Mekkora az atommag töltése? Atommag: magtöltés

Szerkezet atom- ez a kémia kurzus egyik alapvető témája, amely a D. I. Mengyelejev kémiai elemek periódusos táblázatának ismeretén alapul. Ezek nemcsak bizonyos törvények szerint osztályozott és elrendezett kémiai elemek, hanem információk tárháza is, beleértve a szerkezetre vonatkozó információkat is. atom. Ismerve ennek az egyedülálló referenciaanyagnak az olvasásának sajátosságait, lehetőség nyílik az atom teljes minőségi és mennyiségi összeállítására.

Szükséged lesz

• D.I.Mengyelejev táblázata

Utasítás

1. D.I. Mengyelejev táblázatában a kémiai elemek „élnek” egy többszintes bérházban, amelyek mindegyike elfoglalja a saját lakását. Így minden elemnek van egy bizonyos sorozatszáma, amely a táblázatban van feltüntetve. A kémiai elemek számozása balról jobbra, felülről lefelé kezdődik. A táblázatban a vízszintes sorokat pontoknak, a függőleges oszlopokat csoportoknak nevezzük. Ez azért fontos, mert csoport- vagy periódusszám szerint is lehet egyes paramétereket összevetni atom .

2. Az atom egy kémiailag oszthatatlan részecske, ugyanakkor kisebb, egyesített részekből áll, amelyek protonokat (szabályos töltésű részecskék), elektronokat (negatív töltésű) és neutronokat (semleges részecskék) tartalmaznak. A tömeg atom az atommagban fókuszált (protonok és neutronok miatt), amely körül az elektronok forognak. Összességében az atom elektromosan semleges, azaz tartalmazza a helyes számot díjak egybeesik a negatívak számával, ezért a protonok és az elektronok száma azonos. Helyes nukleáris töltés atom pontosan a protonoknak köszönhetően megy végbe.

3. Ne feledje, hogy egy kémiai elem rendszáma mennyiségileg egybeesik az atommag töltésével atom. Következésképpen az atommag töltésének meghatározásához atom meg kell nézni, hogy ez a kémiai elem milyen szám alatt található.

4. 1. példa Határozza meg a magtöltést! atom szén (C). Elkezdjük felfedezni a szén kémiai elemet, D. I. Mengyelejev táblázatára összpontosítva. A szén a 6. számú „lakásban” található. Következésképpen 6 proton (megfelelően töltött részecskék) miatt a magban található nukleáris töltése +6. Figyelembe véve, hogy az atom elektromosan semleges, ez azt jelenti, hogy 6 elektron is lesz.

5. 2. példa Határozza meg a magtöltést! atom alumínium (Al). Az alumínium sorozatszáma 13. Következésképpen az atommag töltése atom alumínium +13 (13 proton miatt). 13 elektron is lesz.

6. 3. példa Határozza meg az atommag töltését! atom ezüst (Ag). Az ezüstnek van egy sorozatszáma - No. 47. Ez azt jelenti, hogy az atommag töltése atom ezüst + 47 (47 proton miatt). 47 elektron is van.

Egy kémiai elem atomja a következőkből áll kernelekés elektronikus héj. Az atommag az atom központi része, amelyben körülbelül minden tömege koncentrálódik. Az elektronhéjjal ellentétben az atommagnak megfelelő díj .

Szükséged lesz

• Egy kémiai elem atomszáma, Moseley törvénye

Utasítás

1. Az atommag kétféle részecskéből áll - protonokból és neutronokból. A neutronok elektromosan semleges, azaz elektromos részecskék díj egyenlő nullával. A protonok pozitív töltésű részecskék és elektromosságuk díj egyenlő +1.

2. És így, díj kernelek egyenlő a protonok számával. Viszont az atommagban lévő protonok száma megegyezik a kémiai elem magszámával. Például a hidrogén atommagszáma 1, azaz a hidrogénmag egy protonból áll, és díj+1. A nátrium nukleáris száma 11, díjövé kernelek egyenlő +11.

3. Az alfa-bomlás során kernelek nukleáris száma kettővel csökken egy alfa részecske kibocsátása miatt ( kernelek hélium atom). Így az alfa-bomláson átesett magban lévő protonok száma is kettővel csökken 3 különböző típusban. A béta mínusz bomlás során a neutron egy elektron és egy antineutrínó kibocsátásával protonná változik. Akkor díj kernelek eggyel növekszik Béta-plusz bomlás esetén a proton neutronná, pozitronná és nitrinóvá alakul, díj kernelek eggyel csökken Elektronikus rögzítés esetén díj kernelek is eggyel csökken.

4. Díj kernelek egy atom jellemző sugárzásának spektrumvonalainak frekvenciájával is meghatározható. Moseley törvénye szerint: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, ahol v a karakterisztikus sugárzás spektrális frekvenciája, R a Rydberg folytonos, S a szűrési folytonos, n az alapkvantumszám. Z = n*sqrt(v/r)+s.

Videó a témáról

Az atom egy egész elem legkisebb részecskéje, amely hordozza kémiai tulajdonságait. Mind az atom létezése, mind szerkezete ősidők óta spekuláció és megértés tárgya. Megállapítást nyert, hogy az atomok felépítése hasonló a Clear System szerkezetéhez: a központban egy mag található, amely nagyon kevés helyet foglal el, de körülbelül a teljes tömeget magában koncentrálja; „bolygók” keringenek körülötte – negatív hordozó elektronok díjak. Hogyan észlelhető a töltés? kernelek atom?

Utasítás

1. Minden atom elektromosan semleges. De annak a ténynek köszönhető, hogy az elektronok negatívat hordoznak díjak, ellentétes töltésekkel kell egyensúlyba hozni őket. Ez igaz. Pozitív díjak„protonnak” nevezett részecskéket hordoznak az atommagban. A proton sokkal nagyobb, mint az elektron: tömege eléri az 1836 elektront!

2. A legprimitívebb eset a periódusos rendszer első elemének hidrogénatomja. Ha a táblázatot nézzük, látni fogja, hogy az első helyen áll, és magja egy kivételes protonból áll, amely körül egy kivételes elektron forog. Ebből az következik, hogy a töltés kernelek a hidrogénatom +1.

3. Más elemek magja nemcsak protonokból, hanem úgynevezett „neutronokból” is áll. Amint a névből könnyen megérthető, a neutronok egyáltalán nem hordoznak töltést - sem negatív, sem helyes. Ezért ne feledje: nem számít, hány neutront tartalmaz a nukleáris kernelek, csak a tömegére hatnak, a töltésére azonban nem.

4. Következésképpen a pozitív töltés nagysága kernelek Egy atom mérete csak attól függ, hogy hány protont tartalmaz. De mivel, amint már jeleztük, az atom elektromosan semleges, magjának ugyanannyi protont kell tartalmaznia, mint amennyi elektron forog. kernelek. A protonok számát a periódusos rendszerben szereplő elem rendszáma határozza meg.

5. Nézz meg néhány elemet. Tegyük fel, hogy a híres és sürgősen szükséges oxigén a 8-as számú „sejtben” található. Ebből következően a magja 8 protont tartalmaz, és a töltés kernelek+8 lesz. Az acél egy 26-os „cellát” foglal el, és ennek megfelelően töltése van kernelek+26. És egy tisztességes fém - arany, 79-es sorozatszámmal - pontosan ugyanilyen töltéssel rendelkezik kernelek(79), + jellel. Ennek megfelelően egy oxigénatom 8 elektront, egy vasatom 26, az aranyatom pedig 79 elektront tartalmaz.

Videó a témáról

Normál körülmények között az atom elektromosan semleges. Ebben az esetben az atommag, amely protonokból és neutronokból áll, pozitív töltésű, az elektronok pedig negatív töltést hordoznak. Ha elektrontöbblet vagy hiány van, az atom ionná alakul.

Utasítás

1. Minden kémiai elemnek megvan a maga egyedi nukleáris töltete. A töltés határozza meg a periódusos rendszer elemszámát. Így a hidrogénmag töltése +1, hélium +2, lítium +3, berillium +4 stb. Így ha egy elemet nézünk, akkor a periódusos rendszerből meghatározható az atommagjának töltése.

2. Mivel közönséges körülmények között egy atom elektromosan semleges, az elektronok száma megfelel az atommag töltésének. Az elektronok negatív töltését az atommag pozitív töltése kompenzálja. Az elektrosztatikus erők tartják az elektronfelhőket az atom közelében, ami biztosítja annak stabilitását.

3. Ha bizonyos körülményeknek vannak kitéve, az elektronokat el lehet venni az atomtól, vagy továbbiakat lehet hozzáadni hozzá. Ha eltávolítunk egy elektront az atomról, az atom kationná, megfelelően töltött ionná válik. Több elektronszámmal az atom anionná, negatív töltésű ionná válik.

4. A kémiai vegyületek lehetnek molekuláris vagy ionos természetűek. A molekulák elektromosan semlegesek, és az ionok bizonyos töltést hordoznak. Így az NH3 ammónia molekula semleges, de az NH4+ ammóniumion megfelelő töltésű. Az ammónia molekulában az atomok közötti kötések kovalensek, a csere típusának megfelelően jönnek létre. A negyedik hidrogénatomot donor-akceptor mechanizmussal adják hozzá, ez is kovalens kötés. Ammónium keletkezik, amikor az ammónia reagál savas oldatokkal.

5. A legfontosabb dolog megérteni, hogy az elem magjának töltése nem függ a kémiai átalakulásoktól. Nem számít, hány elektront ad hozzá vagy vesz el, az atommag töltése változatlan marad. Például egy O atomot, egy O-aniont és egy O+ kationt ugyanaz a +8 nukleáris töltés jellemez. Ebben az esetben az atomnak 8 elektronja van, az anionnak 9, a kationnak pedig 7. Maga az atommag csak magmetamorfózissal változtatható meg.

6. A nukleáris reakció különösen gyakori típusa a radioaktív bomlás, amely a természetben is előfordulhat. A természetben ilyen bomláson átmenő elemek magtömege szögletes zárójelben van. Ez azt jelenti, hogy a tömegszám nem állandó, és idővel változik.

Az elemek periódusos rendszerében D.I. A Mengyelejev ezüst 47-es sorozatszámmal és „Ag” (argentum) jelöléssel rendelkezik. Ennek a fémnek a neve a latin „argos” szóból származhatott, ami „fehér”, „fényes”.

Utasítás

1. Az ezüstöt a társadalom már a Kr.e. 4. évezredben ismerte. Az ókori Egyiptomban még „fehér aranynak” is nevezték. Ez a drága fém természetes formában és vegyületek, például szulfidok formájában is megtalálható a természetben. Az ezüströgök hatalmas súlyúak, és gyakran tartalmaznak aranyat, higanyt, rezet, platinát, antimont és bizmutot.

2. Az ezüst kémiai tulajdonságai Az ezüst az átmeneti fémek csoportjába tartozik, és a fémek összes tulajdonságával rendelkezik. Az ezüst kémiai aktivitása azonban alacsony - a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában a hidrogéntől jobbra, körülbelül a végén található. A vegyületekben az ezüst leggyakrabban +1 oxidációs állapotot mutat.

3. Normál körülmények között az ezüst nem lép reakcióba oxigénnel, hidrogénnel, nitrogénnel, szénnel, szilíciummal, hanem a kénnel lép kölcsönhatásba, ezüst-szulfidot képezve: 2Ag+S=Ag2S. Hevítéskor az ezüst kölcsönhatásba lép a halogénekkel: 2Ag+Cl2=2AgCl?.

4. Az oldható ezüst-nitrát AgNO3 a halogenidionok megbízható meghatározására szolgál oldatban – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal?. Például, ha klóranionokkal lép kölcsönhatásba, az ezüst oldhatatlan fehér AgCl2 csapadékot ad.

5. Miért fakulnak ki az ezüsttermékek a levegőben Az ezüsttermékek fokozatos sötétedésének oka az a tény, hogy az ezüst reagál a levegőben lévő hidrogén-szulfiddal? Ennek eredményeként Ag2S film képződik a fém felületén: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

6. Hogyan lép kölcsönhatásba az ezüst a savakkal Az ezüst a rézhez hasonlóan nem lép kölcsönhatásba híg sósavval és kénsavval, mert alacsony aktivitású fém, és nem tudja kiszorítani belőlük a hidrogént? Oxidáló savak, salétromsav és tömény kénsav, oldják az ezüstöt: 2Ag+2H2SO4(tömény)=Ag2SO4+SO2+2H2O; Ag+2HNO3 (tömény)=AgNO3+NO2++H2O; 3Ag+4HNO3 (híg.)=3AgNO3+NO2+2H2O.

7. Ha lúgot adunk az ezüst-nitrát oldathoz, sötét gesztenyeszínű ezüst-oxid Ag2O csapadékot kapunk: 2AgNO3+2NaOH=Ag2O?+2NaNO3+H2O.

8. Az egyértékű rézvegyületekhez hasonlóan az oldhatatlan csapadékok AgCl és Ag2O is feloldódhatnak ammóniaoldatokban, így komplex vegyületek keletkeznek: AgCl+2NH3=Cl; Ag2O+4NH3+H2O=2OH. Ez utóbbi vegyületet gyakran használják a szerves kémiában az „ezüsttükör” reakcióban – ez jó reakció az aldehidcsoportra.

A szén egyike azon kémiai elemeknek, amelyek a periódusos rendszerben a C szimbólummal rendelkeznek. Sorszáma 6, magtömege 12,0107 g/mol, atomsugara 91 pm. A szén az orosz kémikusoknak köszönheti nevét, akik kezdetben a „karbonát” nevet adták az elemnek, amely aztán átalakult jelenlegi nevére.

Utasítás

1. A szenet ősidők óta használják az iparban, amikor a kovácsok fémek olvasztására használták. A kémiai elem két allotróp változata széles körben ismert - az ékszer- és ipari iparban használt gyémánt és a grafit, amelynek felfedezéséért nemrég Nobel-díjat ítéltek oda. Még Antoine Lavoisier is elvégezte az első ismereteket az úgynevezett tiszta szénnel, majd annak tulajdonságait részben tanulmányozta egy tudóscsoport - Guiton de Morveau, maga Lavoisier, Berthollet és Fourcroix, akik a „Módszer Kémiai Nómenklatúra”.

2. A szabad szenet először a brit Tennant fedezte fel, aki foszforgőzt engedett át forró krétán, és szénnel együtt kalcium-foszfátot kapott. A brit stáb szaktudását a francia Guiton de Morveau folytatta. Óvatosan felmelegítette a gyémántot, végül grafittá, majd szénsavvá változtatta.

3. A szén meglehetősen változatos fizikai tulajdonságokkal rendelkezik a különböző típusú kémiai kötések kialakulásának köszönhetően. Az már ismert, hogy ez a kémiai elem a sztratoszféra alsóbb rétegeiben folyamatosan képződik, és tulajdonságai az 50-es évektől a szénnek helyet biztosítanak az atomerőművekben és a nukleáris hidrogénbombákban.

4. A fizikusok a szén több formáját vagy szerkezetét különböztetik meg: tetrikus, trigonális és átlós. Számos kristályos változata is van - gyémánt, grafén, grafit, karbin, lonsdaleit, nanogyémánt, fullerén, fullerit, szénszál, nanoszál és nanocsövek. Az amorf szénnek is vannak formái: aktív szén és faszén, fosszilis szén vagy antracit, szén vagy kőolajkoksz, üveges szén, korom, korom és szén nanofilm. A fizikusok osztják a collaszter-variációkat is – astraleneket, dikarbonokat és szén nanokúpokat.

5. A szén szélsőséges hőmérsékletek hiányában meglehetősen közömbös, és ha eléri a felső küszöbértéket, képes más kémiai elemekkel kombinálni, erős redukáló tulajdonságokat mutatva.

6. A szén talán különösen híres felhasználási módja a ceruzaipar, ahol agyaggal keverik, hogy kevésbé legyen rideg. Nagyon magas vagy alacsony hőmérsékleten kenőanyagként is használják, és magas olvadáspontja lehetővé teszi szénből erős tégelyek előállítását fémek öntéséhez. A grafit egyben lenyűgöző elektromos vezető is, amely nagy ígéretet jelent az elektronikában való felhasználása szempontjából.

Videó a témáról

Jegyzet!
D.I. Mengyelejev táblázatában két számérték van feltüntetve egy cellában a teljes kémiai elemre. Ne keverje össze egy elem rendszámát és relatív magtömegét

Egy alfa-részecske vékony aranyfólián való áthaladását tanulmányozva (lásd 6.2. fejezet) E. Rutherford arra a következtetésre jutott, hogy az atom egy nehéz, pozitív töltésű magból és az azt körülvevő elektronokból áll.

Mag az atom központi részének nevezzük,amelyben az atom szinte teljes tömege és pozitív töltése koncentrálódik.

BAN BEN az atommag összetétele elemi részecskéket tartalmaz : protonok És neutronok (nukleonok a latin szóból atommag- mag). Az atommag ilyen proton-neutron modelljét a szovjet fizikus javasolta 1932-ben D.D. Ivanenko. A proton pozitív töltésű e + = 1,06 10 –19 C és nyugalmi tömege m p= 1,673·10 –27 kg = 1836 nekem. Neutron ( n) – semleges részecske nyugalmi tömeggel m n= 1,675·10 –27 kg = 1839 nekem(hol van az elektron tömege nekem, egyenlő 0,91·10 –31 kg). ábrán. A 9.1. ábra a hélium atom szerkezetét mutatja a 20. század végének - 21. század eleji elképzelések szerint.

Alaptöltés egyenlő Ze, Ahol e- proton töltés, Z– díjszám, egyenlő sorozatszám kémiai elem a Mengyelejev-féle elemperiódusos rendszerben, i.e. protonok száma az atommagban. Az atommagban lévő neutronok számát jelöljük N. Általában Z > N.

Jelenleg ismert kernelek with Z= 1-től Z = 107 – 118.

A nukleonok száma a magban A = Z + N hívott tömegszám . Magok ugyanazzal Z, de más A hívják izotópok. Magok, hogy, ugyanazzal A különbözőek Z, hívják izobárok.

Az atommagot ugyanazzal a szimbólummal jelöljük, mint a semleges atomot, ahol x– kémiai elem szimbóluma. Például: hidrogén Z= 1-nek három izotópja van: – protium ( Z = 1, N= 0), – deutérium ( Z = 1, N= 1), – trícium ( Z = 1, N= 2), az ónnak 10 izotópja van stb. Egy kémiai elem izotópjainak túlnyomó többsége azonos kémiai és hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Összesen mintegy 300 stabil izotóp és több mint 2000 természetes és mesterségesen előállított izotóp ismert. radioaktív izotópok.

A mag méretét a mag sugara jellemzi, amely a mag határának elmosódása miatt konvencionális jelentéssel bír. Még E. Rutherford is kísérleteit elemezve kimutatta, hogy az atommag mérete megközelítőleg 10-15 m (az atom mérete 10-10 m). Van egy empirikus képlet a mag sugarának kiszámítására:

Ahol R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 m Ez azt mutatja, hogy az atommag térfogata arányos a nukleonok számával.

A maganyag sűrűsége 10 17 kg/m 3 nagyságrendű, és minden atommagra állandó. Jelentősen meghaladja a legsűrűbb közönséges anyagok sűrűségét.

A protonok és a neutronok azok fermionok, mert pörögjön ħ /2.

Az atommag rendelkezik saját szögimpulzus – nukleáris spin :

,

(9.1.2)

Ahol én – belső(teljes)spin kvantumszám.

Szám én egész vagy fél egész értékeket fogad el 0, 1/2, 1, 3/2, 2 stb. Magok a még A van integer spin(egységekben ħ ) és engedelmeskedjen a statisztikáknak Bose–Einstein(bozonok). Magok a páratlan A van fél egész szám pörgetés(egységekben ħ ) és engedelmeskedjen a statisztikáknak Fermi–Dirac(azok. magok - fermionok).

A magrészecskéknek saját mágneses momentumaik vannak, amelyek meghatározzák az atommag egészének mágneses momentumát. Az atommagok mágneses momentumainak mértékegysége a magmagneton μ méreg:

Itt e– az elektrontöltés abszolút értéke, m p- proton tömeg.

Nukleáris magneton be m p/nekem= 1836,5-szer kisebb, mint a Bohr-magneton, ebből az következik egy atom mágneses tulajdonságait elektronjainak mágneses tulajdonságai határozzák meg .

Összefüggés van az atommag spinje és mágneses momentuma között:

ahol γ méreg – nukleáris giromágneses arány.

A neutron negatív mágneses momentuma μ n≈ – 1,913μ méreg, mivel a neutron spinjének iránya és mágneses momentuma ellentétes. A proton mágneses momentuma pozitív és egyenlő μ-vel R≈ 2,793 μ méreg. Iránya egybeesik a proton spinjének irányával.

A protonok elektromos töltésének eloszlása ​​az atommagban általában aszimmetrikus. Ennek az eloszlásnak a gömbszimmetrikustól való eltérésének mértéke a az atommag kvadrupol elektromos momentuma K. Ha a töltéssűrűséget mindenhol azonosnak tételezzük fel, akkor K csak a mag alakja határozza meg. Tehát a forradalom ellipszoidjára

,

(9.1.5)

Ahol b– az ellipszoid féltengelye a forgásirány mentén, A– féltengely merőleges irányban. A forgásirány mentén megnyúlt mag esetében b > AÉs K> 0. Ebben az irányban lapított magnál b < aÉs K < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = aÉs K= 0. Ez igaz azokra a magokra, amelyek spinje 0 vagy ħ /2.

A bemutatók megtekintéséhez kattintson a megfelelő hivatkozásra:

Belkin I.K. Az atommag töltése és Mengyelejev periodikus elemrendszere // Kvantum. - 1984. - 3. sz. - P. 31-32.

Külön megállapodás alapján a Kvant folyóirat szerkesztőbizottságával és szerkesztőivel

Az atom szerkezetére vonatkozó modern elképzelések 1911-1913 között merültek fel, Rutherford híres alfa-részecskék szóródási kísérletei után. Ezekben a kísérletekben azt mutatták ki α -a vékony fémfóliára hulló részecskék (töltésük pozitív), esetenként nagy szögben elhajlanak, sőt vissza is dobódnak. Ez csak azzal magyarázható, hogy az atomban a pozitív töltés elhanyagolhatóan kis térfogatban koncentrálódik. Ha golyó formájában képzeljük el, akkor Rutherford megállapította, hogy ennek a golyónak a sugara körülbelül 10 -14 -10 -15 m legyen, ami tíz- és százezerszer kisebb, mint az atom mérete. egészében (~10 -10 m) . Csak egy ilyen kis pozitív töltés közelében létezhet olyan elektromos tér, amely képes elutasítani α - körülbelül 20 000 km/s sebességgel haladó részecske. Rutherford az atomnak ezt a részét atommagnak nevezte.

Így merült fel az a gondolat, hogy bármely anyag atomja pozitív töltésű magból és negatív töltésű elektronokból áll, amelyeknek az atomokban való létezését korábban megállapították. Nyilvánvaló, hogy mivel az atom egésze elektromosan semleges, az atommag töltésének számszerűen meg kell egyeznie az atomban jelenlévő összes elektron töltésével. Ha egy elektron töltési modulusát betűvel jelöljük e(elemi töltés), majd a töltés q i kernelnek egyenlőnek kell lennie q i = Ze, Ahol Z- egy atomban lévő elektronok számával egyenlő egész szám. De mi a szám Z? Mi a díj? qén vagyok a mag?

Rutherford kísérleteiből, amelyek lehetővé tették az atommag méretének meghatározását, elvileg meg lehet határozni a magtöltés nagyságát. Végtére is, az elektromos mező, amely elutasítja α -részecske nem csak a méretétől, hanem az atommag töltésétől is függ. Rutherford pedig ténylegesen megbecsülte az atommag töltését. Rutherford szerint egy kémiai elem atommagjának töltése körülbelül a relatív atomtömeg felével egyenlő. A, szorozva az elemi töltéssel e, vagyis

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

De furcsa módon az atommag valódi töltését nem Rutherford, hanem cikkeinek és jelentéseinek egyik olvasója - Van den Broek (1870-1926) holland tudós - állapította meg. Furcsa, mert Van den Broek végzettsége és foglalkozása szerint nem fizikus volt, hanem jogász.

Miért korrelálta Rutherford az atommagok töltéseinek becslésekor azokat az atomtömegekkel? A helyzet az, hogy amikor 1869-ben D. I. Mengyelejev megalkotta a kémiai elemek periodikus rendszerét, az elemeket a relatív atomtömegük szerinti növekvő sorrendbe rendezte. Az elmúlt negyven év során pedig mindenki megszokta, hogy egy kémiai elem legfontosabb jellemzője a relatív atomtömege, hogy ez az, ami megkülönbözteti az egyik elemet a másiktól.

Eközben ekkor, a 20. század elején adódtak nehézségek az elemrendszerrel. A radioaktivitás jelenségének vizsgálata során számos új radioaktív elemet fedeztek fel. És úgy tűnt, nincs helyük a Mengyelejev-rendszerben. Úgy tűnt, hogy a Mengyelejev-rendszer változtatásokat igényel. Van den Broek különösen aggódott emiatt. Több év leforgása alatt több lehetőséget is kínáltak számukra egy kibővített elemrendszerre, amelyben nem csak a feltáratlan stabil elemeknek lenne elég hely (maga D. I. Mengyelejev „gondoskodott” a helyekről), hanem a helyekről is. radioaktív elemek is. Van den Broek 1913 elején adta ki az utolsó verziót, 120 férőhelyes volt, az urán pedig a 118-as cellát foglalta el.

Szintén 1913-ban jelentek meg a szórással kapcsolatos legújabb kutatások eredményei α -részecskék nagy szögben, Rutherford munkatársai, Geiger és Marsden. Ezeket az eredményeket elemezve Van den Broek döntő felfedezést tett. Azt találta, hogy a szám Z a képletben q i = Ze nem egy kémiai elem atomjának relatív tömegének felével, hanem annak rendszámával egyenlő. És ráadásul az elem sorozatszáma a Mengyelejev-rendszerben, és nem az ő, Van den Broek-féle, 120-as rendszerben. Kiderült, hogy a Mengyelejev-rendszeren nem kellett változtatni!

Van den Broek elképzeléséből az következik, hogy minden atom atommagból áll, amelynek töltése megegyezik a Mengyelejev-rendszer megfelelő elemének sorszámával, szorozva az elemi töltéssel, valamint elektronokból, amelyeknek a száma a Mengyelejev-rendszerben. atom egyenlő az elem sorszámával is. (A rézatom például egy 29 töltésű magból áll e, és 29 elektron.) Világossá vált, hogy D.I. Mengyelejev intuitív módon nem az elem atomtömege, hanem az atommag töltése szerint rendezte a kémiai elemeket (bár erről nem tudott). Következésképpen az egyik kémiai elem nem az atomtömegében, hanem az atommag töltésében különbözik a másiktól. Az atommag töltése a kémiai elem fő jellemzője. Vannak teljesen különböző elemek atomjai, de azonos atomtömegűek (különleges nevük van - izobárok).

Az, hogy egy rendszer elemének helyzetét nem az atomtömegek határozzák meg, a periódusos rendszerből is kitűnik: három helyen sérül az atomtömeg növelésének szabálya. Így a nikkel (28. számú) relatív atomtömege kisebb, mint a kobalté (27. számú), a káliumé (19.) kisebb, mint az argoné (18. számú), a jódé (No. 53) kevesebb, mint a tellúré (52. sz.).

Az atommag töltése és az elem rendszáma közötti összefüggésre vonatkozó feltevés könnyen megmagyarázta a radioaktív átalakulások során bekövetkező elmozdulás szabályait, amelyet ugyanebben az 1913-ban fedeztek fel ("Physics 10", 103. §). Valójában az atommag által kibocsátva α -részecske, amelynek töltése egyenlő két elemi töltéssel, az atommag töltése, és ezért a sorszáma (most szokták mondani - atomszám) két egységgel csökkenjen. Kibocsátáskor β -részecske, azaz negatív töltésű elektron, egy egységgel kell növekednie. Az elmozdulás szabályai pontosan ezek.

Van den Broek ötlete nagyon hamar (szó szerint ugyanabban az évben) megkapta az első, bár közvetett kísérleti megerősítést. Valamivel később helyességét számos elem atommagjának töltésének közvetlen mérésével igazolták. Nyilvánvaló, hogy fontos szerepet játszott az atom és az atommag fizikájának további fejlődésében.

Bármely anyag atomja elektromosan semleges részecskék. Az atom atommagból és elektronok halmazából áll. Az atommag pozitív töltést hordoz, amelynek teljes töltése megegyezik az atom összes elektronjának töltéseinek összegével.

Általános tudnivalók az atommag töltéséről

Az atommag töltése határozza meg az elem helyét a periódusos rendszerben D.I. Mengyelejev és ennek megfelelően az ilyen atomokból és ezen anyagok vegyületeiből álló anyag kémiai tulajdonságai. A nukleáris töltés egyenlő:

ahol Z az elem száma a periódusos rendszerben, e az elektrontöltés értéke vagy .

Az azonos Z-számú, de eltérő atomtömegű elemeket izotópoknak nevezzük. Ha az elemeknek azonos a Z-értéke, akkor az atommagjukban azonos számú proton van, és ha az atomtömegek eltérőek, akkor ezeknek az atomoknak a magjában a neutronok száma eltérő. Így a hidrogénnek két izotópja van: deutérium és trícium.

Az atommagok pozitív töltésűek, mivel protonokból és neutronokból állnak. A proton a hadronok osztályába tartozó stabil részecske, amely a hidrogénatom magja. A proton egy pozitív töltésű részecske. Töltése nagyságrendileg megegyezik az elemi töltéssel, vagyis az elektrontöltés értékével. A proton töltését gyakran jelölik, akkor felírhatjuk, hogy:

A proton () nyugalmi tömege megközelítőleg egyenlő:

A protonról többet megtudhat, ha elolvassa a „Proton töltése” részt.

Kísérletek a nukleáris töltés mérésére

Moseley volt az első, aki 1913-ban mért nukleáris töltéseket. A mérések közvetettek voltak. A tudós meghatározta a kapcsolatot a röntgensugárzás frekvenciája () és a Z mag töltése között.

ahol C és B a vizsgált sugárzási sorozat elemétől független állandók.

Chadwick közvetlenül mérte meg a nukleáris töltést 1920-ban. Részecskéket szórt fémfilmekre, lényegében megismételve Rutherford kísérleteit, amelyek alapján Rutherford megalkotta az atom magmodelljét.

Ezekben a kísérletekben a részecskéket vékony fémfólián vezették át. Rutherford azt találta, hogy a legtöbb esetben a részecskék áthaladtak a fólián, kis szögben eltérve az eredeti mozgási iránytól. Ez azzal magyarázható, hogy - a részecskék eltérnek az elektronok elektromos erőinek hatására, amelyek tömege lényegesen kisebb, mint a - részecskék. Néha, meglehetősen ritkán, a részecskék 90 o-ot meghaladó szögben tértek el. Rutherford ezt a tényt azzal magyarázta, hogy az atomban egy kis térfogatban lokalizált töltés található, és ez a töltés az y-részecske tömegénél sokkal nagyobb tömeghez kapcsolódik.

Kísérletei eredményeinek matematikai leírására Rutherford levezetett egy képletet, amely meghatározza a részecskék szögeloszlását azután, hogy az atomok szétszórták őket. A képlet levezetésekor a tudós a Coulomb-törvényt használta a ponttöltésekre, és úgy vélte, hogy az atommag tömege sokkal nagyobb, mint a részecske tömege. Rutherford képlete a következőképpen írható fel:

ahol n a szóródó magok száma a fólia egységnyi területére vonatkoztatva; N azon részecskék száma, amelyek 1 másodperc alatt áthaladnak egyetlen területen, merőlegesen a részecskék áramlási irányára; - a térszögön belül szétszóródó részecskék száma - a szórási központ töltése; - tömeg - részecskék; - elhajlási szög - részecskék; v - sebesség - részecskék.

A Rutherford-képlet (3) segítségével meghatározható egy atommag töltése (Z), ha a beeső részecskék számát (N) összehasonlítjuk a szögben szórt részecskék számával (dN), akkor a függvény csak a szórómag töltésétől függenek. Kísérletek elvégzésével és Rutherford képletének alkalmazásával Chadwick platina-, ezüst- és rézmagok töltéseit találta meg.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Egy fémlemezt nagy sebességű részecskékkel sugároznak be. Ezen részecskék egy része a fématomok magjával való rugalmas kölcsönhatás során mozgásuk irányát az ellenkezőjére változtatja. Mekkora a fématomok magjának töltése (q), ha a részecske és az atommag közötti minimális távolság egyenlő r-rel. Egy részecske tömege egyenlő a sebességével v. A probléma megoldása során a relativisztikus hatások figyelmen kívül hagyhatók. Tekintsük a részecskéket pontszerűnek, az atommagot mozdulatlannak és pontszerűnek.
Megoldás	Készítsünk rajzot. Az atommag irányába haladva a részecske legyőzi a Coulomb-erőt, ami taszítja az atommagtól, mivel a részecske és az atommag pozitív töltésű. A mozgó részecske mozgási energiája átalakul a fématom magja és a részecske közötti kölcsönhatás potenciális energiájává. A probléma megoldásához az energiamegmaradás törvényét kell alapul venni: A ponttöltésű részecskék potenciális energiáját a következőképpen találjuk meg: ahol a részecske töltése egyenlő: , mivel és a részecske egy hélium atom magja, amely két protonból és két neutronból áll, mivel feltételezzük, hogy a kísérletet levegőben végezzük. Egy részecske kinetikus energiája az atommaggal való ütközés előtt egyenlő: Az (1.1) pontnak megfelelően az (1.2) és (1.3) kifejezések jobb oldalát egyenlővé tesszük, a következőket kapjuk: Az (1.4) képletből kifejezzük az atommag töltését:
Válasz

Az atomok szerkezetének planetáris modelljéből tudjuk, hogy az atom egy mag és egy körülötte forgó elektronfelhő. Ráadásul az elektronok és az atommag közötti távolság tíz- és százezerszer nagyobb, mint magának az atommagnak a mérete.

Mi maga a mag? Ez egy kis szilárd oszthatatlan golyó, vagy kisebb részecskékből áll? A világon egyetlen mikroszkóp sem képes világosan megmutatni nekünk, mi történik ezen a szinten. Ott minden túl kicsi. Akkor mit tegyünk? Lehetséges egyáltalán tanulmányozni az atommag fizikáját? Hogyan lehet megtudni az atommag összetételét és jellemzőit, ha nem lehet tanulmányozni?

Az atommag töltése

A tudósok sokféle közvetett kísérlettel, hipotézisek megfogalmazásával és gyakorlati tesztelésével, próbálkozások és tévedések révén tanulmányozhatták az atommag szerkezetét. Kiderült, hogy a mag még kisebb részecskékből áll. Az atommag mérete, töltése és az anyag kémiai tulajdonságai ezeknek a részecskéknek a számától függenek. Ezenkívül ezek a részecskék pozitív töltéssel rendelkeznek, amely kompenzálja az atom elektronjainak negatív töltését. Ezeket a részecskéket protonoknak nevezték. Számuk normál állapotban mindig megegyezik az elektronok számával. A nukleáris töltés meghatározásának kérdése már nem merült fel. A semleges állapotú atom magjának töltése mindig megegyezik a körülötte forgó elektronok számával, és ellentétes előjelű az elektronok töltésével. A fizikusok pedig már megtanulták meghatározni az elektronok számát és töltését.

Az atommag felépítése: protonok és neutronok

A további kutatások során azonban új probléma merült fel. Kiderült, hogy az azonos töltésű protonok egyes esetekben kétszeres tömegűek. Ez sok kérdést és következetlenséget vetett fel. Végül sikerült megállapítani, hogy az atommagban a protonokon kívül vannak olyan részecskék is, amelyek tömegük közel azonos a protonokkal, de nincs töltésük. Ezeket a részecskéket neutronoknak nevezték. A neutronok detektálása minden számítási eltérést feloldott. Ennek eredményeként a protonokat és a neutronokat, mint az atommag alkotóelemeit, nukleonoknak nevezték. A mag jellemzőivel kapcsolatos bármely érték kiszámítása sokkal könnyebben érthetővé vált. A neutronok nem vesznek részt a nukleáris töltés kialakulásában, így az anyag kémiai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásuk gyakorlatilag nem nyilvánul meg, viszont a neutronok részt vesznek az atommagok tömegének kialakításában, és ennek megfelelően befolyásolják az anyag gravitációs tulajdonságait. az atommag. Így a neutronoknak van némi közvetett hatása az anyag tulajdonságaira, de ez rendkívül jelentéktelen.