Атом. Ядро. Понятие «элемент», «нуклид». Свойства ядерных сил.


Наименьшей полной структурной частицей сложного, в общем случае, вещества, сохраняющей все его физико-химические свойства является молекула. В молекуле составляющие ее частицы элементов – атомы – образуют пространственную структуру, которая наряду с составом определяет свойства вещества.

Наименьшей частицей, сохраняющей все свойства химического элемента, является атом.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, которое фактически определяет физические свойства элемента, и электронных оболочек, внешняя – валентная – из которых, во многом, определяет химические свойства элемента.

Экспериментальный размер атома ~10-8 см, радиус ядра ~10-13 см оценивается по формуле Ra≈1,21*10-13 *(A) 1/3,

где А – масса атома (а.е.м.), величина Rn≈ 21,1*10 -13 см – оценочный эффективный радиус нуклона.

Электрон − квазистабильная (время жизни τ→∞) в свободном состоянии отрицательно заряженная элементарная частица с массой mе=9.1094.10-28 г≈4.485.10-4 а.е.м. и условным отрицательным единичным зарядом qe=1.6022 .10-19 Кл.

Экспериментально установлено, что любое атомное ядро ZAX состоит из нейтронов и протонов, называемых нуклонами.

Протон − положительно заряженная элементарная частица с массой покоя mp=1,672614⋅10–24 г = 938,28 МэВ≈1836me≈1 а.е.м. и зарядом, равным по величине заряду электрона. Протон − это ядро атома водорода 11Н.

Нейтрон − нейтральная нестабильная в свободном состоянии элементарная частица с массой покоя mn=1.67439.10-24 г=939,57 МэВ≈1838,6me≈1 а.е.м. (mn>mp примерно на 2,5mе). Вне ядра нейтрон превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино (β- распад) с периодом полураспада 600–1000 с. По современным представлениям нейтроны и протоны в ядре с огромной быстротой обмениваются виртуальными частицами с массой 200–300me, называемых π -мезонами или пионами.

Число протонов, равное зарядовому числу Z, определяет положение элемента в Периодической таблице Менделеева, т.е. его название, символ (можно сказать – элемент с Z=92, а можно просто – уран U).

Массовое число А определяет выраженную в атомных единицах массы (а.е.м.) массу элемента, а также число нейтронов (А-Z) в ядре.

1 а.е.м. = 1,660566.10-24 г. – 1/12 массы изотопа (ядра) углерода-12 12С.

Атом с конкретными значениями Z и А ядра называют нуклидом данного элемента. Различают изотопы, изотоны и изобары.

Изотопы – ядра атомов с одинаковым числом протонов Z, но разным числом нейтронов (А-Z), по своим химическим свойствам изотопы одинаковы. Например водорода три изотопа: обычный водород или протий 11H, тяжелый водород или дейтерий 12H =12D, и тритий 13H=13T.

Химическим элементом называется множество изотопов с одинаковым зарядом ядра.

Изотоны – ядра с одинаковым числом нейтронов (А-Z), но разным числом протонов Z, например, 25He и 36Cr.

Изобары – ядра с одинаковым массовым числом А, но разным зарядовым числом Z, например, 2350V и 2450Cr, 511B и 411C и т.п.

Зеркальные ядра – это ядра, имеющие одинаковое число А. Зеркальные ядра переходили бы друг в друга при гипотетической замене нейтронов протонами, а протонов нейтронами (37Li и 47Be). Свойства зеркальных ядер близки: они имеют похожие спектры возбуждения с практически одинаковые энергии возбуждения, одинаковые значения спина и т.п.

Наличие в ядре протонов (частиц с электрическим зарядом одного знака) вследствие кулоновских сил отталкивания между ними должно было бы привести к разлёту нуклонов. В реальности этого не происходит. Существование в природе множества устойчивых ядер приводит к выводу о существовании между нуклонами ядра более мощных, чем кулоновы, ядерных сил притяжения, которые, преодолевая кулоновское отталкивание протонов, стягивают нуклоны в устойчивую структуру - ядро.

Действия ядерных сил в ядре:

Ядро удерживается в стабильном состоянии благодаря действию ядерных сил между нуклонами. Ядерные силы в ядре обладают следующими свойствами:

- короткодействие – расстояние, на котором они проявляются, менее 10-13;

- ядерные силы являются силами притяжения и сильнее, чем электростатические силы отталкивания внутри ядра;

- ядерные силы не зависят от электрического заряда, т.е. они действуют одиноково на пары протон-протон или протон-нейтрон;

- ядерные силы обладают свойством насыщения, т.е. нуклон может взаимодействовать только с несколькими ближайшими нуклонами.



Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 382;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.008 сек.