В основе любой науки лежит что-то маленькое и важное. В биологии это клетка, в языкознании - буква и звук, в инженерии - винтик, в строительстве - пещинка, а для химии и физики самой важное - это атом, его структура.

Атом — это та наименьшая частица всего, что нас окружает, которая несет в себе всю необходимую информацию,частица, определяющая характеристики и заряды. Долгое время ученые думали, что она неделима, едина, однако в течение долгих часов, дней, месяцев и годов проводились изучения, исследования и опыты, которые доказали, что атом также имеет свою структуру. Другими словами, этот микроскопический шарик состоит из еще меньших составляющих, которые влияют на величину его ядра, свойства и заряд. Структура же этих частиц такова:

  • электроны;
  • ядро атома.

Последнее также можно разделить на совсем элементарные части, которые в науке именуют протонами и нейронами, которых насчитывается четкое количество в каждом конкретном случае.

Число протонов, которые есть в ядре, указывает на структуру оболочки, которая состоит из электронов. Эта оболочка же, в свою очередь, вмещает в себя все необходимые свойства определенного материала, вещества либо предмета. Вычислить сумму протонов очень просто — достаточно знать порядковый номер наименьшей части вещества (атома) во всем известной таблице Менделеева. Это значение еще называют атомным числом и обозначают латинской буквой «Z». Важно помнить, что протоны владеют позитивным зарядом, а на письме это значение определяется как +1.

Нейроны — второе составляющее ядра атома. Это элементарная субатомная частица, которая не несет никакого заряда в отличие от электронов или протонов. Нейроны были открыты в 1932 году Дж. Чедвиком, за что он, спустя 3 года, получил Нобелевскую премию. В учебниках и научных трудах их обозначают как латинский символ «n».

Третья составляющая атома — электрон, который находится в монотонном движении вокруг ядра, создавая таким образом облако. Именно эта частица самая легкая из всех известных современной науке, а это значит, что и заряд ее также наименьший.Обозначаетсяэлектрон на письме от −1.



Именно соединение положительных и негативных частиц в структуре, делает атом незаряженной или нейтрально заряженной частицей. Ядро, в сравнении с общим размеров всего атома, очень маленькое, но именно в нем сосредоточен весь вес, что говорит о его высокой плотности.

Как определить заряд ядра атома?

Чтобы определить заряд ядра атома, нужно хорошо разбираться в строении, структуре самого атома и его ядра, понимать основные законы физики и химии, а также иметь на вооружении периодическую таблицу Менделеева для определения атомного числа химического элемента.

  1. Знание того, что микроскопическая частица любого вещества имеет в своей структуре ядро и электроны, которые создают возле него оболочку в виде облака. В состав ядра, в свою очередь, входят два вида элементарных неделимых частиц: протоны и нейроны, каждый из которых имеет свои свойства и характеристики. Нейроны не располагают в своем арсенале электронным зарядом. Это означает, что их заряд не равен и не больше или меньше ноля. Протоны, в отличие от своих собратьев, несут положительный заряд. Иными словами, их электрический заряд можно обозначить как +1.
  2. Электроны, которые являются неотъемлемой частью каждого атома, также несут в себе определенный вид электрического заряда. Они являются негативно заряженными элементарными частицами, а на письме они определяются как −1.
  3. Чтобы вычислить заряд атома, нужны знания о его структуре (мы только что вспомнили необходимые сведения), количестве элементарных частиц в составе. А для того, чтобы узнать суму заряда атома, нужно математическим способом добавить количество одних частиц (протонов) к другим (электронам). Обычно, характеристика атома говорит о том, что он электрон нейтрален. Другими словами значение электронов приравнивается количеству протонов. Итог таков — значение заряда такого атома равен нулю.
  4. Важный нюанс: бывают ситуации, когда число позитивно и негативно заряженных элементарных частиц в ядре может не быть равным. Это говорит о том, что атом становиться ионом с положительным или отрицательным зарядом.

Обозначениеядра атома в научной сфере выглядит как Ze. Расшифровать это достаточно просто: Z — это тот номер, который присвоен элементу во всем известной таблице Менделеева, еще его называют порядковым или зарядным числом. И указывает оно на количество протонов в ядре атома, а e — это всего лишь заряд протона.

В современной науке существуют ядра с разным значением зарядов: от 1 до 118.

Еще одно важное понятие, которое нужно знать юным химикам — массовое число. Это понятие указывает на общую суму заряда нуклонов (это те самые мелкие составляющие части ядра атома химического элемента). И найти это число можно, если воспользоваться формулой: A = Z + N где А — искомое массовое число, Z — количество протонов, а N — значение нейтронов в ядре.

Чему равен заряд ядра атома брома?

Чтобы на практике продемонстрировать, как найти заряд атома необходимого элемента (в нашем случае, брома), стоит обратиться к периодической таблице химических элементов и найти там бром. Его порядковыйномер 35. Это означает, что и заряд ядра его равен 35, поскольку он зависит от числа протонов в ядре. А на число протонов указывает номер, под которым стоит химический элемент в великом труде Менделеева.

Приведем еще несколько примеров, чтобы в будущем юным химикам и было проще рассчитать необходимые данные:

  • заряд ядра атома натрия (na)равен 11, поскольку именно под этим номером его можно найти в таблице химических элементов.
  • заряд ядра фосфора (символическое обозначение которого P) имеет значение 15, ведь именно столько в его ядре протонов;
  • сера (с графическим обозначениемS) — соседка по таблице предыдущегоэлемента, поэтому и заряд ядра у нее 16;
  • железо (а найти мы его можем в обозначенииFe) стоит под номером 26, что говорит о таком же количестве протонов в его ядре, а значит и заряде атома;
  • углерод (он же C) находится под 6 номером периодической таблицы, что и указывает на нужную нам информацию;
  • магний имеет атомный номер 12, а в международной символике его знают как Mg;
  • хлор в периодической таблице, где он пишетсякак Cl, стоит под 17 номером, поэтому и его атомное число (а именно оно нам нужно) такое же — 17;
  • кальций (Ca), который так полезен для юных организмов, находим под номером 20;
  • заряд ядра атома азота (с письменным обозначениемN) равняется 7, именно в такой очереди он представлен в таблице Менделеева;
  • барий стоит под 56 номером, что и равно его атомной массе;
  • химический элемент селен (Se) имеет в своем ядре 34 протона, а это показывает, что именно таким будет заряд ядра его атома;
  • серебро (или в письменном обозначенииAg) имеет порядковыйномер и атомную массу 47;
  • если же нужно узнать заряд ядра атома лития (Li), то нужно обратиться к началу великого труда Менделеева, где он находится под номером 3;
  • аурум или всеми нами любимое золото (Au) имеет атомную массу 79;
  • у аргона же это значение равно 18;
  • рубидий имеет атомную массу в размере 37, а у стронция она равна 38.

Перечислять все составляющие периодической таблицы Менделеева можно еще очень долго, ведь их (этих составляющих) очень много. Главное, что суть этого явления понятна, а если нужно будет вычислить атомное число калия, кислорода, кремния, цинка, алюминия, водорода, бериллия, бора, фтора, меди, фтора, мышьяка, ртути, неона, марганца, титана, то стоит только обратиться к таблице химических элементов и узнать порядковый номер того или иного вещества.

Основными существующими в данное время понятиями ядра атома являются его масса и заряд. Заряд ядра представляет определенное количество положительных элементарных зарядов. Заряд атома является нейтральным, его величиной определяется числом электронов в атоме. Заряд определяет химический элемент. Величина заряда ядра равна произведению элементарного заряда на зарядовое число ядра, равное порядковому номеру элемента.

Масса ядра практически равна массе атома. За единицу массы атома принимается 1/16 массы атома кислорода или 1/12 массы изотопа углерода. С большой точностью определенны массы атомов. При этом было обнаружено разновидность атомов конкретного химического элемента, т.е. изотопов, обладающих одинаковым зарядом, но различающимися массой. Атомные веса изотопов называются атомными массами. Каждый химический элемент имеет определенное процентное содержание изотопов.

На основании этого следует, что каждому химическому элементу соответствует определенный атомный вес, представляющий средний значение масс. Изотопные массы выражаются целыми числами. Целое число, ближайшее к атомному весу, выраженное в атомных единицах массы, называется массовым числом – А . Ядра, обладающие одинаковой массой, но разными зарядами, называются изобарами.

Спин и магнитный момент ядра

С повышением разрешающей способности спектральных приборов было обнаружено явление сверхтонкой структуры. В. Паули выдвинул предположение, что, явление связано со спином ядра атома.

Спин ядра складывается из спинов составляющих его частиц и представлен моментами количества движения ядерных частиц в ядре. Спин ядра, состоящего из четного числа частиц, является целым числом, выраженный в единицах h . И, наоборот, из нечетного числа, спин ядра является полуцелым.

Атомные ядра имеют магнитные моменты. Магнитный момент ядра состоит из магнитных моментов ядерных частиц. Избирательное поглощение электромагнитного излучения веществом обуславливается с переходами его ядер между разными энергетическими подуровнями. По аналогии с расщеплением энергетических уровней электронов существует расщепление энергетических уровней ядра на ряд подуровней. Воздействием переменного магнитного поля с соответствующими частотами переходов между подуровнями приводит к избирательному поглощению излучения.

Для измерения магнитного момента нейтрона был проведен видоизмененный вариант метода магнитного резонанса. Результатом этого опыта было определение, что нейтрон имеет отрицательный магнитный момент.

Магнитный момент протона был определен методом отклонения молекулярного пучка. Этот опыт аналогичен методу Штерна и Герлаха.

Положительный знак магнитного момента протона определяет совпадения направления магнитного момента протона и его спина. У нейтрона направления магнитного момента противоположно его спину.

Состав ядра

При измерениях масс – спектроскопических характеристик ядра было обнаружено, что массы изотопов атомов больше по величине зарядов этих атомов. При увеличении зарядового числа эта разница увеличивается. Также было установлено, что массы ядер в а.е.м. имеют целочисленные числа, т.е. ядро состоит из частиц одинаковой массы.

Д.Д. Иваненко было сформулирована гипотеза о протонно-нейтронном строении ядра. Согласно этой теории заряд ядра – Z определяет количество протонов, а разность А – Z дает количество нейтронов. Элементарные частицы ядра-протона принято называть нуклонами. Частица нуклон имеет заряд +е в протонном состоянии и заряд – 0 в нейтронном состоянии.

Энергия связи ядра

Ядро атома представляет собой очень устойчивое образование. Эта устойчивость основана на особом взаимодействии между нуклонами. На основании этого введены понятия энергия связи нуклона, как физической величины равной работе, которую нужно совершить для удаления данного нуклона из ядра без придания ему кинетической энергии и энергии связи ядра, как работу, которую нужно совершить для расщепления ядра на нуклоны без придания им кинетической энергии.

Таким образом, разность между суммарной энергии свободных нуклонов, составляющих данное ядро и энергий в ядре, выражает энергию связи атомного ядра.

В главе 6 дается общее описание процесса возникновения вещества с химическими свойствами. В этом природном процессе образовываются массы всех ядер таблицы Менделеева. При образовании определенного химического элемента в состав ядра входят протоны и нейтроны. Соотношения этих частиц в ядре не постоянно. В одном случае число нейтронов может быть больше, в другом – меньше, но количество протонов не может превышать количество нейтронов. В данной теории предлагается, что при образовании атомов протону был придан крутящий момент, нейтрон не получил этой энергии. Отсюда вытекает разнообразие атомов одного химического элемента, т.е. изотопов. Таким образом, при выбросе струй нейтронного вещества квазаром, большинство нейтронов не получают спина, т.е. протоны составляют меньше половины массы вещества с химическими свойствами.

Элементарная частиц нуклон в форме протона атома водорода имеет наибольшую скорость спина. Следующий по таблице Менделеева идет атом гелия, имеющий два протона и два нейтрона. Каждый протон гелия затрачивает свою энергию на придание скорости одному нейтрону. Общее количество движения ядра атома гелия не меняется. Эта энергия лишь распределяется между протонами и нейтронами. Скорость протона уменьшается в два паза, с половины скорости света до одной четвертой:

V ср. = c / 4.

Половина энергии протона ушла к нейтрону, тем самым снизилась давление среды матричного вакуума на атом гелия в два раза. Величина момента импульса электрона также изменилась.

Таким образом, заряд атома гелия не меняется, т.е. взаимодействие общего крутящего момента его ядра со средой матричного вакуума не меняется.

Если нуклон будет образован из нейтронов, то соответственно не будет крутящего момента у системы, т.е. заряд будет равен нулю. Нейтрон мог бы существовать во времени продолжительно долго, но в изолированной среде. Но среда вакуума пронизана большим диапазоном электромагнитного излучения. И нейтрон постоянно испытывает это действие и, в конце концов, распадается на элементарные кванты действия.

Среди тяжелых ядер встречается образования, где при одинаковой массе, количество протонов меняется. А, следовательно, меняется крутящий момент ядра, т.е. его заряд.

В ядерной физике принято, что специфику химического элемента определяет заряд ядра. В триаде химических элементов Zr, Mo, Ru массовое число имеет одинаковую величину, а заряд, т.е. крутящий момент этих ядер различный. Это различие заключается в том, что в состав этих ядер входит разное количество протонов. Спины циркония, молибдена, рутения определяют количество электронов на внешней оболочке. В этом выражается химическая индивидуальность этих элементов.

В главе «Квантовая механика «было дано понятие тонкой структуры спектральных линий на 6 А. Причиной этому являлось постоянная плотность фотонов в среде матричного вакуума.

Обнаруженное расщепление сверхтонкой структуры спектральных линий также обосновывается понятием постоянной плотности фотонов в среде матричного вакуума. Этот спектр фотонов включает в себя от ультрафиолетовых лучей до гамма-излучения. Но движения этих лучей хаотическое и распространяется на весь объем пространства, где находится вещество среды матричного и входит во взаимодействие с наружными электронами атомов вещества. В опыте А.Н. Теренина и Л.Н. Добрецова линия равная 5890 А укрупняется на фотон 0, 021 А и линия 5896 А – на 0,023 А. Это минимальное укрупнение обнаружено благодаря увеличению разрешающей способности приборов.

Аналогично электрону ядро атома также вращается вокруг своей оси по принципу перемещения материального тела в среде вакуума. Спин ядра эта вращение самого ядра и прижатой к нему средой вакуума волны де Бройля. При движении этой волны, она раздвигает матричный вакуум на свой объем. И ее кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию среды вакуума, т.е. частицы среды сжимаются. Затем среда вакуума обратно передает свою энергию ядру атома. Процесс раздвижения среды, т.е. движение вакуума, есть магнитный момент ядра. Эта волна выглядит как диск. Скорость вращения у разных химических элементов различная, но она не превышает линейной скорости ядра атома водорода.

В опыте по измерению магнитного резонанса. Нейтроны проходили через два ферромагнетика. При прохождении через магниты, ему была придана изначальная скорость. Движение нейтрона определяется принципом перемещения материального тела в среде матричного вакуума. Ней трон раздвигает окружающие его частицы среды вакуума, они получают движение. Любое движение частиц среды вакуума представляет магнитное поле.

В атомном ядре нейтроны т протоны относительно друг друга находятся в состоянии покоя. Прочная связь ядра осуществляется средой вакуума. Она постоянно давит на площадь сферы ядерного вещества. Рассчитаем объем этого вещества в атоме водорода:

V яд = V в · N яд = 1,86·10 –41 м 3 ,

где N яд – количество лишних частиц среды вакуума в протоне.

Радиус ядерного вещества протона равен:

R яд = 1,6·10 –14 м

Определим давление на поверхности ядра атома водорода:

Р яд = Н вод / 4πR 2 яд = 4,6·10 7 кг/м 2

Площадь ядерного вещества в протоне, на которую давит вакуум, равна:

S яд = 4πR 2 яд = 3,4·10 –27 м 2 .

Сила вакуума на эту площадь определяется:

F яд = S яд · Р яд = 2,5·10 –19 кг.

Вычислим, какое давление будет в ядре протона на площади вакуума при половине радиуса протона:

R = 1/2 R яд.

Количество лишних частиц уменьшается в восемь раз:

n = 3,15·10 5 .

Объем этих частиц составит:

V = V м.в. = 2,3·10 –42 м 3 ,

R = 0,81·10 –14 м.

Напряженность на поверхности протона равна Н = 2,5·10 –19 кг, тогда давление на радиусе равным R яд /2 будет:

Р = Н / 4πR 2 = 3,0·10 8 кг/м 2 .

Как видно давление в протоне при уменьшении его радиуса увеличивается. Это явление представляет ядерные силы.

Рассчитаем давление на поверхности ядра атома гелия.

Напряженность, создаваемая спином ядра в среде вакуума, равна:

Н гел = 2 Н вод = 5,0·10 –19 кг.

Количество лишних частиц в ядре:

N гел = 4 N яд = 1,0·10 7

Объем ядерного вещества в ядре гелия:

V гел. = V м.в. · N гел = 7,5·10 –41 м 3 ,

R = 2,6·10 –14 м

Давление на поверхности ядра:

Р = Н гел / 4πR 2 = 5,9·10 7 кг/м 2

Давление в атоме гелия возросло в 3,5 раза.

Величина давления на поверхности ядер химических элементов различна. В начале периодической системы Менделеева это давление составляет от 1,8·10 7 кг/м 2 до 9,5·10 7 кг/м 2 .

В средней части таблицы Менделеева давление составляет от 1,1·10 8 – 1,57·10 8 кг/м 2 .

По мере дальнейшего увеличения числа нуклонов в ядре давление также увеличивается.

Как указывалось, при возрастании масса химического элемента заряд не уменьшается, а окружная скорость ядра уменьшается. Отсюда можно выразить.

Средняя скорость i – химического элемента:

V ср · i = с / 2n ,

где n = А / z ; А – массовое число; i – химического элемента; z – зарядовое число.

В явлении естественной радиоактивности характерно превращение одних атомных ядер в другие. Имеются и легкие естественно – радиоактивные ядра: изотопы K, C, Rb и др. Как указывает практика, изотопная масса увеличивается почти целыми числами, т.е. за счет увеличения числа нейтронов. То есть при этом увеличивается давление среды вакуума на поверхности ядра изотопа и уменьшается окружная скорость ядра химического элемента.

У тяжелых химических элементов окружная скорость ядер уменьшается более чем в два с половиной раза. У ядра трития эта скорость снижается до 60 км/с.

Среда вакуума вокруг любого ядра имеет среднюю плотность фотонов. При снижении окружной скорости ядра фотона от инфракрасного до гамма-излучения имеют большую возможность достигнуть поверхности ядра. Это проникновение фотонов к ядру происходит с поверхности полюсов атома. Нуклон ядра, получив энергию фотона, увеличивает свою скорость и покидает атом. В целом в этом механизме заключается явление радиации.

Таким образом, прочная связь, существующая между нуклонами в ядре, осуществляется ответной реакцией среды вакуума на напряженность ядра в вакууме. Среда вакуума постоянно давит на площадь сферы ядра и придает им одинаковую геометрическую форму. Основная энергия, которая содержится в ядре атома водород, заключена в его спине. На ядро постоянно действуют внешние силы. И ядро безостановочно имеет перемещения по всем трем координатам. Соответственно и волна де Бройля, также вращается в пространстве. Вследствие этого возникает явление прецессии электрона.

При вращении ядра его волна де Бройля практически находится в каждой точке сферы атома. Площадь точки является площадью электрона, который находится на орбите атома. То есть радиуса действия волна де Бройля показывает максимальное ее действие от ядра.

Величина работы, которую нужно совершить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, должны быть не меньше энергии самого спина ядра. Понятие расщепление ядра эквивалентно его остановке. Волна де Бройля, т.е. сам спин постоянно меняет свое местоположение на сфере атома и целенаправленно воздействовать на него затруднительно. Для этого необходима энергия, которая по величине была бы не меньше энергии спина ядра в каждой точке сфера атома. Если воздействие на ядро будет составлять хотя бы половину необходимой величины, то ядро, т.е. атом, будет двигаться в направлении противоположном воздействию этой силы. Ядро как бы будет отскакивать от этой силы, подобно волчку при соприкосновении его с предметом.

Для расчета работы по расщеплению ядра необходимо величину его спина умножить на количество площадей электрона:

W рас. = N · L пр. ,

где L пр. – отталкивающий момент протона.

Cтраница 1


Величина заряда ядра атома обусловлена количеством протонов, нахо-инцихся в ядре. Масса же атома зависит от количества протонов и нейтронов н ядре.  


Атомные или порядковые номера численно совпали с величиной заряда ядра атома, выраженной в электронных единицах.  


Атомные (или порядковые) номера численно совпадают с величиной заряда ядра атома, выраженной в электронных единицах.  

В 1913 г. Мозли открыл закон, сущность которого заключалась в том, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу.  


Но для создания такой научно обоснованной теории строения атома необходимо было располагать представлениями о величине заряда ядра атома и о числе электронов в атомной оболочке.  

Формула Резерфорда (III.4) позволяет по числу отклоненных а-частиц в определенный телесный угол dn и числу N определить величину заряда ядра атома Ze , поскольку все остальные величины могут быть измерены.  

Выяснилось, что естественная классификация элементов, данная Д. И. Менделеевым в его периодической системе, находится в строгом соответствии с величинами зарядов ядер атомов.  

Так било найдено свойство атомов, от которого зависит их положение в периодической системе: место химического элемента в системе Менделеева определяется величиной заряда ядра атомов этого элемента.  

Точно так же и длина волн лучей Рентгена зависит не только от скорости электронов, но и от вещества, которое электроны ударяются. Как установил Мозли она зависит от величины заряда ядра атома того эле мента, из которого состоит вещество.  

Заряд нейтрона равен нулю. Следовательно, нейтроны не играют роли в величине заряда ядра атома. Этой же величине равен и порядковый номер хрома.  

Согласно этой модели, атом представляет собой систему, состоящую из маленького положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса атома, и окружающих ядро отрицательно заряженных электронов. Кроме того установленный закон рассеяния сделал возможным определение величины зарядов ядер атомов, так как, согласно формуле Резерфор-да, интенсивность рассеяния под данным углом пропорциональна квадрату заряда ядра. Именно в результате анализа опытов по рассеянию а-частиц в различных веществах были впервые определены величины зарядов ядер ряда атомов. Мозли установил, что частоты К-ллштш характеристического рентгеновского излучения элементов монотонно возрастают с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Корень квадратный из частоты / (- линий пропорционален (Z - 1), где Z - атомный номер, отождествленный с числом единиц положительного заряда в ядре. Число Z, которое также равно числу электронов в нейтральном атоме, очевидно, однозначно определяет химические свойства элемента.  

Страницы:      1

Исследуя прохождение α-частицы через тонкую золотую фольгу (см. п. 6.2), Э. Резерфорд пришёл к выводу о том, что атом состоит из тяжёлого положительного заряженного ядра и окружающих его электронов.

Ядром называется центральная часть атома , в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд .

В состав атомного ядра входят элементарные частицы : протоны и нейтроны (нуклоны от латинского слова nucleus – ядро ). Такая протонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком в 1932 г. Д.Д. Иваненко. Протон имеет положительный заряд е + =1,06·10 –19 Кл и массу покоя m p = 1,673·10 –27 кг = 1836m e . Нейтрон (n ) – нейтральная частица с массой покоя m n = 1,675·10 –27 кг = 1839m e (где масса электрона m e , равна 0,91·10 –31 кг). На рис. 9.1 приведена структура атома гелия по представлениям конца XX - начала XXI в.

Заряд ядра равен Ze , где e – заряд протона, Z – зарядовое число , равное порядковому номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, т.е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N . Как правило Z > N .

В настоящее время известны ядра с Z = 1 до Z = 107 – 118.

Число нуклонов в ядре A = Z + N называется массовым числом . Ядра с одинаковым Z , но различными А называются изотопами . Ядра, которые при одинаковом A имеют разные Z , называются изобарами .

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом , где X – символ химического элемента. Например: водород Z = 1 имеет три изотопа: – протий (Z = 1, N = 0), – дейтерий (Z = 1, N = 1), – тритий (Z = 1, N = 2), олово имеет 10 изотопов и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов .

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Ещё Э. Резерфорд, анализируя свои опыты, показал, что размер ядра примерно равен 10 –15 м (размер атома равен 10 –10 м). Существует эмпирическая формула для расчета радиуса ядра:

, (9.1.1)

где R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 м. Отсюда видно, что объём ядра пропорционален числу нуклонов.

Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10 17 кг/м 3 и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

Протоны и нейтроны являются фермионами , т.к. имеют спин ħ /2.

Ядро атома имеет собственный момент импульса – спин ядра :

, (9.1.2)

где I – внутреннее (полное ) спиновое квантовое число.

Число I принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т.д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин (в единицах ħ ) и подчиняются статистике Бозе –Эйнштейна (бозоны ). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин (в единицах ħ ) и подчиняются статистике Ферми –Дирака (т.е. ядра – фермионы ).

Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон μ яд:

. (9.1.3)

Здесь e – абсолютная величина заряда электрона, m p – масса протона.

Ядерный магнетон в m p /m e = 1836,5 раз меньше магнетона Бора, отсюда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов .

Между спином ядра и его магнитным моментом имеется соотношение:

, (9.1.4)

где γ яд – ядерное гиромагнитное отношение .

Нейтрон имеет отрицательный магнитный момент μ n ≈ – 1,913μ яд так как направление спина нейтрона и его магнитного момента противоположны. Магнитный момент протона положителен и равен μ р ≈ 2,793μ яд. Его направление совпадает с направлением спина протона.

Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадрупольный электрический момент ядра Q . Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра. Так, для эллипсоида вращения

, (9.1.5)

где b – полуось эллипсоида вдоль направления спина, а – полуось в перпендикулярном направлении. Для ядра, вытянутого вдоль направления спина, b > а и Q > 0. Для ядра, сплющенного в этом направлении, b < a и Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = a и Q = 0. Это справедливо для ядер со спином, равным 0 или ħ /2.

Для просмотра демонстраций щелкните по соответствующей гиперссылке:

Инструкция

В таблице Д.И.Менделеева, как в многоэтажном многоквартирном доме « » химические элементы, каждый из которых занимает свою собственную квартиру. Таким образом, каждый из элементов имеет определенный порядковый номер, указанный в таблице. Нумерация химических элементов начинается слева направо, причем сверху. В таблице горизонтальные ряды называются периодами, а вертикальные столбцы – группами. Это немаловажно, потому что по номеру группы или периода можно также дать характеристику некоторым параметрам атома .

Атом представляет собой химически неделимую , но при этом состоящую из более мелких составных частей, к которым можно отнести (положительно заряженные частицы), (заряжены отрицательно) (нейтральные частицы). Основная масса атома в ядре (за счет протонов и нейтронов), вокруг которого вращаются электроны. В целом атом электронейтрален, то есть в нем количество положительных зарядов совпадает с количеством отрицательных, следовательно, число протонов и одинаково. Положительный заряд ядра атома имеет место быть как раз за счет протонов.

Пример № 1. Определить заряд ядра атома углерода (С). Начинаем анализировать химический элемент углерод, ориентируясь на таблицу Д.И.Менделеева. Углерод находится в «квартире» № 6. Следовательно, он ядра +6 за счет 6 протонов (положительно заряженных частиц), которые располагаются в ядре. Учитывая, что атом электронейтрален, значит, электронов тоже будет 6.

Пример № 2. Определить заряд ядра атома алюминия (Al). Алюминий имеет порядковый номер - № 13. Следовательно, заряд ядра атома алюминия +13 (за счет 13 протонов). Электронов также будет 13.

Пример № 3. Определить заряд ядра атома серебра (Ag). Серебро имеет порядковый номер - № 47. Значит, заряд ядра атома серебра + 47 (за счет 47 протонов). Электронов также 47.

Обратите внимание

В таблице Д.И.Менделеева в одной клетке для каждого химического элемента указаны два числовых значения. Не путайте порядковый номер и относительную атомную массу элемента

Атом химического элемента состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро - это центральная часть атома, в котором сосредоточена почти вся его масса. В отличие от электронной оболочки, ядро имеет положительный заряд .

Вам понадобится

  • Атомный номер химического элемента, закон Мозли

Инструкция

Таким образом, заряд ядра равен количеству протонов. В свою очередь, количество протонов в ядре равно атомному номеру . К примеру, атомный номер водорода - 1, то есть ядро водорода состоит из одного протона имеет заряд +1. Атомный номер натрия - 11, заряд его ядра равен +11.

При альфа-распаде ядра его его атомный номер уменьшается на два за счет испускания альфа-частицы (ядра атома ). Таким образом, количество протонов в ядре, испытавшем альфа-распад, также уменьшается на два.
Бета-распад может происходить в трех различных . В случае распада «бета-минус» нейтрон превращается в при испускании и антинейтрино. Тогда заряд ядра на единицу.
В случае распада «бета-плюс» протон превращается в нейтрон, позитрон и нйтрино, заряд ядра уменьшается на единицу.
В случае электронного захвата заряд ядра также уменьшается на единицу.

Заряд ядра можно также определить по частоте спектральных линий характеристического излучения атома. Согласно закону Мозли: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, где v - спектральная характеристического излучения, R - постоянная Ридберга, S - постоянная экранирования, n - главное квантовое число.
Таким образом, Z = n*sqrt(v/r)+s.

Видео по теме

Источники:

  • как изменяется заряд ядра

Атом – мельчайшая частица каждого элемента, которая несет его химические свойства. Как существование, так и строение атома являлось предметом рассуждений и изучений с древних времен. Было установлено, что строение атомов сродни строению Солнечной системы: в центре ядро, занимающее очень мало места, но сосредоточившее в себе почти всю массу; вокруг него вращаются «планеты» - электроны, несущие отрицательные заряды . А как можно найти заряд ядра атома?

Инструкция

Любой атом электрически нейтрален. Но, поскольку несут отрицательные заряды , они должны быть уравновешены противоположными зарядами. Так и есть. Положительные заряды несут частицы под названием «протоны», расположенные в ядре атома. Протон гораздо массивнее электрона: он весит столько же, сколько 1836 электронов!

Самый простой случай – атом водорода первого элемента Периодической таблицы. Посмотрев в таблицу, вы убедитесь, что он под первым номером, а его ядро состоит из единственного протона, вокруг которого вращается единственный . Из этого следует, что ядра атома водорода равен +1.

Ядра других элементов состоят уже не только из протонов, но и из так называемых «нейтронов». Как вы легко можете из самого названия, вообще не несут никакого заряда – ни отрицательного, ни положительного. Поэтому запомните: сколько бы нейтронов не входило в состав атомного ядра , они влияют лишь на его массу, но не на заряд.

Следовательно, величина положительно заряда ядра атома зависит лишь от того, сколько протонов в нем содержится. Но поскольку, как уже указывалось, атом электрически нейтрален, в его ядре должно содержаться столько же протонов, вращается вокруг ядра . Количество же протонов определяется порядковым номером элемента в Таблице Менделеева.

Рассмотрите несколько элементов. Например, известный и жизненно необходимый кислород находится в «ячейке» под номером 8. Следовательно, в его ядре содержатся 8 протонов, и заряд ядра будет +8. Железо занимает «ячейку» с номером 26, и, соответственно, имеет заряд ядра +26. А металл - , с порядковым номером 79 - будет иметь точно такой же заряд ядра (79), со знаком +. Соответственно, в атоме кислорода содержится 8 электронов, в атоме – 26, а в атоме золота – 79.

Видео по теме

В обычных условиях атом электрически нейтрален. При этом ядро атома, состоящее из протонов и нейтронов, положительно, а электроны несут отрицательный заряд. При избытке или недостатке электронов атом превращается в ион.

Инструкция

Химические соединения могут иметь молекулярную или ионную природу. Молекулы также электрически нейтральны, а ионы несут в себе некоторый заряд. Так, молекула аммиака NH3 нейтральна, а вот ион аммония NH4+ заряжен положительно. Связи в молекуле аммиака , образованные по обменному типу. Четвертый атом водорода присоединяется по донорно-акцепторному механизму, это тоже ковалентная связь. Аммоний образуется при взаимодействии аммиака с растворами кислот.

Важно понимать, что заряд ядра элемента не зависит от химических превращений. Сколько электронов ни добавляй и ни отнимай, заряд ядра останется тем же. К примеру, атом O, анион O- и катион O+ характеризуются одним и тем же зарядом ядра +8. При этом атом имеет 8 электронов, анион 9, катион - 7. Само ядро можно изменить только путем ядерных превращений.

Наиболее частый вид ядерных реакций – радиоактивный распад, который может протекать в естественной среде. Атомная масса элементов, подвергающихся в такому распаду, заключена в квадратные скобки. Это означает, что массовое число непостоянно, меняется на протяжении времени.

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева серебро имеет порядковый номер 47 и обозначение «Ag» (argentum). Название этого металла, вероятно, произошло от латинского «argos», что означает «белый», «блистающий».

Инструкция

Серебро было известно человечеству еще в IV тысячелетии до нашей эры. В Древнем Египте его называли даже «белым золотом». Этот металл встречается в природе как в самородном виде, так и в виде соединений, например, сульфидов. Серебряные самородки обладают большим весом и часто содержат примеси золота, ртути, меди, платины, сурьмы и висмута.

Химические свойства серебра.

Серебро относится к группе переходных металлов и обладает всеми свойствами металлов. Однако активность серебра невелика – в электрохимическом ряду напряжений металлов оно находится правее водорода, почти в самом конце. В соединениях серебро чаще всего проявляет степень окисления +1.

При обычных условиях серебро не реагирует с кислородом, водородом, азотом, углеродом, кремнием, но взаимодействует с серой, образуя сульфид серебра: 2Ag+S=Ag2S. При нагревании серебро взаимодействует с галогенами: 2Ag+Cl2=2AgCl↓.

Растворимый нитрат серебра AgNO3 используется для качественного определения галогенид-ионов в растворе – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. К примеру, при взаимодействии с анионами хлора серебро дает нерастворимый белый осадок AgCl↓.

Почему серебряные изделия темнеют на воздухе?

Причина постепенного изделий из серебра объясняется тем, что серебро реагирует с содержащимся в воздухе сероводородом. В результате этого на поверхности металла образуется пленка Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.