Sa është ngarkesa e bërthamës së një atomi? Bërthama atomike: ngarkesa bërthamore

Struktura atom- kjo është një nga temat bazë të kursit të kimisë, e cila bazohet në njohuritë e përdorimit të tabelës "Tabela Periodike e Elementeve Kimike nga D.I. Këta nuk janë vetëm elementë kimikë të klasifikuar dhe rregulluar sipas ligjeve të caktuara, por edhe një depo informacioni, duke përfshirë informacione rreth strukturës. atom. Duke ditur veçoritë e leximit të këtij materiali unik referues, është e mundur të jepet një krahasim i plotë cilësor dhe sasior i atomit.

Do t'ju duhet

• Tabela e D.I.Mendeleev

Udhëzimet

1. Në tabelën e D.I. Mendeleev, elementët kimikë "jetojnë" në një ndërtesë shumëkatëshe, të cilat të gjitha zënë banesën e tyre. Kështu, secili prej elementeve ka një numër të caktuar serial të treguar në tabelë. Numërimi i elementeve kimike fillon nga e majta në të djathtë dhe nga lart poshtë. Në tabelë, rreshtat horizontale quhen perioda, dhe kolonat vertikale quhen grupe. Kjo është e rëndësishme, pasi sipas numrit të grupit ose periudhës është gjithashtu e mundur të renditen disa parametra atom .

2. Një atom është një grimcë kimikisht e pandashme, por në të njëjtën kohë përbëhet nga pjesë më të vogla të kombinuara, të cilat përfshijnë protone (grimca të ngarkuara rregullisht), elektrone (të ngarkuar negativisht) dhe neutrone (grimca neutrale). Pjesa më e madhe atom fokusuar në bërthamë (për shkak të protoneve dhe neutroneve), rreth së cilës rrotullohen elektronet. Të marra së bashku, atomi është elektrikisht neutral, domethënë përmban numrin e saktë akuzat përkon me numrin e atyre negative, prandaj, numri i protoneve dhe elektroneve është identik. Ngarkesa e saktë bërthamore atom zhvillohet pikërisht për shkak të protoneve.

3. Duhet të mbani mend se numri atomik i një elementi kimik përkon në mënyrë sasiore me ngarkesën e bërthamës atom. Rrjedhimisht, për të përcaktuar ngarkesën e bërthamës atom ju duhet të shikoni se në çfarë numri ndodhet ky element kimik.

4. Shembulli nr. 1. Përcaktoni ngarkesën bërthamore atom karboni (C). Ne fillojmë të eksplorojmë elementin kimik të karbonit, duke u fokusuar në tabelën e D.I. Karboni ndodhet në “apartamentin” nr. 6. Për rrjedhojë, ai ka një ngarkesë bërthamore +6 për shkak të 6 protoneve (grimcave të ngarkuara saktë) që ndodhen në bërthamë. Duke marrë parasysh që atomi është elektrikisht neutral, kjo do të thotë se do të ketë edhe 6 elektrone.

5. Shembulli nr. 2. Përcaktoni ngarkesën bërthamore atom alumini (Al). Alumini ka një numër serie - nr 13. Për rrjedhojë, ngarkesa e bërthamës atom alumini +13 (për shkak të 13 protoneve). Do të ketë edhe 13 elektrone.

6. Shembulli nr. 3. Përcaktoni ngarkesën bërthamore atom argjendi (Ag). Argjendi ka një numër serik - nr 47. Kjo do të thotë se ngarkesa e bërthamës atom argjend + 47 (për shkak të 47 protoneve). Ka edhe 47 elektrone.

Një atom i një elementi kimik përbëhet nga bërthamat dhe guaskë elektronike. Bërthama është pjesa qendrore e një atomi, në të cilën është përqendruar afërsisht çdo masë e tij. Ndryshe nga guaska elektronike, bërthama ka të saktën ngarkuar .

Do t'ju duhet

• Numri atomik i një elementi kimik, ligji i Moseley-t

Udhëzimet

1. Bërthama e një atomi përbëhet nga 2 lloje grimcash - protone dhe neutrone. Neutronet janë grimca elektrike neutrale, domethënë elektrike e tyre ngarkuar barazohet me zero. Protonet janë grimca të ngarkuara pozitivisht dhe elektriciteti i tyre ngarkuarështë e barabartë me +1.

2. Kështu, ngarkuar bërthamat e barabartë me numrin e protoneve. Nga ana tjetër, numri i protoneve në bërthamë është i barabartë me numrin bërthamor të elementit kimik. Për shembull, numri bërthamor i hidrogjenit është 1, domethënë, bërthama e hidrogjenit përbëhet nga një proton dhe ka ngarkuar+1. Numri bërthamor i natriumit është 11, ngarkuar e tij bërthamatështë e barabartë me +11.

3. Gjatë kalbjes alfa bërthamat numri i tij bërthamor zvogëlohet me dy për shkak të emetimit të një grimce alfa ( bërthamat atomi i heliumit). Kështu, numri i protoneve në një bërthamë që ka pësuar kalbje alfa reduktohet gjithashtu me dy zbërthim beta mund të ndodhë në 3 lloje të ndryshme. Në zbërthimin beta-minus, një neutron shndërrohet në një proton duke emetuar një elektron dhe një antineutrino. Pastaj ngarkuar bërthamat rritet me një në rastin e zbërthimit beta-plus, protoni shndërrohet në një neutron, pozitron dhe nitrino, ngarkuar bërthamat zvogëlohet me një Në rastin e kapjes elektronike ngarkuar bërthamat gjithashtu zvogëlohet me një.

4. Ngarkimi bërthamat mund të përcaktohet edhe nga frekuenca e vijave spektrale të rrezatimit karakteristik të një atomi. Sipas ligjit të Moseley: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, ku v është frekuenca spektrale e rrezatimit karakteristik, R është Rydberg i vazhdueshëm, S është ekrani i vazhdueshëm, n është numri kuantik themelor. Z = n*sqrt( v/r)+s.

Video mbi temën

Një atom është grimca më e vogël e një elementi të tërë që mbart vetitë e tij kimike. Si ekzistenca ashtu edhe struktura e atomit kanë qenë objekt spekulimi dhe kuptimi që nga kohërat e lashta. U zbulua se struktura e atomeve është e ngjashme me strukturën e Sistemit të Qartë: në qendër është një bërthamë që zë shumë pak hapësirë, por përqendron afërsisht të gjithë masën në vetvete; "Planetet" rrotullohen rreth tij - elektrone që mbartin negativë akuzat. Si mund të zbulohet një tarifë? bërthamat atom?

Udhëzimet

1. Çdo atom është elektrikisht neutral. Por, për faktin se elektronet bartin negativ akuzat, ato duhet të balancohen nga ngarkesa të kundërta. Kjo eshte e vertetë. Pozitive akuzat bartin grimca të quajtura "protone" të vendosura në bërthamën e një atomi. Një proton është shumë më i rëndë se një elektron: ai peshon sa 1836 elektrone!

2. Rasti më primitiv është atomi i hidrogjenit i elementit të parë të Tabelës Periodike. Duke parë tabelën, do të shihni se ajo renditet në numrin një, dhe bërthama e saj përbëhet nga një proton i jashtëzakonshëm, rreth të cilit rrotullohet një elektron i jashtëzakonshëm. Nga kjo rezulton se ngarkesa bërthamat atomi i hidrogjenit është +1.

3. Bërthamat e elementeve të tjerë përbëhen jo vetëm nga protone, por edhe nga të ashtuquajturat "neutrone". Siç mund ta kuptoni lehtësisht nga vetë emri, neutronet nuk mbajnë asnjë ngarkesë fare - as negative dhe as të saktë. Prandaj, mbani mend: pa marrë parasysh sa neutrone përfshihen në bërthamën bërthamat, ato ndikojnë vetëm në masën e tij, por jo në ngarkesën e tij.

4. Rrjedhimisht, madhësia e ngarkesës pozitive bërthamat i një atomi varet vetëm nga sa protone përmban. Por për shkak të faktit se, siç është treguar tashmë, atomi është elektrikisht neutral, bërthama e tij duhet të përmbajë të njëjtin numër protonesh sa ka elektrone që rrotullohen rreth bërthamat. Numri i protoneve përcaktohet nga numri atomik i elementit në Tabelën Periodike.

5. Shikoni disa elementë. Le të themi se oksigjeni i famshëm dhe i nevojshëm urgjentisht është në "qelizën" numër 8. Rrjedhimisht, bërthama e saj përmban 8 protone, dhe ngarkesa bërthamat do të jetë +8. Çeliku zë "qelizën" numër 26, dhe, në përputhje me rrethanat, ka një tarifë bërthamat+26. Dhe një metal i mirë - ari, me numër serial 79 - do të ketë saktësisht të njëjtën ngarkesë bërthamat(79), me shenjën +. Prandaj, një atom oksigjeni përmban 8 elektrone, një atom hekuri përmban 26 dhe një atom ari përmban 79.

Video mbi temën

Në kushte të zakonshme, një atom është elektrikisht neutral. Në këtë rast, bërthama e një atomi, e përbërë nga protone dhe neutrone, është e ngarkuar pozitivisht, dhe elektronet mbajnë një ngarkesë negative. Kur ka një tepricë ose mungesë të elektroneve, një atom shndërrohet në një jon.

Udhëzimet

1. Çdo element kimik ka ngarkesën e tij unike bërthamore. Është ngarkesa që përcakton numrin e elementit në tabelën periodike. Kështu, bërthama e hidrogjenit ka një ngarkesë +1, helium +2, litium +3, berilium +4, etj. Kështu, nëse shikojmë një element, ngarkesa e bërthamës së atomit të tij mund të përcaktohet nga tabela periodike.

2. Për shkak se në kushte të zakonshme një atom është elektrikisht neutral, numri i elektroneve korrespondon me ngarkesën e bërthamës atomike. Ngarkesa negative e elektroneve kompensohet nga ngarkesa pozitive e bërthamës. Forcat elektrostatike mbajnë retë elektronike pranë atomit, gjë që siguron stabilitetin e tij.

3. Kur ekspozohen ndaj kushteve të caktuara, elektronet mund të hiqen nga një atom ose mund t'i shtohen të tjera. Kur hiqni një elektron nga një atom, atomi bëhet një kation, një jon i ngarkuar siç duhet. Me një numër të tepërt elektronesh, një atom bëhet një anion, një jon i ngarkuar negativisht.

4. Komponimet kimike mund të jenë molekulare ose jonike në natyrë. Molekulat janë gjithashtu neutrale elektrike, dhe jonet mbajnë një ngarkesë të caktuar. Kështu, molekula e amoniakut NH3 është neutrale, por joni i amonit NH4+ është i ngarkuar saktë. Lidhjet ndërmjet atomeve në molekulën e amoniakut janë kovalente, të formuara sipas llojit të shkëmbimit. Atomi i katërt i hidrogjenit shtohet nëpërmjet një mekanizmi dhurues-pranues, kjo është gjithashtu një lidhje kovalente. Amoniumi formohet kur amoniaku reagon me tretësirat e acidit.

5. Gjëja kryesore për të kuptuar është se ngarkesa e bërthamës së një elementi nuk varet nga transformimet kimike. Pavarësisht se sa elektrone shtoni ose hiqni, ngarkesa në bërthamë do të mbetet e njëjtë. Për shembull, një atom O, një O-anion dhe një kation O+ karakterizohen nga e njëjta ngarkesë bërthamore prej +8. Në këtë rast, atomi ka 8 elektrone, anioni ka 9 dhe kationi ka 7. Vetë bërthama mund të ndryshohet vetëm përmes metamorfozës bërthamore.

6. Një lloj veçanërisht i zakonshëm i reaksionit bërthamor është zbërthimi radioaktiv, i cili mund të ndodhë në mjedisin natyror. Masa bërthamore e elementeve që i nënshtrohen një kalbjeje të tillë në natyrë është e mbyllur në kllapa katrore. Kjo do të thotë se numri i masës nuk është konstant dhe ndryshon me kalimin e kohës.

Në tabelën periodike të elementeve D.I. Argjendi Mendeleev ka numrin serik 47 dhe përcaktimin "Ag" (argentum). Emri i këtij metali mund të ketë ardhur nga latinishtja "argos", që do të thotë "i bardhë", "shkëlqyes".

Udhëzimet

1. Argjendi ishte i njohur për shoqërinë në mijëvjeçarin e IV para Krishtit. Në Egjiptin e Lashtë madje quhej "ari i bardhë". Ky metal i shtrenjtë gjendet në natyrë si në formë amtare ashtu edhe në formën e komponimeve, të themi, sulfide. Copat e argjendit janë të mëdha në peshë dhe shpesh përmbajnë papastërti të arit, merkurit, bakrit, platinit, antimonit dhe bismutit.

2. Vetitë kimike të argjendit Argjendi i përket grupit të metaleve kalimtare dhe ka të gjitha vetitë e metaleve. Sidoqoftë, aktiviteti kimik i argjendit është i ulët - në serinë elektrokimike të tensioneve metalike ndodhet në të djathtë të hidrogjenit, afërsisht në fund. Në përbërjet, argjendi më së shpeshti shfaq gjendjen e oksidimit +1.

3. Në kushte të zakonshme, argjendi nuk reagon me oksigjen, hidrogjen, azot, karbon, silikon, por ndërvepron me squfurin, duke formuar sulfur argjendi: 2Ag+S=Ag2S. Kur nxehet, argjendi ndërvepron me halogjenet: 2Ag+Cl2=2AgCl?.

4. Nitrati i tretshëm i argjendit AgNO3 përdoret për përcaktimin e besueshëm të joneve halide në tretësirë ​​– (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal?. Për shembull, kur ndërvepron me anionet e klorit, argjendi jep një precipitat të bardhë të patretshëm AgCl?.

5. Pse produktet e argjendit zbehen në ajër Arsyeja e errësimit gradual të produkteve të argjendit shpjegohet me faktin se argjendi reagon me sulfurin e hidrogjenit që gjendet në ajër? Si rezultat, në sipërfaqen e metalit formohet një film Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

6. Si ndërvepron argjendi me acidet Argjendi, si bakri, nuk ndërvepron me acidet klorhidrike dhe sulfurike të holluara, sepse është një metal me aktivitet të ulët dhe nuk mund të zhvendosë hidrogjenin prej tyre? Acidet oksiduese, acidet nitrik dhe sulfurik të koncentruar, tretin argjendin: 2Ag+2H2SO4(konc.)=Ag2SO4+SO2?+2H2O; Ag+2HNO3(konc.)=AgNO3+NO2?+H2O; 3Ag+4HNO3(dil.)=3AgNO3+NO?+2H2O.

7. Nëse shtoni alkali në një tretësirë ​​të nitratit të argjendit, do të merrni një precipitat të errët të gështenjës së oksidit të argjendit Ag2O: 2AgNO3+2NaOH=Ag2O?+2NaNO3+H2O.

8. Ashtu si komponimet monovalente të bakrit, precipitatet e patretshme AgCl dhe Ag2O mund të treten në tretësirat e amoniakut, duke dhënë komponime komplekse: AgCl+2NH3=Cl; Ag2O+4NH3+H2O=2OH. Komponimi i fundit përdoret shpesh në kiminë organike në reagimin "pasqyrë argjendi" - një reagim i mirë ndaj një grupi aldehid.

Karboni është një nga elementët kimikë që ka simbolin C në tabelën periodike, numri i tij serik është 6, masa e tij bërthamore është 12,0107 g/mol dhe rrezja atomike është 91 pm. Karboni ia detyron emrin e tij kimistëve rusë, të cilët fillimisht ia caktuan emrin "karbonat" elementit, i cili më pas u shndërrua në emrin e tij aktual.

Udhëzimet

1. Karboni është përdorur në industri që nga kohërat e lashta, kur farkëtarët e përdornin për të shkrirë metale. Dy modifikime alotropike të elementit kimik janë gjerësisht të famshme - diamanti, i përdorur në industrinë e bizhuterive dhe industriale, dhe grafiti, për zbulimin e të cilit u dha së fundmi Çmimi Nobel. Edhe Antoine Lavoisier kreu aftësitë e para me të ashtuquajturin qymyr të pastër, pas së cilës vetitë e tij u studiuan pjesërisht nga një grup shkencëtarësh - Guiton de Morveau, vetë Lavoisier, Berthollet dhe Fourcroix, të cilët e përshkruan aftësinë e tyre në librin "Metoda e Nomenklatura Kimike”.

2. Karboni i lirë u zbulua për herë të parë nga britaniku Tennant, i cili kaloi avujt e fosforit mbi shkumësin e nxehtë dhe mori fosfat kalciumi së bashku me karbonin. Aftësitë e stafit britanik u vazhduan nga francezi Guiton de Morveau. Ai e ngrohi me kujdes diamantin, duke e kthyer përfundimisht në grafit dhe më vonë në acid karbonik.

3. Karboni ka veti fizike mjaft të ndryshme për shkak të formimit të lidhjeve kimike të llojeve të ndryshme. Dihet tashmë se ky element kimik formohet vazhdimisht në shtresat e poshtme të stratosferës dhe vetitë e tij i kanë dhënë karbonit një vend në termocentralet bërthamore dhe bombat bërthamore me hidrogjen që nga vitet '50.

4. Fizikanët dallojnë disa forma ose struktura të karbonit: tetrike, trigonale dhe diagonale. Ai gjithashtu ka disa variacione kristalore - diamant, grafen, grafit, karbin, lonsdaleite, nanodiamant, fullerene, fullerite, fibër karboni, nanofibër dhe nanotuba. Karboni amorf ka gjithashtu forma: aktivizuar dhe qymyr druri, qymyr fosil ose antracit, qymyr ose koks nafte, karboni i qelqtë, karboni i zi, blozë dhe nanofilm karboni. Fizikanët gjithashtu bëjnë dallimin midis variacioneve të kolasterit - astralenet, dikarbonet dhe nanokonet e karbonit.

5. Karboni është mjaft inert në mungesë të temperaturave ekstreme dhe kur arrihet pragu i sipërm i tyre, ai është në gjendje të kombinohet me elementë të tjerë kimikë, duke shfaqur veti të forta reduktuese.

6. Ndoshta një përdorim veçanërisht i famshëm i karbonit është në industrinë e lapsave, ku përzihet me argjilën për ta bërë atë më pak të brishtë. Përdoret gjithashtu si lubrifikant në temperatura shumë të larta ose të ulëta, dhe pika e tij e lartë e shkrirjes bën të mundur prodhimin e kavanozave të forta nga karboni për derdhjen e metaleve. Grafiti është gjithashtu një përcjellës magjepsës i elektricitetit, i cili premton shumë për përdorimin e tij në elektronikë.

Video mbi temën

Shënim!
Në tabelën e D.I. Mendeleev, tregohen dy vlera numerike në një qelizë për të gjithë elementin kimik. Mos ngatërroni numrin atomik dhe masën relative bërthamore të një elementi

Duke studiuar kalimin e një grimce alfa përmes fletës së hollë ari (shih seksionin 6.2), E. Rutherford arriti në përfundimin se atomi përbëhet nga një bërthamë e rëndë e ngarkuar pozitivisht dhe elektrone që e rrethojnë atë.

Bërthamë quhet pjesa qendrore e atomit,në të cilin është përqendruar pothuajse e gjithë masa e atomit dhe ngarkesa pozitive e tij.

NË përbërja e bërthamës atomike përfshin grimcat elementare : protonet Dhe neutronet (nukleonet nga fjala latine bërthama- bërthamë). Një model i tillë proton-neutron i bërthamës u propozua nga fizikani sovjetik në 1932 D.D. Ivanenko. Protoni ka një ngarkesë pozitive e + = 1,06 10 –19 C dhe një masë pushimi m fq= 1,673·10 –27 kg = 1836 m e. Neutron ( n) – grimcë neutrale me masë pushimi m n= 1,675·10 –27 kg = 1839 m e(ku është masa e elektroneve m e, e barabartë me 0,91·10 –31 kg). Në Fig. Figura 9.1 tregon strukturën e atomit të heliumit sipas ideve të fundit të shekullit të 20-të - fillimit të shekullit të 21-të.

Ngarkesa kryesore barazohet Ze, Ku e- ngarkesa protonike, Z– numri i tarifës, të barabartë numër serik elementi kimik në tabelën periodike të elementeve të Mendelejevit, d.m.th. numri i protoneve në bërthamë. Numri i neutroneve në bërthamë shënohet N. Zakonisht Z > N.

Kernelet e njohura aktualisht me Z= 1 deri Z = 107 – 118.

Numri i nukleoneve në një bërthamë A = Z + N thirrur numri masiv . Bërthamat me të njëjtat Z, por ndryshe A quhen izotopet. Bërthamat që, me të njëjtën A kanë të ndryshme Z, quhen izobaret.

Bërthama shënohet me të njëjtin simbol si atomi neutral, ku X- simbol i një elementi kimik. Për shembull: hidrogjeni Z= 1 ka tre izotope: - protium ( Z = 1, N= 0), - deuterium ( Z = 1, N= 1), - tritium ( Z = 1, N= 2), kallaji ka 10 izotope etj. Në shumicën dërrmuese, izotopet e një elementi kimik kanë të njëjtat veti kimike dhe të ngjashme fizike. Në total, njihen rreth 300 izotopë të qëndrueshëm dhe më shumë se 2000 të tillë natyralë dhe artificialë. izotopet radioaktive.

Madhësia e bërthamës karakterizohet nga rrezja e bërthamës, e cila ka një kuptim konvencional për shkak të mjegullimit të kufirit të bërthamës. Edhe E. Rutherford, duke analizuar eksperimentet e tij, tregoi se madhësia e bërthamës është afërsisht 10-15 m (madhësia e një atomi është 10-10 m). Ekziston një formulë empirike për llogaritjen e rrezes së bërthamës:

Ku R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 m Kjo tregon se vëllimi i bërthamës është në përpjesëtim me numrin e nukleoneve.

Dendësia e lëndës bërthamore është e rendit të madhësisë 10 17 kg/m 3 dhe është konstante për të gjitha bërthamat. Ai tejkalon ndjeshëm dendësinë e substancave të zakonshme më të dendura.

Protonet dhe neutronet janë fermionet, sepse kanë rrotullim ħ /2.

Bërthama e një atomi ka momenti këndor i brendshëm – rrotullimi bërthamor :

,

(9.1.2)

Ku I – e brendshme(i plotë)numri kuantik spin.

Numri I pranon vlera të plota ose gjysmë të plota 0, 1/2, 1, 3/2, 2, etj. Bërthamat me madje A kanë rrotullimi i numrit të plotë(në njësi ħ ) dhe respektoni statistikat Bose–Ajnshtajni(bozonet). Bërthamat me i çuditshëm A kanë rrotullim gjysmë i plotë(në njësi ħ ) dhe respektoni statistikat Fermi–Diraku(ato. bërthama - fermione).

Grimcat bërthamore kanë momentet e tyre magnetike, të cilat përcaktojnë momentin magnetik të bërthamës në tërësi. Njësia matëse për momentet magnetike të bërthamave është magnetoni bërthamor μ helm:

Këtu e- vlera absolute e ngarkesës së elektronit, m fq– masë protonike.

Magnetoni bërthamor në m fq/m e= 1836.5 herë më pak se magnetoni Bohr, rrjedh se vetitë magnetike të një atomi përcaktohen nga vetitë magnetike të elektroneve të tij .

Ekziston një lidhje midis rrotullimit të një bërthame dhe momentit të tij magnetik:

ku γ helm - raporti gjiromagnetik bërthamor.

Neutroni ka një moment magnetik negativ μ n≈ – 1,913μ helm pasi drejtimi i rrotullimit të neutronit dhe momenti i tij magnetik janë të kundërta. Momenti magnetik i protonit është pozitiv dhe i barabartë me μ R≈ 2.793μ helm. Drejtimi i tij përkon me drejtimin e rrotullimit të protonit.

Shpërndarja e ngarkesës elektrike të protoneve mbi bërthamë është përgjithësisht asimetrike. Masa e devijimit të kësaj shpërndarjeje nga simetrike sferike është Momenti elektrik katërpolësh i bërthamës P. Nëse dendësia e ngarkesës supozohet të jetë e njëjtë kudo, atëherë P përcaktohet vetëm nga forma e bërthamës. Pra, për një elipsoid revolucioni

,

(9.1.5)

Ku b- gjysmë boshti i elipsoidit përgjatë drejtimit të rrotullimit, A– gjysmë boshti në drejtim pingul. Për një bërthamë të zgjatur përgjatë drejtimit të rrotullimit, b > A Dhe P> 0. Për një bërthamë të rrafshuar në këtë drejtim, b < a Dhe P < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = a Dhe P= 0. Kjo është e vërtetë për bërthamat me spin të barabartë me 0 ose ħ /2.

Për të parë demonstrimet, klikoni në lidhjen e duhur:

Belkin I.K. Ngarkesa e bërthamës atomike dhe sistemi periodik i elementeve të Mendelejevit // Kuantike. - 1984. - Nr 3. - F. 31-32.

Me marrëveshje të veçantë me redaksinë dhe redaktorët e revistës "Kvant"

Idetë moderne për strukturën e atomit lindën në 1911 - 1913, pas eksperimenteve të famshme të Rutherford-it mbi shpërndarjen e grimcave alfa. Në këto eksperimente u tregua se α -grimcat (ngarkesa e tyre është pozitive), që bien mbi një fletë metalike të hollë, ndonjëherë devijohen në kënde të mëdha dhe madje hidhen prapa. Kjo mund të shpjegohet vetëm me faktin se ngarkesa pozitive në atom është e përqendruar në një vëllim të papërfillshëm. Nëse e imagjinojmë atë në formën e një topi, atëherë, siç vendosi Rutherford, rrezja e këtij topi duhet të jetë afërsisht 10 -14 -10 -15 m, që është dhjetëra e qindra mijëra herë më e vogël se madhësia e atomit. në tërësi (~10 -10 m) . Vetëm pranë një ngarkese kaq të vogël pozitive mund të ekzistojë një fushë elektrike e aftë për të refuzuar α -një grimcë që udhëton me një shpejtësi prej rreth 20,000 km/s. Rutherford e quajti këtë pjesë të atomit bërthama atomike.

Kështu lindi ideja që një atom i çdo substance përbëhet nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht dhe elektrone të ngarkuar negativisht, ekzistenca e të cilave në atome u vërtetua më herët. Natyrisht, meqenëse atomi në tërësi është elektrikisht neutral, ngarkesa e bërthamës duhet të jetë numerikisht e barabartë me ngarkesën e të gjitha elektroneve të pranishme në atom. Nëse modulin e ngarkesës së një elektroni e shënojmë me shkronjë e(ngarkesa elementare), pastaj ngarkesa q kerneli i duhet të jetë i barabartë q i = Ze, Ku Z- një numër i plotë i barabartë me numrin e elektroneve në një atom. Por cili është numri Z? Cila është tarifa? q a jam unë thelbi?

Nga eksperimentet e Rutherford, të cilat bënë të mundur përcaktimin e madhësisë së bërthamës, është, në parim, e mundur të përcaktohet madhësia e ngarkesës bërthamore. Në fund të fundit, fusha elektrike që refuzon α -grimca varet jo vetëm nga madhësia, por edhe nga ngarkesa e bërthamës. Dhe Rutherford në fakt vlerësoi ngarkesën e bërthamës. Sipas Rutherford, ngarkesa në bërthamën e një atomi të një elementi kimik është afërsisht e barabartë me gjysmën e masës së tij atomike relative. A, shumëzuar me ngarkesën elementare e, kjo eshte

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

Por, çuditërisht, ngarkesa e vërtetë e bërthamës nuk u vendos nga Rutherford, por nga një prej lexuesve të artikujve dhe raporteve të tij - shkencëtari holandez Van den Broek (1870-1926). Është e çuditshme sepse Van den Broek me arsim dhe profesion nuk ishte fizikant, por avokat.

Pse Radhërfordi, kur vlerësoi ngarkesat e bërthamave atomike, i lidhi ato me masat atomike? Fakti është se kur në 1869 D.I. Mendeleev krijoi sistemin periodik të elementeve kimike, ai i renditi elementet në rend në rritje të masave të tyre atomike. Dhe gjatë dyzet viteve të fundit, të gjithë janë mësuar me faktin se karakteristika më e rëndësishme e një elementi kimik është masa e tij atomike relative, se është kjo që dallon një element nga tjetri.

Ndërkohë, pikërisht në këtë kohë, në fillim të shekullit të 20-të, u shfaqën vështirësitë me sistemin e elementeve. Gjatë studimit të fenomenit të radioaktivitetit, u zbuluan një sërë elementësh të rinj radioaktivë. Dhe dukej se nuk kishte vend për ta në sistemin Mendeleev. Dukej se sistemi Mendeleev kërkonte ndryshime. Van den Broek ishte veçanërisht i shqetësuar për këtë. Gjatë disa viteve, atyre iu ofruan disa opsione për një sistem të zgjeruar elementësh, në të cilin do të kishte hapësirë ​​të mjaftueshme jo vetëm për elementë të qëndrueshëm të pazbuluar (vetë D.I. Mendeleev "u kujdes" për vendet për ta), por edhe për edhe elementet radioaktive. Van den Broek botoi versionin e fundit në fillim të vitit 1913, ai kishte 120 vende, dhe uraniumi zinte qelinë numër 118.

Gjithashtu në vitin 1913 u botuan rezultatet e kërkimeve më të fundit mbi shpërndarjen α -grimcat në kënde të mëdha, të kryera nga bashkëpunëtorët e Rutherford-it Geiger dhe Marsden. Duke analizuar këto rezultate, Van den Broek bëri një zbulim vendimtar. Ai gjeti se numri Z në formulë q i = Ze nuk është e barabartë me gjysmën e masës relative të një atomi të një elementi kimik, por me numrin e tij atomik. Dhe, për më tepër, numri serial i elementit në sistemin Mendeleev, dhe jo në sistemin e tij, Van den Broek, me 120 vende. Rezulton se sistemi Mendeleev nuk kishte nevojë të ndryshohej!

Nga ideja e Van den Broek rrjedh se çdo atom përbëhet nga një bërthamë atomike, ngarkesa e së cilës është e barabartë me numrin serial të elementit përkatës në sistemin Mendeleev, shumëzuar me ngarkesën elementare, dhe elektronet, numri i të cilave në atomi është gjithashtu i barabartë me numrin serial të elementit. (Një atom bakri, për shembull, përbëhet nga një bërthamë me një ngarkesë prej 29 e, dhe 29 elektrone.) U bë e qartë se D.I Mendeleev i rregulloi në mënyrë intuitive elementet kimike në rend në rritje jo të masës atomike të elementit, por të ngarkesës së bërthamës së tij (megjithëse ai nuk dinte për këtë). Rrjedhimisht, një element kimik ndryshon nga një tjetër jo nga masa e tij atomike, por nga ngarkesa e bërthamës atomike. Ngarkesa e bërthamës së një atomi është karakteristika kryesore e një elementi kimik. Ka atome të elementeve krejtësisht të ndryshëm, por me të njëjtat masa atomike (ata kanë një emër të veçantë - izobare).

Fakti që nuk janë masat atomike ato që përcaktojnë pozicionin e një elementi në një sistem, duket edhe nga tabela periodike: në tre vende shkelet rregulli i rritjes së masës atomike. Kështu, masa atomike relative e nikelit (Nr. 28) është më e vogël se ajo e kobaltit (Nr. 27), e kaliumit (Nr. 19) është më e vogël se ajo e argonit (Nr. 18), e jodit (Nr. 53) më pak se ai i telurit (Nr. 52).

Supozimi për marrëdhënien midis ngarkesës së bërthamës atomike dhe numrit atomik të elementit shpjegoi lehtësisht rregullat e zhvendosjes gjatë transformimeve radioaktive, të zbuluara në të njëjtin 1913 (“Fizika 10”, § 103). Në fakt, kur emetohet nga bërthama α -grimca, ngarkesa e së cilës është e barabartë me dy ngarkesa elementare, ngarkesa e bërthamës, dhe për këtë arsye numri i saj serial (tani zakonisht quhet numër atomik) duhet të ulet me dy njësi. Kur lëshon β -grimca, domethënë një elektron i ngarkuar negativisht, duhet të rritet me një njësi. Pikërisht këto janë rregullat e zhvendosjes.

Ideja e Van den Broek shumë shpejt (fjalë për fjalë në të njëjtin vit) mori konfirmimin e saj të parë, megjithëse indirekt, eksperimental. Disi më vonë, korrektësia e tij u vërtetua me matjet e drejtpërdrejta të ngarkesës së bërthamave të shumë elementeve. Është e qartë se ai luajti një rol të rëndësishëm në zhvillimin e mëtejshëm të fizikës së atomit dhe bërthamës atomike.

Atomet e çdo substance janë grimca elektrike neutrale. Një atom përbëhet nga një bërthamë dhe një koleksion elektronesh. Bërthama mbart një ngarkesë pozitive, ngarkesa totale e së cilës është e barabartë me shumën e ngarkesave të të gjitha elektroneve të atomit.

Informacion i përgjithshëm për ngarkesën e bërthamës së një atomi

Ngarkesa e bërthamës së një atomi përcakton vendndodhjen e elementit në tabelën periodike D.I. Mendeleev dhe, në përputhje me rrethanat, vetitë kimike të një substance që përbëhet nga këto atome dhe komponime të këtyre substancave. Ngarkesa bërthamore është e barabartë me:

ku Z është numri i elementit në tabelën periodike, e është vlera e ngarkesës së elektronit ose .

Elementet me numra të njëjtë Z por me masa atomike të ndryshme quhen izotope. Nëse elementët kanë të njëjtin Z, atëherë bërthama e tyre ka një numër të barabartë protonesh, dhe nëse masat atomike janë të ndryshme, atëherë numri i neutroneve në bërthamat e këtyre atomeve është i ndryshëm. Kështu, hidrogjeni ka dy izotope: deuterium dhe tritium.

Bërthamat e atomeve kanë një ngarkesë pozitive, sepse ato përbëhen nga protone dhe neutrone. Një proton është një grimcë e qëndrueshme që i përket klasës së hadroneve, e cila është bërthama e një atomi hidrogjeni. Një proton është një grimcë e ngarkuar pozitivisht. Ngarkesa e saj është e barabartë në madhësi me ngarkesën elementare, domethënë vlerën e ngarkesës së elektronit. Ngarkesa e një protoni shpesh shënohet si , atëherë mund të shkruajmë se:

Masa e mbetur e një protoni () është afërsisht e barabartë me:

Mund të mësoni më shumë rreth protonit duke lexuar seksionin "Ngarkesa e një Protoni".

Eksperimente për matjen e ngarkesës bërthamore

Moseley ishte i pari që mati ngarkesat bërthamore në vitin 1913. Matjet ishin indirekte. Shkencëtari përcaktoi marrëdhënien midis frekuencës së rrezatimit me rreze X () dhe ngarkesës së bërthamës Z.

ku C dhe B janë konstante të pavarura nga elementi për serinë e konsideruar të rrezatimit.

Chadwick mati ngarkesën bërthamore drejtpërdrejt në vitin 1920. Ai shpërndau grimca në filma metalikë, duke përsëritur në thelb eksperimentet e Rutherford-it, të cilat e çuan Rutherfordin të ndërtonte një model bërthamor të atomit.

Në këto eksperimente, grimcat kaluan nëpër një fletë metalike të hollë. Rutherford zbuloi se në shumicën e rasteve grimcat kalonin nëpër fletë metalike, duke devijuar në kënde të vogla nga drejtimi fillestar i lëvizjes. Kjo shpjegohet me faktin se - grimcat devijohen nën ndikimin e forcave elektrike të elektroneve, të cilat kanë masë dukshëm më të vogël se - grimcat. Ndonjëherë, mjaft rrallë, grimcat devijojnë në kënde që tejkalojnë 90 o. Rutherford e shpjegoi këtë fakt me praninë në atom të një ngarkese që lokalizohet në një vëllim të vogël dhe kjo ngarkesë shoqërohet me një masë që është shumë më e madhe se grimca y.

Për të përshkruar matematikisht rezultatet e eksperimenteve të tij, Rutherford nxori një formulë që përcakton shpërndarjen këndore të grimcave pasi ato shpërndahen nga atomet. Kur nxori këtë formulë, shkencëtari përdori ligjin e Kulombit për ngarkesat pika dhe besonte se masa e bërthamës atomike është shumë më e madhe se masa e grimcës. Formula e Rutherford mund të shkruhet si:

ku n është numri i bërthamave shpërndarëse për njësi të sipërfaqes së fletës; N është numri i grimcave që kalojnë nëpër një zonë të vetme në 1 sekondë, pingul me drejtimin e rrjedhës së grimcave; - numri i grimcave që shpërndahen brenda këndit të ngurtë - ngarkesa e qendrës së shpërndarjes; - masë - grimca; - këndi i devijimit - grimcat; v - shpejtësia - grimcat.

Formula e Radhërfordit (3) mund të përdoret për të gjetur ngarkesën e bërthamës së një atomi (Z) nëse krahasojmë numrin e grimcave rënëse (N) me numrin (dN) të grimcave të shpërndara në një kënd, atëherë funksioni do të bëhet; varen vetëm nga ngarkesa e bërthamës shpërndarëse. Duke kryer eksperimente dhe duke zbatuar formulën e Rutherford, Chadwick gjeti ngarkesat e bërthamave të platinit, argjendit dhe bakrit.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

Ushtrimi	Një pllakë metalike rrezatohet me grimca që kanë shpejtësi të lartë. Disa nga këto grimca, gjatë bashkëveprimit elastik me bërthamat e atomeve të metaleve, ndryshojnë drejtimin e lëvizjes së tyre në të kundërt. Sa është ngarkesa e bërthamës së atomeve metalike (q), nëse distanca minimale ndërmjet grimcës dhe bërthamës është e barabartë me r. Masa e një grimce është e barabartë me shpejtësinë e saj v. Kur zgjidhet problemi, efektet relativiste mund të neglizhohen. Konsideroni grimcat si pika, bërthama të palëvizshme dhe si pika.
Zgjidhje	Le të bëjmë një vizatim. Duke lëvizur në drejtim të bërthamës atomike, grimca kapërcen forcën e Kulombit, e cila e largon atë nga bërthama, pasi grimca dhe bërthama kanë ngarkesa pozitive. Energjia kinetike e një grimce në lëvizje shndërrohet në energjinë potenciale të bashkëveprimit midis bërthamës së një atomi metalik dhe grimcës. Ligji i ruajtjes së energjisë duhet të merret si bazë për zgjidhjen e problemit: Ne gjejmë energjinë potenciale të grimcave të ngarkuara me pikë si: ku ngarkesa e grimcës është e barabartë me: , pasi dhe e grimcës është bërthama e një atomi heliumi, i cili përbëhet nga dy protone dhe dy neutrone, pasi do të supozojmë se eksperimenti kryhet në ajër. Energjia kinetike e një grimce para përplasjes me një bërthamë atomike është e barabartë me: Në përputhje me (1.1), ne barazojmë anët e djathta të shprehjeve (1.2) dhe (1.3), kemi: Nga formula (1.4) ne shprehim ngarkesën e bërthamës:
Përgjigju

Nga modeli planetar i strukturës së atomeve, ne e dimë se një atom është një bërthamë dhe një re elektronesh që rrotullohen rreth tij. Për më tepër, distanca midis elektroneve dhe bërthamës është dhjetëra e qindra mijëra herë më e madhe se madhësia e vetë bërthamës.

Cila është vetë thelbi? A është një top i vogël i ngurtë i pandashëm apo është i përbërë nga grimca më të vogla? Asnjë mikroskop i vetëm që ekziston në botë nuk është në gjendje të na tregojë qartë se çfarë po ndodh në këtë nivel. Gjithçka është shumë e vogël atje. Atëherë çfarë duhet të bëjmë? A është edhe e mundur të studiohet fizika e bërthamës atomike? Si të zbuloni përbërjen dhe karakteristikat e bërthamës atomike nëse nuk është e mundur ta studioni atë?

Ngarkesa e bërthamës së një atomi

Nëpërmjet një shumëllojshmërie të gjerë eksperimentesh indirekte, duke shprehur hipoteza dhe duke i testuar ato në praktikë, përmes provave dhe gabimeve, shkencëtarët arritën të studionin strukturën e bërthamës atomike. Doli se bërthama përbëhet nga grimca edhe më të vogla. Madhësia e bërthamës, ngarkesa e saj dhe vetitë kimike të substancës varen nga numri i këtyre grimcave. Për më tepër, këto grimca kanë një ngarkesë pozitive, e cila kompenson ngarkesën negative të elektroneve të atomit. Këto grimca quheshin protone. Numri i tyre në gjendje normale është gjithmonë i barabartë me numrin e elektroneve. Çështja se si të përcaktohet ngarkesa bërthamore nuk u ngrit më. Ngarkesa e bërthamës së një atomi në një gjendje neutrale është gjithmonë e barabartë me numrin e elektroneve që rrotullohen rreth tij dhe është e kundërt në shenjë me ngarkesën e elektroneve. Dhe fizikanët tashmë kanë mësuar të përcaktojnë numrin dhe ngarkesën e elektroneve.

Struktura e bërthamës atomike: protonet dhe neutronet

Megjithatë, në procesin e hulumtimit të mëtejshëm u ngrit një problem i ri. Doli se protonet, që kanë të njëjtën ngarkesë, në disa raste ndryshojnë dy herë në masë. Kjo ngjalli shumë pyetje dhe mospërputhje. Në fund, u arrit të konstatohej se bërthama atomike, përveç protoneve, përmban edhe grimca të caktuara që janë pothuajse të barabarta në masë me protonet, por nuk kanë asnjë ngarkesë. Këto grimca quheshin neutrone. Zbulimi i neutroneve zgjidhi të gjitha mospërputhjet në llogaritjet. Si rezultat, protonet dhe neutronet, si elementë përbërës të bërthamës, u quajtën nukleone. Llogaritja e çdo vlere që lidhet me karakteristikat e bërthamës është bërë shumë më e lehtë për t'u kuptuar. Neutronet nuk marrin pjesë në formimin e ngarkesës bërthamore, kështu që ndikimi i tyre në vetitë kimike të substancës praktikisht nuk manifestohet, megjithatë, neutronet marrin pjesë në formimin e masës së bërthamave, dhe në përputhje me rrethanat, ato ndikojnë në vetitë gravitacionale të bërthama atomike. Kështu, ekziston një efekt indirekt i neutroneve në vetitë e substancës, por ai është jashtëzakonisht i parëndësishëm.