storinka.click » Фізика » Протонно-нейтронна модель атомного ядра
Інформація про новину
  • Переглядів: 557
  • Дата: 8-03-2018, 13:46
8-03-2018, 13:46

Протонно-нейтронна модель атомного ядра

Категорія: Фізика


Ви вже добре знаєте, що розміри атомів, із повсякденної точки зору, надзвичайно малі. Розміри ж атомного ядра менші від розмірів відповідного атома в 10 000 000 разів. Те саме стосується маси й зарядів електрона та ядер. Однак фізики навчилися вимірювати масу і заряд цих мікроскопічних частинок, більш того, виявили, що і ядро складається з окремих «шматочків». Про те, що це за шматочки і які вони мають характеристики, йтиметься в цьому параграфі.

Якими є будова атома та його складники

Як ви вже знаєте, наприкінці XIX — на початку XX ст. учені здобули незаперечні докази того, що атом не є «неподільним» і складається з певних частин. Наступними етапами в пізнанні будови атома стали відкриття важкої зарядженої серцевини атома — атомного ядра в 1911 р. (Е. Резерфорд) і його складників: протона в 1919 р. (Е. Резерфорд) і нейтрона в 1932 р. (англійський фізик Джеймс Чед-вік (1891-1974)). Невдовзі після відкриття нейтрона радянський фізик Дмитро Дмитрович Іваненко (1904-1994) й німецький фізик Вер-нер Карл Гейзенберґ (1901-1976) висунули гіпотезу щодо протонно-нейтронної будови ядра. Відтоді наші уявлення про будову ядра залишаються практично незмінними.

Протони і нейтрони, маса кожного з яких приблизно в 1800 разів більша за масу електрона, утворюють важке позитивне ядро дуже малих розмірів (ІО-15... 10 14 м). Протони і нейтрони, які разом називають нуклонами, утримуються всередині ядра ядерними силами притягання. Зверніть увагу: між нуклонами немає сил відштовхування.

Різні типи атомних ядер відрізняються один від одного кількістю протонів і нейтронів, що в них містяться. Сумарну кількість нуклонів в атомі називають масовим (або нуклонним) числом і позначають символом А. Зауважимо, що маса атома зі значною точністю збігається з масою ядра, оскільки маса електрона набагато менша за масу нуклона.

Кількість протонів у ядрі називають протонним (або зарядовим) числом і позначають символом Z. Протонне число легко визначити, скориставшись Періодичною системою хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Порядковий номер елемента в періодичній таблиці відповідає кількості протонів у його ядрі (протонному числу).


Загрузка...

Знаючи протонне (Z) і масове (А) числа ядра хімічного елемента, можна визначити кількість нейтронів (N) у ядрі цього елемента:

Для позначення ядра атома хімічного елемента перед символом елемента вгорі вказують нуклонне число А, а внизу — протонне число Z (рис. 53.1). Наприклад,

ядро

Алюмінію, яке має масове число 27 та протонне число 13. Цей запис означає, що в ядрі атома Алюмінію міститься 27 нуклонів: 13 протонів і 27-13 = 14 нейтронів.

Навколо атомного ядра на відносно великих відстанях (1010 м) розташовані електрони, які втримуються електромагнітними силами притягання, що діють на них з боку атомного ядра. Атом є електронейтральним; кількість протонів дорівнює кількості електронів, оскільки заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона.

Як було визначено основні характеристики атомного ядра

Одна з основних характеристик атомного ядра — його електричний заряд. Точні вимірювання електричного заряду атомних ядер були здійснені у 1913 р. англійським фізиком Генрі Мозлі (1887-1915). Маси атомних ядер вимірюються за допомогою мас-спектрометра.

Із частинок, що входять до складу атомних ядер, першою був відкритий протон. У 1919 р. Е. Резерфорд помістив джерело α-частинок до камери, внутрішня поверхня якої була вкрита флуоресцентною речовиною. Якщо в камері був вакуум, то а-частинки досягали екрана й спричиняли світлові спалахи. У випадку заповнення камери газоподібним азотом «-частинки витрачали свою енергію на йонізацію та збудження атомів Нітрогену та не досягали екрана. Однак поодинокі світлові спалахи на екрані все ж спостерігалися — вони спричинялись якимись іншими зарядженими частинками. Важливим було те, що ці частинки були здатні пройти в газі більшу відстань, ніж α-частинки. Дослідження показали, що ці частинки є ядрами атомів найлегшого ізотопу Гідрогену. їх назвали протонами.


Провівши досліди з іншими елементами (В; F; Na; А1; Р та ін.), Резерфорд виявив, що з ядер атомів усіх цих елементів α-частинки вибивають протони. На цій підставі можна було припустити, що ядра атомів усіх елементів містять протони.

Незабаром після відкриття протона Резерфорд висловив гіпотезу про можливість існування в атомному ядрі нейтральної частинки з масою, що приблизно дорівнює масі протона (1920 р.)· Однак експериментальне відкриття цієї частинки — нейтрона — відбулося лише через 12 років, коли Дж. Чедвік, учень Резерфорда, провів досліди з вивчення властивостей випромінювання, що виникає внаслідок опромінення Берилію а-частинками.

Порівняння мас нейтрона і протона свідчить, що вони різняться дуже незначно, менш ніж на 0,2 %. Однак при цьому важливо зазначити, що маса нейтрона перевершує масу протона більш ніж на дві електронні маси. Однією із загадок нейтронів була відсутність їх у природі у вільному вигляді. Однак цій загадці незабаром було знайдене пояснення. Причина відсутності помітної кількості вільних нейтронів — їхня нестабільність. Кожний нейтрон, яким-небудь способом звільнений з атомного ядра, за кілька хвилин спонтанно перетворюється на проток, електрон і електронне антинейтрино:

Що таке ізотопи

Ізотопи («однакові за місцем») — атоми того самого хімічного елемента, ядра яких містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів.

Ізотопи займають одне й те саме місце в Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Наприклад, у природі є три ізотопи Гідрогену: ядро найлегшого ізотопу Гідрогену містить 1 протон, маса ядра дорівнює приблизно 1 а. о. м; ядро атома другого ізотопу Гідрогену — Дейтерію — містить 1 протон і 1 нейтрон (тя » 2 а. о. м.); ядро третього ізотопу Гідрогену — Тритію — містить 1 протон і 2 нейтрони (тя ~ 3 а. о. м.).


Загрузка...

Підбиваємо підсумки

Будь-який атом складається з ядра та електронної оболонки. Ядро побудовано з протонів р, які мають позитивний електричний заряд, та нейтронів п — частинок, що не мають заряду. Електронна оболонка атома має від’ємний заряд.

Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають масовим числом і позначають символом А. Кількість протонів у ядрі називають протонним числом і позначають символом Z. Кількість нейтронів у ядрі N = A-Z.

У результаті дослідів Е. Резерфорда, Дж. Чедвіка та інших було визначено заряд і масу ядра, а також відкрито елементарні частинки — протони й нейтрони, із яких складається ядро будь-якого елемента.

Ядра з однаковою кількістю протонів, але з різною кількістю нейтронів називають ізотопами.

Контрольні запитання

1. Які частинки входять до складу атома? атомного ядра? 2. Як за допомогою Періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва визначити кількість протонів і нейтронів у певному елементі? 3. Опишіть дослід Е. Резерфорда щодо відкриття протонів. 4. Чому в природі відсутні вільні нейтрони? 5. Що таке ізотоп? б. Які ізотопи має Гідроген?

 

Це матеріал з підручника Фізика 11 клас Бар'яхтар

 






^