Atomska jezgra. Masovni defekt. Energija vezanja atomske jezgre

Atomska jezgra je središnji dio atoma, u kojem je koncentriran sav pozitivni naboj i gotovo sva masa.

Jezgre svih atoma sastoje se od čestica tzv nukleoni. Nukleoni mogu biti u dva stanja - električki nabijenom i neutralnom stanju. Nukleon u nabijenom stanju naziva se proton. Proton (p) je jezgra najlakšeg kemijskog elementa - vodika. Naboj protona jednak je elementarnom pozitivnom naboju, koji je po veličini jednak elementarnom negativni naboj q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., tj. naboj elektrona. Nukleon u neutralnom (nenabijenom) stanju naziva se neutron (n). Mase nukleona u oba stanja malo se razlikuju, tj. m n ≈ m p .

Nukleoni nisu elementarne čestice. Imaju složenu unutarnju strukturu i sastoje se od još manjih čestica materije – kvarkova.

Glavne karakteristike atomske jezgre su naboj, masa, spin i magnetski moment.

Naboj jezgre određena brojem protona (z) uključenih u jezgru. Nuklearni naboj (zq) različit je za različite kemijske elemente. Broj z naziva se atomski broj ili broj naboja. Atomski broj je redni broj kemijskog elementa u periodnom sustavu elemenata D. Mendeljejeva. Naboj jezgre također određuje broj elektrona u atomu. Broj elektrona u atomu određuje njihovu raspodjelu po energetskim ljuskama i podljuskama i, prema tome, sve fizikalno-kemijske karakteristike atom. Naboj jezgre određuje specifičnost danog kemijskog elementa.

Masa jezgre Masa jezgre određena je brojem (A) nukleona koji čine jezgru. Broj nukleona u jezgri (A) naziva se maseni broj. Broj neutrona (N) u jezgri može se pronaći ako se od ukupnog broja nukleona (A) oduzme broj protona (z), tj. N=F-z. U periodnom sustavu elemenata, do njegove sredine, broj protona i neutrona u jezgrama atoma približno je jednak, tj. (A-z)/z= 1, do kraja tablice (A-z)/z= 1,6.

Jezgre atoma obično se označavaju na sljedeći način:

X - simbol kemijskog elementa;

Z – atomski broj;

A – maseni broj.

Pri mjerenju masa jezgri jednostavnih tvari otkriveno je da se većina kemijskih elemenata sastoji od skupina atoma. Imajući isti naboj, jezgre različitih skupina razlikuju se u masi. Nazvane su vrste atoma određenog kemijskog elementa, koje se razlikuju po nuklearnim masama izotopi. Izotopne jezgre imaju isti broj protona, ali drugačiji broj neutroni ( i ; , , , ; , , ).

Osim jezgri izotopa (z - isti, A - različiti), postoje jezgre izobare(z - različito, A - isto). ( I ).

Mase nukleona, atomskih jezgri, atoma, elektrona i drugih čestica u nuklearna fizika Uobičajeno je mjeriti ne u "KG", već u jedinicama atomske mase (amu - inače se naziva jedinica mase ugljika i označava se "e"). Jedinica atomske mase (1e) uzima se kao 1/12 mase ugljikovog atoma 1e=1,6603 ∙ 10 -27 kg.

Mase nukleona: m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

Vidimo da će masa jezgre izražena u "e" biti zapisana kao broj blizak A.

Nuklearni spin. Mehanička kutna količina gibanja (spin) jezgre jednaka je vektorskom zbroju spinova nukleona koji čine jezgru. Proton i neutron imaju spin jednak L = ± 1/2ć. U skladu s tim, spin jezgri s parnim brojem nukleona (A je paran) je cijeli broj ili nula. Spin jezgre s neparnim brojem nukleona (A odd) je polucijeli.

Magnetski moment jezgre. Magnetski moment jezgre (P m i) jezgre u usporedbi s magnetskim momentom elektrona koji ispunjavaju elektronske ljuske atoma vrlo je malen. Na magnetska svojstva atoma, magnetski moment jezgre ne utječe. Mjerna jedinica magnetskog momenta jezgri je nuklearni magneton μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T. To je 1836 puta manje od magnetskog momenta elektrona - Bohr magneton μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J/T.

Magnetski moment protona je 2,793 μi i paralelan je sa spinom protona. Magnetski moment neutrona je 1,914 μi i antiparalelan je spinu neutrona. Magnetski momenti jezgri su reda nuklearnog magnetona.

Da bi se jezgra podijelila na sastavne nukleone, mora se obaviti određena količina posla. Količina ovog rada je mjera energije vezanja jezgre.

Energija vezanja jezgre brojčano je jednaka radu koji se mora izvršiti da se jezgra razdvoji na sastavne nukleone i bez informiranja kinetička energija.

Tijekom obrnutog procesa stvaranja jezgre, ista bi se energija trebala osloboditi iz sastavnih nukleona. To proizlazi iz zakona održanja energije. Dakle, energija vezanja jezgre jednaka je razlici između energije nukleona koji čine jezgru i energije jezgre:

ΔE = E nuk – E i. (1)

Uzimajući u obzir odnos između mase i energije (E = m ∙ c 2) i sastava jezgre, prepisujemo jednadžbu (1) na sljedeći način:

ΔE = ∙ s 2 (2)

Veličina

Δm = zm p +(A-z)m n – M i, (3)

Razlika između masa nukleona koji čine jezgru i mase same jezgre naziva se defekt mase.

Izraz (2) se može prepisati kao:

ΔE = Δm ∙ s 2 (4)

Oni. defekt mase je mjera energije vezanja jezgre.

U nuklearnoj fizici masa nukleona i jezgri mjeri se u amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), a energija se obično mjeri u MeV.

Uzimajući u obzir da je 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, nalazimo vrijednost energije koja odgovara jedinici atomske mase

1.a.e.m. ∙ s 2 = 1,6603 ∙10 -27 ∙9 ∙10 16 = 14,9427 ∙ 10 -11 J = 931,48 MeV

Dakle, nuklearna energija vezanja u MeV jednaka je

ΔE svjetlo = Δm ∙931,48 MeV (5)

S obzirom da tablice obično ne daju masu jezgri, već masu atoma, za praktično izračunavanje defekta mase, umjesto formule (3)

koristiti drugu

Δm = zm N +(A-z)m n – M a, (6)

To jest, masa protona je zamijenjena masom lakog vodikovog atoma, čime je dodano z masa elektrona, a masa jezgre je zamijenjena masom atoma M a, čime je oduzeto tih z masa elektrona.

Energija vezanja po nukleonu u jezgri naziva se specifična energija vezanja

(7)

Ovisnost specifične energije vezanja o broju nukleona u jezgri (o masenom broju A) data je na sl. 1.

Da bi se jezgra razbila na odvojene (slobodne) nukleone koji međusobno ne djeluju, potrebno je obaviti rad da se svladaju nuklearne sile, odnosno jezgri preda određena energija. Naprotiv, kada se slobodni nukleoni spoje u jezgru, oslobađa se ista energija (prema zakonu održanja energije).

• Minimalna energija potrebna za cijepanje jezgre na pojedinačne nukleone naziva se nuklearna energija vezanja

Kako se može odrediti vrijednost energije vezanja jezgre?

Najjednostavniji način pronalaženja te energije temelji se na primjeni zakona o odnosu mase i energije koji je otkrio njemački znanstvenik Albert Einstein 1905. godine.

Albert Einstein (1879.-1955.)
Njemački teorijski fizičar, jedan od utemeljitelja moderne fizike. Otkrio zakon odnosa između mase i energije, stvorio poseban i opća teorija relativnost

Prema tom zakonu postoji izravni proporcionalni odnos između mase m sustava čestica i energije mirovanja, tj. unutarnje energije E 0 tog sustava:

gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu.

Ako se energija mirovanja sustava čestica kao rezultat bilo kojeg procesa promijeni za vrijednost ΔE 0 1, tada će to dovesti do odgovarajuće promjene mase ovog sustava za vrijednost Δm, a odnos između tih veličina bit će izražen po jednakosti:

ΔE 0 = Δms 2.

Dakle, kada se slobodni nukleoni spoje u jezgru, kao rezultat oslobađanja energije (koju odnose fotoni emitirani tijekom tog procesa), masa nukleona također bi se trebala smanjiti. Drugim riječima, masa jezgre uvijek je manja od zbroja masa nukleona od kojih se sastoji.

Nedostatak nuklearne mase Δm u usporedbi s ukupnom masom njegovih sastavnih nukleona može se napisati na sljedeći način:

Δm = (Zm p + Nm n) - M i,

gdje je M i masa jezgre, Z i N su broj protona i neutrona u jezgri, a m p i m n su mase slobodnog protona i neutrona.

Veličina Δm naziva se defekt mase. Prisutnost defekta mase potvrđuju brojni eksperimenti.

Izračunajmo, na primjer, energiju vezanja ΔE 0 jezgre atoma deuterija (teškog vodika), koji se sastoji od jednog protona i jednog neutrona. Drugim riječima, izračunajmo energiju potrebnu da se jezgra razdvoji na proton i neutron.

Da bismo to učinili, prvo odredimo defekt mase Δm ove jezgre, uzimajući približne vrijednosti masa nukleona i mase jezgre atoma deuterija iz odgovarajućih tablica. Prema tabličnim podacima, masa protona je približno 1,0073 a. e.m., masa neutrona - 1,0087 a. e.m., masa jezgre deuterija je 2,0141 a.m. prije podne Dakle, Δm = (1,0073 a.u.m. + 1,0087 a.u.m.) - 2,0141 a.u.m. e.m. = 0,0019 a. jesti.

Da bi se dobila energija vezanja u džulima, defekt mase mora biti izražen u kilogramima.

S obzirom da 1 a. e.m. = 1,6605 10 -27 kg, dobivamo:

Δm = 1,6605 10 -27 kg 0,0019 = 0,0032 10 -27 kg.

Zamjenom ove vrijednosti defekta mase u formulu za energiju vezanja, dobivamo:

Energija oslobođena ili apsorbirana tijekom bilo koje nuklearne reakcije može se izračunati ako su poznate mase međudjelovanja jezgri i čestica nastalih kao rezultat te interakcije.

Pitanja

1. Kolika je energija vezanja jezgre?
2. Zapišite formulu za određivanje defekta mase bilo koje jezgre.
3. Napiši formulu za izračun energije vezanja jezgre.

1 Grčko slovo Δ ("delta") obično označava promjenu u fizička količina, ispred čijeg se simbola ovo slovo nalazi.

Relativna atomska masa Ar kemijskog elementa (to je navedeno zajedno sa simbolom elementa i njegovim rednim brojem u svakoj ćeliji periodnog sustava D. I. Mendeljejeva) je prosječna vrijednost relativnih izotopskih masa, uzimajući u obzir izotopni sadržaj. Relativna atomska masa zapravo pokazuje koliko je puta masa danog atoma veća od mase 1/12 izotopa ugljika. Kao bilo koji relativna vrijednost, Ar je bezdimenzijska veličina.

Po jedinici atomske mase ( jedinica atomske mase - a.m.u.) trenutno se prihvaća kao 1/12 mase nuklida 12 C. Ovom nuklidu pripisuje se masa od 12,0000 amu. Prava vrijednost jedinice atomske mase je 1,661· 10-27 kg.

Mase tri osnovne čestice, izražene u amu, imaju sljedeće vrijednosti:

masa protona – 1,007277 amu, masa neutrona – 1,008665 amu, masa elektrona – 0,000548 amu.

1.9.4. Masovni defekt

Ako izračunate masu izotopa (izotopsku masu) zbrajanjem masa odgovarajućeg broja protona, neutrona i elektrona, rezultat neće dati točnu korespondenciju s eksperimentom. Razlika između izračuna

izmjerene i eksperimentalno nađene vrijednosti masa izotopa nazivaju se

defekt mase.

Tako je, na primjer, izotopska masa jednog od izotopa klora 35 Cl, dobivena zbrajanjem masa sedamnaest protona, osamnaest neutrona i sedamnaest elektrona jednaka:

17· 1,007277 + 18· 1,008665 + 17· 0,000548 = 35,289005 amu

Međutim, točna eksperimentalna određivanja ove vrijednosti daju rezultat od 34,96885 amu. Defekt mase je 0,32016 amu.

Objašnjenja fenomena defekta mase mogu se dati korištenjem koncepata koje je formulirao Albert Einstein u teoriji relativnosti. Defekt mase odgovara energiji potrebnoj za svladavanje odbojnih sila između protona.

Drugim riječima, defekt mase je mjera energije vezanja nuklearnih čestica. Kad bi bilo moguće razdvojiti jezgru na sastavne nukleone, tada bi se masa sustava povećala za iznos defekta mase. Energija vezanja pokazuje razliku između energije nukleona u jezgri i njihove energije u slobodnom stanju, tj. energija vezanja je energija koja se mora potrošiti da se jezgra razdvoji na sastavne nukleone.

Energija vezanja može se izračunati pomoću formule A. Einsteina:

E = mc2,

gdje je: m – masa u kg, s – brzina svjetlosti – 2,9979·108 m/s, E – energija u J. Na primjer, energija vezanja za jedan mol (4 g) nuklida 4 He (molarna

defekt mase je 3,0378·10-5 kg) jednak je:

∆ E = (3,0378·10-5 kg/mol)·(2,9979·108 m/s)2 = 2,730·1012 J/mol Ova energija premašuje energiju konvencionalne kovalentne veze za više od

10 milijuna puta. Za dobivanje takve energije putem kemijska reakcija morali bi se upotrijebiti deseci tona tvari.

Budući da je energija vezanja izuzetno visoka, uobičajeno je izražavati je u megaelektronvoltima (1 MeV = 9,6·1010 J/mol) po nukleonu. Tako je energija vezanja po nukleonu u jezgri 4 He približno 7 MeV, au jezgri 35 Cl 8,5 MeV.

1.9.5. Nuklearne sile

Jezgra atoma je poseban objekt za proučavanje. Čak i pri površnom pregledu javljaju se mnoge nedoumice. Zašto se protoni koji čine jezgru ne odbijaju u skladu s elementarnim zakonima elektrostatike? Jednostavan izračun pomoću Coulombovog zakona pokazuje da bi se na nuklearnim udaljenostima dva protona trebala odbijati silom od oko 6000 N, ali se međusobno privlače silom 40 puta većom od te vrijednosti. Štoviše, ta sila jednako djeluje i između dva protona i između dva neutrona, kao i između protona i neutrona, tj. potpuno neovisno o naboju čestice.

Očito, nuklearne sile predstavljaju potpuno drugu klasu sila; Energija koja prati nuklearne reakcije milijunima je puta veća od energije koja karakterizira kemijske transformacije.

Primjena principa kvantne mehanike na opis gibanja elektrona trenutno daje vrlo zadovoljavajuće rezultate. Može li se ova teorija koristiti za modeliranje procesa koji se odvijaju u jezgri atoma? Najvažnija značajka nuklearne sile su izuzetno malog radijusa svog djelovanja. Doista, kretanje elektrona događa se u području prostora procijenjenom na vrijednosti reda 10-8 cm, a svi intranuklearni fenomeni događaju se na udaljenostima reda 10-12 cm i manje. Ove vrijednosti su malo veće od intrinzičnih veličina nukleona. Omjer ljestvica koje karakteriziraju gibanje elektrona s jedne strane i intranuklearne pojave s druge po redu veličine može se usporediti s istim omjerom

za makrosvijet, koji se pokorava zakonima klasične mehanike, i mikrosvijet, koji živi po zakonima kvantne mehanike.

Uz tako malu veličinu jezgre, gotovo cijela masa atoma je koncentrirana u njoj. Znajući približan volumen jezgre i masu atoma, možemo procijeniti gustoću nuklearne tvari: ona prelazi prosječna gustoća obične tvari za 2·1017 puta i reda je 1013 - 1014 g/cm3. Pokušaj stvarnog razumijevanja takvih veličina dovodi do sljedeće ilustracije: uz sličnu gustoću materije, volumen glave šibice (približno 5 mm3) trebao bi sadržavati masu jednaku masi od 1 milijuna tona vode. Kada bi takva glava šibice pala na površinu Zemlje, sve bi probušila stijene i prodrli bi u središte planeta.

1.9.6. Nuklearne transformacije

Nazivaju se transformacije atomskih jezgri uzrokovane njihovim međudjelovanjem s elementarnim česticama ili međusobno nuklearne reakcije.

Spontani nuklearni raspad - prirodna radioaktivnost– praćena trima vrstama zračenja.

Alfa zračenje je tok jezgri atoma helija s nabojem +2 i masenim brojem 4 (4 He). Pozitivan naboj ovih čestica objašnjava činjenicu da se alfa zrake skreću u električnom polju prema negativno nabijenoj ploči, a usporedno velika veličina atoma helija opravdava znatno manju prodornu moć u usporedbi s druge dvije vrste zračenja.

Očito, kada se takva čestica emitira, jezgra gubi dva protona i dva neutrona. Gubitak dva protona smanjuje atomski broj za dvije jedinice, stoga je rezultat stvaranje novog kemijskog elementa.

Na primjer, nuklid radija-226, nakon gubitka alfa čestice, prelazi u nuklid radona-222, koji se može prikazati kao jednadžbe nuklearna reakcija :

88 Ra→ 86 Rn +2 He.

Pri sastavljanju ovakvih jednadžbi mora se paziti na jednakost zbroja atomskih brojeva i zbroja masenih brojeva na lijevoj i desnoj strani (mora se osigurati očuvanje naboja i mase).

U nizu slučajeva koristi se skraćeni oblik pisanja jednadžbe nuklearne reakcije: početni nuklid napisan je lijevo, konačni nuklid desno, u zagradama između njih prvo je navedena čestica koja uzrokuje ovu transformaciju, a zatim emitiran kao rezultat. U ovom slučaju za takve čestice koriste se sljedeće slovne oznake: α (alfa čestica), p (proton), n (neutron), d (jezgra deuterija - deuteron) itd. Na primjer, za gore razmotreni alfa raspad:

Ra (-, α) Rn.

Znak "-" označava odsutnost bombardirajuće čestice (raspad jezgre događa se spontano).

Beta zračenje se pak dijeli na β - (obično se naziva

To su jednostavno β -zračenje) i β + -zračenje. β - - zračenje je tok elektrona koji se kreće brzinom bliskom brzini svjetlosti. Ovi elektroni nastaju raspadom neutrona:

90 Th→ 91 Pa + -1 e.

Nuklidi torij-234 i protaktinij-234 imaju iste masene brojeve. Takvi nuklidi nazivaju se izobare.

Pojava β + zračenja posljedica je transformacije protona u neutron, praćene emisijom pozitrona – elementarna čestica, koji je analog elektrona, ali ima pozitivan naboj:

19 K→ 18 Ar ++1 e.

Gama zračenje je teško elektromagnetska radijacija s kraćim valnim duljinama od X-zraka. Ne odstupa električni i magnetska polja i ima visoku sposobnost prodora.

Emisija γ zraka prati α - i β -raspad, kao i proces hvatanja elektrona jezgrom. U potonjem slučaju, jezgra hvata elektron s niske energetske razine (K- ili L-elektron), a jedan od protona pretvara se u neutron:

1 p + -1 e		→ 0 n.

Maseni broj nuklida se ne mijenja, ali se atomski broj smanjuje za jedan, na primjer:

23 V + -1 e → 22 Ti.

Nestabilni nuklidi koji se spontano raspadaju nazivaju se ra-

dionuklidi ili radioaktivni izotopi . Njihovo raspadanje se nastavlja sve dok se ne formiraju stabilni izotopi. Stabilni izotopi više nisu podložni radioaktivnom raspadu, pa opstaju u prirodi. Primjeri uključuju 16 O i 12 C.

Pola zivota Nestabilan izotop je vrijeme tijekom kojeg se njegova radioaktivnost smanjuje na polovicu izvorne vrijednosti. Poluživoti mogu biti u rasponu od milijuntih dijelova sekunde do milijuna godina (Tablica 1.2).

Tablica 1.2

Poluživoti nekih izotopa

			Pola zivota
			3·10-7 s
			5.7 103
			4.5 109
			1.39·1010 godina

Mnoge reakcije radioaktivnog raspada komponente su složenijih sekvencijalnih nuklearnih reakcija – tzv serije radioaktivnih transformacija ili radioaktivne serije.

Svaka transformacija u ovoj seriji dovodi do stvaranja nestabilnog izotopa, koji zauzvrat podliježe radioaktivnom raspadu. Matični nuklid naziva se roditeljski izotop, a rezultirajući je izotop kćeri. U sljedećoj fazi, izotop kćer postaje izotop roditelj, pretvarajući se u sljedeću kćer, itd. Ovaj lanac uzastopnih transformacija nastavlja se sve dok rezultat nuklearne reakcije ne postane stabilni izotop.

Dakle, radioaktivni niz urana počinje izotopom 238 U i, kao rezultat četrnaest uzastopnih reakcija nuklearnog raspada, završava stabilnim izotopom 206 Pb. U ovom slučaju, ukupni gubitak mase je 32 jedinice.

I stabilni i nestabilni nuklidi mogu se proizvesti pomoću nuklearnih reakcija bombardiranjem jezgri česticama visoke energije. Po-

zavijati umjetna nuklearna transformacija izveo E. Rutherford: 1915. god

Propuštanjem alfa zraka kroz dušik dobio je stabilni izotop kisika 17 O. Godine 1935. Irène i Frédéric Joliot-Curie dokazali su da bombardiranje aluminija alfa česticama proizvodi radioaktivni izotop fosfor, koji emitira pozitrone. Za otkriće umjetna radioaktivnost znanstvenici su dobili Nobelovu nagradu.

Pri izvođenju nuklearnih reakcija nuklearna meta se bombardira protonima, neutronima i elektronima, što dovodi do promjene nuklearnog sastava i stvaranja novog kemijskog elementa. Čestice koje bombardiraju moraju imati visoku kinetičku energiju kako bi nadvladale elektrostatske odbojne sile mete. Stoga se čestice ubrzavaju do velikih brzina u posebnim instalacijama koje se nazivaju akceleratorima (njihova dva glavna tipa su linearni akcelerator i ciklotron).

								Tablica 1.3
						Nuklearne reakcije
				Potpuna jednadžba				Kratki oblik
	(α ,p)
		7 N +2 He			→ 8 O			14 N (α ,p)17 O
	(α,n)
		13 Al +2 He→ 15 P +0 n						27 Al (α,n)30 str
		11 Na +1 H→ 12 Mg +0 n						23 Na (p,n) 23 Mg
	(p, α)
		4 Be +1 H→ 3 Li +2 He						9 Be (p,α )6 Li
		7 N +1 H → 8 O +γ						14 N (p,γ)15 O
		15 P +1 H → 15 P +1 H						31P (d,p)32P
		13 Al +1 H → 14 Si +0 n						27 Al (d,n) 28 Si
		7 N +0 n→ 6 C +1 H						14 N (n,p)14 C
		27 Co +0 n→ 27 Co +γ						59 Co (n,γ )60 Co
	(n, α)
		13 Al +0 n→ 11 Na +2 He						27 Al (n,α )24 Na

Umjetne nuklearne transformacije mogu se klasificirati prema vrsti čestica koje bombardiraju i emitiraju kao rezultat reakcije (Tablica 1.3.).

Nove su sintetizirane pomoću nuklearnih reakcija kemijski elementi sa serijskim brojevima 99 ili više. U tu se svrhu nuklearna meta bombardira teškim česticama, primjerice 7 N ili 12 C. Tako je element einsteinium dobiven bombardiranjem urana-238 jezgrama dušika-14:

MATERIJALI ZA PONAVLJANJE

Dimenzije atoma: ≈ 10 -8 cm Nuklearne dimenzije: ≈ 10 -12 – 10 -13 cm

Gustoća nuklearne tvari: ≈ 10 14 g/cm 3

Subatomske čestice

					otvaranje (datum)
ELEKTRON	9.110 10-28				Thompson (1897.)
	1.673 10-24				Rutherford (1914.)
	1.675 10-24				Chadwick (1932.)

Kvantni brojevi

		Ime	Oznaka	Prihvaćeno	Ono što karakterizira
				vrijednosti
					energičan
		Orbitalni		0, 1, 2, ...n–1	oblik orbite,
					energičan
					podnivo
		Magnetski		–ℓ,..,–1,0,+1,..,+ ℓ	prostorni
					orijentacija
					orbitale
		Spin		+½ , -½	vlastiti
					elektron

Elektroničke formule atoma

Da biste sastavili elektroničku formulu atoma, morate znati sljedeće:

1. Notni sustav: nℓh (n – broj energetske razine: 1,2,3,..., ℓ – slovna oznaka podrazine: s, p, d, f; x – broj elektrona). Primjeri: 5s2 – dva elektrona na s – podrazini pete energetske razine (n = 5, ℓ = 0), 4d8 - osam elektrona u d-podrazini četvrte energetske razine (n = 4, ℓ = 2).

2. Redoslijed punjenja energetskih podrazina : 1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f...

(svaka podrazina se popunjava tek nakon što je prethodna u ovom redu potpuno izgrađena).

3. Maksimalni kapacitet podrazina:

Primjer: elektronska formula atoma klora raspodjela je sedamnaest elektrona ovog atoma po energetskim podrazinama i ima oblik:

17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Kratak oblik pisanja elektroničke formule : pronađeni elektroni-

na potpuno izgrađenim razinama energije, predstavljeni su simbolom odgovarajućeg plemenitog plina, a zatim je naznačena distribucija preostalih elektrona.

Primjer: kratka elektronska formula atoma klora:

17 Cl 3s2 3p5

Raspodjela elektrona po kvantnim ćelijama

Kvantne stanice

s-podrazina

p-podrazina

d-podrazina

f-podrazina

U skladu s Hundovim pravilom: u početku se svakom elektronu daje zasebna kvantna ćelija (nespareni elektroni s paralelnim spinovima), sljedeći elektroni ulaze u već zauzete ćelije, za koje ms vrijednosti imaju suprotan predznak - spareni elektroni) .

Notacija: ms = +½ ,↓ ms = -½

Primjeri: 6 elektrona zauzima kvantne ćelije f-podrazine:

f-podrazina

za devet elektrona dijagram ima oblik:

f-podrazina

Elektronske grafičke formule atoma

17Cl

2p 6

valentni elektroni- elektroni vanjske energetske razine, kao i pretposljednje d-podrazine, ako nije do kraja izgrađena.

Oznake nuklida:

gornji indeks je maseni broj nuklida, donji indeks je atomski broj odgovarajućeg elementa.

Primjer: izotop klora:

17Cl

Kratica: 36 Cl

Sastav jezgre Broj protona – atomski broj, redni broj elementa u razdoblju

ditički sustav D. I. Mendeljejeva; Broj neutrona je razlika između masenog broja i broja pro-

Primjer: broj protona i neutrona za izotop klora

17 Cl je: broj protona = 17, broj neutrona = 36-17 = 19.

Izotopi – isti atomski broj, različite atomske mase (jezgra sadrži isti broj protona, različit broj neutrona)

Nuklearne reakcije

Na lijevoj i desnoj strani jednadžbe nuklearne reakcije mora se održati ravnoteža između:

– zbrojevi masovnih brojeva (superskripti),

– zbrojevi atomskih brojeva (subskripti).

Primjer:

Skraćeni oblik zapisa jednadžbe nuklearne reakcije:

lijevo - izvorni nuklid,

desno je konačni nuklid,

u zagradama između njih: čestica koja uzrokuje danu transformaciju, zatim čestica emitirana kao rezultat nje.

Slovne oznake:α (alfa čestica), p (proton), n (neutron), d (jezgra deuterija - deuteron), itd.

Primjer: 23 Na (p,n) 23 Mg za reakciju

11 Na +1 H→ 12 Mg +0 n

Nukleone u jezgri čvrsto drže nuklearne sile. Da bi se nukleon uklonio iz jezgre, mora se obaviti mnogo rada, odnosno mora prenijeti značajnu energiju jezgri.

Energija vezanja atomske jezgre Eb karakterizira intenzitet međudjelovanja nukleona u jezgri i jednaka je maksimalnoj energiji koja se mora potrošiti da se jezgra podijeli na pojedinačne nukleone koji ne djeluju međusobno, a da im se ne prenese kinetička energija. Svaka jezgra ima svoju energiju vezanja. Što je ta energija veća, to je atomska jezgra stabilnija. Točna mjerenja nuklearnih masa pokazuju da je masa mirovanja jezgre m i uvijek manja od zbroja masa mirovanja protona i neutrona koji je čine. Ta se razlika mase naziva defekt mase:

Upravo se taj dio mase Dm gubi tijekom oslobađanja energije vezanja. Primjenom zakona o odnosu mase i energije dobivamo:

gdje je m n masa atoma vodika.

Takva je zamjena prikladna za izračune, a pogreška izračuna koja u ovom slučaju nastaje je beznačajna. Ako Dm zamijenimo u formulu za energiju vezanja u a.m.u. zatim za E St može se napisati:

Važna informacija o svojstvima jezgri sadrži ovisnost specifične energije vezanja o masenom broju A.

Specifična energija vezanja E beat - nuklearna energija vezanja po 1 nukleonu:

Na sl. 116 prikazuje izglađeni graf eksperimentalno utvrđene ovisnosti otkucaja E o A.

Krivulja na slici ima slabo izražen maksimum. Najveću specifičnu energiju vezanja imaju elementi s masenim brojevima od 50 do 60 (željezo i njemu bliski elementi). Jezgre ovih elemenata su najstabilnije.

Grafikon pokazuje da su energetski povoljne reakcije fisije teških jezgri u jezgre elemenata u središnjem dijelu tablice D. Mendeljejeva, kao i reakcija sinteze lakih jezgri (vodika, helija) u teže. reakcije, budući da su popraćene stvaranjem stabilnijih jezgri (s velikim otkucajima E) i stoga nastavljaju s oslobađanjem energije (E > 0).

Nuklearne sile. Modeli kernela.

NUKLEARNI SILE - snaga interakcije između nukleona; osiguravaju veću količinu nuklearne energije vezivanja u usporedbi s drugim sustavima. Ja sam sa. su najviše važan i čest primjer snažna interakcija(SV). Nekoć davno, ti su koncepti bili sinonimi, a sam pojam "jake interakcije" uveden je kako bi se naglasila ogromna veličina sile. u usporedbi s drugim silama poznatim u prirodi: elektromagnetskim, slabim, gravitacijskim. Nakon otvaranja str -, r - i tako dalje. mezoni, hiperoni itd. hadroni Pojam "jaka interakcija" počeo se koristiti u širem smislu - kao interakcija hadrona. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća kvantna kromodinamika(QCD) se etablirao kao općepriznat mikroskop. SV teorija. Prema ovoj teoriji hadroni su kompozitne čestice, koja se sastoji od kvarkovi I gluoni, a SV su počeli shvaćati interakciju tih sredstava. čestice.

Kapljični model jezgre- jedan od najranijih modela strukture atomske jezgre, koji je predložio Niels Bohr 1936. u okviru teorije složene jezgre, koju su razvili Jacob Frenkel, a potom i John Wheeler, na temelju koje je Karl Weizsäcker prvi dobio poluempirijsku formulu za energiju vezanja atomske jezgre, nazvanu njemu u čast Weizsäckerova formula.

Prema ovoj teoriji, atomska jezgra se može prikazati kao kuglasta, jednoliko nabijena kapljica posebne nuklearne materije, koja ima određena svojstva, kao što su nestlačivost, zasićenost nuklearnih sila, "isparavanje" nukleona (neutrona i protona) i nalikuje na tekućina. S tim u vezi, neka druga svojstva kapljevine mogu se proširiti na takvu jezgru kapljice, npr. površinska napetost, fragmentacija kapljice na manje (fisija jezgre) i spajanje malih kapljica u jednu veliku (fuzija). od jezgri). Uzimajući u obzir ova svojstva zajednička tekućoj i nuklearnoj tvari, kao i specifična svojstva potonje, koja proizlaze iz Paulijevog principa i prisutnosti električnog naboja, možemo dobiti poluempirijsku Weizsäckerovu formulu, koja nam omogućuje izračunavanje energija vezanja jezgre, a time i njezina masa, ako je poznat njezin nukleonski sastav ( ukupni broj nukleona (maseni broj) i broja protona u jezgri).