в состав молекул воды , давая в итоге так называемую тяжёлую воду. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Теория оболочечного строения ядра. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. Ядерная физика и ядерные реакторы. Физика и расчёт реактора. Наукова думка , Cameron, University of New Brunswick. Модели ядер, коллективные и одночастичные явления. Лекции по микроскопической теории атомного ядра. Основы терии атомного ядра. Модели ядер и ядерная спектроскопия. Необычные ядра и атомы. Как возникла модель сфероидальных ядер. Успехи физических наук , , Том Лекции по теории ядра. Проблемы построения микроскопической теории ядра и квантовая хромодинамика, Успехи физических наук, , Том Частицы в физике Список частиц Список барионов Список мезонов. Ядерная физика Атомные ядра Протон. Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Править Править вики-текст История. Эта страница последний раз была отредактирована 10 июня в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия. Фермионы Кварки u d s c b t.
Изотоп никеля образуется при бомбардировке частицами ядер атомов железа Составьте уравнения ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме. Превращение атомных ядер обуславливается их взаимодействием с элементарными частицами или друг с другом. Ядерные реакции связаны с изменением состава ядер атомов химических элементов. С помощью ядерных реакций можно из атомов одних эле-ментов получить атомы других. Превращение атомных ядер как при естественной, так и при искусственной радиоактивности записывают в виде уравнения ядерных реакций. При этом следует помнить, что суммы массовых чисел цифры, стоящие у символа элемента вверху слева и алгебраические суммы зарядов цифры, стоящие у символа элемента внизу слева частиц в левой и правой частях равенства должны быть равны. Данную ядерную реакцию выражают уравнением: Часто применяют сокращённую форму записи ядерной реакции. Для данной реакции она будет иметь вид:. В скобках пишут бомбардирующую частицу, а через запятую — частицу, образующуюся при данном ядерном процессе. В сокращённых уравнениях частицы:. Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы? Атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра и, следовательно, тождественными химическими свойствами , но разным числом нейтронов а значит, и разным массовым числом , называют изотопами от греч. Установлено, что, как правило, каждый элемент представляет собой совокупность нескольких изотопов. Именно этим объясняются значительные отклонения атомных масс многих элементов от целочисленных величин. В природе встречается и другое явление, заключающееся в том, что атомы разных элементов обладают одинаковой атомной массой, но разным зарядом ядер. Такие атомы называют изобарами. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме. С помощью ядерных реакций можно из атомов одних элементов получить атомы других. Данную ядерную реакцию выражают уравнением:. В сокращённых уравнениях частицы. Изотоп углерода- 11 образуется при бомбардировке протонами ядер атомов азота- Задание Назовите три изотопа водорода. Укажите состав их ядер. Что такое тяжелая вода? Как она получается и каковы ее свойства? Для водорода известны три изотопа: Протий и дейтерий встречаются в природе, тритий получен искусственно. Ядро протия состоит из одного протона, ядро дейтерия - из одного протона и одного нейтрона, а ядро трития — из одного протона и двух нейтронов. Тяжёлая вода D 2 O — соединение дейтерия с кислородом. Тяжёлую воду получают путём электролиза природной воды. Тяжёлая вода D 2 O по физико-химическим свойствам отличается от Н 2 О: Заметно различаются энтальпии растворения солей в Н 2 O и D 2 O, константы диссоциации кислот и другие характеристики растворов. Изотопы Задание 26; 28; 29; 31; Строение атома Молярная масса эквивалента Электронные формулы атомов. Основное меню Главная FAQ Контакты Карта сайта Метки. Задачи - Свойства элементов. Задачи - Периодическая система элементов. Задачи - Эвтектика. Задачи - Сплавы. Диаграмма плавкости системы металл - металл. Задачи - Общие свойства металлов. Задачи - Парамагнитные и диамагнитные комплексные ионы Задачи - Пространственная структура комплексных ионов Задачи - Метки общая химия растворы эволюция органическая химия цитология генетика. Похожие материалы Строение атома Глава 1 Параграф 1 Строение атома Глава 1 Параграф 2 Химические элементы Параграф 4.
Расписание поездов москва казанская
Человек и время в рассказе
Payot очищающая мицеллярная вода
Гост карта технического уровня
Бристоль череповец каталог