Nucleul atomic. defect de masă. Energia de legare a nucleului atomic

Nucleul atomic este partea centrală a atomului, în care se concentrează toată sarcina pozitivă și aproape toată masa.

Nucleele tuturor atomilor sunt formate din particule numite nucleonii. Nucleonii pot fi în două stări - în stare încărcată electric și în stare neutră. Un nucleon în stare încărcată se numește proton. Protonul (p) este nucleul celui mai ușor element chimic, hidrogenul. Sarcina unui proton este egală cu sarcina pozitivă elementară, care este egală ca mărime cu cea elementară sarcina negativa q e \u003d 1,6 ∙ 10 -19 C., i.e. sarcina unui electron. Un nucleon aflat în stare neutră (neîncărcat) se numește neutron (n). Masele de nucleoni din ambele stări diferă puțin între ele, adică. m n ≈ m p .

Nucleonii nu sunt particule elementare. Au o structură internă complexă și constau din particule și mai mici de materie - quarci.

Principalele caracteristici ale unui nucleu atomic sunt sarcina, masa, spinul și momentul magnetic.

Taxa de bază este determinată de numărul de protoni (z) care formează nucleul. Sarcina nucleară (zq) este diferită pentru diferite elemente chimice. Numărul z se numește număr atomic sau număr de sarcină. Numărul atomic este numărul de serie al unui element chimic din sistemul periodic de elemente al lui D. Mendeleev. Sarcina nucleului determină și numărul de electroni din atom. Numărul de electroni dintr-un atom determină distribuția lor pe învelișuri și subînvelișuri de energie și, în consecință, toate caracteristici fizico-chimice atom. Sarcina nucleară determină specificul unui element chimic dat.

Masa miezului Masa unui nucleu este determinată de numărul (A) de nucleoni care formează nucleul. Numărul de nucleoni din nucleu (A) se numește număr de masă. Numărul de neutroni (N) din nucleu poate fi găsit dacă numărul de protoni (z) este scăzut din numărul total de nucleoni (A), adică N=F-z. În tabelul periodic, până la mijlocul său, numărul de protoni și neutroni din nucleele atomilor este aproximativ același, adică. (А-z)/z= 1, până la sfârșitul tabelului (А-z)/z= 1,6.

Nucleele atomilor sunt de obicei notate după cum urmează:

X - simbolul unui element chimic;

Z este numărul atomic;

A este numărul de masă.

La măsurarea maselor nucleelor ​​de substanțe simple, s-a constatat că majoritatea elementelor chimice constau din grupuri de atomi. Având aceeași sarcină, nucleele diferitelor grupuri diferă în mase. Se numesc varietățile de atomi ai unui element chimic dat, care diferă în masele nucleelor izotopi. Nucleele izotopilor au același număr de protoni, dar număr diferit neutroni ( și ; , , , ; , , ).

Pe lângă nucleele izotopilor (z - același, A - diferit), există nuclee izobare(z - diferit, A - același). ( Și ).

Masa de nucleoni, nuclee de atomi, atomi, electroni și alte particule în fizica nucleara se obișnuiește să se măsoare nu în „KG”, ci în unități de masă atomică (amu - altfel numit unitatea de masă a carbonului și notat cu „e”). Pentru unitatea de masă atomică (1e), se ia 1/12 din masa atomului de carbon 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

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

Vedem că masa nucleului exprimată în „e” va fi scrisă ca un număr apropiat de A.

Spinul nucleului. Momentul unghiular mecanic (spin) al nucleului este egal cu suma vectorială a spinurilor nucleonilor care alcătuiesc nucleul. Protonul și neutronul au un spin egal cu L = ± 1/2ћ. În consecință, spinul nucleelor ​​cu un număr par de nucleoni (A par) este un număr întreg sau zero. Spinul unui nucleu cu un număr impar de nucleoni (A impar) este jumătate întreg.

Momentul magnetic al nucleului. Momentul magnetic al nucleului (P m i) al nucleului este foarte mic în comparație cu momentul magnetic al electronilor care umple învelișurile de electroni ale atomului. Pe proprietăți magnetice atom, momentul magnetic al nucleului nu afectează. Unitatea de măsură a momentului magnetic al nucleelor ​​este magnetonul nuclear μ i = 5,05,38 ∙ 10 -27 J/T. Este de 1836 de ori mai mic decât momentul magnetic al electronului - magnetonul Bohr μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Momentul magnetic al protonului este egal cu 2,793 μ i și este paralel cu spinul protonului. Momentul magnetic al neutronului este egal cu 1,914 μ i și este antiparalel cu spinul neutronului. Momentele magnetice ale nucleelor ​​sunt de ordinul magnetonului nuclear.

Pentru a împărți un nucleu în nucleonii săi constitutivi, trebuie făcută o anumită cantitate de muncă. Valoarea acestei lucrări este o măsură a energiei de legare a nucleului.

Energia de legare a nucleului este numeric egală cu munca care trebuie făcută pentru a împărți nucleul în nucleonii săi constitutivi și fără a-i informa. energie kinetică.

În procesul invers al formării unui nucleu, aceeași energie ar trebui să fie eliberată din nucleonii constituenți. Aceasta rezultă din legea conservării energiei. Prin urmare, energia de legare a nucleului este egală cu diferența dintre energia nucleonilor care formează nucleul și energia nucleului:

ΔE \u003d E nuk - E i. (1)

Luând în considerare relația dintre masă și energie (E = m ∙ c 2) și compoziția nucleului, rescriem ecuația (1) după cum urmează:

ΔЕ = ∙ s 2 (2)

Valoare

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Egal cu diferența dintre masele nucleonilor care formează nucleul și masa nucleului însuși, se numește defect de masă.

Expresia (2) poate fi rescrisă ca:

ΔЕ = Δm ∙ s 2 (4)

Acestea. defectul de masă este o măsură a energiei de legare a unui nucleu.

În fizica nucleară, masa nucleonilor și a nucleilor se măsoară în amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), iar energia este de obicei măsurată în MeV.

Considerând că 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, găsim valoarea energetică corespunzătoare unității de masă atomică

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

Astfel, energia de legare a nucleului în MeV este

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Ținând cont de faptul că tabelele nu dau de obicei masa nucleelor, ci masa atomilor, pentru calculul practic al defectului de masă, în loc de formula (3)

bucură-te de altul

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

Adică, masa protonului a fost înlocuită cu masa atomului ușor de hidrogen, adăugând astfel z mase de electroni, iar masa nucleului a fost înlocuită cu masa atomului M a, scăzând astfel aceste z mase de electroni.

Energia de legare per nucleon dintr-un nucleu se numește energie de legare specifică.

(7)

Dependența energiei specifice de legare de numărul de nucleoni din nucleu (de numărul de masă A) este dată în Fig.1.

Pentru a diviza nucleul în nucleoni separati, care nu interacționează (liberi), este necesar să se lucreze pentru a depăși forțele nucleare, adică pentru a conferi o anumită energie nucleului. Dimpotrivă, atunci când nucleonii liberi se combină într-un nucleu, se eliberează aceeași energie (conform legii conservării energiei).

• Energia minimă necesară pentru a împărți un nucleu în nucleoni individuali se numește energie de legare nucleară

Cum se poate determina energia de legare a unui nucleu?

Cel mai simplu mod de a găsi această energie se bazează pe aplicarea legii relației dintre masă și energie, descoperită de omul de știință german Albert Einstein în 1905.

Albert Einstein (1879-1955)
Fizician teoretic german, unul dintre fondatorii fizicii moderne. El a descoperit legea relației dintre masă și energie, a creat o specială și teorie generală relativitatea

Conform acestei legi, între masa m a unui sistem de particule și energia de repaus, adică energia internă E 0 a acestui sistem, există o relație direct proporțională:

unde c este viteza luminii în vid.

Dacă energia de repaus a unui sistem de particule ca urmare a oricăror procese se modifică cu ΔЕ 0 1 , atunci aceasta va presupune o modificare corespunzătoare a masei acestui sistem cu Δm, iar relația dintre aceste cantități va fi exprimată prin egalitate:

ΔЕ 0 = Δmс 2 .

Astfel, atunci când nucleonii liberi se contopesc într-un nucleu, ca urmare a eliberării de energie (care este purtată de fotonii emiși în acest caz), și masa nucleonilor ar trebui să scadă. Cu alte cuvinte, masa unui nucleu este întotdeauna mai mică decât suma maselor nucleonilor din care constă.

Lipsa de masă a nucleului Δm în comparație cu masa totală a nucleonilor săi constituenți poate fi scrisă după cum urmează:

Δm \u003d (Zm p + Nm n) - M i,

unde M i este masa nucleului, Z și N sunt numărul de protoni și neutroni din nucleu, iar m p și m n sunt masele protonului și neutronului liber.

Mărimea Δm se numește defect de masă. Prezența unui defect de masă este confirmată de numeroase experimente.

Să calculăm, de exemplu, energia de legare ΔЕ 0 a nucleului unui atom de deuteriu (hidrogen greu), format dintr-un proton și un neutron. Cu alte cuvinte, să calculăm energia necesară pentru a împărți nucleul într-un proton și un neutron.

Pentru a face acest lucru, determinăm mai întâi defectul de masă Δm al acestui nucleu, luând valorile aproximative ale maselor de nucleoni și ale masei nucleului atomului de deuteriu din tabelele corespunzătoare. Conform datelor tabelare, masa protonilor este aproximativ egală cu 1,0073 a. e. m., masa neutronilor - 1,0087 a.m. e. m., masa nucleului de deuteriu este de 2,0141 a.u. e.m. Prin urmare, Δm = (1,0073 a.u.m. + 1,0087 a.u.m.) - 2,0141 a.m.u. e.m. = 0,0019 a.u. mânca.

Pentru a obține energia de legare în jouli, defectul de masă trebuie exprimat în kilograme.

Având în vedere că 1 a. e.m. = 1,6605 10 -27 kg, obținem:

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

Înlocuind această valoare a defectului de masă în formula energiei de legare, obținem:

Energia eliberată sau absorbită în procesul oricăror reacții nucleare poate fi calculată dacă se cunosc masele nucleelor ​​și particulelor care interacționează și care rezultă.

Întrebări

1. Care este energia de legare a nucleului?
2. Notați formula pentru determinarea defectului de masă al oricărui nucleu.
3. Scrieți formula pentru calcularea energiei de legare a nucleului.

1 Litera greacă Δ („delta”) este folosită pentru a desemna o schimbare a acesteia cantitate fizica, în fața simbolului căruia este plasată această literă.

Masa atomică relativă A unui element chimic (este dat împreună cu simbolul elementului și numărul său ordinal în fiecare celulă a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev) este valoarea medie a maselor izotopice relative, ținând cont de conținutul izotopic. Masa atomică relativă arată de câte ori este mai mare masa unui atom dat decât masa a 1/12 din izotopul de carbon. Ca oricare valoare relativă, Ar este o mărime adimensională.

Pe unitatea de masă atomică ( unitate de masă atomică - a.m.u.) este în prezent acceptată ca 1/12 din masa nuclidului de 12 C. Acest nuclid i se atribuie o masă de 12,0000 amu. Valoarea adevărată a unității de masă atomică este 1,661 10-27 kg.

Masele celor trei particule fundamentale, exprimate în amu, au următoarele valori:

masa unui proton este 1,007277 a.m.u., masa unui neutron este 1,008665 a.m.u., masa unui electron este 0,000548 a.m.u.

1.9.4. defect de masă

Dacă calculați masa oricărui izotop (masa izotopului) prin însumarea maselor numărului corespunzător de protoni, neutroni și electroni, rezultatul nu va oferi o potrivire exactă cu experimentul. Discrepanța dintre

se numesc valorile măsurate și găsite experimental ale maselor izotopilor

defect de masă.

Deci, de exemplu, masa izotopică a unuia dintre izotopii clorului 35 Cl, obținută prin adăugarea maselor a șaptesprezece protoni, optsprezece neutroni și șaptesprezece electroni, este:

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

Totuși, determinările experimentale exacte ale acestei cantități dau rezultatul 34,96885 a.m.u. Defectul de masă este de 0,32016 amu.

Explicațiile pentru fenomenul defectului de masă pot fi date folosind ideile formulate de Albert Einstein în teoria relativității. Defectul de masă corespunde energiei necesare pentru a depăși forțele de respingere dintre protoni.

Cu alte cuvinte, defectul de masă este o măsură a energiei de legare a particulelor nucleare. Dacă ar fi posibilă împărțirea nucleului în nucleonii săi constitutivi, atunci masa sistemului ar crește cu cantitatea defectului de masă. Energia de legare arată diferența dintre energia nucleonilor din nucleu și energia lor în stare liberă, adică. Energia de legare este energia necesară pentru a separa nucleul în nucleonii săi constitutivi.

Energia de legare poate fi calculată prin formula lui A. Einstein:

E = mc2,

unde: m este masa în kg, s este viteza luminii - 2,9979 108 m/s, E este energia în J. De exemplu, energia de legare pentru un mol (4 g) al nuclidului4 He (molar).

defect de masă este 3,0378 10-5 kg) este egal cu:

∆ Е = (3,0378 10-5 kg/mol) (2,9979 108 m/s)2 = 2,730 1012 J/mol Această energie depășește energia unei legături covalente obișnuite cu mai mult de

de 10 milioane de ori. Pentru a obține o astfel de energie prin reactie chimica ar trebui folosite zeci de tone de substanță.

Deoarece energia de legare este extrem de mare, se obișnuiește să o exprime în megaelectronvolți (1 MeV = 9,6 1010 J/mol) per nucleon. Astfel, energia de legare per nucleon în nucleul de 4 He este de aproximativ 7 MeV, iar în nucleul de 35 Cl este de 8,5 MeV.

1.9.5. forte nucleare

Nucleul unui atom este un obiect special pentru studiu. Chiar și cu o examinare superficială a acesteia, există multe nedumeriri. De ce protonii care alcătuiesc nucleul nu se resping reciproc conform legilor elementare ale electrostaticii? Cel mai simplu calcul folosind legea lui Coulomb arată că la distanțe nucleare, doi protoni ar trebui să se respingă cu o forță de aproximativ 6000 N și sunt atrași unul de celălalt cu o forță de 40 de ori mai mare decât această valoare. Mai mult, această forță acționează în mod egal atât între doi protoni și între doi neutroni, cât și între un proton și un neutron, adică. complet independent de sarcina particulelor.

Evident, forțele nucleare reprezintă o clasă complet diferită de forțe; ele nu pot fi reduse la interacțiuni electrostatice. Energia care însoțește reacțiile nucleare este de milioane de ori mai mare decât energia care caracterizează transformările chimice.

Aplicarea principiilor mecanicii cuantice la descrierea mișcării electronilor dă rezultate foarte satisfăcătoare în prezent. Poate fi folosită această teorie pentru a modela procesele care au loc în nucleul unui atom? Cea mai importantă caracteristică forțele nucleare are o rază extrem de mică a acțiunii lor. Într-adevăr, mișcarea unui electron are loc într-o regiune a spațiului estimată prin valori de ordinul a 10-8 cm, iar toate fenomenele intranucleare au loc la distanțe de ordinul a 10-12 cm și mai puțin. Aceste valori sunt puțin mai mari decât dimensiunile intrinseci ale nucleonilor. Raportul scalelor care caracterizează mișcarea unui electron, pe de o parte, și fenomenele intranucleare, pe de altă parte, poate fi comparat în ordine de mărime cu același raport

pentru macrocosmos, care se supune legile mecanicii clasice, și microcosmos, care trăiește după legile mecanicii cuantice.

Cu o dimensiune atât de mică a nucleului, aproape întreaga masă a atomului este concentrată în el. Cunoscând volumul aproximativ al nucleului și masa atomului, se poate estima densitatea substanței nucleare: depășește densitate medie materia obisnuita de 2 1017 ori si este de aproximativ 1013 - 1014 g/cm3. O încercare de a înțelege cu adevărat astfel de cantități duce la următoarea ilustrare: cu o densitate similară a materiei, volumul unui cap de chibrit (aproximativ 5 mm3) ar trebui să conțină o masă egală cu masa a 1 milion de tone de apă. Dacă un astfel de cap de chibrit ar cădea la suprafața Pământului, ar străpunge totul stânciși a pătruns până în centrul planetei.

1.9.6. Transformări nucleare

Se numesc transformări ale nucleelor ​​atomice datorită interacțiunilor lor cu particulele elementare sau între ele reactii nucleare.

Fisiune nucleară spontană radioactivitate naturală- însoţită de trei tipuri de radiaţii.

Radiația alfa este un flux de nuclee de atomi de heliu cu o sarcină de +2 și un număr de masă de 4 (4 He). Sarcina pozitivă a acestor particule explică faptul că razele alfa sunt deviate într-un câmp electric către o placă încărcată negativ și, comparativ, marime mare atomii de heliu justifică o putere de penetrare semnificativ mai mică în comparație cu celelalte două tipuri de radiații.

Evident, atunci când o astfel de particulă este emisă, nucleul pierde doi protoni și doi neutroni. Pierderea a doi protoni reduce numărul atomic cu două unități, deci rezultatul este formarea unui nou element chimic.

De exemplu, nuclidul de radiu-226, atunci când o particulă alfa este pierdută, se transformă într-un nuclid de radon-222, care poate fi reprezentat ca ecuații reacție nucleară :

88 Ra → 86 Rn +2 He.

La compilarea unor astfel de ecuații, ar trebui să se respecte egalitatea sumelor numerelor atomice și a sumelor numerelor de masă din stânga și din dreapta (trebuie asigurată conservarea sarcinii și a masei).

În unele cazuri, se folosește și o formă prescurtată de scriere a ecuației reacției nucleare: nuclidul inițial este scris în stânga, nuclidul final este scris în dreapta, între paranteze, mai întâi, este indicată particula care provoacă această transformare, iar apoi emisă ca urmare a acesteia. În acest caz, pentru astfel de particule sunt utilizate denumiri de litere: α (particulă alfa), p (proton), n (neutron), d (nucleu de deuteriu - deutron) etc. De exemplu, pentru dezintegrarea alfa discutată mai sus:

Ra (-, α ) Rn.

Semnul „-” indică absența unei particule de bombardare (dezintegrarea nucleului are loc spontan).

Radiația beta, la rândul său, este împărțită în β - (de obicei se numește

sunt pur și simplu radiații β) și radiații β +. β - radiația este un flux de electroni care se deplasează cu o viteză apropiată de viteza luminii. Acești electroni provin din dezintegrarea unui neutron:

90 Th → 91 Pa + -1 e.

Nuclizii de toriu-234 și protactiniu-234 au aceleași numere de masă. Astfel de nuclizi se numesc izobare.

Apariția radiației β + se datorează transformării unui proton într-un neutron, însoțită de emisia unui pozitron - particulă elementară, care este analog cu un electron, dar are o sarcină pozitivă:

19 K → 18 Ar ++1 e.

Radiațiile gamma sunt dure radiatie electromagnetica cu lungimi de undă mai scurte decât razele X. Nu se abate în electrice și campuri magnetice si are o mare putere de penetrare.

Emisia de raze γ însoțește dezintegrarea α și β, precum și procesul de captare a electronilor de către nucleu. În acest din urmă caz, nucleul captează un electron de la un nivel scăzut de energie (electron K sau L), iar unul dintre protoni se transformă într-un neutron:

1 p + -1 e		→ 0n.

Numărul de masă al nuclidului nu se modifică, dar numărul atomic scade cu unu, de exemplu:

23 V + -1 e → 22 Ti.

Nuclizii instabili, care se descompun spontan se numesc ra-

dionuclizi sau izotopi radioactivi . Dezintegrarea lor continuă până când se formează izotopi stabili. Izotopii stabili nu mai sunt supuși dezintegrarii radioactive, așa că persistă în natură. Exemplele sunt 16O și 12C.

jumătate de viață Un izotop instabil se numește timpul în care radioactivitatea sa este redusă la jumătate față de originalul. Timpurile de înjumătățire pot varia de la milionatimi de secundă la milioane de ani (Tabelul 1.2).

Tabelul 1.2

Timpurile de înjumătățire ale unor izotopi

			Jumătate de viață
			3 10-7 s
			5,7 103
			4,5 109
			1,39 1010 ani

Multe reacții de dezintegrare radioactivă sunt componente ale unor reacții nucleare secvențiale mai complexe - așa-numitele serie de transformări radioactive sau serie radioactive.

Fiecare transformare dintr-o astfel de serie duce la formarea unui izotop instabil, care la rândul său suferă dezintegrare radioactivă. Nuclidul părinte este numit izotopul părinte, și rezultatul izotop fiică. În etapa următoare, izotopul fiică devine izotopul părinte, transformându-se în următorul copil și așa mai departe. Acest lanț de transformări succesive continuă până când un izotop stabil este rezultatul unei reacții nucleare.

Astfel, seria radioactivă a uraniului începe cu izotopul 238 U și, ca urmare a paisprezece reacții succesive de dezintegrare nucleară, se termină cu izotopul stabil 206 Pb. În acest caz, pierderea totală de masă este de 32 de unități.

Atât nuclizii stabili, cât și cei instabili pot fi produși prin reacții nucleare prin bombardarea nucleelor ​​cu particule de înaltă energie. Pe-

voe transformarea nucleară artificială realizat de E. Rutherford: în 1915

du, trecând razele alfa prin azot, a primit un izotop stabil de oxigen 17 O. În 1935, Irene și Frederic Joliot-Curie au demonstrat că, în urma bombardamentului de aluminiu cu particule alfa, izotop radioactiv pozitroni care emit fosfor. Pentru descoperire radioactivitate artificială oamenii de știință au primit premiul Nobel.

În timpul reacțiilor nucleare, o țintă nucleară este bombardată cu protoni, neutroni, electroni, ceea ce duce la o modificare a compoziției nucleare și la formarea unui nou element chimic. Particulele care bombardează trebuie să aibă energie cinetică mare pentru a depăși forțele de repulsie electrostatice de la țintă. Prin urmare, particulele sunt accelerate la viteze mari în instalații speciale numite acceleratoare (există două tipuri principale: un accelerator liniar și un ciclotron).

								Tabelul 1.3
						Reacții nucleare
				Ecuația completă				Forma scurta
	(α,p)
		7 N +2 He			→ 8 O			14N (α,p)17O
	(α,n)
		13 Al +2 He → 15 P +0 n						27 Al (α,n)30 P
		11 Na +1 H → 12 Mg +0 n						23 Na(p,n)23 Mg
	(p, a)
		4 Be +1 H → 3 Li +2 He						9 Fi (p,α )6 Li
		7N +1 H→ 8O +y						14 N (p,y)15 O
		15P+1H → 15P+1H						31P (d,p)32P
		13 Al +1 H → 14 Si +0 n						27Al(d,n)28Si
		7 N +0 n → 6 C +1 H						14N(n,p)14C
		27 Co +0 n→ 27 Co +γ						59 Co (n,γ)60 Co
	(N / A)
		13 Al +0 n → 11 Na +2 He						27Al(n,a)24Na

Transformările nucleare artificiale pot fi clasificate în funcție de tipul de particule bombardate și emise ca urmare a reacției (Tabelul 1.3.).

Reacțiile nucleare au fost folosite pentru a sintetiza noi elemente chimice cu numere de serie 99 sau mai mult. În acest scop, o țintă nucleară este bombardată cu particule grele, de exemplu, 7 N sau 12 C. Astfel, elementul einsteiniu a fost obținut prin bombardarea uraniului-238 cu nuclee de azot-14:

REPEȚI MATERIALE

Dimensiuni atom: ≈ 10 -8 cm Dimensiuni nucleu: ≈ 10 -12 – 10 -13 cm

Densitatea materiei nucleare: ≈ 10 14 g / cm 3

particule subatomice

					deschidere (data)
ELECTRON	9.110 10-28				Thompson (1897)
	1.673 10-24				Rutherford (1914)
	1.675 10-24				Chadwick (1932)

numere cuantice

		Nume	Desemnare	Admis	Ceea ce caracterizează
				valorile
					energie
		Orbitală		0, 1, 2, ... n-1	forma orbitala,
					energie
					subnivel
		Magnetic		–ℓ,..,–1,0,+1,..,+ ℓ	spațială
					orientare
					orbitali
		A învârti		+½ , -½	proprii
					electron

Formule electronice ale atomilor

Pentru a scrie formula electronică a unui atom, trebuie să știți următoarele:

1. notaţie: nℓх (n este numărul nivelului de energie: 1,2,3,..., ℓ este denumirea literei subnivelului: s, p, d, f; x este numărul de electroni). = 4, ℓ = 2).

2. Secvența subnivelurilor de energie de umplere : 1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f...

(fiecare subnivel este completat numai după ce precedentul din acest rând este complet construit).

3. Capacitate maximă a subnivelurilor:

Exemplu: Formula electronică a unui atom de clor este distribuția a șaptesprezece electroni ai unui atom dat pe subniveluri de energie și are forma:

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

Forma scurtă de scriere a unei formule electronice : găsirea electronilor-

în nivelurile de energie complet construite sunt reprezentate de simbolul gazului nobil corespunzător, urmat de distribuția electronilor rămași.

Exemplu: formula electronică scurtă a atomului de clor:

17Cl 3s2 3p5

Distribuția electronilor în celulele cuantice

celule cuantice

s-subnivel

subnivelul p

d-subnivel

f-subnivel

În conformitate cu regula lui Hund: inițial, fiecărui electron i se dă o celulă cuantică separată (electroni nepereche cu spini paraleli), următorii electroni intră în celulele deja ocupate, pentru ei valorile ms au semnul opus - electroni perechi).

Notație: ms = +½ ,↓ ms = -½

Exemple: 6 electroni ocupă celule cuantice ale subnivelului f:

f-subnivel

pentru nouă electroni, schema ia forma:

f-subnivel

Formule grafice electronice ale atomilor

17Cl

2p6

electroni de valență- electronii nivelului energetic exterior, precum și penultimul subnivel d, dacă acesta nu este complet construit.

Denumiri de nuclizi:

indicele este numărul de masă al nuclidului, indicele este numărul atomic al elementului corespunzător.

Exemplu: izotop al clorului:

17Cl

Abreviere: 36 Cl

Compoziția nucleului Numărul de protoni este numărul atomic, numărul ordinal al elementului din perioadă

Sistemul dical al lui D. I. Mendeleev; Numărul de neutroni este diferența dintre numărul de masă și numărul de

Exemplu: numărul de protoni și neutroni pentru izotopul clorului

17 Cl este: numărul de protoni = 17, numărul de neutroni = 36-17= 19.

Izotopi - același număr atomic, mase atomice diferite (nucleul conține același număr de protoni, un număr diferit de neutroni)

Reacții nucleare

Pe partea stângă și dreaptă a ecuației reacției nucleare, trebuie menținut un echilibru între:

– sume de numere de masă (superscripte),

– sumele numerelor atomice (indicele).

Exemplu:

Forma prescurtată a ecuației reacției nucleare:

în stânga - nuclidul original,

în dreapta este nuclidul final,

între paranteze între ele: particula care provoacă transformarea dată, apoi particula emisă ca urmare a acesteia.

Denumiri de litere:α (particulă alfa), p (proton), n (neutron), d (nucleu de deuteriu - deuteron), etc.

Exemplu: 23 Na (p,n) 23 Mg pentru reacție

11 Na +1 H → 12 Mg +0 n

Nucleonii din nucleu sunt ținuți ferm de forțele nucleare. Pentru a elimina un nucleon din nucleu, trebuie depusă multă muncă, adică trebuie să fie transmisă energie semnificativă nucleului.

Energia de legare a nucleului atomic E st caracterizează intensitatea interacțiunii nucleonilor din nucleu și este egală cu energia maximă care trebuie cheltuită pentru a împărți nucleul în nucleoni separati care nu interacționează fără a le conferi energie cinetică. Fiecare nucleu are propria sa energie de legare. Cu cât această energie este mai mare, cu atât nucleul atomic este mai stabil. Măsurătorile precise ale maselor nucleului arată că masa în repaus a nucleului m i este întotdeauna mai mică decât suma maselor în repaus ale protonilor și neutronilor săi constitutivi. Această diferență de masă se numește defect de masă:

Această parte a masei Dm este cea care se pierde atunci când energia de legare este eliberată. Aplicând legea relației dintre masă și energie, obținem:

unde m n este masa unui atom de hidrogen.

O astfel de înlocuire este convenabilă pentru calcule, iar eroarea de calcul care apare în acest caz este nesemnificativă. Dacă substituim Dt în a.m.u. în formula pentru energia de legare apoi pentru EST se poate scrie:

Informații importante asupra proprietăților nucleelor ​​conține dependența energiei specifice de legare de numărul de masă A.

Energia de legare specifică E bate - energia de legare a nucleului per 1 nucleon:

Pe fig. 116 prezintă un grafic netezit al dependenței stabilite experimental a bătăilor E de A.

Curba din figură are un maxim slab exprimat. Elementele cu numere de masă de la 50 la 60 (fier și elemente apropiate acestuia) au cea mai mare energie specifică de legare. Nucleele acestor elemente sunt cele mai stabile.

Din grafic se poate observa că reacția de fisiune a nucleelor ​​grele în nuclee de elemente din partea de mijloc a tabelului lui D. Mendeleev, precum și reacțiile de fuziune a nucleelor ​​ușoare (hidrogen, heliu) în altele mai grele, sunt reacții favorabile din punct de vedere energetic, deoarece sunt însoțite de formarea de nuclee mai stabile, E, prin urmare, eliberează nuclee mai stabile, E (procedează cu eliberarea de energie >0).

Forțele nucleare. modele de nucleu.

NUCLEAR FORTA - puterea interacțiuni între nucleoni; furnizează o cantitate mare de energie nucleară de legare în comparație cu alte sisteme. Sunt cu. sunt cele mai multe un exemplu important și comun interacțiune puternică(SV). Pe vremuri, aceste concepte erau sinonime, iar termenul „interacțiune puternică” în sine a fost introdus pentru a sublinia magnitudinea enormă a energiei nucleare. în comparaţie cu alte forţe cunoscute în natură: el.-magnet., slabe, gravitaţionale. După deschidere p -, r - si etc. mezoni, hiperoni etc. hadronii termenul „interacțiune puternică” a început să fie folosit într-un sens mai larg – ca interacțiune a hadronilor. În anii 1970 cromodinamica cuantică(QCD) s-a impus ca un microscopic recunoscut universal. Teoria SW. Conform acestei teorii, hadronii sunt particulele constitutive, constând din quarcuriȘi gluoni, iar sub NE a început să înțeleagă interacțiunea acestor fonduri. particule.

Modelul drop al nucleului- unul dintre cele mai vechi modele ale structurii nucleului atomic, propus de Niels Bohr în 1936 ca parte a teoriei nucleului compus, dezvoltată de Yakov Frenkel și, mai târziu, de John Wheeler, pe baza căreia Karl Weizsäcker a obținut pentru prima dată o formulă semi-empirică pentru energia de legare a nucleului atomic, numit după el. Formula Weizsäcker.

Conform acestei teorii, nucleul atomic poate fi reprezentat ca o picătură sferică încărcată uniform de materie nucleară specială, care are anumite proprietăți, precum incompresibilitatea, saturarea forțelor nucleare, „evaporarea” nucleonilor (neutroni și protoni), seamănă cu un lichid. În acest sens, unele alte proprietăți ale unei picături lichide pot fi extinse la o astfel de picătură de miez, de exemplu, tensiunea superficială, fragmentarea unei picături în altele mai mici (fisiunea nucleului), fuziunea picăturilor mici într-una mare (sinteza nucleului). Ținând cont de aceste proprietăți comune materiei lichide și nucleare, precum și de proprietățile specifice ale acesteia din urmă, care decurg din principiul Pauli și prezența unei sarcini electrice, putem obține formula semi-empirică Weizsäcker, care face posibilă calcularea energiei de legare a nucleului și, prin urmare, a masei acestuia, dacă este cunoscută compoziția sa de nucleon ( numărul total nucleoni (numărul de masă) și numărul de protoni din nucleu).