นิวเคลียสของอะตอม ข้อบกพร่องมวล พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสของอะตอมเป็นส่วนสำคัญของอะตอมซึ่งมีประจุบวกและมวลเกือบทั้งหมดอยู่รวมกันอย่างเข้มข้น
นิวเคลียสของอะตอมทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่า นิวเคลียสนิวคลีออนสามารถอยู่ในสองสถานะ - สถานะที่มีประจุไฟฟ้าและสถานะที่เป็นกลาง นิวคลีออนในสถานะมีประจุเรียกว่าโปรตอน โปรตอน (p) เป็นนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีที่เบาที่สุด - ไฮโดรเจน ประจุของโปรตอนเท่ากับประจุบวกเบื้องต้น ซึ่งมีขนาดเท่ากับประจุไฟฟ้าเบื้องต้น ประจุลบ q e = 1.6 ∙ 10 -19 C. เช่น ประจุอิเล็กตรอน นิวคลีออนในสถานะเป็นกลาง (ไม่มีประจุ) เรียกว่า นิวตรอน (n) มวลนิวคลีออนในทั้งสองสถานะมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย กล่าวคือ ม n µ ม พี .
นิวคลีออนไม่ใช่อนุภาคมูลฐาน พวกมันมีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนและประกอบด้วยอนุภาคควาร์กที่มีขนาดเล็กกว่าด้วยซ้ำ
ลักษณะสำคัญของนิวเคลียสของอะตอมคือ ประจุ มวล การหมุน และโมเมนต์แม่เหล็ก
ค่าใช้จ่ายหลักกำหนดโดยจำนวนโปรตอน (z) ที่รวมอยู่ในนิวเคลียส ประจุนิวเคลียร์ (zq) จะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน เลข z เรียกว่าเลขอะตอมหรือเลขประจุ เลขอะตอมคือเลขลำดับขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุของ D. Mendeleev ประจุของนิวเคลียสยังกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมด้วย จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมเป็นตัวกำหนดการกระจายตัวของพวกมันเหนือเปลือกพลังงานและเปลือกย่อย และด้วยเหตุนี้ ทั้งหมด คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีอะตอม. ประจุของนิวเคลียสจะกำหนดความจำเพาะขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนด
มวลแกนกลางมวลของนิวเคลียสถูกกำหนดโดยจำนวน (A) ของนิวคลีออนที่ประกอบเป็นนิวเคลียส จำนวนนิวเคลียสในนิวเคลียส (A) เรียกว่าเลขมวล จำนวนนิวตรอน (N) ในนิวเคลียสสามารถพบได้หากลบจำนวนโปรตอน (z) ออกจากจำนวนนิวคลีออนทั้งหมด (A) เช่น N=F-z ในตารางธาตุจนถึงตรงกลาง จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมจะเท่ากันโดยประมาณ นั่นคือ (A-z)/z= 1 จนถึงจุดสิ้นสุดของตาราง (A-z)/z= 1.6
นิวเคลียสของอะตอมมักจะถูกกำหนดดังนี้:
X - สัญลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมี
Z – เลขอะตอม
เอ – เลขมวล
เมื่อวัดมวลนิวเคลียสของสารเชิงเดี่ยวพบว่าองค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ประกอบด้วยกลุ่มอะตอม เมื่อมีประจุเท่ากัน นิวเคลียสของกลุ่มต่าง ๆ จะมีมวลต่างกัน อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดซึ่งมีมวลนิวเคลียร์ต่างกันถูกเรียกว่า ไอโซโทป- นิวเคลียสไอโซโทปมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่ หมายเลขที่แตกต่างกันนิวตรอน ( และ ; , , , ; , , )
นอกจากไอโซโทปนิวเคลียส (z - เหมือนกัน, A - ต่างกัน) แล้วยังมีนิวเคลียสอีกด้วย ไอโซบาร์(z - ต่างกัน A - เหมือนกัน) ( และ ).
มวลของนิวคลีออน นิวเคลียสของอะตอม อะตอม อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ ภายใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์เป็นเรื่องปกติที่จะวัดไม่ได้อยู่ใน "KG" แต่เป็นหน่วยมวลอะตอม (amu - หรือเรียกอีกอย่างว่าหน่วยมวลคาร์บอนและแทนด้วย "e") หน่วยมวลอะตอม (1e) คิดเป็น 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอน 1e=1.6603 ∙ 10 -27 กิโลกรัม
มวลนิวคลีออน: m p -1.00728 e, m n =1.00867 e
เราจะเห็นว่ามวลของนิวเคลียสที่แสดงเป็น "e" จะถูกเขียนเป็นตัวเลขที่ใกล้กับ A
การหมุนของนิวเคลียร์โมเมนตัมเชิงมุมเชิงกล (การหมุน) ของนิวเคลียสเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของการหมุนของนิวคลีออนที่ประกอบกันเป็นนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนมีการหมุนเท่ากับ L = ± 1/2ћ ตามนี้ การหมุนของนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวคลีออนเป็นเลขคู่ (A เป็นเลขคู่) จะเป็นจำนวนเต็มหรือศูนย์ การหมุนของนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวคลีออนเป็นจำนวนคี่ (A คี่) จะเป็นจำนวนเต็มครึ่งหนึ่ง
โมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสโมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียส (P m i) ของนิวเคลียสเมื่อเปรียบเทียบกับโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนที่เติมเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมนั้นมีขนาดเล็กมาก บน คุณสมบัติทางแม่เหล็กอะตอม โมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสไม่ส่งผลกระทบ หน่วยวัดโมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสคือแมกนีตันนิวเคลียร์ μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T มันน้อยกว่าโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอน 1836 เท่า - แมกนีตอนบอร์ μ B = 0.927 ∙ 10 -23 J/T
โมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนคือ 2.793 μi และขนานกับการหมุนของโปรตอน โมเมนต์แม่เหล็กของนิวตรอนคือ 1.914 μi และตรงกันข้ามกับการหมุนของนิวตรอน โมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสอยู่ในลำดับของแมกนีตันนิวเคลียร์
เพื่อที่จะแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบ จะต้องทำงานจำนวนหนึ่งให้สำเร็จ ปริมาณของงานนี้เป็นการวัดพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส
พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสจะมีค่าเท่ากับงานที่ต้องดำเนินการเพื่อแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบโดยไม่ต้องแจ้งให้ทราบ พลังงานจลน์.
ในระหว่างกระบวนการย้อนกลับของการก่อตัวของนิวเคลียร์ พลังงานเดียวกันควรถูกปล่อยออกมาจากนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบ เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสจึงเท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของนิวคลีออนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสและพลังงานของนิวเคลียส:
ΔE = อีนุก – อี i (1)
เมื่อคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน (E = m ∙ c 2) และองค์ประกอบของนิวเคลียส เราจะเขียนสมการ (1) ใหม่ดังนี้:
∆E = ∙ s 2 (2)
ขนาด
Δm = zm p +(A-z)m n – M i, (3)
ความแตกต่างระหว่างมวลของนิวคลีออนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสและมวลของนิวเคลียสนั้นเรียกว่าข้อบกพร่องของมวล
นิพจน์ (2) สามารถเขียนใหม่ได้เป็น:
∆E = ∆m ∙ s 2 (4)
เหล่านั้น. ข้อบกพร่องมวลเป็นการวัดพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส.
ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ มวลของนิวคลีออนและนิวเคลียสวัดเป็นอามู (1 amu = 1.6603 ∙ 10,27 กก.) และโดยปกติพลังงานจะวัดเป็น MeV
เมื่อพิจารณาว่า 1 MeV = 10 6 eV = 1.6021 ∙ 10 -13 J เราจะพบค่าพลังงานที่สอดคล้องกับหน่วยมวลอะตอม
01.00 น. ∙ s 2 = 1.6603 ∙10 -27 ∙9 ∙10 16 = 14.9427 ∙ 10 -11 J = 931.48 MeV
ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์ใน MeV จึงเท่ากับ
ΔE แสง = Δm ∙931.48 MeV (5)
เมื่อพิจารณาว่าตารางมักจะไม่ได้ให้มวลของนิวเคลียส แต่เป็นมวลของอะตอม สำหรับการคำนวณข้อบกพร่องของมวลในทางปฏิบัติ แทนที่จะเป็นสูตร (3)
ใช้อันอื่น
Δm = zm Н +(A-z)m n – M a, (6)
นั่นคือมวลของโปรตอนถูกแทนที่ด้วยมวลของอะตอมไฮโดรเจนเบา จึงเพิ่มมวลอิเล็กตรอน z และมวลของนิวเคลียสถูกแทนที่ด้วยมวลของอะตอม M a ด้วยเหตุนี้จึงลบมวลอิเล็กตรอน z เหล่านี้
พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนในนิวเคลียสเรียกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะ
(7)
การพึ่งพาพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะกับจำนวนนิวคลีออนในนิวเคลียส (บนเลขมวล A) แสดงไว้ในรูปที่ 1
เพื่อที่จะแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวเคลียสที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ (อิสระ) ที่แยกจากกัน จำเป็นต้องทำงานเพื่อเอาชนะพลังนิวเคลียร์ กล่าวคือ มอบพลังงานบางอย่างให้กับนิวเคลียส ในทางตรงกันข้าม เมื่อนิวคลีออนอิสระรวมกันเป็นนิวเคลียส พลังงานเดียวกันจะถูกปล่อยออกมา (ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน)
- พลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการแบ่งนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนแต่ละตัวเรียกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์
เราจะทราบค่าของพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสได้อย่างไร?
วิธีที่ง่ายที่สุดในการค้นหาพลังงานนี้ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้กฎว่าด้วยความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน ซึ่งค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี 1905
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (1879-1955)
นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวเยอรมัน หนึ่งในผู้ก่อตั้งฟิสิกส์ยุคใหม่ ค้นพบกฎแห่งความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน สร้างความพิเศษและ ทฤษฎีทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพ
ตามกฎหมายนี้ มีความสัมพันธ์เป็นสัดส่วนโดยตรงระหว่างมวล m ของระบบอนุภาคกับพลังงานนิ่ง นั่นคือ พลังงานภายใน E 0 ของระบบนี้:
โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ
หากพลังงานนิ่งของระบบอนุภาคอันเป็นผลมาจากกระบวนการใด ๆ เปลี่ยนแปลงตามค่า ΔE 0 1 สิ่งนี้จะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในมวลของระบบนี้ด้วยค่า Δm และความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้จะแสดงออกมา ด้วยความเท่าเทียมกัน:
∆E 0 = ∆mс 2
ดังนั้น เมื่อนิวคลีออนอิสระรวมเข้าเป็นนิวเคลียสอันเป็นผลจากการปล่อยพลังงาน (ซึ่งโฟตอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้พาออกไป) มวลของนิวคลีออนก็ควรลดลงเช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง มวลของนิวเคลียสจะน้อยกว่าผลรวมของมวลของนิวคลีออนที่นิวเคลียสประกอบด้วยเสมอ
การไม่มีมวลนิวเคลียร์ Δm เมื่อเทียบกับมวลรวมของนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบสามารถเขียนได้ดังนี้:
Δm = (Zm p + Nm n) - M ฉัน
โดยที่ M i คือมวลของนิวเคลียส Z และ N คือจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส และ mp และ m n คือมวลของโปรตอนและนิวตรอนอิสระ
ปริมาณ Δm เรียกว่าข้อบกพร่องมวล การมีอยู่ของข้อบกพร่องจำนวนมากได้รับการยืนยันจากการทดลองจำนวนมาก
ตัวอย่างเช่น ลองคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยว ΔE 0 ของนิวเคลียสของอะตอมดิวทีเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว กล่าวอีกนัยหนึ่ง ลองคำนวณพลังงานที่จำเป็นในการแบ่งนิวเคลียสออกเป็นโปรตอนและนิวตรอน
ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นเราจะพิจารณาข้อบกพร่องของมวล Δm ของนิวเคลียสนี้ โดยนำค่าโดยประมาณของมวลของนิวคลีออนและมวลของนิวเคลียสของอะตอมดิวทีเรียมจากตารางที่เกี่ยวข้อง จากข้อมูลแบบตาราง มวลโปรตอนมีค่าประมาณ 1.0073 a em, มวลนิวตรอน - 1.0087 ก. เช่น มวลของดิวทีเรียมนิวเคลียสคือ 2.0141 น. a.m. ดังนั้น Δm = (1.0073 a.um. + 1.0087 a.um.) - 2.0141 a.u.m. em = 0.0019 ก. em.
เพื่อให้ได้พลังงานยึดเหนี่ยวเป็นจูล ข้อบกพร่องมวลจะต้องแสดงเป็นกิโลกรัม
เมื่อพิจารณาว่า 1 ก. em = 1.6605 10 -27 กก. เราได้รับ:
Δm = 1.6605 10 -27 กก. 0.0019 = 0.0032 10 -27 กก.
เมื่อแทนค่าของข้อบกพร่องมวลนี้ลงในสูตรพลังงานยึดเหนี่ยว เราได้:
พลังงานที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับในกระบวนการของปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถคำนวณได้หากทราบมวลของนิวเคลียสที่มีปฏิสัมพันธ์และอนุภาคที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานี้
คำถาม
- พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสคืออะไร?
- เขียนสูตรเพื่อหาความบกพร่องของมวลของนิวเคลียส
- เขียนสูตรคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส
1 ตัวอักษรกรีก Δ (“เดลต้า”) มักจะหมายถึงการเปลี่ยนแปลงใน ปริมาณทางกายภาพข้างหน้าสัญลักษณ์ของตัวอักษรนี้
มวลอะตอมสัมพัทธ์Аr ขององค์ประกอบทางเคมี (ได้รับพร้อมกับสัญลักษณ์ขององค์ประกอบและหมายเลขซีเรียลในแต่ละเซลล์ของระบบธาตุของ D.I. Mendeleev) คือค่าเฉลี่ยของมวลไอโซโทปสัมพัทธ์โดยคำนึงถึงปริมาณไอโซโทป จริงๆ แล้ว มวลอะตอมสัมพัทธ์แสดงให้เห็นว่ามวลของอะตอมที่กำหนดนั้นมากกว่ามวล 1/12 ของไอโซโทปคาร์บอนเป็นจำนวนเท่าใด ชอบอันไหนก็ได้ ค่าสัมพัทธ์, Ar เป็นปริมาณไร้มิติ
ต่อหน่วยมวลอะตอม ( หน่วยมวลอะตอม - a.m.u.) ปัจจุบันได้รับการยอมรับว่าเป็น 1/12 ของมวลของนิวไคลด์ 12 C นิวไคลด์นี้ถูกกำหนดให้มีมวล 12.0000 amu มูลค่าที่แท้จริงของหน่วยมวลอะตอมคือ 1.661· 10-27 กก.
มวลของอนุภาคพื้นฐานทั้งสามซึ่งแสดงเป็นอามูมีค่าดังต่อไปนี้:
มวลโปรตอน – 1.007277 อามู, มวลนิวตรอน – 1.008665 อามู, มวลอิเล็กตรอน – 0.000548 อามู
1.9.4. ข้อบกพร่องมวล
หากคุณคำนวณมวลของไอโซโทป (มวลไอโซโทป) โดยการบวกมวลของจำนวนโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่สัมพันธ์กับการทดลองทุกประการ ความคลาดเคลื่อนระหว่างการคำนวณ
เรียกว่าค่าที่วัดและพบจากการทดลองของมวลไอโซโทป
ข้อบกพร่องมวล
ตัวอย่างเช่นมวลไอโซโทปของหนึ่งในไอโซโทปของคลอรีน 35 Cl ที่ได้จากการเพิ่มมวลของโปรตอนสิบเจ็ดตัวนิวตรอนสิบแปดตัวและอิเล็กตรอนสิบเจ็ดตัวจะเท่ากับ:
17· 1.007277 + 18· 1.008665 + 17· 0.000548 = 35.289005 อามู
อย่างไรก็ตาม การกำหนดการทดลองที่แม่นยำของค่านี้ให้ผลลัพธ์เป็น 34.96885 amu ข้อบกพร่องมวลคือ 0.32016 amu
คำอธิบายปรากฏการณ์ความบกพร่องมวลสามารถให้ไว้ได้โดยใช้แนวคิดที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กำหนดไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ ข้อบกพร่องมวลสอดคล้องกับพลังงานที่จำเป็นในการเอาชนะแรงผลักกันระหว่างโปรตอน
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ข้อบกพร่องมวลคือการวัดพลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคนิวเคลียร์ หากเป็นไปได้ที่จะแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวเคลียสที่เป็นส่วนประกอบ มวลของระบบก็จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของข้อบกพร่องของมวล พลังงานยึดเหนี่ยวแสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างพลังงานของนิวคลีออนในนิวเคลียสและพลังงานของพวกมันในสถานะอิสระ กล่าวคือ พลังงานยึดเหนี่ยวคือพลังงานที่ต้องใช้เพื่อแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบ
พลังงานยึดเหนี่ยวสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรของ A. Einstein:
อี = mc2,
โดยที่: m – มวลเป็นกิโลกรัม, s – ความเร็วแสง – 2.9979·108 m/s, E – พลังงานในหน่วย J ตัวอย่างเช่น พลังงานยึดเหนี่ยวสำหรับหนึ่งโมล (4 กรัม) ของนิวไคลด์ 4 He (ฟันกราม
ข้อบกพร่องมวลคือ 3.0378·10-5 กก.) เท่ากับ:
∆ E = (3.0378·10-5 กก./โมล)·(2.9979·108 m/s)2 = 2.730·1012 J/mol พลังงานนี้เกินกว่าพลังงานของพันธะโควาเลนต์ทั่วไปมากกว่า
10 ล้านครั้ง เพื่อให้ได้พลังงานดังกล่าวผ่านทาง ปฏิกิริยาเคมีต้องใช้สารหลายสิบตัน
เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวมีสูงมาก จึงเป็นธรรมเนียมที่จะต้องแสดงเป็นเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (1 MeV = 9.6·1,010 J/mol) ต่อนิวคลีออน ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวเคลียสในนิวเคลียส 4 He จึงมีค่าประมาณ 7 MeV และในนิวเคลียส 35 Cl มีค่าเท่ากับ 8.5 MeV
1.9.5. กองกำลังนิวเคลียร์
นิวเคลียสของอะตอมเป็นวัตถุพิเศษสำหรับการศึกษา แม้จะมีการตรวจสอบอย่างผิวเผิน แต่ก็ยังมีความงุนงงมากมายเกิดขึ้น เหตุใดโปรตอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสจึงไม่ผลักกันตามกฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต การคำนวณอย่างง่ายโดยใช้กฎของคูลอมบ์แสดงให้เห็นว่าที่ระยะนิวเคลียร์ โปรตอนสองตัวควรผลักกันด้วยแรงประมาณ 6,000 นิวตัน แต่พวกมันจะถูกดึงดูดซึ่งกันและกันด้วยแรงที่มากกว่าค่านี้ 40 เท่า ยิ่งกว่านั้น แรงนี้ทำหน้าที่เท่าเทียมกันระหว่างโปรตอนสองตัวและระหว่างนิวตรอนสองตัว เช่นเดียวกับระหว่างโปรตอนกับนิวตรอน กล่าวคือ เป็นอิสระจากประจุของอนุภาคโดยสมบูรณ์
เห็นได้ชัดว่าแรงนิวเคลียร์เป็นตัวแทนของแรงประเภทที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ไม่สามารถลดระดับลงเป็นปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตได้ พลังงานที่มาพร้อมกับปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นสูงกว่าพลังงานที่แสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหลายล้านเท่า
การประยุกต์ใช้หลักการของกลศาสตร์ควอนตัมในการอธิบายการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนกำลังให้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจมากในปัจจุบัน เป็นไปได้ไหมที่จะใช้ทฤษฎีนี้จำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอม คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดกองกำลังนิวเคลียร์มีรัศมีการกระทำน้อยมาก แท้จริงแล้วการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นในบริเวณพื้นที่ประมาณค่าประมาณ 10-8 ซม. และปรากฏการณ์ภายในนิวเคลียร์ทั้งหมดเกิดขึ้นที่ระยะห่างประมาณ 10-12 ซม. หรือน้อยกว่า ค่าเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าขนาดนิวคลีออนที่แท้จริงเล็กน้อย อัตราส่วนของตาชั่งที่แสดงลักษณะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในมือข้างหนึ่งและปรากฏการณ์ภายในนิวเคลียร์ในอีกข้างหนึ่งตามลำดับขนาดสามารถเปรียบเทียบได้กับอัตราส่วนเดียวกัน
สำหรับโลกมาโครซึ่งเป็นไปตามกฎของกลศาสตร์คลาสสิก และโลกใบเล็กซึ่งดำเนินชีวิตตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม
ด้วยขนาดนิวเคลียสที่เล็กเช่นนี้ มวลอะตอมเกือบทั้งหมดจึงมีความเข้มข้นอยู่ในนั้น เมื่อทราบปริมาตรโดยประมาณของนิวเคลียสและมวลของอะตอมเราสามารถประมาณความหนาแน่นของสสารนิวเคลียร์ได้: เกินกว่านั้น ความหนาแน่นเฉลี่ยสารธรรมดา 2·1017 เท่า และมีค่าอยู่ระหว่าง 1013 - 1014 g/cm3 ความพยายามที่จะเข้าใจปริมาณดังกล่าวอย่างแท้จริงนำไปสู่ภาพประกอบต่อไปนี้: ด้วยความหนาแน่นของสสารที่ใกล้เคียงกัน ปริมาตรของหัวไม้ขีดไฟ (ประมาณ 5 มม.3) ควรมีมวลเท่ากับมวลน้ำ 1 ล้านตัน หากหัวไม้ขีดตกลงบนพื้นผิวโลก มันจะแทงทะลุทุกสิ่ง หินและจะเจาะเข้าไปในใจกลางของโลก
1.9.6. การเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์
การเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสของอะตอมที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคมูลฐานหรือซึ่งกันและกันเรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์.
การสลายตัวของนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเอง - กัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ– พร้อมด้วยรังสีสามประเภท
รังสีอัลฟ่าคือกระแสนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมที่มีประจุ +2 และมวลเลข 4 (4 He) ประจุบวกของอนุภาคเหล่านี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่ารังสีอัลฟ่าถูกเบนเหลงในสนามไฟฟ้าไปยังแผ่นที่มีประจุลบ และเมื่อเทียบกันแล้ว ขนาดใหญ่อะตอมของฮีเลียมทำให้พลังทะลุทะลวงลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับรังสีอีกสองประเภท
แน่นอน เมื่ออนุภาคดังกล่าวถูกปล่อยออกมา นิวเคลียสจะสูญเสียโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว การสูญเสียโปรตอนสองตัวจะลดเลขอะตอมลงสองหน่วย ผลลัพธ์ที่ได้คือการก่อตัวขององค์ประกอบทางเคมีใหม่
ตัวอย่างเช่น นิวไคลด์ของเรเดียม-226 เมื่อสูญเสียอนุภาคแอลฟา จะกลายเป็นนิวไคลด์ของเรดอน-222 ซึ่งสามารถแสดงเป็น สมการ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ :
88 รา → 86 Rn +2 ฮ.
เมื่อเขียนสมการดังกล่าว จะต้องสังเกตความเท่าเทียมกันของผลรวมของเลขอะตอมและผลรวมของเลขมวลทางด้านซ้ายและด้านขวา (ต้องรับประกันการอนุรักษ์ประจุและมวล)
ในหลายกรณีมีการใช้รูปแบบย่อของการเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียร์: นิวไคลด์เริ่มต้นเขียนทางด้านซ้าย, นิวไคลด์สุดท้ายทางด้านขวาในวงเล็บระหว่างอนุภาคที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกระบุก่อนจากนั้น ปล่อยออกมาเป็นผล ในกรณีนี้สำหรับอนุภาคดังกล่าวจะใช้การกำหนดตัวอักษรต่อไปนี้: α (อนุภาคอัลฟา), p (โปรตอน), n (นิวตรอน), d (นิวเคลียสดิวทีเรียม - ดิวเทอรอน) เป็นต้น ตัวอย่างเช่น สำหรับการสลายตัวของอัลฟาที่กล่าวถึงข้างต้น:
รา (-, α) Rn
เครื่องหมาย "-" บ่งชี้ว่าไม่มีอนุภาคที่กระหน่ำโจมตี (การสลายตัวของนิวเคลียสเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ)
ในทางกลับกันการแผ่รังสีเบต้าจะแบ่งออกเป็น β - (โดยปกติจะเรียกว่า
พวกมันเป็นเพียง β -radiation) และ β + -radiation β - - การแผ่รังสีคือกระแสของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วแสง อิเล็กตรอนเหล่านี้เกิดขึ้นจากการสลายตัวของนิวตรอน:
90 ธ→ 91 ปาสคาล + -1 จ.
นิวไคลด์ทอเรียม-234 และโปรแทกติเนียม-234 มีมวลเท่ากัน นิวไคลด์ดังกล่าวเรียกว่าไอโซบาร์
การเกิดขึ้นของรังสี β + เกิดจากการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอน พร้อมด้วยการปล่อยโพซิตรอน – อนุภาคมูลฐานซึ่งเป็นอะนาล็อกของอิเล็กตรอน แต่มีประจุบวก:
19 K→ 18 อาร์ ++1 อี
รังสีแกมมานั้นยาก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่ารังสีเอกซ์ มันไม่เบี่ยงเบนทางไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กและมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง
การแผ่รังสี γ มาพร้อมกับ α - และ β - การสลาย เช่นเดียวกับกระบวนการจับอิเล็กตรอนโดยนิวเคลียส ในกรณีหลัง นิวเคลียสจับอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานต่ำ (K- หรือ L-อิเล็กตรอน) และโปรตอนตัวหนึ่งกลายเป็นนิวตรอน:
1 p + -1 จ | → 0 น. |
|
เลขมวลของนิวไคลด์ไม่เปลี่ยนแปลง แต่เลขอะตอมจะลดลงหนึ่ง ตัวอย่างเช่น
23 โวลต์ + -1 อี → 22 Ti
นิวไคลด์ที่ไม่เสถียรและสลายตัวตามธรรมชาติเรียกว่า ra-
ไดโอนิวไคลด์หรือไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี - การสลายตัวจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งเกิดไอโซโทปที่เสถียร ไอโซโทปที่เสถียรจะไม่อยู่ภายใต้การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีอีกต่อไป ดังนั้นจึงยังคงอยู่ในธรรมชาติ ตัวอย่างได้แก่ 16 O และ 12 C
ครึ่งชีวิตไอโซโทปที่ไม่เสถียรคือช่วงเวลาที่กัมมันตภาพรังสีลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของค่าเดิม ครึ่งชีวิตสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่หนึ่งในล้านของวินาทีถึงล้านปี (ตารางที่ 1.2)
ตารางที่ 1.2
ครึ่งชีวิตของไอโซโทปบางชนิด
ครึ่งชีวิต |
||||
3·10-7 วิ |
||||
5.7 103 | ||||
4.5 109 | ||||
1.39·1,010 ปี |
||||
ปฏิกิริยาการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีหลายชนิดเป็นส่วนประกอบของปฏิกิริยานิวเคลียร์ตามลำดับที่ซับซ้อนมากขึ้น - ที่เรียกว่า อนุกรมของการแปลงกัมมันตภาพรังสีหรือ ซีรีย์กัมมันตภาพรังสี.
การเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งในชุดนี้จะนำไปสู่การก่อตัวของไอโซโทปที่ไม่เสถียร ซึ่งจะเกิดการสลายกัมมันตภาพรังสีตามมา นิวไคลด์ต้นกำเนิดเรียกว่า ไอโซโทปต้นกำเนิดและผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ ไอโซโทปของลูกสาว- ในระยะต่อไป ไอโซโทปลูกสาวจะกลายเป็นไอโซโทปต้นกำเนิด กลายเป็นไอโซโทปลูกสาวคนถัดไป เป็นต้น การเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องเป็นลูกโซ่นี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งผลของปฏิกิริยานิวเคลียร์กลายเป็นไอโซโทปที่เสถียร
ดังนั้น ชุดกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมจึงเริ่มต้นด้วยไอโซโทป 238 U และเป็นผลจากปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ติดต่อกัน 14 ครั้ง จบลงด้วยไอโซโทปเสถียร 206 Pb ในกรณีนี้ มวลที่สูญเสียทั้งหมดคือ 32 หน่วย
นิวไคลด์ที่เสถียรและไม่เสถียรสามารถผลิตได้โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยการระดมยิงนิวเคลียสด้วยอนุภาคพลังงานสูง ต่อ-
หอน การเปลี่ยนแปลงนิวเคลียร์ประดิษฐ์ดำเนินการโดย อี. รัทเทอร์ฟอร์ด: ในปี 1915
ด้วยการส่งรังสีอัลฟ่าผ่านไนโตรเจน เขาได้ไอโซโทปเสถียรของออกซิเจน 17 O ในปี 1935 Irène และ Frédéric Joliot-Curie พิสูจน์ว่าการระดมยิงอะลูมิเนียมด้วยอนุภาคอัลฟาทำให้เกิด ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีฟอสฟอรัสซึ่งปล่อยโพซิตรอน สำหรับการค้นพบ กัมมันตภาพรังสีเทียมนักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบล
เมื่อทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป้าหมายนิวเคลียร์จะถูกถล่มด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบนิวเคลียร์และการก่อตัวขององค์ประกอบทางเคมีใหม่ อนุภาคที่ระดมยิงจะต้องมีพลังงานจลน์สูงเพื่อเอาชนะแรงผลักไฟฟ้าสถิตจากเป้าหมาย ดังนั้นอนุภาคจะถูกเร่งด้วยความเร็วสูงในการติดตั้งแบบพิเศษที่เรียกว่าเครื่องเร่งความเร็ว (สองประเภทหลักคือเครื่องเร่งเชิงเส้นและไซโคลตรอน)
ตารางที่ 1.3 |
||||||||
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ | ||||||||
สมการที่สมบูรณ์ | แบบสั้น |
|||||||
(อัลฟา ,พี) | ||||||||
7 N +2 เขา | → 8 อ | 14 N (α ,p)17 O |
||||||
(α ,n) | ||||||||
13 อัล +2 เขา→ 15 P +0 n | 27 อัล (α ,n)30 ป |
|||||||
11 นา +1 ชม.→ 12 มก. +0 น | 23 นา (p,n)23 มก |
|||||||
(พี, แอลฟา) | ||||||||
4 เป็น +1 H→ 3 Li +2 He | 9 บี (p,α )6 ลี |
|||||||
7 N +1 H→ 8 O +γ | 14 N (p,γ )15 O |
|||||||
15 พิ +1 ชม → 15 พิ +1 ชม | 31P (ง,พี)32P |
|||||||
13 อัล +1 H → 14 ศรี +0 น | 27 อัล (d,n)28 ศรี |
|||||||
7 N +0 n→ 6 C +1 H | 14 ยังไม่มีข้อความ (n,p)14 ค |
|||||||
27 โค +0 n→ 27 โค +γ | 59 บริษัท (n,γ )60 บริษัท |
|||||||
(เอ็น, แอลฟา) | ||||||||
13 อัล +0 n → 11 นา +2 เฮ | 27 อัล (n,α )24 นา |
|||||||
การเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ประดิษฐ์สามารถจำแนกตามประเภทของอนุภาคที่ระดมยิงและปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา (ตารางที่ 1.3)
มีการสังเคราะห์สิ่งใหม่โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ องค์ประกอบทางเคมีที่มีหมายเลขซีเรียล 99 ขึ้นไป เพื่อจุดประสงค์นี้ เป้าหมายนิวเคลียร์ถูกถล่มด้วยอนุภาคหนัก เช่น 7 N หรือ 12 C ดังนั้นธาตุไอน์สไตเนียมจึงได้มาจากการระดมยิงยูเรเนียม-238 ด้วยนิวเคลียสไนโตรเจน-14:
วัสดุสำหรับการทำซ้ำ
ขนาดอะตอม: 10 -8 ซม. ขนาดนิวเคลียร์: 10 -12 – 10 -13 ซม.
ความหนาแน่นของสสารนิวเคลียร์: µ 10 14 g/cm 3
อนุภาคมูลฐาน
เปิด (วันที่) |
|||||
อิเล็กตรอน | 9.110 10-28 | ทอมป์สัน (1897) |
|||
1.673 10-24 | รัทเธอร์ฟอร์ด (1914) |
||||
1.675 10-24 | แชดวิค (1932) |
||||
ตัวเลขควอนตัม
ชื่อ | การกำหนด | ได้รับการยอมรับ | มีลักษณะอย่างไร |
||
ค่านิยม | |||||
กระฉับกระเฉง |
|||||
วงโคจร | 0, 1, 2, ...n–1 | รูปร่างวงโคจร, |
|||
กระฉับกระเฉง |
|||||
ระดับย่อย |
|||||
แม่เหล็ก | –ℓ,..,–1,0,+1,..,+ ℓ | เชิงพื้นที่ |
|||
ปฐมนิเทศ |
|||||
วงโคจร |
|||||
สปิน | +½ , -½ | เป็นเจ้าของ |
|||
อิเล็กตรอน |
|||||
สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม
ในการเขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม คุณจำเป็นต้องรู้สิ่งต่อไปนี้:
1. ระบบสัญกรณ์: ńх (n – จำนวนระดับพลังงาน: 1,2,3,..., ë – ตัวอักษรของระดับย่อย: s, p, d, f; x – จำนวนอิเล็กตรอน) ตัวอย่าง: 5s2 – อิเล็กตรอนสองตัว บน s – ระดับย่อยของระดับพลังงานที่ห้า (n = 5, υ = 0), 4d8 - แปดอิเล็กตรอนในระดับย่อย d ของระดับพลังงานที่สี่ (n = 4, υ = 2)
2. ลำดับการเติมพลังงานระดับย่อย : 1ส< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f...
(แต่ละระดับย่อยจะถูกเติมเต็มหลังจากที่ระดับก่อนหน้าในแถวนี้ถูกสร้างขึ้นจนเสร็จสมบูรณ์แล้วเท่านั้น)
3. ความจุสูงสุดของระดับย่อย:
ตัวอย่าง: สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคลอรีนคือการกระจายตัวของอิเล็กตรอน 17 ตัวของอะตอมนี้ข้ามระดับย่อยของพลังงานและมีรูปแบบดังนี้
17 คลาส 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
การเขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบสั้น : พบอิเล็กตรอน-
ที่ระดับพลังงานที่สร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์ จะแสดงด้วยสัญลักษณ์ของก๊าซมีตระกูลที่สอดคล้องกัน จากนั้นจึงระบุการกระจายตัวของอิเล็กตรอนที่เหลืออยู่
ตัวอย่าง: สูตรอิเล็กทรอนิกส์โดยย่อของอะตอมของคลอรีน:
17 ไคล 3s2 3p5
การกระจายตัวของอิเล็กตรอนผ่านเซลล์ควอนตัม
เซลล์ควอนตัม
s-เลเยอร์ย่อย
p-ระดับย่อย
d-ระดับย่อย
F-ระดับย่อย
ตามกฎของ Hund: เริ่มแรกอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะได้รับเซลล์ควอนตัมแยกกัน (อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กับการหมุนแบบขนาน) อิเล็กตรอนตัวถัดไปจะเข้าสู่เซลล์ที่ถูกครอบครองแล้วซึ่งค่า ms มีเครื่องหมายตรงกันข้าม - อิเล็กตรอนที่จับคู่) .
สัญกรณ์: ms = +½ ,↓ ms = -½
ตัวอย่าง: อิเล็กตรอน 6 ตัวครอบครองเซลล์ควอนตัมของระดับย่อย f:
F-ระดับย่อย
สำหรับอิเล็กตรอนเก้าตัว แผนภาพจะอยู่ในรูปแบบ:
F-ระดับย่อย
สูตรกราฟิกอิเล็กตรอนของอะตอม
17ซล | |||||||||||||
2p 6 |
วาเลนซ์อิเล็กตรอน- อิเล็กตรอนของระดับพลังงานภายนอก เช่นเดียวกับระดับย่อย d สุดท้าย หากไม่ได้สร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์
การกำหนดนิวเคลียส:
ดัชนีบนคือเลขมวลของนิวไคลด์ ดัชนีล่างคือเลขอะตอมขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่าง: ไอโซโทปคลอรีน:
17ซล
ชื่อย่อ: 36 ซล
องค์ประกอบของนิวเคลียส จำนวนโปรตอน – เลขอะตอม เลขลำดับของธาตุในช่วงเวลา
ระบบไดติกของ D. I. Mendeleev; จำนวนนิวตรอนคือความแตกต่างระหว่างเลขมวลกับจำนวนโปร
ตัวอย่าง: จำนวนโปรตอนและนิวตรอนสำหรับไอโซโทปของคลอรีน
17 Cl คือ จำนวนโปรตอน = 17 จำนวนนิวตรอน = 36-17 = 19
ไอโซโทป – เลขอะตอมเท่ากัน มวลอะตอมต่างกัน (นิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน จำนวนนิวตรอนต่างกัน)
ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการปฏิกิริยานิวเคลียร์ จะต้องรักษาสมดุลระหว่าง:
– ผลรวมของเลขมวล (ตัวยก)
– ผลรวมของเลขอะตอม (ตัวห้อย)
ตัวอย่าง:
รูปแบบย่อของการเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียร์:
ด้านซ้าย - นิวไคลด์ดั้งเดิม
ทางด้านขวาคือนิวไคลด์สุดท้าย
ในวงเล็บระหว่างสิ่งเหล่านั้น: อนุภาคที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่กำหนด จากนั้นอนุภาคที่ปล่อยออกมาจากผลลัพธ์ของมัน
การกำหนดตัวอักษร:α (อนุภาคอัลฟา), p (โปรตอน), n (นิวตรอน), d (ดิวเทอเรียมนิวเคลียส - ดิวเทอรอน) เป็นต้น
ตัวอย่าง: 23 Na (p,n)23 Mg สำหรับปฏิกิริยา
11 นา +1 ชม.→ 12 มก. +0 น
นิวเคลียสในนิวเคลียสถูกยึดอย่างแน่นหนาโดยกองกำลังนิวเคลียร์ เพื่อที่จะเอานิวคลีออนออกจากนิวเคลียส จะต้องทำงานหลายอย่าง กล่าวคือ ต้องให้พลังงานที่สำคัญแก่นิวเคลียส
พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสอะตอม Eb แสดงถึงความเข้มของอันตรกิริยาของนิวคลีออนในนิวเคลียสและเท่ากับพลังงานสูงสุดที่ต้องใช้ในการแบ่งนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนที่ไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบแต่ละตัวโดยไม่ให้พลังงานจลน์แก่พวกมัน นิวเคลียสแต่ละอันมีพลังงานยึดเหนี่ยวของตัวเอง ยิ่งพลังงานนี้มากขึ้น นิวเคลียสของอะตอมก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น การวัดมวลนิวเคลียร์ที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่ามวลส่วนที่เหลือของนิวเคลียส m i นั้นน้อยกว่าผลรวมของมวลที่เหลือของโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นส่วนประกอบเสมอ ผลต่างมวลนี้เรียกว่าข้อบกพร่องมวล:
นี่เป็นส่วนหนึ่งของมวล Dm ที่สูญเสียไประหว่างการปล่อยพลังงานยึดเหนี่ยว เมื่อใช้กฎความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน เราได้:
โดยที่ m n คือมวลของอะตอมไฮโดรเจน
การทดแทนนี้สะดวกสำหรับการคำนวณและข้อผิดพลาดในการคำนวณที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ไม่มีนัยสำคัญ ถ้าเราแทน Dm ลงในสูตรพลังงานยึดเหนี่ยวในหน่วย a.m.u. แล้วสำหรับ อีเซนต์สามารถเขียนได้:
ข้อมูลสำคัญคุณสมบัติของนิวเคลียสนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะกับเลขมวล A
พลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะ E จังหวะ - พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์ต่อ 1 นิวคลีออน:
ในรูป 116 แสดงกราฟที่เรียบของการขึ้นต่อกันของจังหวะ E ที่กระทำต่อ A
เส้นโค้งในรูปมีค่าสูงสุดที่แสดงออกมาอย่างอ่อน องค์ประกอบที่มีเลขมวลตั้งแต่ 50 ถึง 60 (เหล็กและธาตุใกล้เคียง) มีพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะสูงสุด นิวเคลียสขององค์ประกอบเหล่านี้มีเสถียรภาพมากที่สุด
กราฟแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสหนักเข้าสู่นิวเคลียสขององค์ประกอบในส่วนตรงกลางของตารางของ D. Mendeleev รวมถึงปฏิกิริยาของการสังเคราะห์นิวเคลียสเบา (ไฮโดรเจน, ฮีเลียม) ไปเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่านั้นเป็นที่ชื่นชอบอย่างมีพลัง ปฏิกิริยาเนื่องจากพวกมันจะมาพร้อมกับการก่อตัวของนิวเคลียสที่เสถียรมากขึ้น (ด้วยการเต้นของ E ขนาดใหญ่) และด้วยเหตุนี้จึงดำเนินการปล่อยพลังงาน (E > 0)
กองกำลังนิวเคลียร์ โมเดลเคอร์เนล
นิวเคลียร์ กองกำลัง - ความแข็งแกร่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างนิวคลีออน ให้พลังงานจับตัวกับนิวเคลียร์ในปริมาณที่มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอื่น ฉันไปด้วย มากที่สุด ตัวอย่างที่สำคัญและพบเห็นได้ทั่วไป ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง(สวี). กาลครั้งหนึ่ง แนวคิดเหล่านี้มีความหมายเหมือนกัน และมีการใช้คำว่า "ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง" เพื่อเน้นย้ำถึงขนาดมหาศาลของพลัง เมื่อเปรียบเทียบกับแรงอื่น ๆ ที่รู้จักในธรรมชาติ: แม่เหล็กไฟฟ้า, อ่อน, แรงโน้มถ่วง หลังจากเปิดหน้า -, ร - ฯลฯ มีซอน, ไฮเปอร์รอน ฯลฯ ฮาดรอนคำว่า "ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง" เริ่มถูกนำมาใช้ในความหมายที่กว้างขึ้น - เป็นปฏิสัมพันธ์ของฮาดรอน ในปี 1970 โครโมไดนามิกส์ควอนตัม(QCD) ได้สร้างชื่อเสียงให้ตัวเองเป็นกล้องจุลทรรศน์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ทฤษฎีเอสวี ตามทฤษฎีนี้ ฮาดรอนคือ อนุภาคคอมโพสิตประกอบด้วย ควาร์กและ กลูออน,และโดย SV พวกเขาเริ่มเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของกองทุนเหล่านี้ อนุภาค
แบบจำลองหยดของนิวเคลียส- หนึ่งในแบบจำลองแรกสุดของโครงสร้างของนิวเคลียสอะตอม เสนอโดย Niels Bohr ในปี 1936 ภายในกรอบของทฤษฎีนิวเคลียสสารประกอบ พัฒนาโดย Jacob Frenkel และต่อมาคือ John Wheeler บนพื้นฐานของ Karl Weizsäcker เป็นคนแรก ได้รับสูตรกึ่งประจักษ์สำหรับพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอมซึ่งเรียกว่าเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา สูตรไวซ์แซคเกอร์.
ตามทฤษฎีนี้ นิวเคลียสของอะตอมสามารถแสดงเป็นหยดของสสารนิวเคลียร์พิเศษทรงกลมที่มีประจุสม่ำเสมอ ซึ่งมีคุณสมบัติบางอย่าง เช่น ไม่สามารถอัดได้ ความอิ่มตัวของแรงนิวเคลียร์ “การระเหย” ของนิวคลีออน (นิวตรอนและโปรตอน) และมีลักษณะคล้ายกัน ของเหลว ในการเชื่อมต่อนี้ คุณสมบัติอื่น ๆ ของหยดของของเหลวสามารถขยายไปยังแกนหยดได้เช่นแรงตึงผิว การกระจายตัวของหยดให้มีขนาดเล็กลง (นิวเคลียสฟิชชัน) การรวมหยดเล็ก ๆ ให้เป็นหยดใหญ่ (ฟิวชั่น) ของนิวเคลียส) เมื่อคำนึงถึงคุณสมบัติเหล่านี้ทั่วไปสำหรับสสารของเหลวและนิวเคลียร์ตลอดจนคุณสมบัติเฉพาะของอย่างหลังซึ่งเป็นผลมาจากหลักการของ Pauli และการมีอยู่ของประจุไฟฟ้า เราจึงสามารถได้สูตร Weizsäcker กึ่งเชิงประจักษ์ ซึ่งช่วยให้เราคำนวณได้ พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสและมวลของมันหากทราบองค์ประกอบของนิวคลีออน ( จำนวนทั้งหมดนิวคลีออน (เลขมวล) และจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส)
