Как да намерите масата на ядрото на елемент във физиката. Как да намерите масата на ядрото. Маса на ядрото и субатомните частици

атомна масае сумата от масите на всички протони, неутрони и електрони, които изграждат атом или молекула. В сравнение с протоните и неутроните, масата на електроните е много малка, така че не се взема предвид при изчисленията. Въпреки че е неправилен от формална гледна точка, този термин често се използва за означаване на средната атомна маса на всички изотопи на даден елемент. Всъщност това е относителната атомна маса, наричана още атомно теглоелемент. Атомното тегло е средната стойност на атомните маси на всички естествено срещащи се изотопи на даден елемент. Химиците трябва да правят разлика между тези два вида атомна маса, когато вършат работата си - неправилна стойност за атомна маса може например да доведе до неправилен резултат за добива на продукт от реакцията.

стъпки

Намиране на атомната маса според периодичната таблица на елементите

Научете как се пише атомната маса.Атомната маса, тоест масата на даден атом или молекула, може да бъде изразена в стандартни единици SI - грамове, килограми и т.н. Въпреки това, поради факта, че атомните маси, изразени в тези единици, са изключително малки, те често се записват в унифицирани единици за атомна маса или накратко a.u.m. са единици за атомна маса. Една единица атомна маса е равна на 1/12 от масата на стандартния изотоп въглерод-12.

• Единицата за атомна маса характеризира масата един мол от дадения елемент в грамове. Тази стойност е много полезна при практически изчисления, тъй като може да се използва за лесно преобразуване на масата на даден брой атоми или молекули на дадено вещество в молове и обратно.

1. Намерете атомната маса в периодичната таблица на Менделеев.Повечето стандартни периодични таблици съдържат атомните маси (атомни тегла) на всеки елемент. По правило те се дават като число в долната част на клетката с елемента, под буквите, обозначаващи химичния елемент. Това обикновено не е цяло число, а десетичен знак.

   Не забравяйте, че периодичната таблица показва средните атомни маси на елементите.Както беше отбелязано по-рано, относителните атомни маси, дадени за всеки елемент в периодичната таблица, са средните стойности на масите на всички изотопи на атома. Тази средна стойност е ценна за много практически цели: например, тя се използва при изчисляване на моларната маса на молекули, състоящи се от няколко атома. Въпреки това, когато имате работа с отделни атоми, тази стойност обикновено не е достатъчна.

   • Тъй като средната атомна маса е средна стойност от няколко изотопа, стойността, дадена в периодичната таблица, не е такава точенстойността на атомната маса на всеки отделен атом.
   • Атомните маси на отделните атоми трябва да бъдат изчислени, като се вземе предвид точният брой протони и неутрони в един атом.

   Изчисляване на атомната маса на отделен атом

   1. Намерете атомния номер на даден елемент или неговия изотоп.Атомното число е броят на протоните в атомите на даден елемент и никога не се променя. Например всички водородни атоми и самоте имат един протон. Натрият има атомен номер 11, защото има единадесет протона, докато кислородът има атомен номер осем, защото има осем протона. Можете да намерите атомния номер на всеки елемент в периодичната таблица на Менделеев - в почти всички нейни стандартни версии този номер е посочен над буквеното обозначение химичен елемент. Атомното число винаги е положително цяло число.

      • Да предположим, че се интересуваме от въглероден атом. Във въглеродните атоми винаги има шест протона, така че знаем, че неговият атомен номер е 6. Освен това виждаме, че в периодичната таблица, в горната част на клетката с въглерод (C) е числото "6", което показва, че атомното въглеродно число е шест.
      • Имайте предвид, че атомният номер на даден елемент не е еднозначно свързан с относителната му атомна маса в периодичната таблица. Въпреки че, особено за елементите в горната част на таблицата, атомната маса на даден елемент може да изглежда удвоена от неговия атомен номер, тя никога не се изчислява чрез умножаване на атомния номер по две.

   2. Намерете броя на неутроните в ядрото.Броят на неутроните може да бъде различен за различните атоми на един и същи елемент. Когато два атома на един и същи елемент с еднакъв брой протони имат различен брой неутрони, те са различни изотопи на този елемент. За разлика от броя на протоните, който никога не се променя, броят на неутроните в атомите на даден елемент може често да се променя, така че средната атомна маса на елемент се записва като десетична дроб между две съседни цели числа.

      Съберете броя на протоните и неутроните.Това ще бъде атомната маса на този атом. Игнорирайте броя на електроните, които заобикалят ядрото - общата им маса е изключително малка, така че те имат малък или никакъв ефект върху вашите изчисления.

   Изчисляване на относителната атомна маса (атомно тегло) на елемент

   1. Определете кои изотопи има в пробата.Химиците често определят съотношението на изотопите в определена проба с помощта на специален инструмент, наречен масспектрометър. По време на обучението обаче тези данни ще ви бъдат предоставени в условията на задачи, контрол и т.н. под формата на стойности, взети от научната литература.

      • В нашия случай, да кажем, че имаме работа с два изотопа: въглерод-12 и въглерод-13.

   2. Определете относителното съдържание на всеки изотоп в пробата.За всеки елемент се срещат различни изотопи различни съотношения. Тези съотношения почти винаги се изразяват като процент. Някои изотопи са много често срещани, докато други са много редки - понякога толкова редки, че са трудни за откриване. Тези стойности могат да бъдат определени с помощта на масспектрометрия или намерени в справочник.

      • Да приемем, че концентрацията на въглерод-12 е 99%, а на въглерод-13 е 1%. Други изотопи на въглерода наистина лисъществуват, но в толкова малки количества, че в този случай могат да бъдат пренебрегнати.

   3. Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговата концентрация в пробата.Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговия процент (изразен като десетична дроб). За да конвертирате проценти в десетичен знак, просто ги разделете на 100. Получените концентрации винаги трябва да са 1.

      • Нашата проба съдържа въглерод-12 и въглерод-13. Ако въглерод-12 е 99% от пробата, а въглерод-13 е 1%, тогава умножете 12 (атомна маса на въглерод-12) по 0,99 и 13 (атомна маса на въглерод-13) по 0,01.
      • Справочниците дават проценти въз основа на известните количества от всички изотопи на даден елемент. Повечето учебници по химия включват тази информация в таблица в края на книгата. За изследваната проба относителните концентрации на изотопи могат също да бъдат определени с помощта на масспектрометър.

   4. Съберете резултатите.Сумирайте резултатите от умножението, които сте получили в предишната стъпка. В резултат на тази операция ще намерите относителната атомна маса на вашия елемент - средната стойност на атомните маси на изотопите на въпросния елемент. Когато даден елемент се разглежда като цяло, а не конкретен изотоп на даден елемент, се използва тази стойност.

      • В нашия пример 12 x 0,99 = 11,88 за въглерод-12 и 13 x 0,01 = 0,13 за въглерод-13. Относителната атомна маса в нашия случай е 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Някои изотопи са по-малко стабилни от други: те се разпадат на атоми на елементи с по-малко протони и неутрони в ядрото, освобождавайки частици, които изграждат атомно ядро. Такива изотопи се наричат ​​радиоактивни.

§1 Заряд и маса, атомни ядра

Най-важните характеристики на ядрото са неговият заряд и маса. М.

З- зарядът на ядрото се определя от броя на положителните елементарни заряди, концентрирани в ядрото. Носител на положителен елементарен заряд Р= 1,6021 10 -19 С в ядрото е протон. Атомът като цяло е неутрален и зарядът на ядрото едновременно определя броя на електроните в атома. Разпределението на електроните в атома върху енергийните обвивки и подобвивки по същество зависи от общия им брой в атома. Следователно зарядът на ядрото до голяма степен определя разпределението на електроните по техните състояния в атома и позицията на елемента в периодичната система на Менделеев. Ядреният заряд ераз = z· д, където z- зарядното число на ядрото, равно на поредния номер на елемента в системата на Менделеев.

Масата на атомното ядро ​​практически съвпада с масата на атома, тъй като масата на електроните на всички атоми, с изключение на водорода, е приблизително 2,5·10 -4 маси на атоми. Масата на атомите се изразява в единици за атомна маса (a.m.u.). За a.u.m. приема 1/12 маса въглероден атом.

1 аму \u003d 1,6605655 (86) 10 -27 кг.

маз = m a - З аз

Изотопите са разновидности на атоми на даден химичен елемент, които имат еднакъв заряд, но се различават по маса.

Цялото число, най-близко до атомната маса, изразено в a.u.м . наречено масово числом и означен с буквата НО. Обозначаване на химичен елемент: НО- масово число, X - символ на химичен елемент,З- таксуващ номер - пореден номер в периодичната таблица ():

Берилий; Изотопи: , ", .

Радиус на ядрото:

където А е масовото число.

§2 Състав на ядрото

Ядрото на водороден атомНаречен протон

мпротон= 1,00783 amu , .

Диаграма на водороден атом

През 1932 г. е открита частица, наречена неутрон, чиято маса е близка до тази на протона (мнеутрон= 1,00867 amu) и без електрически заряд. Тогава Д.Д. Иваненко формулира хипотеза за протонно-неутронната структура на ядрото: ядрото се състои от протони и неутрони и тяхната сума е равна на масовото число НО. 3 пореден номерЗопределя броя на протоните в ядрото, броя на неутронитен \u003d А - Я.

Елементарни частици - навлизане на протони и неутронив сърцевината, има често срещано именуклони. Нуклоните на ядрата са в състояния, значително различни от техните свободни състояния. Между нуклоните има специален i de r ново взаимодействие. Те казват, че нуклонът може да бъде в две "състояния на заряд" - състояние на протон със заряд+ д, и неутрон със заряд 0.

§3 Енергия на свързване на ядрото. масов дефект. ядрени сили

Ядрените частици - протони и неутрони - са здраво задържани вътре в ядрото, така че между тях действат много големи сили на привличане, способни да издържат на огромните сили на отблъскване между еднакво заредени протони. Тези специални сили, възникващи на малки разстояния между нуклоните, се наричат ​​ядрени сили. Ядрените сили не са електростатични (Кулон).

Изследването на ядрото показа, че ядрените сили, действащи между нуклоните, имат следните характеристики:

а) това са сили с малък обсег - проявяват се на разстояния от порядъка на 10 -15 m и рязко намаляват дори при леко увеличаване на разстоянието;

б) ядрените сили не зависят от това дали частицата (нуклон) има заряд - независимост от заряда на ядрените сили. Ядрените сили, действащи между неутрон и протон, между два неутрона, между два протона, са равни. Протонът и неутронът по отношение на ядрените сили са еднакви.

Енергията на свързване е мярка за стабилността на атомното ядро. Енергията на свързване на ядрото е равна на работата, която трябва да се извърши, за да се раздели ядрото на съставните му нуклони, без да им се предава кинетична енергия

М И< Σ( m p + m n)

Me - масата на ядрото

Измерването на масите на ядрата показва, че масата на покой на ядрото е по-малка от сумата на масите на покой на съставните му нуклони.

Стойност

служи като мярка за енергията на свързване и се нарича дефект на масата.

Уравнението на Айнщайн в специалната теория на относителността свързва енергията и масата на покой на частица.

В общия случай енергията на свързване на ядрото може да се изчисли по формулата

където З - зарядно число (брой протони в ядрото);

НО- масово число (общ брой нуклони в ядрото);

m p, , m n и М и- маса на протон, неутрон и ядро

Масов дефект (Δ м) са равни на 1 a.u. m (a.u.e. - единица за атомна маса) съответства на енергията на свързване (E St), равна на 1 a.u.e. (a.u.e. - атомна единица енергия) и равна на 1a.u.m. s 2 = 931 MeV.

§ 4 Ядрени реакции

Промените в ядрата по време на тяхното взаимодействие с отделни частици и помежду си обикновено се наричат ​​ядрени реакции.

Има следните, най-често срещаните ядрени реакции.

1. Реакция на трансформация . В този случай падащата частица остава в ядрото, но междинното ядро ​​излъчва някаква друга частица, така че ядрото на продукта се различава от ядрото-мишена.

1. Реакция на радиационно улавяне . Падналата частица се забива в ядрото, но възбуденото ядро ​​излъчва излишна енергия, излъчвайки γ-фотон (използван при работата на ядрени реактори)

Пример за реакция на улавяне на неутрони от кадмий

или фосфор

1. Разпръскване. Междинното ядро ​​излъчва частица, идентична на

с летящия и може да бъде:

Еластично разсейване неутрони с въглерод (използвани в реактори за умерени неутрони):

Нееластично разсейване :

1. реакция на делене. Това е реакция, която винаги протича с освобождаване на енергия. Тя е в основата на техническото производство и използване на ядрена енергия. По време на реакцията на делене възбуждането на междинното съставно ядро ​​е толкова голямо, че то се разделя на два приблизително равни фрагмента с отделяне на няколко неутрона.

Ако енергията на възбуждане е ниска, тогава отделянето на ядрото не се случва и ядрото, загубило излишната енергия чрез излъчване на γ - фотон или неутрон, ще се върне в нормалното си състояние (фиг. 1). Но ако енергията, внесена от неутрона, е голяма, тогава възбуденото ядро ​​започва да се деформира, в него се образува стеснение и в резултат на това се разделя на два фрагмента, които се разлитат с огромна скорост, докато два неутрона се излъчват
(фиг. 2).

Верижна реакция- саморазвиваща се реакция на делене. За да се приложи, е необходимо от вторичните неутрони, произведени по време на едно събитие на делене, поне един да може да причини следващото събитие на делене: (тъй като някои неутрони могат да участват в реакции на улавяне, без да причиняват делене). Количествено условието за наличие на верижна реакция изразява коефициент на умножение

к < 1 - цепная реакция невозможна, к = 1 (м = мкр ) - верижна реакцияс постоянен брой неутрони (в ядрен реактор),к > 1 (м > мкр ) са ядрени бомби.

РАДИОАКТИВНОСТ

§1 Естествена радиоактивност

Радиоактивността е спонтанно превръщане на нестабилни ядра на един елемент в ядра на друг елемент. естествена радиоактивностнаречена радиоактивност, наблюдавана в нестабилните изотопи, които съществуват в природата. Изкуствена радиоактивност се нарича радиоактивността на изотопите, получени в резултат на ядрени реакции.

Видове радиоактивност:

1. α-разпад.

Излъчване от ядрата на някои химични елементи от α-системата от два протона и два неутрона, свързани заедно (а-частица - ядрото на атом на хелий)

α-разпадането е присъщо тежки ядрас НО> 200 иЗ > 82. Когато се движат в веществото, α-частиците предизвикват силна йонизация на атомите по пътя си (йонизацията е отделяне на електрони от атом), действайки върху тях със своите електрическо поле. Нарича се разстоянието, на което една α-частица лети в материята, докато спре напълно диапазон на частицитеили проникваща сила(означеноР, [R] = m, cm). . При нормални условия се образува α-частицав въздух 30 000 двойки йони на 1 cm път. Специфичната йонизация е броят двойки йони, образувани на 1 cm от дължината на пътя. α-частицата има силно биологично действие.

Правило за изместване за алфа разпад:

2. β-разпад.

а) електронен (β -): ядрото излъчва електрон и електронно антинеутрино

б) позитрон (β +): ядрото излъчва позитрон и неутрино

Тези процеси протичат чрез превръщане на един вид нуклон в ядро ​​в друг: неутрон в протон или протон в неутрон.

В ядрото няма електрони, те се образуват в резултат на взаимното преобразуване на нуклоните.

Позитрон - частица, която се различава от електрона само по знака на заряда (+e = 1,6 · 10 -19 C)

От експеримента следва, че по време на β-разпад изотопите губят еднакво количество енергия. Следователно, въз основа на закона за запазване на енергията, У. Паули прогнозира, че друга лека частица, наречена антинеутрино, се изхвърля. Антинеутриното няма заряд или маса. Загубите на енергия от β-частиците по време на преминаването им през материята се причиняват главно от йонизационни процеси. Част от енергията се губи от рентгеновите лъчи по време на забавянето на β-частиците от ядрата на абсорбиращото вещество. Тъй като β-частиците имат малка маса, единичен заряд и много високи скорости, тяхната йонизираща способност е малка (100 пъти по-малка от тази на α-частиците), следователно проникващата способност (пробег) на β-частиците е значително по-голяма от α-частици.

Rβ въздух =200 м, Rβ Pb ≈ 3 mm

β - - разпад се случва в естествени и изкуствени радиоактивни ядра. β + - само с изкуствена радиоактивност.

Правило за изместване за β - - разпадане:

в) К - улавяне (електронно улавяне) - ядрото поглъща един от електроните, разположени върху обвивката К (по-рядкоЛили М) на неговия атом, в резултат на което един от протоните се превръща в неутрон, като същевременно излъчва неутрино

Схема K - улавяне:

Пространството в електронната обвивка, освободено от уловения електрон, се запълва с електрони от горните слоеве, което води до рентгенови лъчи.

• γ-лъчи.

Обикновено всички видове радиоактивност са придружени от излъчване на γ-лъчи. γ-лъчите са електромагнитно излъчване с дължини на вълните от една до стотни от ангстрьома λ’=~ 1-0,01 Å=10 -10 -10 -12 м. Енергията на γ-лъчите достига милиони eV.

W γ ~ MeV

1eV=1,6 10 -19 J

Ядрото, подложено на радиоактивен разпад, като правило се оказва възбудено и преходът му в основно състояние е придружен от излъчване на γ - фотон. В този случай енергията на γ-фотона се определя от условието

където E 2 и E 1 е енергията на ядрото.

E 2 - енергия във възбудено състояние;

E 1 - енергия в основно състояние.

Поглъщането на γ-лъчите от материята се дължи на три основни процеса:

• фотоелектричен ефект (с в.в < l MэB);
• образуването на двойки електрон-позитрон;

или

• разсейване (ефект на Комптън) -

Абсорбцията на γ-лъчи се извършва съгласно закона на Бугер:

където μ- линеен коефициентзатихване, в зависимост от енергиите на γ - лъчите и свойствата на средата;

І 0 е интензитетът на падащия паралелен лъч;

азе интензитетът на лъча след преминаване през вещество с дебелина хсм.

γ-лъчите са едни от най-проникващите лъчения. За най-твърдите лъчи (hvmax) дебелината на полупоглъщащия слой е 1,6 cm в олово, 2,4 cm в желязо, 12 cm в алуминий и 15 cm в пръст.

§2 Основен закон на радиоактивното разпадане.

Брой разпаднали се ядраdN пропорционално на първоначалния брой ядра ни време на разпаддт, dN~ н дт. Основният закон на радиоактивния разпад в диференциална форма:

Коефициентът λ се нарича константа на разпадане за даден тип ядро. Знакът "-" означава товаdNтрябва да бъде отрицателен, тъй като крайният брой неразпаднали се ядра е по-малък от първоначалния.

следователно λ характеризира частта от ядрата, разпадащи се за единица време, т.е. определя скоростта на радиоактивно разпадане. λ не зависи от външни условия, но се определя само от вътрешните свойства на ядрата. [λ]=s -1.

Основният закон на радиоактивния разпад в интегрална форма

където н 0 - първоначалният брой радиоактивни ядра приT=0;

н- броят на неразпадналите се ядра в даден моментT;

λ е константата на радиоактивния разпад.

Скоростта на разпадане на практика се оценява като се използва не λ, а T 1/2 - времето на полуразпад - времето, през което се разпада половината от първоначалния брой ядра. Връзка T 1/2 и λ

T 1/2 U 238 = 4,5 10 6 години, T 1/2 Ra = 1590 години, T 1/2 Rn = 3,825 дни Броят на разпаданията за единица време A \u003d -dN/ дтсе нарича активността на дадено радиоактивно вещество.

от

следва,

[A] \u003d 1 бекерел \u003d 1 разпадане / 1 s;

[A] \u003d 1Ci \u003d 1 Кюри \u003d 3,7 10 10 Bq.

Закон за промяна на дейността

където A 0 = λ н 0 - първоначална дейност по времеT= 0;

A - дейност в даден моментT.

Преди много години хората се чудеха от какво са направени всички вещества. Първият, който се опита да отговори на него, беше древногръцкият учен Демокрит, който вярваше, че всички вещества са съставени от молекули. Сега знаем, че молекулите са изградени от атоми. Атомите са съставени от още по-малки частици. В центъра на атома е ядрото, което съдържа протони и неутрони. Най-малките частици - електроните - се движат по орбити около ядрото. Масата им е незначителна в сравнение с масата на ядрото. Но как да намерите масата на ядрото, само изчисления и познания по химия ще помогнат. За да направите това, трябва да определите броя на протоните и неутроните в ядрото. Вижте табличните стойности на масите на един протон и един неутрон и намерете общата им маса. Това ще бъде масата на ядрото.

Често можете да срещнете такъв въпрос, как да намерите масата, знаейки скоростта. Според класическите закони на механиката масата не зависи от скоростта на тялото. В крайна сметка, ако една кола, отдалечавайки се, започне да набира скорост, това изобщо не означава, че нейната маса ще се увеличи. В началото на ХХ век обаче Айнщайн представя теория, според която тази зависимост съществува. Този ефект се нарича релативистично увеличаване на телесната маса. И се проявява, когато скоростите на телата се доближат до скоростта на светлината. Съвременните ускорители на частици правят възможно ускоряването на протони и неутрони до такива високи скорости. И всъщност в този случай е регистрирано увеличение на техните маси.

Но ние все още живеем в свят на високи технологии, но ниски скорости. Следователно, за да знаете как да изчислите масата на веществото, изобщо не е необходимо да ускорявате тялото до скоростта на светлината и да научите теорията на Айнщайн. Телесното тегло може да се измери на кантар. Вярно е, че не всяко тяло може да бъде поставено на кантара. Следователно има друг начин за изчисляване на масата от нейната плътност.

Въздухът около нас, толкова необходимият за човечеството въздух, също има своя маса. И при решаването на проблема как да се определи масата на въздуха, например в една стая, не е необходимо да се брои броят на въздушните молекули и да се сумира масата на техните ядра. Можете просто да определите обема на помещението и да го умножите по плътността на въздуха (1,9 kg / m3).

Сега учените са се научили с голяма точност да изчисляват масите на различни тела, от ядрата на атомите до масата на земното кълбо и дори звезди, разположени на разстояние от няколкостотин светлинни години от нас. Масово като физическо количество, е мярка за инерцията на тялото. По-масивните тела, казват те, са по-инертни, тоест променят скоростта си по-бавно. Следователно в крайна сметка скоростта и масата са взаимосвързани. Но основната характеристика на това количество е, че всяко тяло или вещество има маса. Няма материя в света, която да няма маса!

Основен заряд

Ядрото на всеки атом е положително заредено. Носител на положителен заряд е протонът. Тъй като зарядът на протона е числено равен на заряда на електрона $e$, може да се напише, че зарядът на ядрото е равен на $+Ze$ ($Z$ е цяло число, което показва поредния номер на химичен елемент в периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев). Числото $Z$ също определя броя на протоните в ядрото и броя на електроните в атома. Следователно се нарича атомен номер на ядрото. Електрическият заряд е една от основните характеристики на атомното ядро, от която зависят оптичните, химичните и други свойства на атомите.

Основна маса

Друга важна характеристика на ядрото е неговата маса. Масата на атомите и ядрата обикновено се изразява в единици за атомна маса (amu). $1/12$ от масата на въглеродния нуклид $^(12)_6C$ се счита за единица за атомна маса:

където $N_A=6,022\cdot 10^(23)\ mol^-1$ е числото на Авогадро.

Съгласно съотношението на Айнщайн $E=mc^2$ масата на атомите също се изразява в единици енергия. Тъй като:

• протонна маса $m_p=1,00728\ a.m.u.=938,28\ MeV$,
• неутронна маса $m_n=1,00866\ a.m.u.=939,57\ MeV$,
• маса на електрона $m_e=5,49\cdot 10^(-4)\ a.m.u.=0,511\ MeV$,

Както можете да видите, масата на електрона е пренебрежимо малка в сравнение с масата на ядрото, тогава масата на ядрото почти съвпада с масата на атома.

Масата е различна от целите числа. Масата на ядрото, изразена в a.m.u. и закръглено до цяло число се нарича масово число, означава се с буквата $A$ и определя броя на нуклоните в ядрото. Броят на неутроните в ядрото е $N=A-Z$.

Символът $^A_ZX$ се използва за означаване на ядра, където $X$ е химическият символ на дадения елемент. Атомните ядра с еднакъв брой протони, но различни масови числа се наричат ​​изотопи. В някои елементи броят на стабилните и нестабилните изотопи достига десетки, например уранът има $14$ изотопи: от $^(227)_(92)U\ $до $^(240)_(92)U$.

Повечето от химичните елементи, които съществуват в природата, са смес от няколко изотопа. Именно наличието на изотопи обяснява факта, че някои природни елементи имат маса, различна от цели числа. Например естественият хлор се състои от $75\%$ $^(35)_(17)Cl$ и $24\%$ $^(37)_(17)Cl$, а атомната му маса е $35,5$ a.u. .m в повечето атоми, с изключение на водорода, изотопите имат почти същите физически и Химични свойства. Но зад своите изключително ядрени свойства изотопите се различават значително. Някои от тях може да са стабилни, други радиоактивни.

Ядра с еднакви масови числа, но различни стойности на $Z$ се наричат ​​изобари, например $^(40)_(18)Ar$, $^(40)_(20)Ca$. Ядра с еднакъв брой неутрони се наричат ​​изотони. Сред леките ядра има така наречените "огледални" двойки ядра. Това са двойки ядра, в които числата $Z$ и $A-Z$ са разменени. Примери за такива ядра са $^(13)_6C\ $и $^(13_7)N$ или $^3_1H$ и $^3_2He$.

Размер на атомното ядро

Ако приемем, че атомното ядро ​​е приблизително сферично, можем да въведем понятията за неговия радиус $R$. Имайте предвид, че в някои ядра има леко отклонение от симетрията в разпределението на електрическия заряд. Освен това атомните ядра не са статични, а динамични системи и концепцията за радиуса на ядрото не може да бъде представена като радиус на топка. Поради тази причина за размера на ядрото е необходимо да се вземе зоната, в която се проявяват ядрените сили.

Когато създава количествена теория за разсейването на $\alpha $ -- частици, Е. Ръдърфорд изхожда от предположението, че атомното ядро ​​и $\alpha $ -- частиците взаимодействат по закона на Кулон, т.е. че електрическото поле около ядрото има сферична симетрия. Разсейването на $\alpha $ -- частици се случва в пълно съответствие с формулата на Ръдърфорд:

Такъв е случаят с $\alpha $ -- частици, чиято енергия $E$ е достатъчно малка. В този случай частицата не може да преодолее потенциалната бариера на Кулон и впоследствие не достига зоната на действие на ядрените сили. Когато енергията на частицата се увеличи до някаква гранична стойност $E_(gr)$ $\alpha $ -- частицата достига тази граница. Тогава в разсейването на $\alpha $ -- частиците има отклонение от формулата на Ръдърфорд. От връзката

Експериментите показват, че радиусът $R$ на ядрото зависи от броя на нуклоните, които влизат преди състава на ядрото. Тази зависимост може да се изрази с емпиричната формула:

където $R_0$ е константа, $A$ е масово число.

Размерите на ядрата се определят експериментално чрез разсейването на протони, бързи неутрони или високоенергийни електрони. Съществуват редица други индиректни методи за определяне на размера на ядрата. Обосновават се връзката между живота на $\alpha $ -- радиоактивните ядра и енергията на $\alpha $ -- частиците, излъчвани от тях; върху оптичните свойства на така наречените мезоатоми, в които един електрон е временно уловен от мюон; върху сравнение на енергията на свързване на двойка огледални атоми. Тези методи потвърждават емпиричната зависимост $R=R_0A^(1/3)$, а също и с помощта на тези измервания стойността на константата $R_0=\left(1,2-1,5\right)\cdot 10 ^(-15) е установено \ m$.

Също така отбелязваме, че мерната единица „Ферми“ се приема като единица за разстояние в атомната физика и физиката на елементарните частици, която е равна на $(10)^(-15)\ m$ (1 f=$(10) ^(-15)\ m )$.

Радиусите на атомните ядра зависят от тяхното масово число и варират от $2\cdot 10^(-15)\ m\ до\ 10^(-14)\ m$. ако $R_0$ се изрази от формулата $R=R_0A^(1/3)$ и се запише като $\left(\frac(4\pi R^3)(3A)\right)=const$, тогава можем вижте, че всеки нуклон има приблизително еднакъв обем. Това означава, че плътността на ядрената материя за всички ядра също е приблизително еднаква. Оставяйки съществуващите твърдения за размера на атомните ядра, намираме средната стойност на плътността на веществото на ядрото:

Както можете да видите, плътността на ядрената материя е много висока. Това се дължи на действието на ядрените сили.

Комуникационна енергия. Дефект на ядрена маса

При сравняване на сумата от масите на покой на нуклоните, които образуват ядрото с масата на ядрото, беше отбелязано, че неравенството е вярно за всички химични елементи:

където $m_p$ е масата на протона, $m_n$ е масата на неутрона, $m_n$ е масата на ядрото. Стойността $\triangle m$, която изразява масовата разлика между масата на нуклоните, които образуват ядрото, и масата на ядрото, се нарича дефект на ядрената маса

Важна информация за свойствата на ядрото може да се получи без да се задълбочава в детайлите на взаимодействието между нуклоните на ядрото, въз основа на закона за запазване на енергията и закона за пропорционалност на масата и енергията. Тъй като всяка промяна в масата $\triangle m$ предизвиква съответна промяна в енергията $\triangle E$ ($\triangle E=\triangle mc^2$), тогава известно количество енергия се освобождава по време на образуването на ядро. Съгласно закона за запазване на енергията е необходимо същото количество енергия, за да се раздели ядрото на съставните му частици, т.е. преместват нуклоните един от един на същите разстояния, на които няма взаимодействие между тях. Тази енергия се нарича енергия на свързване на ядрото.

Ако ядрото има $Z$ протони и масово число $A$, тогава енергията на свързване е:

Забележка 1

Имайте предвид, че тази формула не е много удобна за използване, тъй като таблиците не дават масите на ядрата, а масите, които определят масите на неутралните атоми. Следователно, за удобство на изчисленията, формулата се трансформира по такъв начин, че да включва масите на атомите, а не на ядрата. За тази цел от дясната страна на формулата добавяме и изваждаме масата $Z$ на електроните $(m_e)$. Тогава

\c^2==\leftc^2.\]

$m_(()^1_1H)$ е масата на водородния атом, $m_a$ е масата на атома.

В ядрената физика енергията често се изразява чрез мегаелектронволти (MeV). Ако говорим сиза практическото приложение на ядрената енергия се измерва в джаули. В случай на сравняване на енергията на две ядра се използва единицата маса за енергия - съотношението между масата и енергията ($E=mc^2$). Единицата маса за енергия ($le$) е равна на енергия, която съответства на маса от една аму. Равнява се на $931,502$ MeV.

Снимка 1.

Освен енергията е важна специфичната енергия на свързване - енергията на свързване, която се пада на един нуклон: $w=E_(sv)/A$. Тази стойност се променя относително бавно в сравнение с промяната в масовото число $A$, като има почти постоянна стойност от $8,6$ MeV в средната част периодична системаи се свива до краищата си.

Като пример, нека изчислим дефекта на масата, енергията на свързване и специфичната енергия на свързване на ядрото на атома на хелий.

масов дефект

Енергия на свързване в MeV: $E_(b)=\триъгълник m\cdot 931.502=0.030359\cdot 931.502=28.3\MeV$;

Специфична енергия на свързване: $w=\frac(E_(s))(A)=\frac(28,3\ MeV)(4\приблизително 7,1\ MeV).$

Как да намерим масата на ядрото на атома? и получи най-добрия отговор

Отговор от НиНа Мартушова[guru]

A = число p + число n. Тоест, цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. д. м., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна единица маса. Относителната атомна маса е дробно число, тъй като е средноаритметично от атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се вземе предвид тяхното разпространение в природата.

Отговор от Йохмет[гуру]
Вземете масата на атома и извадете масата на всички електрони.

Отговор от Владимир Соколов[гуру]
Сумирайте масата на всички протони и неутрони в ядрото. Ще получите много в тях.

Отговор от Даша[новак]
периодична таблица за помощ

Отговор от Анастасия Дуракова[активен]
Намерете стойността на относителната маса на атом в периодичната таблица, закръглете я до цяло число - това ще бъде масата на ядрото на атома. Масата на ядрото или масовото число на атома се състои от броя на протоните и неутроните в ядрото
A = число p + число n. Тоест, цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. д. м., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна единица маса. Относителната атомна маса е дробно число, тъй като е средноаритметично от атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се вземе предвид тяхното разпространение в природата. периодична таблица за помощ

Отговор от 3 отговора[гуру]

Здравейте! Ето селекция от теми с отговори на вашия въпрос: Как да намерите масата на ядрото на атом?