Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Источник: www.soloby.ru
17.1. Строение атомного ядра. Ядерные силы
Атомное число, массовое число и изотопы (видео 7) | Химия. Введение
[latexpage]В 1913 г. английский ученый-физик Э. Резерфорд выдвигает гипотезу о том, что в состав атомных все атомных ядер химических элементов, входит ядро атома водорода. А в 1919 г. узучая взаимодействие α-частиц с ядрами атомов азота методом сцинтилляций, он обнаружил, что α-частица, которая летит с огромной скоростью, попадая в ядро атома азота выбивает из него какую-то частицу.
Позднее, с усовершенствованием методов исследования, в частности, изобретением камеры Вильсона, было установлено, что в ходе этой реакции действительно образуется ядро атома водорода. Сам же Резерфорд назвал эту частицу протоном. В дальнейшем, было показано, что протон входит в состав ядер атомов всех химических элементов.
Однако вопрос о строении атомного ядра все равно оставался открытым, поскольку имелось противоречие между массой атомного ядра и суммарной массой протонов, входящих в состав ядра. Эти числа не совпадали. В связи с этим, Резерфорд формулирует гипотезу о том, что в состав атомного ядра должны входить нейтральные частицы. И в начале 30-х годов XX века ученые обнаруживают неизвестное ранее излучение, названное «бериллиевым излучением» (оно было названо так, потому что возникало при бомбардировке бериллия α-частицами), которое, как показал в 1932 году ученик Резерфорда — Джеймс Чедвик и являются теми электрически нейтральными частицами, которые входят в состав ядра атома.
В том же 1932 году советский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко и немецкий физик Вернер Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель строения ядер химических элементов. Протоны и нейтроны были названы нуклонами. И, согласно этой модели, ядра атомов химических элементов состоят из нуклонов, т.е. протонов и нейтронов. Рассмотрим некоторые характеристики атомного ядра.
Массовым числом называют общее число нуклонов (т.е. протонов и нейтронов) в ядре атома. Обозначается массовое число буквой $A$ и его обычно указывают как верхний индекс перед химическим символом элемента.
Сколько частиц во Вселенной [Numberphile]
Зарядовым числом называют число протонов в ядре атома химического элемента. Зарядовое число обозначается буквой $Z$ и указывается как нижний индекс перед химическим символом элемента. Значение зарядового числа равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Согласно современным представлениям о составе атомного ядра химическим элементом называется набор атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. с равным количеством протонов в его составе.
Также ядро можно охарактеризовать числом нейтронов в его составе. Обозначается буквой $N$.
Очевидно, что с учетом введенных обозначений будет выполняться равенство
Последнее равенство можно использовать для расчета количества протонов и нейтронов, входящих в состав атомного ядра. При этом возникает необходимость использования периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, которая приведена на рисунке ниже.
Следует отметить, что те атомные массы, которые указаны в таблице Менделеева представляют собой средневзвешенные значения атомных масс изотопов химических элементов, которые встречаются в природе. Под изотопами понимаются атомы одного и того же химического элемента, имеющие разную массу. Например, водород имеет три изотопа — протий ($_^textrm$), дейтерий ($_^textrm$) и тритий ($_^textrm$). Однако, самый распространенным является первый изотоп, поэтому в таблице указано значение близкое к единице.
Обозначения элементарных частиц:
- Протон — $_^textrm
$;
- Нейтрон — $_^textrm$;
- Электрон — $_^textrm$;
- Позитрон — $_^textrm$.
С учетом сделанных обозначений реакции открытия протона и нейтрона, можно записать следующим образом
Интересен вопрос об устойчивости атомного ядра. Как известно, положительно заряженные частицы (протоны в ядре атома) отталкиваются, значит электромагнитное взаимодействие не может быть причиной одновременного нахождения протонов в ядре атома. Расчеты показывают, что и гравитационное взаимодействие не может удерживать нуклоны в ядре атома. В случае ядра мы имеем дело с новым типом взаимодействия, оно называется сильным, а силы, которые удерживают нуклоны в ядре атома — ядерными. Основными свойствами ядерных сил, является то, что они короткодействующие, т.е. их действие оказывается значительным на расстояниях сравнимых с размерами самого ядра, а также то, что значительно превосходят электростатические силы отталкивания между протонами.
Поскольку между нуклонами действуют ядерные силы, то для того чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны необходимо сообщить ему некоторую энергию. Такая минимальная энергия называется энергией связи. Отметим также, что при слиянии нуклонов в ядро должна выделяться такая же энергия. Выведем формулу для расчета энергии связи. Согласно уравнению А. Эйнштейна энергия покоя частицы
Тогда изменение энергии будет связано с изменением массы
$Delta E= Delta mc^2$.
Значит, при изменении энергии ядра должна измениться и его масса. И в действительности масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов из которых состоит ядро. Этот недостаток массы называется дефектом массы. Чтобы найти дефект массы необходимо из суммарной массы нуклонов вычесть массу ядра
$Delta m=Zcdot m_p+Ncdot m_n-M_0$.
Таким образом, чтобы рассчитать энергию связи, необходимо дефект массы умножить на квадрат скорости света
Кроме того иногда рассматривают понятие удельной энергии связи. Удельной энергией связи называют отношение энергии связи к массовому числу
Удельная энергия связи показывает чему равна энергия связи, приходящаяся на один нуклон и имеет смысл средней работы, которую необходимо совершить для удаления нуклона из ядра. Чем больше значение удельной энергии связи, тем сильнее связан каждый нуклон в ядре, и тем прочнее ядро. Как правило, лёгкие ядра обладают достаточно малой удельной энергией связи.
Решение. Количество нуклонов равно массовому числу, количество протонов зарядовому, а количество нейтронов определим по формуле $N=A-Z$
Решение. Вначале определим количество протонов и нейтронов в ядрах указанных элементов. Заметим также, что после замены протонов на нейтроны и наоборот общее число нуклонов не меняется, а значит не изменится и массовое число
Пример. Сколько протонов и нейтронов содержится в кусочке золота массой m = 1 мг?
Решение. Согласно таблице Менделеева для атома золота $Z=79$, $A=197$, $N=197-79=118$. Определим общее число атомов золота в указанном образце
Тогда общее число протонов
$N_p=frac>cdot 79cdot 6cdot 10^approx 2,6cdot 10^$.
Общее число нейтронов
$N_p=frac>cdot 118cdot 6cdot 10^approx 3,6cdot 10^$.
Пример. Вычислите энергию, необходимую для разделения α-частицы на протоны и нейтроны. Масса α-частицы mα = 6,644 · 10–27 кг. Определите энергию, которая может выделиться при образовании из протонов и нейтронов гелия $_^textrm$ массой m = 1 г.
Решение. Первый вопрос задачи предполагает нахождение энергии связи α-частицы, которая представляет собой полностью ионизированное ядро гелия. Количество протонов в ядре гелия $Z=2$, количество нейтронов $N=4-2=2$. Масса протона и нейтрона соответственно $m_p = 1,673 cdot 10^$ кг и $m_n=1,675 cdot 10^$ кг. Учитывая, что масса атома гелия равна $4,0026$ а.е.м или $4,0026 cdot 1,67 cdot 10^=6,64 cdot 10^$ кг, найдем энергию связи
$E=left ( 2cdot 1,673 cdot 10^+2cdot 1,675 cdot 10^- 6,64 cdot 10^ right )cdot left ( 3cdot 10^8 right )^2=$
$=0,056 cdot 10^cdot 9cdot 10^=5,04cdot 10^$ Дж.
При образовании одного атома гелия из протонов и нейтронов будет выделяться так же энергия равная $E_0=5,04cdot 10^$ Дж. Остается найти количество атомов в 1 г гелия
$E=fraccdot 5,04cdot 10^cdot 6cdot 10^=7,56cdot 10^$ Дж.
Примечание. При решении подобных задач удобно пользоваться переводом дефекта массы, выраженной в а.е.м., в энергию в мегаэлектронвольтах (МэВ). Изменение массы взаимодействующих частиц на 1 а.е.м. сопровождается выделением или поглощением энергии 931,5 МэВ. Поэтому, чтобы определить энергию связи, достаточно умножить $Delta m$ в а.е.м. на 931,5 МэВ.
Пример. Найдите энергию связи ядер трития $_^textrm $ и гелия $_^textrm$. Какое из этих ядер более устойчиво?
Решение. Масса атома трития 3,016 а.е.м, масса атома гелия — 4,0026 а.е.м., масса протона — 1,0073 а.е.м., масса нейтрона — 1,0087 а.е.м., найдем энергии связи
$E_=(1cdot 1,0073+2cdot 1,0087-3,016)cdot 931,5approx 8,1$ МэВ,
$E_=(2cdot 1,0073+2cdot 1,0087-4,0026)cdot 931,5approx 27,39$ МэВ.
Так как ядро гелия имеет большую энергию связи, то оно более устойчиво.
Пример. Энергия связи атомного ядра, состоящего из трех протонов и двух нейтронов, E = 26,3 МэВ. Определите удельную энергию связи и массу ядра.
Решение. Найдем удельную энергию связи, учитывая, что $A=5$
Массу ядра найдем из формулы энергии связи
$E=Delta mcdot 931,5=left ( Zcdot m_p+Ncdot m_n-M right )cdot 931,5$,
$M=3cdot 1,0073+2cdot 1,0087-fracapprox 5,011$ а.е.м.
Задачи для самостоятельного решения
1. Используя периодическую систему химических элементов, определите количество протонов, нейтронов и электронов в атомах углерода, фтора, галлия, молибдена.
Нажмите, чтобы увидеть ответ
галлий — 31, 39, 31
молибден — 42, 54, 42.
2. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся: а) 7 протонов и 7 нейтронов; б) 18 протонов и 22 нейтрона; в) 51 протон и 71 нейтрон; г) 101 протон и 155 нейтронов.
Нажмите, чтобы увидеть ответ
а) азот; б) аргон; в) сурьма; Г) менделевий.
3. Каков состав ядер натрия $_^textrm $, фтора $_^textrm $, серебра $_^textrm $, кюрия $_^textrm $, менделевия $_^textrm $?
Нажмите, чтобы увидеть ответ
натрий — $Z=11, N=12$,
серебро — $Z=47, N=60$,
кюрий — $Z=96, N=151$,
менделевий — $Z=101, N=156$.
4. Ядра каких элементов получатся, если в ядрах $_^textrm,; ; _^textrm,; ; _^textrm$, протоны заменить нейтронами, а нейтроны протонами?
Нажмите, чтобы увидеть ответ
5. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в сосуде объемом V = 1 л, заполненном кислородом при температуре t = 27 °C и давлении p = 1 атм?
Нажмите, чтобы увидеть ответ
$N_p=N_n=N_e=8fracapprox 1,9cdot 10^$.
6. Какую минимальную работу необходимо совершить, чтобы «растащить» ядро кальция $_^textrm$ на отдельные протоны и нейтроны?
Источник: www.fizika-online.ru
Сколько протонов и нейтронов содержится в кусочке золота массой m=1 мг? Число Авогадро примите равным 6.02 × 10^23 моль^-1
V = m/M = N/ Na => N = m*Na / M = 
= 
Похожие вопросы:
Физика, 12.04.2019 13:46
Спочему возникают ядерные реакции в ядрах где много протонов и
Физика, 16.04.2019 16:48
При контактного термометра включенного в цепь с нагревательной спирали улица можно поддерживать постоянную температуру в аквариум изучив схему и объясните их действия
Физика, 20.04.2019 08:49
Пружинный маятник совершает гармонические колебания. когда его патентная и кинетическая энергия равна 0,2 г, скорость нагрузки составляет 10 м / с. если магнитная энергия этого маятника , его вес составляет 10 г. какова амплитуда максимального отклонения нагрузки?
Источник: otvetovik.com