ატომური ბირთვი. თემა: ატომის ბირთვის შემადგენლობა. ბირთვული ძალები ატომური ბირთვების შემადგენლობა ბირთვული ძალების მასის დეფექტი

§1 მუხტი და მასა, ატომის ბირთვები

ბირთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი მუხტი და მასა. მ.

ზ- ბირთვის მუხტი განისაზღვრება ბირთვში კონცენტრირებული დადებითი ელემენტარული მუხტების რაოდენობით. დადებითი ელემენტარული მუხტის მატარებელი რ= 1,6021 10 -19 C ბირთვში არის პროტონი. ატომი მთლიანობაში ნეიტრალურია და ბირთვის მუხტი ერთდროულად განსაზღვრავს ატომში ელექტრონების რაოდენობას. ატომში ელექტრონების განაწილება ენერგეტიკულ გარსებსა და ქვეშელებზე არსებითად დამოკიდებულია ატომში მათ საერთო რაოდენობაზე. ამრიგად, ბირთვის მუხტი დიდწილად განსაზღვრავს ელექტრონების განაწილებას მათ მდგომარეობებზე ატომში და ელემენტის პოზიციას მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. ბირთვული მუხტი არისქმე = ზ· ე, სად ზ- ბირთვის მუხტის რიცხვი, მენდელეევის სისტემის ელემენტის რიგითი რიცხვის ტოლი.

ატომის ბირთვის მასა პრაქტიკულად ემთხვევა ატომის მასას, რადგან ყველა ატომის ელექტრონების მასა, წყალბადის გარდა, არის დაახლოებით 2,5 10 -4 ატომის მასა. ატომების მასა გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში (a.m.u.). ამისთვის a.u.m. მიღებული ნახშირბადის ატომის 1/12 მასა.

1 ამუ \u003d 1.6605655 (86) 10 -27 კგ.

მმე = მ ა - ზ მე.

იზოტოპები არის მოცემული ქიმიური ელემენტის ატომების სახეობები, რომლებსაც აქვთ იგივე მუხტი, მაგრამ განსხვავდებიან მასით.

ატომურ მასასთან ყველაზე ახლოს მყოფი მთელი რიცხვი, გამოხატული a.u.მ . დაურეკა მასის ნომერსმ და აღინიშნება ასოთი მაგრამ. ქიმიური ელემენტის აღნიშვნა: მაგრამ- მასის ნომერი, X - ქიმიური ელემენტის სიმბოლო,ზ- დატენვის ნომერი - სერიული ნომერი პერიოდულ სისტემაში ():

ბერილიუმი; იზოტოპები: , ", .

ძირითადი რადიუსი:

სადაც A არის მასის რიცხვი.

§2 ბირთვის შემადგენლობა

წყალბადის ატომის ბირთვიდაურეკა პროტონი

მპროტონი= 1.00783 ამუ , .

წყალბადის ატომის დიაგრამა

1932 წელს აღმოაჩინეს ნაწილაკი, სახელად ნეიტრონი, რომელსაც აქვს პროტონის მასა.მნეიტრონი= 1.00867 ა.მ.) და არ აქვს ელექტრული მუხტი. შემდეგ დ.დ. ივანენკომ ჩამოაყალიბა ჰიპოთეზა ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის სტრუქტურის შესახებ: ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან და მათი ჯამი უდრის მასურ რიცხვს. მაგრამ. 3 რიგითი ნომერიზგანსაზღვრავს პროტონების რაოდენობას ბირთვში, ნეიტრონების რაოდენობასნ \u003d A - Z.

ელემენტარული ნაწილაკები - პროტონები და ნეიტრონები შედიანბირთვში, ისინი ერთობლივად ცნობილია როგორც ნუკლეონები. ბირთვების ნუკლეონები მდგომარეობებშია, მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი თავისუფალი სახელმწიფოებისგან. ნუკლეონებს შორის არის განსაკუთრებულიმე დე რ ახალი ურთიერთქმედება. ისინი ამბობენ, რომ ნუკლეონი შეიძლება იყოს ორ „მუხტულ მდგომარეობაში“ – პროტონულ მდგომარეობაში მუხტით+ ე, და ნეიტრონი მუხტით 0.

§3 ბირთვის შებოჭვის ენერგია. მასობრივი დეფექტი. ბირთვული ძალები

ბირთვული ნაწილაკები - პროტონები და ნეიტრონები - მყარად იკავებენ ბირთვს, ამიტომ მათ შორის მოქმედებს ძალიან დიდი მიმზიდველი ძალები, რომლებსაც შეუძლიათ გაუძლოს უზარმაზარ მომგებიან ძალებს მსგავსი დამუხტული პროტონებს შორის. ამ სპეციალურ ძალებს, რომლებიც წარმოიქმნება ნუკლეონებს შორის მცირე მანძილზე, ბირთვული ძალები ეწოდება. ბირთვული ძალები არ არის ელექტროსტატიკური (კულონი).

ბირთვის შესწავლამ აჩვენა, რომ ბირთვულ ძალებს, რომლებიც მოქმედებენ ნუკლეონებს შორის, აქვთ შემდეგი მახასიათებლები:

ა) ეს არის მოკლე დისტანციური ძალები - ვლინდება 10 -15 მ რიგის დისტანციებზე და მკვეთრად მცირდება მანძილის უმნიშვნელო მატებითაც კი;

ბ) ბირთვული ძალები არ არის დამოკიდებული იმაზე, აქვს თუ არა ნაწილაკს (ნუკლეონს) მუხტი - ბირთვული ძალების მუხტის დამოუკიდებლობა. ბირთვული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ნეიტრონსა და პროტონს შორის, ორ ნეიტრონს შორის, ორ პროტონს შორის, ტოლია. პროტონი და ნეიტრონი ბირთვულ ძალებთან მიმართებაში იგივეა.

შებოჭვის ენერგია არის ატომის ბირთვის სტაბილურობის საზომი. ბირთვის შებოჭვის ენერგია უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვის დაყოფისთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად მათ კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

M I< Σ( მ გვ + m n)

მე - ბირთვის მასა

ბირთვების მასების გაზომვა აჩვენებს, რომ ბირთვის დანარჩენი მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების დანარჩენი მასების ჯამზე.

ღირებულება

ემსახურება როგორც შემაკავშირებელ ენერგიას და მას მასის დეფექტს უწოდებენ.

აინშტაინის განტოლება სპეციალურ ფარდობითობაში აკავშირებს ნაწილაკების ენერგიასა და დასვენების მასას.

ზოგად შემთხვევაში, ბირთვის შებოჭვის ენერგია შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით

სადაც ზ - მუხტის ნომერი (პროტონების რაოდენობა ბირთვში);

მაგრამ- მასობრივი რიცხვი (ბირთვში ნუკლეონების საერთო რაოდენობა);

მ გვ, , მ ნ და მ ი- პროტონის, ნეიტრონისა და ბირთვის მასა

მასის დეფექტი (Δ მ) უდრის 1 a.u. მ (a.m.u. - ატომური მასის ერთეული) შეესაბამება შებოჭვის ენერგიას (E St) ტოლია 1 a.u.e. (a.u.e. - ენერგიის ატომური ერთეული) და უდრის 1a.u.m. s 2 = 931 MeV.

§ 4 ბირთვული რეაქციები

ბირთვების ცვლილებებს ცალკეულ ნაწილაკებთან და ერთმანეთთან ურთიერთქმედების დროს ჩვეულებრივ ბირთვულ რეაქციებს უწოდებენ.

არსებობს შემდეგი, ყველაზე გავრცელებული ბირთვული რეაქციები.

1. ტრანსფორმაციის რეაქცია . ამ შემთხვევაში, შემხვედრი ნაწილაკი რჩება ბირთვში, მაგრამ შუალედური ბირთვი ასხივებს სხვა ნაწილაკს, ამიტომ პროდუქტის ბირთვი განსხვავდება სამიზნე ბირთვისგან.

1. რადიაციული დაჭერის რეაქცია . ინციდენტი ნაწილაკი იჭედება ბირთვში, მაგრამ აღგზნებული ბირთვი ასხივებს ზედმეტ ენერგიას, ასხივებს γ-ფოტონს (გამოიყენება ბირთვული რეაქტორების მუშაობაში)

კადმიუმის მიერ ნეიტრონის დაჭერის რეაქციის მაგალითი

ან ფოსფორი

1. გაფანტვა. შუალედური ბირთვი ასხივებს იდენტურ ნაწილაკს

გაფრენილთან და ეს შეიძლება იყოს:

ელასტიური გაფანტვა ნეიტრონები ნახშირბადით (გამოიყენება რეაქტორებში ზომიერი ნეიტრონების ჩათვლით):

არაელასტიური გაფანტვა :

1. დაშლის რეაქცია. ეს არის რეაქცია, რომელიც ყოველთვის მიმდინარეობს ენერგიის განთავისუფლებით. ეს არის ბირთვული ენერგიის ტექნიკური წარმოებისა და გამოყენების საფუძველი. დაშლის რეაქციის დროს შუალედური ნაერთის ბირთვის აგზნება იმდენად დიდია, რომ იგი იყოფა ორ, დაახლოებით თანაბარ ფრაგმენტად, რამდენიმე ნეიტრონის გამოთავისუფლებით.

თუ აღგზნების ენერგია დაბალია, მაშინ ბირთვის გამოყოფა არ ხდება და ბირთვი, რომელმაც დაკარგა ზედმეტი ენერგია γ - ფოტონის ან ნეიტრონის გამოსხივებით, დაუბრუნდება თავის ნორმალურ მდგომარეობას (ნახ. 1). მაგრამ თუ ნეიტრონის მიერ შემოტანილი ენერგია დიდია, მაშინ აღგზნებული ბირთვი იწყებს დეფორმაციას, მასში წარმოიქმნება შეკუმშვა და შედეგად ის იყოფა ორ ფრაგმენტად, რომლებიც შორდებიან უზარმაზარი სიჩქარით, ხოლო ორი ნეიტრონი გამოიყოფა.
(ნახ. 2).

Ჯაჭვური რეაქცია- თვითგანვითარებადი დაშლის რეაქცია. მისი განსახორციელებლად აუცილებელია, რომ ერთი დაშლის დროს წარმოქმნილი მეორადი ნეიტრონებიდან ერთმა მაინც შეიძლება გამოიწვიოს შემდეგი დაშლის მოვლენა: (რადგან ზოგიერთ ნეიტრონს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს დაჭერის რეაქციებში დაშლის გამოწვევის გარეშე). რაოდენობრივად გამოიხატება ჯაჭვური რეაქციის არსებობის პირობა გამრავლების ფაქტორი

კ < 1 - цепная реакция невозможна, კ = 1 (მ = მკრ ) - ჯაჭვური რეაქციები ნეიტრონების მუდმივი რაოდენობით (ატომურ რეაქტორში),კ > 1 (მ > მკრ ) არის ბირთვული ბომბები.

რადიოაქტიურობა

§1 ბუნებრივი რადიოაქტიურობა

რადიოაქტიურობა არის ერთი ელემენტის არასტაბილური ბირთვების სპონტანური ტრანსფორმაცია მეორე ელემენტის ბირთვებად. ბუნებრივი რადიოაქტიურობაბუნებაში არსებულ არასტაბილურ იზოტოპებში დაფიქსირებულ რადიოაქტიურობას უწოდებენ. ხელოვნურ რადიოაქტიურობას ეწოდება ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული იზოტოპების რადიოაქტიურობა.

რადიოაქტიურობის სახეები:

1. α-დაშლა.

ორი პროტონის და ორი ნეიტრონის ერთმანეთთან დაკავშირებული α-სისტემის ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის ბირთვების ემისია (a-ნაწილაკი - ჰელიუმის ატომის ბირთვი)

α-დაშლა თანდაყოლილია მძიმე ბირთვებში მაგრამ> 200 დაზ > 82. ნივთიერებაში გადაადგილებისას α-ნაწილაკები გზაზე წარმოქმნიან ატომების ძლიერ იონიზაციას (იონიზაცია არის ელექტრონების გამოყოფა ატომიდან), მათზე მოქმედებენ თავიანთი ელექტრული ველით. მანძილი, რომელზეც α-ნაწილაკი დაფრინავს მატერიაში, სანამ ის მთლიანად არ გაჩერდება, ეწოდება ნაწილაკების დიაპაზონიან შეღწევადი ძალა(აღნიშნარ, [R] = m, სმ). . ნორმალურ პირობებში წარმოიქმნება α-ნაწილაკი in ჰაერი 30000 წყვილი იონი 1 სმ გზაზე. სპეციფიკური იონიზაცია არის იონების წყვილი, რომლებიც წარმოიქმნება ბილიკის სიგრძის 1 სმ-ზე. α-ნაწილაკს აქვს ძლიერი ბიოლოგიური ეფექტი.

ცვლის წესი ალფა დაშლისთვის:

2. β-დაშლა.

ა) ელექტრონული (β -): ბირთვი ასხივებს ელექტრონს და ელექტრონულ ანტინეიტრინოს

ბ) პოზიტრონი (β +): ბირთვი ასხივებს პოზიტრონს და ნეიტრინოს

ეს პროცესები ხდება ერთი ტიპის ნუკლეონის ბირთვად მეორეში გადაქცევით: ნეიტრონი პროტონად ან პროტონი ნეიტრონად.

ბირთვში არ არის ელექტრონები, ისინი წარმოიქმნება ნუკლეონების ურთიერთ გარდაქმნის შედეგად.

პოზიტრონი - ნაწილაკი, რომელიც განსხვავდება ელექტრონისაგან მხოლოდ მუხტის ნიშნით (+e = 1,6 10 -19 C)

ექსპერიმენტიდან გამომდინარეობს, რომ β - დაშლის დროს იზოტოპები კარგავენ იგივე რაოდენობის ენერგიას. ამიტომ, ენერგიის შენარჩუნების კანონის საფუძველზე, ვ. პაულიმ იწინასწარმეტყველა, რომ სხვა მსუბუქი ნაწილაკი, რომელსაც ანტინეიტრინო ეწოდება, გამოიდევნება. ანტინეიტრინოს არ აქვს მუხტი და მასა. მატერიაში გავლისას β-ნაწილაკების მიერ ენერგიის დაკარგვა ძირითადად გამოწვეულია იონიზაციის პროცესებით. ენერგიის ნაწილი იკარგება რენტგენის სხივებში შთამნთქმელი ნივთიერების ბირთვების მიერ β- ნაწილაკების შენელებისას. ვინაიდან β-ნაწილაკებს აქვთ მცირე მასა, ერთეული მუხტი და ძალიან მაღალი სიჩქარე, მათი მაიონებელი უნარი მცირეა (100-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე α-ნაწილაკების), შესაბამისად, β- ნაწილაკების შეღწევის ძალა (გარბენი) მნიშვნელოვნად აღემატება. α-ნაწილაკები.

Rβ ჰაერი = 200 მ, Rβ Pb ≈ 3 მმ

β - - დაშლა ხდება ბუნებრივ და ხელოვნურ რადიოაქტიურ ბირთვებში. β + - მხოლოდ ხელოვნური რადიოაქტიურობით.

გადაადგილების წესი β - - დაშლისთვის:

გ) K - დაჭერა (ელექტრონული დაჭერა) - ბირთვი შთანთქავს ერთ-ერთ ელექტრონს, რომელიც მდებარეობს K გარსზე (ნაკლებად ხშირად.ლან მ) მისი ატომის, რის შედეგადაც ერთ-ერთი პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად, ხოლო ნეიტრინოს ასხივებს

სქემა K - გადაღება:

დატყვევებული ელექტრონის მიერ გამოთავისუფლებული სივრცე ელექტრონულ გარსში ივსება ზედმეტად დაფარული ფენების ელექტრონებით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება რენტგენის სხივები.

• γ-სხივები.

ჩვეულებრივ, ყველა სახის რადიოაქტიურობას თან ახლავს γ-სხივების გამოსხივება. γ-სხივები არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც აქვს ტალღის სიგრძე ანგსტრომის ერთი მეასედი λ’=~ 1-0,01 Å=10 -10 -10 -12 მ. γ-სხივების ენერგია მილიონ eV-ს აღწევს.

W γ ~ MeV

1eV=1.6 10 -19 ჯ

ბირთვი, რომელიც განიცდის რადიოაქტიურ დაშლას, როგორც წესი, აღმოჩნდება აღგზნებული და მის გადასვლას ძირითად მდგომარეობაში თან ახლავს γ - ფოტონის გამოსხივება. ამ შემთხვევაში γ-ფოტონის ენერგია განისაზღვრება პირობით

სადაც E 2 და E 1 არის ბირთვის ენერგია.

E 2 - ენერგია აღგზნებულ მდგომარეობაში;

E 1 - ენერგია ძირითად მდგომარეობაში.

მატერიის მიერ γ-სხივების შეწოვა განპირობებულია სამი ძირითადი პროცესით:

• ფოტოელექტრული ეფექტი (ერთად ჰვ < l MэB);
• ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნა;

ან

• გაფანტვა (კომპტონის ეფექტი) -

γ-სხივების შეწოვა ხდება ბუგერის კანონის მიხედვით:

სადაც μ არის ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია γ სხივების ენერგიებზე და გარემოს თვისებებზე;

І 0 არის დაცემის პარალელური სხივის ინტენსივობა;

მეარის სხივის ინტენსივობა სისქის ნივთიერების გავლის შემდეგ Xსმ.

γ-სხივები ერთ-ერთი ყველაზე გამჭოლი გამოსხივებაა. უმძიმესი სხივებისთვის (hvmax) ნახევრად შთანთქმის ფენის სისქე ტყვიაში 1,6 სმ, რკინაში 2,4 სმ, ალუმინის 12 სმ და მიწაში 15 სმ.

§2 რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი.

დაშლილი ბირთვების რაოდენობაdN ბირთვების თავდაპირველი რაოდენობის პროპორციულია ნდა დაშლის დროdt, dN~ ნ dt. რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი დიფერენციალური ფორმით:

კოეფიციენტს λ ეწოდება დაშლის მუდმივი მოცემული ტიპის ბირთვისთვის. ნიშანი "-" ნიშნავს ამასdNუარყოფითი უნდა იყოს, რადგან დაუზიანებელი ბირთვების საბოლოო რაოდენობა საწყისზე ნაკლებია.

ამიტომ, λ ახასიათებს ბირთვების დაშლის ნაწილს დროის ერთეულზე, ანუ განსაზღვრავს რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარეს. λ არ არის დამოკიდებული გარე პირობებზე, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ ბირთვების შინაგანი თვისებებით. [λ]=s -1 .

რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი ინტეგრალური ფორმით

სადაც ნ 0 - რადიოაქტიური ბირთვების საწყისი რაოდენობატ=0;

ნ- არადაშლილი ბირთვების რაოდენობა ერთდროულადტ;

λ არის რადიოაქტიური დაშლის მუდმივი.

პრაქტიკაში, დაშლის სიხშირე ფასდება არა λ, არამედ T 1/2 - ნახევარგამოყოფის პერიოდის გამოყენებით - დრო, რომლის დროსაც იშლება ბირთვების საწყისი რაოდენობის ნახევარი. ურთიერთობა T 1/2 და λ

T 1/2 U 238 = 4,5 10 6 წელი, T 1/2 Ra = 1590 წელი, T 1/2 Rn = 3.825 დღე დაშლის რაოდენობა ერთეულ დროში A \u003d -dN/ dtეწოდება მოცემული რადიოაქტიური ნივთიერების აქტივობას.

დან

შემდეგნაირად,

[A] \u003d 1 ბეკერელი \u003d 1 დაშლა / 1 წმ;

[A] \u003d 1Ci \u003d 1Curie \u003d 3.7 10 10 Bq.

საქმიანობის კანონის ცვლილება

სადაც A 0 = λ ნ 0 - თავდაპირველი აქტივობა დროულადტ= 0;

A - აქტივობა ერთ დროსტ.

ნეიტრონის აღმოჩენამ ბიძგი მისცა იმის გაგებას, თუ როგორ არის განლაგებული ატომების ბირთვები.

იმავე 1932 წელს, როდესაც ნეიტრონი აღმოაჩინეს, საბჭოთა ფიზიკოსმა დიმიტრი დიმიტრიევიჩ ივანენკომ და გერმანელმა ფიზიკოსმა ვერნერ ჰაიზენბერგმა შემოგვთავაზეს ბირთვების სტრუქტურის პროტონ-ნეიტრონის მოდელი, რომლის მართებულობა შემდგომში ექსპერიმენტულად დადასტურდა.

პროტონებს და ნეიტრონებს ნუკლეონებს უწოდებენ (ლათინური ბირთვიდან - ბირთვი). ამ ტერმინის გამოყენებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ატომის ბირთვები შედგება ნუკლეონებისგან.

• ბირთვში ნუკლეონების საერთო რაოდენობას მასური რიცხვი ეწოდება და აღინიშნება ასო A-თი

მაგალითად, აზოტისთვის, მასის რიცხვი არის A = 14, რკინისთვის A = 56, ურანისთვის A = 235.

ნათელია, რომ მასობრივი რიცხვი A რიცხობრივად უდრის m ბირთვის მასას, გამოხატული ატომური მასის ერთეულებში და მრგვალდება მთელ რიცხვებამდე (რადგან თითოეული ნუკლეონის მასა დაახლოებით 1 AU-ს უდრის). მაგალითად, აზოტისთვის, m ≈ 14 a.u. ე.მ., რკინისთვის m ≈ 56 a.u. ე.მ და ა.შ.

• ბირთვში პროტონების რაოდენობას ეწოდება მუხტის რიცხვი და აღინიშნება Z-ით

მაგალითად, აზოტისთვის, მუხტის ნომერია Z = 7, რკინისთვის, Z = 26, ურანისთვის, Z = 92 და ა.შ.

თითოეული პროტონის მუხტი ელემენტარული ელექტრული მუხტის ტოლია. მაშასადამე, მუხტის რიცხვი Z რიცხობრივად უდრის ბირთვის მუხტს, გამოხატული ელემენტარული ელექტრული მუხტებით. თითოეული ქიმიური ელემენტისთვის მუხტის ნომერი უდრის D.I. მენდელეევის ცხრილის ატომურ (სერიულ) რიცხვს.

ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ბირთვი ჩვეულებრივ აღინიშნება შემდეგნაირად: (X-ში იგულისხმება ქიმიური ელემენტის სიმბოლო).

ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა ჩვეულებრივ აღინიშნება ასო N-ით. ვინაიდან მასობრივი რიცხვი A არის ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა, შეგვიძლია დავწეროთ: A \u003d Z + N.

ატომური ბირთვების სტრუქტურის პროტონ-ნეიტრონის მოდელზე დაყრდნობით, ახსნა იქნა მოცემული მე-20 საუკუნის პირველ ორ ათწლეულში აღმოჩენილ ზოგიერთ ექსპერიმენტულ ფაქტზე.

ასე რომ, რადიოაქტიური ელემენტების თვისებების შესწავლისას დადგინდა, რომ ერთსა და იმავე ქიმიურ ელემენტს აქვს ატომები სხვადასხვა მასის ბირთვებით.

ბირთვების იგივე მუხტი მიუთითებს იმაზე, რომ მათ აქვთ იგივე სერიული ნომერი D.I. მენდელეევის ცხრილში, ანუ ისინი იკავებენ იმავე უჯრედს ცხრილში, იგივე ადგილს. აქედან მომდინარეობს ერთი ქიმიური ელემენტის ყველა სახეობის სახელი: იზოტოპები (ბერძნული სიტყვებიდან isos - იგივე და ტოპოსი - ადგილი).

• იზოტოპები არის მოცემული ქიმიური ელემენტის ჯიშები, რომლებიც განსხვავდებიან ატომის ბირთვების მასით.

ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის მოდელის შექმნის წყალობით (ანუ იზოტოპების აღმოჩენიდან დაახლოებით ორი ათწლეულის შემდეგ) შესაძლებელი გახდა იმის ახსნა, თუ რატომ აქვთ იგივე მუხტის მქონე ატომურ ბირთვებს განსხვავებული მასა. ცხადია, იზოტოპების ბირთვები შეიცავს პროტონების იგივე რაოდენობას, მაგრამ განსხვავებული რაოდენობის ნეიტრონებს.

მაგალითად, წყალბადის სამი იზოტოპია: (პროტიუმი), . (დეიტერიუმი) და (ტრიტიუმი). იზოტოპის ბირთვს საერთოდ არ აქვს ნეიტრონები - ეს არის ერთი პროტონი. დეიტერიუმის ბირთვი შედგება ორი ნაწილაკისგან: პროტონისა და ნეიტრონისგან. ტრიტიუმის ბირთვი შედგება სამი ნაწილაკისგან: ერთი პროტონი და ორი ნეიტრონი.

ჰიპოთეზა, რომ ატომის ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, დადასტურდა მრავალი ექსპერიმენტული ფაქტით.

მაგრამ გაჩნდა კითხვა: რატომ არ იშლება ბირთვები ცალკეულ ნუკლეონებად ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალების მოქმედებით დადებითად დამუხტულ პროტონებს შორის?

გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნუკლეონები ერთად ვერ იკავებენ გრავიტაციული ან მაგნიტური ბუნების მიზიდულობის ძალებს, რადგან ეს ძალები გაცილებით ნაკლებია ვიდრე ელექტროსტატიკური.

ატომური ბირთვების სტაბილურობის კითხვაზე პასუხის მოსაძებნად, მეცნიერებმა ვარაუდობდნენ, რომ მიზიდულობის სპეციალური ძალები მოქმედებენ ბირთვების ყველა ნუკლეონს შორის, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება პროტონებს შორის ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. ამ ძალებს ეწოდა ბირთვული.

ბირთვული ძალების არსებობის ჰიპოთეზა სწორი აღმოჩნდა. ასევე აღმოჩნდა, რომ ბირთვული ძალები მოკლე დიაპაზონია: 10-15 მ მანძილზე ისინი დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალებს, მაგრამ უკვე 10-14 მ მანძილზე ისინი უმნიშვნელო აღმოჩნდებიან. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ბირთვული ძალები მოქმედებენ დისტანციებზე, რომლებიც შედარებულია თავად ბირთვების ზომასთან.

კითხვები

1. რა ჰქვია პროტონებს და ნეიტრონებს ერთად?
2. რა არის მასობრივი რიცხვი? რა შეიძლება ითქვას ატომის მასის რიცხობრივ მნიშვნელობაზე (amu-ში) და მის მასურ რიცხვზე?
3. რა შეიძლება ითქვას მუხტის რიცხვზე, ბირთვის მუხტზე (გამოხატული ელემენტარული ელექტრული მუხტებით) და D.I. მენდელეევის ცხრილის სერიულ ნომერზე რომელიმე ქიმიური ელემენტისთვის?
4. როგორ არის დაკავშირებული მასის რიცხვი, მუხტის რიცხვი და ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში?
5. როგორ ავხსნათ ერთნაირი მუხტისა და სხვადასხვა მასის მქონე ბირთვების არსებობა ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის მოდელის ფარგლებში?
6. რა კითხვა გაჩნდა ჰიპოთეზასთან დაკავშირებით, რომ ატომების ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან? რა დაშვება მოუწიათ მეცნიერებს ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად?
7. რა ჰქვია მიზიდულობის ძალებს ბირთვში არსებულ ნუკლეონებს შორის და რა არის მათი დამახასიათებელი ნიშნები?

ამ ვიდეო გაკვეთილის საშუალებით ყველას შეეძლება დამოუკიდებლად შეისწავლოს თემა „ატომის ბირთვის შემადგენლობა. ნაყარი ნომერი. გადასახადის ნომერი. ბირთვული ძალები. გაკვეთილზე მასწავლებელი ისაუბრებს ატომის აგებულებაზე, ასევე ჩაატარებს ქვეჯამს ყველა წინა გაკვეთილისთვის ატომის აგებულების შესახებ.

ფიზიკა მე-9 კლასი

თემა: ატომის აგებულება და ატომის ბირთვი. ატომური ბირთვების ენერგიის გამოყენება

გაკვეთილი 56 ნაყარი ნომერი. დატენვა

ნომერი. ბირთვული ძალები

ერიუტკინი ევგენი სერგეევიჩი

უმაღლესი კატეგორიის GOU №1360 საშუალო სკოლის ფიზიკის მასწავლებელი

მოსკოვი

გამარჯობა! დღევანდელი გაკვეთილი დაეთმობა კითხვას, რომელიც ეხება ატომის ბირთვის აგებულების, მუხტის რიცხვის, მასის რიცხვის განხილვას, ასევე ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა არის ბირთვული ძალები. ჩვენი გაკვეთილი არის გარკვეული შუალედური შედეგის შეჯამება ყველა ადრე შესწავლილ საკითხზე. მინდა ვთქვა, რომ შევისწავლეთ კითხვები ატომის აგებულებასთან და ბირთვის აგებულებასთან დაკავშირებით. ამიტომ, დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ ამაზე. წინა თემების შეჯამება, წინა კითხვები. სანამ პირველ კითხვაზე გადავალთ, ამაზე ვისაუბრებთ. წინა გაკვეთილზე ჩვენ ვთქვით, რომ რეზერფორდმა თავის ექსპერიმენტებში დაადგინა, რომ არსებობს ისეთი ნაწილაკი, როგორიცაა პროტონი. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, 1932 წელს, ჩადვიკმა დაადგინა, რომ არსებობდა კიდევ ერთი ნაწილაკი, რომელსაც ნეიტრონი ჰქვია. ამ აღმოჩენის შემდეგ, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, ორმა ადამიანმა, რუსმა მეცნიერმა ივანენკომ და გერმანელმა მეცნიერმა ჰაიზენბერგმა შემოგვთავაზეს ატომის ბირთვის სტრუქტურის პროტონ-ნეიტრონის მოდელი. ივანენკო-ჰაიზენბერგის ამ თეორიის თანახმად, ნებისმიერი ატომის ბირთვი შეიცავს პროტონებს და ნეიტრონებს. ეს პროტონები და ნეიტრონები ერთად, ისინი, რომლებიც ატომის ბირთვშია, გადაწყდა ნუკლეონების დარქმევა. ამრიგად, "nucleon" (ლათ. "nucleus") -პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო სახელი. იმ ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ მუხტი და იმ ნაწილაკებს, რომლებსაც არ აქვთ მუხტი, ნეიტრონები, ყველა ამ ნაწილაკს ერთად ეწოდება ნუკლეონი. მოდი სხვა რამეზე ვისაუბროთ. ბირთვული მუხტის იდეა პირველად 1913 წელს წამოაყენა ინგლისელმა მეცნიერმა ჰენრი მოსელიმ. მან შესთავაზა, რომ ვინაიდან ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია, ელემენტის ატომური რიცხვი გამრავლებული ელემენტარულ ელექტრულ მუხტზე არის ბირთვის მუხტი. როგორ მივიდა მოსელი ამ დასკვნამდე? ფაქტია, რომ ატომში ელექტრონების რაოდენობა შეესაბამება სერიულ ნომერს. ეს ნიშნავს, რომ ყველა ელექტრონის მუხტი არის სერიული ნომრისა და ერთი ელექტრონის მუხტის ნამრავლი. ვინაიდან დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია ბირთვში, ეს ნიშნავს, რომ იგივე შეიძლება ითქვას ბირთვზე. მოდით შევხედოთ როგორ მოვიდა მოსელიზუსტად იმას, რასაც ჩვენ ვეძახით დატენვის ნომერს. შეხედე:

ქმე = ზ . | ე|

ქმე- ბირთვული მუხტი

e - ელექტრონის მუხტი

ზ- პროტონების რაოდენობა ბირთვში, მუხტის ნომერი

რიცხვის მუხტი, ამ განცხადების მიხედვით, განისაზღვრება, როგორც სერიული ნომრისა და ელემენტარული ელექტრული მუხტის ნამრავლი. Ამ შემთხვევაში ე - ეს არის ელექტრონის მუხტი, მას უწოდებენ ელემენტარულ ელექტრული მუხტი და აღებულია მოდული, რადგან ცხადია, რომ ბირთვის მუხტი დადებითია. ამ შემთხვევაში, სერიულ ნომერს დაერქვა მუხტის ნომერი, სერიული ნომერი არის ბირთვში პროტონების რაოდენობის შესაბამისი ნომერი. ამრიგად, როდესაც ვსაუბრობთ სერიულ ნომერზე, შეგვიძლია ვისაუბროთ ბირთვში პროტონების რაოდენობაზე. შემდეგი რიცხვი, რომელზეც უნდა ვისაუბროთ, არის მასობრივი რიცხვი. ის, ეს რიცხვი, აღინიშნება ასო A-თი და იგივე რიცხვი აღებულია პერიოდული ცხრილიდან და მრგვალდება მთელ რიცხვებამდე. მაშინ შეგვიძლია ვისაუბროთ განტოლებაზე, რომელსაც მთელ მსოფლიოში ივანენკო-ჰაიზენბერგის განტოლებას უწოდებენ. ეს განტოლება შედგება სამი რიცხვისაგან: მასური რიცხვი, მუხტის რიცხვი და ნეიტრონების რაოდენობა. ვნახოთ, როგორ იწერება და როგორ აღინიშნება ეს სიდიდეები.

ივანენკო-ჰაიზენბერგის განტოლება

A =ზ + ნ

A არის მასის რიცხვი

ზ- ელემენტის სერიული ნომერი,

ნ- ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში

შეხედეთ: მასობრივი რიცხვი A გვიჩვენებს რამდენს ნუკლეონებიშედის ბირთვში. აღმოჩნდა, რომ პერიოდული ცხრილის მიხედვით, ქიმიური ელემენტის მასის რაოდენობის დადგენით, ჩვენ ვადგენთ ნუკლეონების რაოდენობას ატომის ბირთვში.

Z, როგორც ვთქვით, იქნება სერიული ნომერი და პროტონების რაოდენობა ბირთვში. N ამ შემთხვევაში არის ნეიტრონების რაოდენობა. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ ნეიტრონების რაოდენობა, პროტონების რაოდენობა ამ განტოლებიდან, ვიცოდეთ მასობრივი რიცხვი და სერიული ნომერი. აქ აუცილებელია აღინიშნოს მნიშვნელოვანი წერტილი. ფაქტია, რომ 1913 წელს კიდევ ერთმა მეცნიერმა სოდიმ (გახსოვთ, რომ ეს კაცი მუშაობდა რეზერფორდთან) საინტერესო რამ დაადგინა. აღმოჩნდა, რომ არსებობენ ქიმიური ელემენტები ზუსტად იგივე ქიმიური თვისებებით, მაგრამ განსხვავებული მასობრივი რიცხვებით. ელემენტებს, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური თვისებები, მაგრამ განსხვავებული მასის რიცხვი, იზოტოპები ეწოდება. იზოტოპები -ეს არის ქიმიური ელემენტები იგივე ქიმიური თვისებებით, მაგრამ ატომური ბირთვების განსხვავებული მასით.

აქვე უნდა დავამატოთ, რომ იზოტოპებს განსხვავებული რადიოაქტიურობა აქვთ. ამ ყველაფერმა ერთად განაპირობა ამ საკითხის შესწავლა. მასში ნაჩვენებია მსუბუქი და მძიმე ქიმიური ელემენტების იზოტოპები. მოდით შევხედოთ. ჩვენ შევარჩიეთ პერიოდული ცხრილის სპეციალურად განსხვავებული არეები, რათა ვაჩვენოთ, რომ თითქმის ყველა ქიმიურ ელემენტს აქვს იზოტოპები.

იზოტოპები:

H - პროტიუმიU

H - დეიტერიუმიU

H - ტრიტიუმი

წყალბადს აქვს სამი იზოტოპი. პირველ იზოტოპს H ეწოდება პროტიუმი. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ სერიული ნომერი მოთავსებულია ქვემოთ, ეს არის რიცხვი Z, ხოლო მასის ნომერი ზემოდან - ეს არის რიცხვი A. A-ს ზემოთ, Z-ს ქვემოთ და თუ გავიგებთ, რომ ეს ნიშნავს, რომ ბირთვის ბირთვში. პროტიუმის ატომი უმარტივესი ქიმიური ელემენტია, ყველაზე გავრცელებული სამყაროში. მხოლოდ 1 პროტონია და ამ ბირთვში საერთოდ არ არის ნეიტრონები. არსებობს მეორე ტიპის წყალბადი - ეს არის დეიტერიუმი. ეს სიტყვა ალბათ ბევრს სმენია. გთხოვთ გაითვალისწინოთ: სერიული ნომერი არის 1, ხოლო მასის ნომერი არის 2. ასე რომ, დეიტერიუმის ბირთვი უკვე შედგება 1 პროტონისა და ერთი ნეიტრონისგან. და არის წყალბადის კიდევ ერთი იზოტოპი. მას ტრიტიუმი ჰქვია. ტრიტიუმი არის მხოლოდ (სერიული ნომერი პირველი) და მასობრივი რიცხვი მიუთითებს, რომ ამ იზოტოპის ბირთვში 2 ნეიტრონია. და კიდევ ერთი ელემენტია ურანი. პერიოდული ცხრილის საკმაოდ მეორე მხარეს. ეს უკვე მძიმე ელემენტებია. ურანს აქვს 2 საერთო იზოტოპი. ეს არის ურანი 235. სერიული ნომერი არის 92, ხოლო მასის ნომერი 235. თქვენ შეგიძლიათ დაუყოვნებლივ ისაუბროთ იმაზე, თუ როგორ განსხვავდება ერთი ელემენტის ბირთვი მეორისგან. მეორე იზოტოპი: ასევე სერიული ნომერი 92 და მასის ნომერი 238. ძალიან ხშირად იზოტოპებზე, კერძოდ ურანზე საუბრისას არასოდეს ამბობენ სერიულ ნომერს. ისინი უბრალოდ ამბობენ "ურანი", ასახელებენ ქიმიურ ელემენტს და ამბობენ მის მასურ რაოდენობას - 238. ან ურანი 235. ჩვენ ამ საკითხს განვიხილავთ იმ მარტივი მიზეზის გამო, რომ ვიცით, რამდენად მნიშვნელოვანია ეს ქიმიური ელემენტი დღეს ჩვენი ქვეყნის ენერგეტიკისთვის და ზოგადად მსოფლიო ენერგიისთვის.

შემდეგი კითხვა, რომელსაც უნდა შევეხოთ, გამომდინარეობს ნათქვამიდან. როგორ ინახება ეს ნაწილაკები, ეს ნუკლეონები ბირთვის შიგნით? დავასახელეთ სხვადასხვა ქიმიური ელემენტები, სხვადასხვა იზოტოპები, განსაკუთრებით მძიმე ელემენტები, სადაც ნუკლეონები, ე.ი. პროტონები და ნეიტრონები, ბევრი. როგორ, როგორ ინახება ისინი ბირთვში? ჩვენ ვიცით, რომ მცირე დისტანციურ ბირთვში, ბირთვის ზომა ძალიან, ძალიან მცირეა, შეიძლება შეგროვდეს დიდი რაოდენობით ნუკლეონის ნაწილაკები. როგორ არის ეს ნუკლეონები იქ ასე მჭიდროდ, მჭიდროდ შეკავებული რა ძალებით? მართლაც, ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო, ეს ნაწილაკები ძალიან სწრაფად უნდა დაიშალა, გაიფანტოს. ჩვენ ვიცით, რომ მხოლოდ საპირისპირო მუხტები იზიდავს, საპირისპირო მუხტებით დამუხტული ნაწილაკები. თუ ნაწილაკები იმავე სახელით არის დამუხტული, გასაგებია, რომ ისინი უნდა მოიგერიონ. ბირთვის შიგნით არის პროტონები. ისინი დადებითად არიან დამუხტული. ბირთვის ზომა ძალიან მცირეა. იმავე ბირთვში ასევე არის ნეიტრონები, რაც ნიშნავს, რომ უნდა არსებობდეს ძალები, რომლებიც აერთიანებენ ამ და სხვა ნაწილაკებს. სწორედ ამ ძალებს უწოდებენ ბირთვულ ძალებს. ბირთვული ძალები არის მიზიდულობის ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ნუკლეონებს შორის. შეიძლება ითქვას, რომ ამ ძალებს აქვთ საკუთარი განსაკუთრებული თვისებები.

პირველი ქონება, რაზეც უნდა ვისაუბროთ, არის ის ბირთვული ძალები უნდა აღემატებოდეს ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს.და ეს ასეა, როდესაც მათი დადგენა შესაძლებელი გახდა, აღმოჩნდა, რომ ისინი 100-ჯერ აღემატება ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. კიდევ ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი შენიშვნა არის ის ბირთვული ძალები მოქმედებენ მცირე მანძილზე. მაგალითად, 10 -15 მ - ეს არის ბირთვის დიამეტრი, ეს ძალები მოქმედებენ. მაგრამ როგორც კი ბირთვის ზომა გაიზრდება 10 -14-მდე, რაც საკმაოდ ცოტა ჩანდა, ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ ბირთვი აუცილებლად დაიშლება. ამ მანძილზე ბირთვული ძალები აღარ მოქმედებენ. და ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალები აგრძელებენ მოქმედებას და სწორედ ისინი არიან პასუხისმგებელნი იმ ფაქტზე, რომ ბირთვი იშლება.

ბირთვული ძალების შესახებ კიდევ ერთი რამ არის ის ისინი არ არიან ცენტრალური, ე.ი. ისინი არ მოქმედებენ ამ ნაწილაკების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ. და ის ფაქტი, რომ ბირთვული ძალები არ არის დამოკიდებული იმაზე, აქვს თუ არა ნაწილაკს მუხტი, რადგან პროტონებიც და ნეიტრონებიც შედიან ბირთვში. ეს ნაწილაკები ერთადაა. ამრიგად, დასკვნა ასეთია: ეს ნაწილაკები, ნუკლეონები, ბირთვული ძალების გამო ინახება ბირთვში და ეს ძალები მოქმედებენ მხოლოდ ბირთვში. ასევე შეიძლება აღინიშნოს, რომ ბირთვული ძალები მნიშვნელოვანია ბირთვული სტაბილურობის თვალსაზრისით. პასუხისმგებელია ამ ელემენტის არსებობის ხანგრძლივობაზე. დასასრულს, შეგვიძლია აღვნიშნოთ კიდევ ერთი რამ: როდესაც ვსაუბრობთ ენერგიაზე, სწორედ აქ შეასრულებენ მთავარ როლს ბირთვული ძალები. ამის შესახებ შემდეგ გაკვეთილებში ვისაუბრებთ. ნახვამდის.

დავალება გაკვეთილისთვის.

1. განსაზღვრეთ რკინის ბირთვების ნუკლეონის შემადგენლობა (ნუკლეონების, პროტონების, ნეიტრონების რაოდენობა).

2. ქიმიური ელემენტის ატომის ბირთვში არის 22 პროტონი და 26 ნეიტრონი. დაასახელეთ ეს ქიმიური ელემენტი.

3. შეაფასეთ ბირთვში ორ ნეიტრონს შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების სიძლიერე. ნეიტრონის მასა დაახლოებით უდრის 1,7 * 10 -27 კგ, აიღეთ მანძილი ნეიტრონებს შორის ტოლი 10 -15 მ, გრავიტაციული მუდმივის მნიშვნელობა არის 6.67 * 10-11 (N * მ 2) / კგ 2.

ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და მიმდებარე ელექტრონებისგან. ატომის ბირთვებს აქვთ ზომები დაახლოებით 10 -14 ... 10 -15 მ (ატომის წრფივი ზომებია 10 -10 მ).

ატომის ბირთვი შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან პროტონები და ნეიტრონები.ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის მოდელი შემოგვთავაზა რუსმა ფიზიკოსმა დ.დ. ივანენკომ და შემდგომში შეიმუშავა ვ.ჰაიზენბერგმა.

პროტონი ( რ) აქვს დადებითი მუხტის ტოლი ელექტრონისა და დასვენების მასის ტ გვ = 1.6726∙10 -27 კგ 1836 წ მ ე, სად მ ეარის ელექტრონის მასა. ნეიტრონი ( ნ)-ნეიტრალური ნაწილაკი დასვენების მასით მ ნ= 1,6749∙10 -27 კგ 1839 წ ტ ე ,. პროტონებისა და ნეიტრონების მასა ხშირად გამოიხატება სხვა ერთეულებში - ატომური მასის ერთეულებში (a.m.u., მასის ერთეული, რომელიც უდრის ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ს.

). პროტონისა და ნეიტრონის მასები დაახლოებით ტოლია ერთი ატომური მასის ერთეულის. პროტონები და ნეიტრონები ე.წ ნუკლეონები(ლათ. ბირთვი- ბირთვი). ატომის ბირთვში ნუკლეონების საერთო რაოდენობას მასური რიცხვი ეწოდება მაგრამ).

ბირთვების რადიუსი იზრდება მასის რაოდენობის მატებასთან მიმართების შესაბამისად R= 1,4მაგრამ 1/3 10 -13 სმ.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ბირთვებს არ აქვთ მკვეთრი საზღვრები. ბირთვის ცენტრში არის ბირთვული მატერიის გარკვეული სიმკვრივე და ცენტრიდან მანძილის მატებასთან ერთად ის თანდათან მცირდება ნულამდე. ბირთვის კარგად განსაზღვრული საზღვრის არარსებობის გამო, მისი „რადიუსი“ განისაზღვრება, როგორც მანძილი ცენტრიდან, სადაც ბირთვული მატერიის სიმკვრივე განახევრებულია. მატერიის სიმკვრივის საშუალო განაწილება ბირთვების უმეტესობისთვის არ არის მხოლოდ სფერული. ბირთვების უმეტესობა დეფორმირებულია. ხშირად ბირთვები მოგრძო ან გაბრტყელებული ელიფსოიდების სახითაა.

ატომური ბირთვი ხასიათდება დააკისროსზე,სადაც ზდატენვის ნომერიბირთვი, რომელიც უდრის ბირთვში პროტონების რაოდენობას და ემთხვევა მენდელეევის ელემენტების პერიოდულ სისტემაში ქიმიური ელემენტის სერიულ ნომერს.

ბირთვი აღინიშნება იგივე სიმბოლოთი, რაც ნეიტრალური ატომით:

, სად X- ქიმიური ელემენტის სიმბოლო, ზატომური რიცხვი (პროტონების რაოდენობა ბირთვში), მაგრამ- მასობრივი რიცხვი (ნუკლეონების რაოდენობა ბირთვში). მასობრივი ნომერი მაგრამდაახლოებით ტოლია ბირთვის მასის ატომური მასის ერთეულებში.

ვინაიდან ატომი ნეიტრალურია, ბირთვის მუხტი ზგანსაზღვრავს ელექტრონების რაოდენობას ატომში. ელექტრონების რაოდენობა დამოკიდებულია ატომის მდგომარეობებზე განაწილებაზე. ბირთვის მუხტი განსაზღვრავს მოცემული ქიმიური ელემენტის სპეციფიკას, ანუ განსაზღვრავს ატომში ელექტრონების რაოდენობას, მათი ელექტრონული გარსების კონფიგურაციას, ინტრაატომური ელექტრული ველის სიდიდესა და ბუნებას.

ბირთვები იგივე მუხტის ნომრებით ზ, მაგრამ განსხვავებული მასობრივი რიცხვებით მაგრამ(ანუ სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონებით N=A-Z) იზოტოპებს უწოდებენ და იგივე ბირთვებს მაგრამ,მაგრამ განსხვავებული Z-იზობარები. მაგალითად, წყალბადი ( ზ= ლ) აქვს სამი იზოტოპი: H -პროტიუმი ( ზ=ლ, N= 0), H -დეიტერიუმი ( ზ=ლ, ნ= 1), H -ტრიტიუმი ( ზ=ლ, ნ\u003d 2), კალა - ათი იზოტოპი და ა.შ. შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის იზოტოპებს აქვთ იგივე ქიმიური და თითქმის იგივე ფიზიკური თვისებები.

ე, MeV

ენერგიის დონეები

და დაფიქსირდა გადასვლები ბორის ატომის ბირთვისთვის

კვანტური თეორია მკაცრად ზღუდავს ენერგეტიკულ მნიშვნელობებს, რაც შეიძლება ჰქონდეს ბირთვების შემადგენელ ნაწილებს. ბირთვებში პროტონებისა და ნეიტრონების ნაკრები შეიძლება იყოს მხოლოდ მოცემული იზოტოპისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ დისკრეტულ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში.

როდესაც ელექტრონი იცვლება უფრო მაღალი ენერგეტიკული მდგომარეობიდან დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში, ენერგეტიკული სხვაობა გამოიყოფა ფოტონის სახით. ამ ფოტონების ენერგია რამდენიმე ელექტრონ ვოლტის რიგისაა. ბირთვებისთვის, ენერგიის დონის დიაპაზონი დაახლოებით 1-დან 10 მევ-მდეა. ამ დონეებს შორის გადასვლისას გამოიყოფა ძალიან მაღალი ენერგიის ფოტონები (γ-კვანტები). ასეთი გადასვლების საილუსტრაციოდ ნახ. 6.1 გვიჩვენებს ბირთვის პირველ ხუთ ენერგეტიკულ დონეს

.ვერტიკალური ხაზები მიუთითებს დაკვირვებულ გადასვლებზე. მაგალითად, 1,43 მევ ენერგიის მქონე γ-კვანტი გამოიყოფა ბირთვის 3,58 მევ ენერგიის მდგომარეობიდან 2,15 მევ ენერგიის მდგომარეობაში გადასვლისას.

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა ქიმიურ თვისებას. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებისგან. ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ბირთვის მუხტი უდრის Z და e-ს ნამრავლს, სადაც Z არის ამ ელემენტის რიგითი ნომერი ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა.

ელექტრონი- ეს არის ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი უარყოფითი ელექტრული მუხტით e=1,6·10 -19 კულონი, აღებული ელემენტარული ელექტრული მუხტის სახით. ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები განლაგებულია ელექტრონულ გარსებზე K, L, M და ა.შ. K არის ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე გარსი. ატომის ზომა განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის ზომით. ატომს შეუძლია დაკარგოს ელექტრონები და გახდეს დადებითი იონი, ან მოიპოვოს ელექტრონები და გახდეს უარყოფითი იონი. იონის მუხტი განსაზღვრავს დაკარგული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობას. ნეიტრალური ატომის დამუხტულ იონად გადაქცევის პროცესს იონიზაცია ეწოდება.

ატომის ბირთვი(ატომის ცენტრალური ნაწილი) შედგება ელემენტარული ბირთვული ნაწილაკებისგან - პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ბირთვის რადიუსი დაახლოებით ასი ათასჯერ ნაკლებია ატომის რადიუსზე. ატომის ბირთვის სიმკვრივე უკიდურესად მაღალია. პროტონები- ეს არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ერთეული დადებითი ელექტრული მუხტი და მასა 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონი არის ყველაზე მსუბუქი ელემენტის, წყალბადის ბირთვი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში არის Z. ნეიტრონიარის ნეიტრალური (ელექტრული მუხტის გარეშე) ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის მასა ძალიან ახლოს არის პროტონის მასასთან. ვინაიდან ბირთვის მასა შედგება პროტონებისა და ნეიტრონების მასისგან, ატომის ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A - Z, სადაც A არის მოცემული იზოტოპის მასის რაოდენობა (იხ.). პროტონს და ნეიტრონს, რომლებიც ქმნიან ბირთვს, ეწოდება ნუკლეონები. ბირთვში ნუკლეონები შეკრულია სპეციალური ბირთვული ძალებით.

ატომის ბირთვს აქვს ენერგიის უზარმაზარი მარაგი, რომელიც გამოიყოფა ბირთვული რეაქციების დროს. ბირთვული რეაქციები ხდება, როდესაც ატომური ბირთვები ურთიერთქმედებენ ელემენტარულ ნაწილაკებთან ან სხვა ელემენტების ბირთვებთან. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვები. მაგალითად, ნეიტრონს შეუძლია პროტონად გარდაქმნა. ამ შემთხვევაში, ბეტა ნაწილაკი, ანუ ელექტრონი, გამოიდევნება ბირთვიდან.

პროტონის ბირთვში ნეიტრონში გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს ორი გზით: ან ნაწილაკი, რომლის მასა უდრის ელექტრონის მასას, მაგრამ დადებითი მუხტით, რომელსაც ეწოდება პოზიტრონი (პოზიტრონის დაშლა). ბირთვი, ანუ ბირთვი იჭერს ერთ-ერთ ელექტრონს უახლოეს K- გარსიდან (K -capture).

ზოგჯერ წარმოქმნილ ბირთვს აქვს ენერგიის ჭარბი რაოდენობა (ის აღგზნებულ მდგომარეობაშია) და ნორმალურ მდგომარეობაში გადასვლისას გამოყოფს ჭარბ ენერგიას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძით -. ბირთვული რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია პრაქტიკულად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში.

ატომი (ბერძნ. atomos - განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები. თითოეული ელემენტი შედგება გარკვეული ტიპის ატომებისგან. ატომის სტრუქტურა მოიცავს ბირთვს, რომელსაც აქვს დადებითი ელექტრული მუხტი და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები (იხ.), რომლებიც ქმნიან მის ელექტრონულ გარსებს. ბირთვის ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა უდრის Z-e-ს, სადაც e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტი, სიდიდით უდრის ელექტრონის მუხტს (4.8 10 -10 e.-st. ერთეული), ხოლო Z არის ატომური რიცხვი. ამ ელემენტის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში (იხ.). ვინაიდან არაიონიზირებული ატომი ნეიტრალურია, მასში შემავალი ელექტრონების რაოდენობა ასევე უდრის Z-ს. ბირთვის შემადგენლობაში (იხ. ატომური ბირთვი) შედის ნუკლეონები, ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა მასა დაახლოებით 1840-ჯერ აღემატება მასას. ელექტრონი (ტოლია 9,1 10 - 28 გ), პროტონები (იხ.), დადებითად დამუხტული და უბრალო ნეიტრონები (იხ.). ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობას მასური რიცხვი ეწოდება და აღინიშნება ასო A. ბირთვში პროტონების რაოდენობა, Z-ის ტოლი, განსაზღვრავს ატომში შემავალი ელექტრონების რაოდენობას, ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და ქიმიურ ნივთიერებას. ატომის თვისებები. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A-Z. იზოტოპებს უწოდებენ ერთი და იმავე ელემენტის ჯიშებს, რომელთა ატომები განსხვავდებიან ერთმანეთისგან A მასის რიცხვით, მაგრამ აქვთ იგივე Z. ამრიგად, ერთი ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპის ატომების ბირთვებში არის ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა. პროტონების იგივე რაოდენობა. იზოტოპების აღნიშვნისას ელემენტის სიმბოლოს ზედა ნაწილში იწერება მასის რიცხვი A, ხოლო ბოლოში ატომური რიცხვი; მაგალითად, ჟანგბადის იზოტოპები აღინიშნება:

ატომის ზომები განისაზღვრება ელექტრონული გარსების ზომებით და ყველა Z არის დაახლოებით 10 -8 სმ. ვინაიდან ატომის ყველა ელექტრონის მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ბირთვის მასაზე, მასა ატომი მასის რიცხვის პროპორციულია. მოცემული იზოტოპის ატომის ფარდობითი მასა განისაზღვრება C 12 ნახშირბადის იზოტოპის ატომის მასასთან მიმართებაში, რომელიც აღებულია 12 ერთეულით და ეწოდება იზოტოპური მასა. გამოდის, რომ ახლოსაა შესაბამისი იზოტოპის მასურ რიცხვთან. ქიმიური ელემენტის ატომის ფარდობითი წონა არის იზოტოპური წონის საშუალო (მოცემული ელემენტის იზოტოპების შედარებითი სიმრავლის გათვალისწინებით) ღირებულება და ეწოდება ატომური წონა (მასა).

ატომი არის მიკროსკოპული სისტემა და მისი სტრუქტურა და თვისებები შეიძლება აიხსნას მხოლოდ კვანტური თეორიის დახმარებით, რომელიც შეიქმნა ძირითადად მე-20 საუკუნის 20-იან წლებში და გამიზნულია ატომური მასშტაბის ფენომენების აღწერისთვის. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მიკრონაწილაკებს - ელექტრონებს, პროტონებს, ატომებს და ა.შ. - გარდა კორპუსკულურისა, აქვთ ტალღური თვისებები, რომლებიც ვლინდება დიფრაქციით და ინტერფერენციით. კვანტურ თეორიაში მიკრო ობიექტების მდგომარეობის აღსაწერად გამოიყენება გარკვეული ტალღის ველი, რომელიც ხასიათდება ტალღის ფუნქციით (Ψ-ფუნქცია). ეს ფუნქცია განსაზღვრავს მიკროობიექტის შესაძლო მდგომარეობის ალბათობას, ანუ ახასიათებს მისი ამა თუ იმ თვისების გამოვლენის პოტენციურ შესაძლებლობებს. სივრცეში და დროში Ψ ფუნქციის ცვალებადობის კანონი (შროდინგერის განტოლება), რომელიც შესაძლებელს ხდის ამ ფუნქციის პოვნას, კვანტურ თეორიაში იგივე როლს ასრულებს, როგორც ნიუტონის მოძრაობის კანონები კლასიკურ მექანიკაში. შროდინგერის განტოლების ამოხსნა ბევრ შემთხვევაში იწვევს სისტემის დისკრეტულ შესაძლო მდგომარეობას. ასე, მაგალითად, ატომის შემთხვევაში, ელექტრონების ტალღური ფუნქციების სერია მიიღება სხვადასხვა (კვანტიზებული) ენერგიის მნიშვნელობების შესაბამისი. კვანტური თეორიის მეთოდებით გამოთვლილმა ატომის ენერგეტიკული დონეების სისტემამ ბრწყინვალე დადასტურება მიიღო სპექტროსკოპიაში. ატომის გადასვლა ძირითადი მდგომარეობიდან E 0 ენერგეტიკული დონის შესაბამისი E 0 რომელიმე აღგზნებულ მდგომარეობაზე E i ხდება მაშინ, როდესაც ენერგიის გარკვეული ნაწილი შეიწოვება E i - E 0. აღგზნებული ატომი გადადის ნაკლებად აღგზნებულ ან ძირითად მდგომარეობაში, ჩვეულებრივ, ფოტონის ემისიით. ამ შემთხვევაში ფოტონის ენერგია hv უდრის განსხვავებას ატომის ენერგიას შორის ორ მდგომარეობაში: hv= E i - E k სადაც h არის პლანკის მუდმივი (6.62·10 -27 erg·sec), v არის სიხშირე. სინათლის.

ატომური სპექტრების გარდა, კვანტურმა თეორიამ შესაძლებელი გახადა ატომების სხვა თვისებების ახსნა. კერძოდ, ახსნილი იქნა ვალენტობა, ქიმიური ბმის ბუნება და მოლეკულების აგებულება და შეიქმნა ელემენტების პერიოდული სისტემის თეორია.

ატომის ბირთვს, რომელიც განიხილება, როგორც ნაწილაკების კლასს პროტონებისა და ნეიტრონების გარკვეული რაოდენობა, ჩვეულებრივ უწოდებენ ნუკლიდი.
ზოგიერთ იშვიათ შემთხვევებში შეიძლება წარმოიქმნას ხანმოკლე ეგზოტიკური ატომები, რომლებშიც სხვა ნაწილაკები ბირთვის ნაცვლად ასრულებენ ბირთვს.

ბირთვში პროტონების რაოდენობას ეწოდება მისი მუხტის რიცხვი Z (\displaystyle Z) - ეს რიცხვი უდრის იმ ელემენტის რიგით რიცხვს, რომელსაც ეკუთვნის ატომი ელემენტების პერიოდულ ცხრილში. ბირთვში პროტონების რაოდენობა განსაზღვრავს ნეიტრალური ატომის ელექტრონული გარსის სტრუქტურას და, შესაბამისად, შესაბამისი ელემენტის ქიმიურ თვისებებს. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობას მისი ეწოდება იზოტოპური რიცხვი N (\displaystyle N) . ბირთვებს, რომლებსაც აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა და ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა, იზოტოპებს უწოდებენ. ბირთვებს, რომლებსაც აქვთ ნეიტრონების იგივე რაოდენობა, მაგრამ პროტონების განსხვავებული რაოდენობა, იზოტონებს უწოდებენ. ტერმინები იზოტოპი და იზოტონი ასევე გამოიყენება მითითებული ბირთვების შემცველ ატომებთან მიმართებაში, ასევე ერთი ქიმიური ელემენტის არაქიმიური ჯიშების დასახასიათებლად. ნუკლეონების საერთო რაოდენობას ბირთვში ეწოდება მის მასურ რიცხვს A (\displaystyle A) ( A = N + Z (\displaystyle A=N+Z)) და დაახლოებით უდრის ატომის საშუალო მასას, რომელიც მითითებულია პერიოდულ სისტემაში. ნუკლიდებს, რომლებსაც აქვთ იგივე მასის რაოდენობა, მაგრამ განსხვავებული პროტონ-ნეიტრონული შემადგენლობით, იზობარები ეწოდება.

ნებისმიერი კვანტური სისტემის მსგავსად, ბირთვები შეიძლება იყოს მეტასტაბილურად აღგზნებულ მდგომარეობაში და ზოგიერთ შემთხვევაში ასეთი მდგომარეობის სიცოცხლის ხანგრძლივობა გამოითვლება წლებით. ბირთვების ასეთ აღგზნებულ მდგომარეობას ბირთვული იზომერები ეწოდება.

ენციკლოპედიური YouTube

ატომის ბირთვის სტრუქტურა. ბირთვული ძალები

ბირთვული ძალები ნაწილაკების შებოჭვის ენერგია ბირთვში ურანის ბირთვების დაშლა ჯაჭვური რეაქცია

ატომის ბირთვის სტრუქტურა ბირთვული ძალები

Ქიმია. ატომის სტრუქტურა: ატომის ბირთვი. ფოქსფორდის ონლაინ სასწავლო ცენტრი

ბირთვული რეაქციები

სუბტიტრები

ამბავი

დამუხტული ნაწილაკების გაფანტვა შეიძლება აიხსნას ატომის დაშვებით, რომელიც შედგება ცენტრალური ელექტრული მუხტისაგან, რომელიც კონცენტრირებულია წერტილში და გარშემორტყმულია თანაბარი სიდიდის საპირისპირო ელექტროენერგიის ერთგვაროვანი სფერული განაწილებით. ატომის ასეთი სტრუქტურით, α- და β- ნაწილაკები, როდესაც ისინი გადიან ატომის ცენტრიდან ახლო მანძილზე, განიცდიან დიდ გადახრებს, თუმცა ასეთი გადახრის ალბათობა მცირეა.

ამრიგად, რეზერფორდმა აღმოაჩინა ატომის ბირთვი, იმ მომენტიდან დაიწყო ბირთვული ფიზიკა, რომელიც სწავლობდა ატომის ბირთვების სტრუქტურასა და თვისებებს.

ელემენტების სტაბილური იზოტოპების აღმოჩენის შემდეგ, ყველაზე მსუბუქი ატომის ბირთვს მიენიჭა ყველა ბირთვის სტრუქტურული ნაწილაკის როლი. 1920 წლიდან წყალბადის ატომის ბირთვს აქვს ოფიციალური ტერმინი - პროტონი. ბირთვის სტრუქტურის შუალედური პროტონ-ელექტრონული თეორიის შემდეგ, რომელსაც ბევრი აშკარა ნაკლი ჰქონდა, პირველ რიგში, იგი ეწინააღმდეგებოდა ბირთვების სპინებისა და მაგნიტური მომენტების გაზომვის ექსპერიმენტულ შედეგებს, 1932 წელს ჯეიმს ჩადვიკმა აღმოაჩინა ახალი ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკი. ნეიტრონს უწოდებენ. იმავე წელს ივანენკომ და დამოუკიდებლად ჰაიზენბერგმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის სტრუქტურის შესახებ. მოგვიანებით, ბირთვული ფიზიკის განვითარებასთან ერთად, ეს ჰიპოთეზა სრულად დადასტურდა.

ატომის ბირთვის სტრუქტურის თეორიები

ფიზიკის განვითარების პროცესში წამოაყენეს სხვადასხვა ჰიპოთეზა ატომის ბირთვის აგებულების შესახებ; თუმცა, თითოეულ მათგანს შეუძლია აღწეროს ბირთვული თვისებების მხოლოდ შეზღუდული ნაკრები. ზოგიერთი მოდელი შეიძლება ურთიერთგამომრიცხავი იყოს.

ყველაზე ცნობილი შემდეგია:

• ბირთვის ვარდნის მოდელი შემოთავაზებული იქნა 1936 წელს ნილს ბორის მიერ.
• Shell model nucleus - შემოთავაზებული XX საუკუნის 30-იან წლებში.
• განზოგადებული Bohr-Mottelson მოდელი
• კლასტერული ბირთვის მოდელი
• ნუკლეონის ასოციაციების მოდელი
• სუპერთხევადი ბირთვის მოდელი
• ბირთვის სტატისტიკური მოდელი

ბირთვული ფიზიკა

ატომური ბირთვების მუხტი პირველად დაადგინა ჰენრი მოსელიმ 1913 წელს. მეცნიერმა თავისი ექსპერიმენტული დაკვირვებები ინტერპრეტაცია მოახდინა რენტგენის ტალღის სიგრძის დამოკიდებულებით გარკვეულ მუდმივ Z-ზე (\displaystyle Z), რომელიც იცვლება ელემენტიდან ელემენტში ერთით და წყალბადის ერთს უდრის:

1 / λ = a Z − b (\displaystyle (\sqrt (1/\lambda ))=aZ-b), სად

A (\displaystyle a) და b (\displaystyle b) მუდმივებია.

საიდანაც მოსელიმ დაასკვნა, რომ მის ექსპერიმენტებში ნაპოვნი ატომური მუდმივი, რომელიც განსაზღვრავს დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძეს და ემთხვევა ელემენტის სერიულ ნომერს, შეიძლება იყოს მხოლოდ ატომის ბირთვის მუხტი, რომელიც ცნობილი გახდა როგორც კანონი - მოსელი .

წონა

ნეიტრონების რაოდენობის განსხვავების გამო A − Z (\displaystyle A-Z)ელემენტის იზოტოპებს განსხვავებული მასა აქვთ M (A, Z) (\displaystyle M(A,Z)), რაც ბირთვის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. ბირთვულ ფიზიკაში ბირთვების მასა ჩვეულებრივ იზომება ატომურ ერთეულებში ( ა. ჭამე.), ერთი ა. ე.მ აიღეთ 12 C ნუკლიდის მასის 1/12. უნდა აღინიშნოს, რომ სტანდარტული მასა, რომელიც ჩვეულებრივ მოცემულია ნუკლიდისთვის, არის ნეიტრალური ატომის მასა. ბირთვის მასის დასადგენად აუცილებელია ყველა ელექტრონის მასის ჯამი გამოვაკლოთ ატომის მასას (უფრო ზუსტი მნიშვნელობა მიიღება თუ გავითვალისწინებთ ელექტრონების შეკვრის ენერგიას ბირთვთან) .

გარდა ამისა, ბირთვულ ფიზიკაში ხშირად გამოიყენება ენერგიის ეკვივალენტური მასა. აინშტაინის მიმართების მიხედვით, M მასის თითოეული მნიშვნელობა (\displaystyle M) შეესაბამება მთლიან ენერგიას:

E = M c 2 (\displaystyle E=Mc^(2)), სადაც c (\displaystyle c) არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.

თანაფარდობა ა. e.m. და მისი ენერგიის ეკვივალენტი ჯოულებში:

E 1 = 1 . 660539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2 . 997925 ⋅ 10 8) 2 = 1 . 492418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1.66051 E_(1)=1.66053 cdot 10^(8))^(2)=1.492418\cdot 10^(-10)), E 1 = 931 , 494 (\displaystyle E_(1)=931,494).

რადიუსი

მძიმე ბირთვების დაშლის ანალიზმა დახვეწა რეზერფორდის შეფასება და დააკავშირა ბირთვის რადიუსი მასურ რიცხვთან მარტივი ურთიერთობით:

R = r 0 A 1 / 3 (\displaystyle R=r_(0)A^(1/3)),

სადაც არის მუდმივი.

ვინაიდან ბირთვის რადიუსი არ არის წმინდა გეომეტრიული მახასიათებელი და ასოცირდება ძირითადად ბირთვული ძალების მოქმედების რადიუსთან, r 0 (\displaystyle r_(0)) მნიშვნელობა დამოკიდებულია პროცესზე, რომლის ანალიზის დროს მნიშვნელობა R ( \displaystyle R) , საშუალო მნიშვნელობა r 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1.23\cdot 10^(-15))მ, შესაბამისად, ბირთვის რადიუსი მეტრებში:

R = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 A 1 / 3 (\displaystyle R=1,23\cdot 10^(-15)A^(1/3)) .

ბირთვის მომენტები

ნუკლეონების მსგავსად, რომლებიც მას ქმნიან, ბირთვს აქვს თავისი მომენტები.

Დატრიალება

ვინაიდან ნუკლეონებს აქვთ საკუთარი მექანიკური მომენტი, ანუ სპინი, ტოლი 1/2 (\displaystyle 1/2), მაშინ ბირთვებს ასევე უნდა ჰქონდეთ მექანიკური მომენტები. გარდა ამისა, ნუკლეონები მონაწილეობენ ბირთვში ორბიტალურ მოძრაობაში, რაც ასევე ხასიათდება თითოეული ნუკლეონის იმპულსის გარკვეული მომენტით. ორბიტალური მომენტები იღებენ მხოლოდ მთელ რიცხვებს ℏ (\displaystyle \hbar) (დირაკის მუდმივი). ნუკლეონის ყველა მექანიკური მომენტი, როგორც სპინები, ასევე ორბიტალი, ჯამდება ალგებრულად და წარმოადგენს ბირთვის სპინს.

იმისდა მიუხედავად, რომ ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობა შეიძლება იყოს ძალიან დიდი, ბირთვების სპინები ჩვეულებრივ მცირეა და შეადგენს არაუმეტეს რამდენიმე ℏ (\displaystyle \hbar), რაც აიხსნება ნუკლეონების ურთიერთქმედების თავისებურებით. ამავე სახელწოდების. ყველა დაწყვილებული პროტონი და ნეიტრონი ურთიერთქმედებენ მხოლოდ ისე, რომ მათი სპინები არღვევს ერთმანეთს, ანუ წყვილები ყოველთვის ურთიერთქმედებენ ანტიპარალელურ სპინებთან. წყვილის მთლიანი ორბიტალური იმპულსი ასევე ყოველთვის ნულია. შედეგად, ბირთვებს, რომლებიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობისგან, არ აქვთ მექანიკური იმპულსი. არანულოვანი სპინები არსებობს მხოლოდ იმ ბირთვებისთვის, რომლებსაც აქვთ შეუწყვილებელი ნუკლეონები მათ შემადგენლობაში, ასეთი ნუკლეონის სპინი ემატება მის ორბიტალურ იმპულსს და აქვს რაღაც ნახევარმთლიანი მნიშვნელობა: 1/2, 3/2, 5/2. კენტი-კენტი შედგენილობის ბირთვებს აქვთ მთელი სპინები: 1, 2, 3 და ა.შ.

მაგნიტური მომენტი

სპინების გაზომვა შესაძლებელი გახდა მათთან უშუალოდ დაკავშირებული მაგნიტური მომენტების არსებობის გამო. ისინი იზომება მაგნიტონებში და სხვადასხვა ბირთვებისთვის არის -2-დან +5-მდე ბირთვული მაგნიტონები. ნუკლეონების შედარებით დიდი მასის გამო, ბირთვების მაგნიტური მომენტები ელექტრონების მაგნიტურ მომენტებთან შედარებით ძალიან მცირეა, ამიტომ მათი გაზომვა გაცილებით რთულია. სპინების მსგავსად, მაგნიტური მომენტები იზომება სპექტროსკოპიული მეთოდებით, ყველაზე ზუსტია ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული მეთოდი.

ლუწი-ლუწი წყვილების მაგნიტური მომენტი, ისევე როგორც სპინი, ნულის ტოლია. დაუწყვილებელი ნუკლეონებით ბირთვების მაგნიტური მომენტები წარმოიქმნება ამ ნუკლეონების შინაგანი მომენტებით და იმ მომენტით, რომელიც დაკავშირებულია დაუწყვილებელი პროტონის ორბიტალურ მოძრაობასთან.

ელექტრო ოთხპოლუსიანი მომენტი

ატომურ ბირთვებს, რომელთა სპინი მეტი ან ტოლია ერთიანობაზე, აქვთ არანულოვანი ოთხპოლუსიანი მომენტები, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ისინი არ არიან ზუსტად სფერული. ოთხპოლუს მომენტს აქვს პლუსის ნიშანი, თუ ბირთვი გაშლილია სპინის ღერძის გასწვრივ (ფუზიფორმული სხეული), და მინუს ნიშანი, თუ ბირთვი დაჭიმულია ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში (ლენტიკულური სხეული). ცნობილია ბირთვები დადებითი და უარყოფითი ოთხპოლუსიანი მომენტებით. სფერული სიმეტრიის არარსებობა ელექტრულ ველში, რომელსაც ქმნიან ბირთვი არანულოვანი ოთხპოლუსიანი მომენტით, იწვევს ატომური ელექტრონების დამატებითი ენერგეტიკული დონის ფორმირებას და ატომების სპექტრებში ჰიპერწვრილი სტრუქტურის ხაზების გამოჩენას, რომელთა შორის მანძილი დამოკიდებულია ოთხპოლუსზე. მომენტი.

ბონდის ენერგია

ბირთვის სტაბილურობა

იქიდან, რომ საშუალო შეკავშირების ენერგია მცირდება 50-60-ზე მეტი ან ნაკლები მასის მქონე ნუკლიდებისთვის, გამოდის, რომ მცირე A ბირთვების (\displaystyle A) შერწყმის პროცესი ენერგიულად ხელსაყრელია - თერმობირთვული შერწყმა, რაც იწვევს ზრდას. მასის რიცხვში, ხოლო ბირთვების დიდი A (\displaystyle A) - გაყოფის პროცესი. დღეისათვის, ორივე ეს პროცესი, რომელიც იწვევს ენერგიის გამოყოფას, განხორციელდა, ეს უკანასკნელი თანამედროვე ბირთვული ენერგიის საფუძველია, პირველი კი განვითარების პროცესშია.

დეტალურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ პარამეტრზე მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ბირთვების სტაბილურობაც N/Z (\displaystyle N/Z)- ნეიტრონების და პროტონების რაოდენობის თანაფარდობა. საშუალო ყველაზე სტაბილური ბირთვებისთვის N/Z ≈ 1 + 0.015A 2/3 (\displaystyle N/Z\დაახლოებით 1+0.015A^(2/3))მაშასადამე, მსუბუქი ნუკლიდების ბირთვები ყველაზე სტაბილურია N ≈ Z (\displaystyle N\დაახლოებით Z)და მასის რიცხვის მატებასთან ერთად, ელექტროსტატიკური მოგერიება პროტონებს შორის უფრო და უფრო შესამჩნევი ხდება და სტაბილურობის რეგიონი გადადის N > Z (\displaystyle N>Z)(იხილეთ განმარტებითი სურათი).

თუ გადავხედავთ ბუნებაში ნაპოვნი სტაბილური ნუკლიდების ცხრილს, შეგვიძლია ყურადღება მივაქციოთ მათ განაწილებას Z (\displaystyle Z) და N (\displaystyle N) ლუწი და კენტი მნიშვნელობების მიხედვით. ყველა ბირთვი ამ რაოდენობების უცნაური მნიშვნელობებით არის სინათლის ნუკლიდების ბირთვები 1 2 H (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))), 3 6 Li (\displaystyle ()_(3)^(6)(\textrm (Li))), 5 10 B (\displaystyle ()_(5)^(10)(\textrm (B))), 7 14 N (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))). კენტი A-ის მქონე იზობარებს შორის, როგორც წესი, მხოლოდ ერთია სტაბილური. ლუწი A-ს შემთხვევაში (\displaystyle A) ხშირად გვხვდება ორი, სამი ან მეტი სტაბილური იზობარი, შესაბამისად, ყველაზე სტაბილური არის ლუწი-ლუწი, ყველაზე მცირე - კენტი-კენტი. ეს ფენომენი მიუთითებს იმაზე, რომ ორივე ნეიტრონები და პროტონები მიდრეკილნი არიან წყვილებად დაჯგუფდნენ ანტიპარალელური სპინებით, რაც არღვევს შეკავშირების ენერგიის სიგლუვეს ზემოთ აღწერილი A (\displaystyle A) მიმართ.

ამრიგად, პროტონების ან ნეიტრონების რაოდენობის პარიტეტი ქმნის სტაბილურობის გარკვეულ ზღვარს, რაც იწვევს რამდენიმე სტაბილური ნუკლიდის არსებობის შესაძლებლობას, რომლებიც განსხვავდებიან შესაბამისად იზოტოპებისთვის ნეიტრონების რაოდენობაში და იზოტონებისთვის პროტონების რაოდენობაში. ასევე, ნეიტრონების რაოდენობის თანასწორობა მძიმე ბირთვების შემადგენლობაში განსაზღვრავს მათ უნარს დაშლის უნარს ნეიტრონების გავლენის ქვეშ.

ბირთვული ძალები

ბირთვული ძალები არის ძალები, რომლებიც აკავებენ ბირთვს ნუკლეონებს, რომლებიც დიდი მიმზიდველი ძალებია, რომლებიც მოქმედებენ მხოლოდ მცირე მანძილზე. მათ აქვთ გაჯერების თვისებები, რის გამოც ბირთვულ ძალებს ენიჭება გაცვლითი ხასიათი (პი-მეზონების დახმარებით). ბირთვული ძალები დამოკიდებულია სპინზე, არ არის დამოკიდებული ელექტრულ მუხტზე და არ არის ცენტრალური ძალები.

ბირთვის დონეები

თავისუფალი ნაწილაკებისგან განსხვავებით, რომლებისთვისაც ენერგიას შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი მნიშვნელობა (ე.წ. უწყვეტი სპექტრი), შეკრული ნაწილაკები (ანუ ნაწილაკები, რომელთა კინეტიკური ენერგია ნაკლებია პოტენციალის აბსოლუტურ მნიშვნელობაზე), კვანტური მექანიკის მიხედვით, შეიძლება იყოს მხოლოდ მდგომარეობებში გარკვეული დისკრეტული ენერგეტიკული მნიშვნელობებით, ე.წ. დისკრეტული სპექტრი. ვინაიდან ბირთვი არის შეკრული ნუკლეონების სისტემა, მას აქვს დისკრეტული ენერგიის სპექტრი. ის ჩვეულებრივ არის ყველაზე დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში, ე.წ მთავარი. თუ ენერგია გადაეცემა ბირთვს, ის გადაიქცევა აღელვებული მდგომარეობა.

ბირთვის ენერგიის დონეების მდებარეობა პირველ მიახლოებაში:

D = a e − b E ∗ (\displaystyle D=ae^(-b(\sqrt (E^(*))))), სადაც:

D (\displaystyle D) - საშუალო მანძილი დონეებს შორის,

ატომის ბირთვის შემადგენლობა და მახასიათებლები.

უმარტივესი ატომის - წყალბადის ატომის ბირთვი შედგება ერთი ელემენტარული ნაწილაკისგან, რომელსაც პროტონი ეწოდება. ყველა სხვა ატომის ბირთვი შედგება ორი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკებისგან - პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ამ ნაწილაკებს ნუკლეონებს უწოდებენ.

პროტონი . პროტონოს (p) აქვს მუხტი +e და მასა

m p = 938,28 მევ

შედარებისთვის მივუთითებთ, რომ ელექტრონის მასა ტოლია

m e = 0,511 მევ

შედარებიდან გამომდინარეობს, რომ m p = 1836m e

პროტონს აქვს ნახევრის (s=) ტოლი სპინი და თავისი მაგნიტური მომენტი

მაგნიტური მომენტის ერთეული, რომელსაც ეწოდება ბირთვული მაგნეტონი. პროტონისა და ელექტრონის მასების შედარებიდან გამომდინარეობს, რომ μ i 1836-ჯერ მცირეა ბორის მაგნიტონზე μ b. შესაბამისად, პროტონის შინაგანი მაგნიტური მომენტი დაახლოებით 660-ჯერ ნაკლებია ელექტრონის მაგნიტურ მომენტზე.

ნეიტრონი . ნეიტრონი (n) აღმოაჩინა 1932 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა

დ.ჩედვიკი. ამ ნაწილაკების ელექტრული მუხტი ნულია, ხოლო მასა

m n = 939,57 მევ

პროტონის მასასთან ძალიან ახლოს. ნეიტრონისა და პროტონის მასის სხვაობა (m n –m p)

არის 1,3 მევ, ე.ი. 2.5 მე.

ნეიტრონს აქვს სპინი, რომელიც უდრის ნახევარს (s=) და (ელექტრული მუხტის არარსებობის მიუხედავად) საკუთარი მაგნიტური მომენტი.

μ n = - 1,91μ i

(მინუს ნიშანი მიუთითებს, რომ შინაგანი მექანიკური და მაგნიტური მომენტების მიმართულებები საპირისპიროა). ამ გასაოცარი ფაქტის ახსნა მოგვიანებით იქნება.

გაითვალისწინეთ, რომ μ p და μ n-ის ექსპერიმენტული მნიშვნელობების თანაფარდობა მაღალი სიზუსტით უდრის - 3/2. ეს შეინიშნებოდა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ასეთი მნიშვნელობა თეორიულად იქნა მიღებული.

თავისუფალ მდგომარეობაში ნეიტრონი არასტაბილურია (რადიოაქტიური) - ის სპონტანურად იშლება, გადაიქცევა პროტონად და გამოყოფს ელექტრონს (e-) და სხვა ნაწილაკს, რომელსაც ანტინეიტრინო ეწოდება.

. ნახევარგამოყოფის პერიოდი (ე.ი. დრო, რომელიც სჭირდება ნეიტრონების საწყისი რაოდენობის ნახევრის დაშლას) არის დაახლოებით 12 წუთი. დაშლის სქემა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

ანტინეიტრინოს დანარჩენი მასა არის ნული. ნეიტრონის მასა პროტონის მასაზე მეტია 2,5 მ ე. შესაბამისად, ნეიტრონის მასა აღემატება განტოლების მარჯვენა მხარეს გამოჩენილი ნაწილაკების ჯამურ მასას 1,5 მ ე-ით, ე.ი. 0.77 მევ-ით. ეს ენერგია გამოიყოფა ნეიტრონის დაშლის დროს წარმოქმნილი ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის სახით.

ატომის ბირთვის მახასიათებლები . ატომის ბირთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მუხტის ნომერი Z. ის უდრის პროტონების რაოდენობას, რომლებიც ქმნიან ბირთვს და განსაზღვრავს მის მუხტს, რომელიც უდრის + Z e-ს. რიცხვი Z განსაზღვრავს მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ქიმიური ელემენტის რიგით რიცხვს. ამიტომ მას ასევე უწოდებენ ბირთვის ატომურ რიცხვს.

ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობა (ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა) აღინიშნება ასო A-ით და ეწოდება ბირთვის მასის რაოდენობა. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა N=A–Z.

სიმბოლო, რომელიც გამოიყენება ბირთვების აღსანიშნავად

სადაც X არის ელემენტის ქიმიური სიმბოლო. ზედა მარცხნივ არის მასობრივი რიცხვი, ქვედა მარცხენა მხარეს არის ატომური ნომერი (ბოლო ხატი ხშირად გამოტოვებულია). ზოგჯერ მასობრივი რიცხვი იწერება ქიმიური ელემენტის სიმბოლოს არა მარცხნივ, არამედ მარჯვნივ

ბირთვები იგივე Z, მაგრამ განსხვავებული A ეწოდება იზოტოპები. ქიმიური ელემენტების უმეტესობას აქვს რამდენიმე სტაბილური იზოტოპი. მაგალითად, ჟანგბადს აქვს სამი სტაბილური იზოტოპი:

, კალის აქვს ათი და ა.შ.

წყალბადს აქვს სამი იზოტოპი:

- ჩვეულებრივი წყალბადი, ან პროტიუმი (Z=1, N=0),

- მძიმე წყალბადი, ან დეიტერიუმი (Z=1, N=1),

– ტრიტიუმი (Z=1, N=2).

პროტიუმი და დეიტერიუმი სტაბილურია, ტრიტიუმი რადიოაქტიურია.

ბირთვები იგივე მასის ნომრით A ეწოდება იზობარები. მაგალითი არის

და

. ბირთვები, რომლებსაც აქვთ იგივე რაოდენობის ნეიტრონები N = A – Z ეწოდება იზოტონები (

,

და ბოლოს, არის რადიოაქტიური ბირთვები იგივე Z და A, რომლებიც განსხვავდებიან ნახევარგამოყოფის პერიოდით. მათ ეძახიან იზომერები. მაგალითად, არსებობს ბირთვის ორი იზომერი

ერთს აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 18 წუთი, მეორეს - 4,4 საათი.

ცნობილია დაახლოებით 1500 ბირთვი, რომლებიც განსხვავდებიან ან Z, ან A, ან ორივე. ამ ბირთვების დაახლოებით 1/5 სტაბილურია, დანარჩენი რადიოაქტიურია. მრავალი ბირთვი მიიღეს ხელოვნურად ბირთვული რეაქციების გამოყენებით.

ელემენტები Z ატომური რიცხვით 1-დან 92-მდე გვხვდება ბუნებაში, ტექნეტიუმის (Tc, Z = 43) და პრომეთიუმის (Pm, Z = 61) გამოკლებით. პლუტონიუმი (Pu, Z = 94), ხელოვნურად მოპოვების შემდეგ, უმნიშვნელო რაოდენობით აღმოჩნდა ბუნებრივ მინერალში - ფისოვანი ბლენდი. დანარჩენი ტრანსურანი (ე.ი. ტრანსურანი) ელემენტები (cZ 93-დან 107-მდე) მიიღეს ხელოვნურად სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების შედეგად.

ტრანსურანის ელემენტებს კურიუმი (96 სმ), აინშტაინიუმი (99 ეს), ფერმიუმი (100 ფმ) და მენდელევიუმი (101 მდ) დაარქვეს გამოჩენილი მეცნიერების II პატივსაცემად. და M. Curie, A. Einstein, Z. Fermi და D.I. მენდელეევი. ლოურენციუმი (103 ლვ) ციკლოტრონის გამომგონებლის, ე. ლოურენსის საპატივცემულოდ დაარქვეს. კურჩატოვიმ (104 Ku) მიიღო სახელი გამოჩენილი ფიზიკოსის I.V. კურჩატოვი.

ზოგიერთი ტრანსურანის ელემენტი, მათ შორის კურჩატოვიუმი და ელემენტები 106 და 107, მიღებული იქნა დუბნის ბირთვული კვლევების ერთობლივი ინსტიტუტის ბირთვული რეაქციების ლაბორატორიაში მეცნიერის მიერ.

ნ.ნ. ფლეროვი და მისი თანამშრომლები.

ბირთვის ზომები . პირველი მიახლოებით, ბირთვი შეიძლება ჩაითვალოს სფეროდ, რომლის რადიუსი საკმაოდ ზუსტად განისაზღვრება ფორმულით.

(ფერმი არის ბირთვული ფიზიკაში გამოყენებული სიგრძის ერთეულის სახელი, ტოლია

10-13 სმ). ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ ბირთვის მოცულობა პროპორციულია ბირთვში არსებული ნუკლეონების რაოდენობისა. ამრიგად, მატერიის სიმკვრივე ყველა ბირთვში დაახლოებით ერთნაირია.

ბირთვის ტრიალი . ნუკლეონების სპინები ემატება ბირთვის მიღებულ ბრუნვას. ნუკლეონის სპინი არის 1/2. მაშასადამე, ბირთვული სპინის კვანტური რიცხვი იქნება ნახევრად მთელი რიცხვი კენტი რაოდენობის A ნუკლეონებისთვის და მთელი ან ნული ლუწი A-სთვის. ბირთვების სპინები არ აღემატება რამდენიმე ერთეულს. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ბირთვში არსებული ნუკლეონების უმრავლესობის სპინები არღვევს ერთმანეთს, არის ანტიპარალელური. ყველა ლუწი ბირთვს (ანუ ბირთვს პროტონების ლუწი რიცხვით და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობით) აქვს ნულოვანი სპინი.

ბირთვის M J მექანიკური მომენტი ემატება ელექტრონული გარსის მომენტს

M F ატომის ჯამურ კუთხოვან იმპულსში, რომელიც განისაზღვრება კვანტური რიცხვით F.

ელექტრონებისა და ბირთვის მაგნიტური მომენტების ურთიერთქმედება იწვევს იმ ფაქტს, რომ ატომის მდგომარეობები შეესაბამება სხვადასხვა ორმხრივ ორიენტაციას M J და

(ანუ განსხვავებულ F) აქვთ ოდნავ განსხვავებული ენერგიები. μ L და μ S მომენტების ურთიერთქმედება განსაზღვრავს სპექტრების წვრილ სტრუქტურას. ურთიერთქმედებაμ J და განისაზღვრება ატომური სპექტრის ჰიპერწვრილი სტრუქტურა. ჰიპერწვრილი სტრუქტურის შესაბამისი სპექტრული ხაზების გაყოფა იმდენად მცირეა (ანგსტრომის რამდენიმე ასეულის რიგით), რომ მისი დაკვირვება შესაძლებელია მხოლოდ უმაღლესი გამხსნელი ინსტრუმენტებით.

რადიოაქტიური დაბინძურების თავისებურება, სხვა დამაბინძურებლების დაბინძურებისგან განსხვავებით, არის ის, რომ არა თავად რადიონუკლიდი (დაბინძურება) ახდენს მავნე ზემოქმედებას ადამიანებზე და გარემო ობიექტებზე, არამედ რადიაცია, რომლის წყაროც ის არის.

თუმცა არის შემთხვევები, როდესაც რადიონუკლიდი ტოქსიკური ელემენტია. მაგალითად, ჩერნობილის ატომურ ელექტროსადგურზე მომხდარი ავარიის შემდეგ, პლუტონიუმი 239, 242 Pu გარემოში გათავისუფლდა ბირთვული საწვავის ნაწილაკებით. გარდა იმისა, რომ პლუტონიუმი არის ალფა ემიტერი და წარმოადგენს მნიშვნელოვან საფრთხეს ორგანიზმში მოხვედრისას, თავად პლუტონიუმი ტოქსიკური ელემენტია.

ამ მიზეზით გამოიყენება რაოდენობრივი მაჩვენებლების ორი ჯგუფი: 1) რადიონუკლიდების შემცველობის შესაფასებლად და 2) ობიექტზე რადიაციის ზემოქმედების შესაფასებლად.
აქტივობა- რადიონუკლიდების შემცველობის რაოდენობრივი საზომი გაანალიზებულ ობიექტში. აქტივობა განისაზღვრება ატომების რადიოაქტიური დაშლის რაოდენობით ერთეულ დროში. SI აქტივობის ერთეული არის ბეკერელი (Bq) უდრის ერთ დაშლას წამში (1Bq = 1 დაშლა/წმ). ზოგჯერ გამოიყენება სისტემური აქტივობის საზომი ერთეული - Curie (Ci); 1Ci = 3.7 × 1010 Bq.

რადიაციული დოზაარის ობიექტზე რადიაციის ზემოქმედების რაოდენობრივი საზომი.
გამომდინარე იქიდან, რომ რადიაციის ზემოქმედება ობიექტზე შეიძლება შეფასდეს სხვადასხვა დონეზე: ფიზიკური, ქიმიური, ბიოლოგიური; ცალკეული მოლეკულების, უჯრედების, ქსოვილების ან ორგანიზმების დონეზე და ა.შ. გამოიყენება რამდენიმე სახის დოზა: აბსორბირებული, ეფექტური ექვივალენტი, ექსპოზიცია.

დროთა განმავლობაში რადიაციის დოზის ცვლილების შესაფასებლად გამოიყენება ინდიკატორი „დოზის მაჩვენებელი“. დოზის მაჩვენებელიარის დოზის თანაფარდობა დროზე. მაგალითად, რუსეთში რადიაციის ბუნებრივი წყაროებიდან გარეგანი ზემოქმედების დოზის სიჩქარეა 4-20 μR/სთ.

ადამიანებისთვის მთავარი სტანდარტი - დოზის ძირითადი ლიმიტი (1 mSv / წელიწადში) - შემოღებულია ეფექტური ექვივალენტური დოზის ერთეულებში. არსებობს სტანდარტები საქმიანობის ერთეულებში, მიწის დაბინძურების დონეებში, VDU, GWP, SanPiN და ა.შ.

ატომის ბირთვის სტრუქტურა.

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა თვისებას. თავისი სტრუქტურით, ატომი არის რთული სისტემა, რომელიც შედგება ძალიან მცირე ზომის დადებითად დამუხტული ბირთვისგან (10-13 სმ), რომელიც მდებარეობს ატომის ცენტრში და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, რომლებიც ბრუნავენ ბირთვის გარშემო სხვადასხვა ორბიტაზე. ელექტრონების უარყოფითი მუხტი ბირთვის დადებითი მუხტის ტოლია, ხოლო ზოგადად ელექტრული ნეიტრალური გამოდის.

ატომის ბირთვები შედგება ნუკლეონები -ბირთვული პროტონები ( Z-პროტონების რაოდენობა) და ბირთვული ნეიტრონები (N არის ნეიტრონების რაოდენობა). "ბირთვული" პროტონები და ნეიტრონები განსხვავდებიან ნაწილაკებისგან თავისუფალ მდგომარეობაში. მაგალითად, თავისუფალი ნეიტრონი, ბირთვში შეკრულისგან განსხვავებით, არასტაბილურია და იქცევა პროტონად და ელექტრონად.

ნუკლეონების რაოდენობა Am (მასური რიცხვი) არის პროტონებისა და ნეიტრონების რიცხვების ჯამი: Am = Z + N.

პროტონი -ნებისმიერი ატომის ელემენტარული ნაწილაკი, მას აქვს დადებითი მუხტი ელექტრონის მუხტის ტოლი. ატომის გარსში ელექტრონების რაოდენობა განისაზღვრება ბირთვში პროტონების რაოდენობით.

ნეიტრონი -ყველა ელემენტის სხვა სახის ბირთვული ნაწილაკები. ის არ არის მხოლოდ მსუბუქი წყალბადის ბირთვში, რომელიც შედგება ერთი პროტონისგან. მას არ აქვს დამუხტვა და არის ელექტრონულად ნეიტრალური. ატომის ბირთვში ნეიტრონები სტაბილურია, თავისუფალ მდგომარეობაში კი არასტაბილურია. ერთი და იგივე ელემენტის ატომების ბირთვებში ნეიტრონების რაოდენობა შეიძლება მერყეობდეს, ამიტომ ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა ელემენტს არ ახასიათებს.

ნუკლეონები (პროტონები + ნეიტრონები) ინახება ატომის ბირთვში მიზიდულობის ბირთვული ძალებით. ბირთვული ძალები 100-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე ელექტრომაგნიტური ძალები და, შესაბამისად, ინარჩუნებს მსგავსი დამუხტულ პროტონებს ბირთვის შიგნით. ბირთვული ძალები ვლინდება მხოლოდ ძალიან მცირე დისტანციებზე (10-13 სმ), ისინი ქმნიან ბირთვის პოტენციურ შემაკავშირებელ ენერგიას, რომელიც ნაწილობრივ გამოიყოფა გარკვეული გარდაქმნების დროს, გადადის კინეტიკურ ენერგიაში.

ბირთვის შემადგენლობით განსხვავებული ატომებისთვის გამოიყენება სახელწოდება "ნუკლიდები", ხოლო რადიოაქტიური ატომებისთვის - "რადიონუკლიდები".

ნუკლიდებიმოვუწოდებთ ატომებს ან ბირთვებს მოცემული რაოდენობის ნუკლეონებით და ბირთვის მოცემული მუხტით (ნუკლიდის აღნიშვნა A X).

ნუკლიდებს, რომლებსაც აქვთ ნუკლეონის ერთნაირი რაოდენობა (Am = const) ეწოდება იზობარები.მაგალითად, ნუკლიდები 96 Sr, 96 Y, 96 Zr მიეკუთვნებიან იზობართა რიგს ნუკლეონების რიცხვით Am = 96.

ნუკლიდები, რომლებსაც აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა (Z= const) უწოდებენ იზოტოპები.ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით, ამიტომ ისინი მიეკუთვნებიან იმავე ელემენტს: 234 U , 235 U, 236 U , 238 U .

იზოტოპები- ნუკლიდები ნეიტრონების ერთნაირი რაოდენობით (N = Am -Z = const). ნუკლიდები: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca ეკუთვნის იზოტოპების სერიას 20 ნეიტრონით.

იზოტოპები ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც Z X M, სადაც X არის ქიმიური ელემენტის სიმბოლო; M არის მასური რიცხვი, რომელიც უდრის ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის ჯამს; Z არის ბირთვის ატომური რიცხვი ან მუხტი, რომელიც უდრის ბირთვში პროტონების რაოდენობას. ვინაიდან თითოეულ ქიმიურ ელემენტს აქვს თავისი მუდმივი ატომური რიცხვი, ის ჩვეულებრივ გამოტოვებულია და შემოიფარგლება მხოლოდ მასობრივი რიცხვის ჩაწერით, მაგალითად: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr და ა.შ.

ბირთვის ატომებს, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე მასის რიცხვი, მაგრამ განსხვავებული მუხტი და, შესაბამისად, განსხვავებული თვისებები, ეწოდება "იზობარი", მაგალითად, ფოსფორის ერთ-ერთ იზოტოპს აქვს მასური რიცხვი 32 - 15 Р 32, გოგირდის ერთ-ერთი იზოტოპი. აქვს იგივე მასური რიცხვი - 16 S 32 .

ნუკლიდები შეიძლება იყოს სტაბილური (თუ მათი ბირთვები სტაბილურია და არ იშლება) ან არასტაბილური (თუ მათი ბირთვები არასტაბილურია და განიცდიან ცვლილებებს, რომლებიც საბოლოოდ ზრდის ბირთვის სტაბილურობას). არასტაბილური ატომური ბირთვები, რომლებსაც შეუძლიათ სპონტანურად დაშლა, ეწოდება რადიონუკლიდები.ატომის ბირთვის სპონტანური დაშლის ფენომენი, რომელსაც თან ახლავს ნაწილაკების და (ან) ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, ე.წ. რადიოაქტიურობა.

რადიოაქტიური დაშლის შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას როგორც სტაბილური, ასევე რადიოაქტიური იზოტოპი, რომელიც თავის მხრივ სპონტანურად იშლება. რადიოაქტიური ელემენტების ასეთ ჯაჭვებს, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვული გარდაქმნების სერიით, ე.წ რადიოაქტიური ოჯახები.

ამჟამად IUPAC-მა (სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირმა) ოფიციალურად დაასახელა 109 ქიმიური ელემენტი. მათგან მხოლოდ 81-ს აქვს სტაბილური იზოტოპები, რომელთაგან ყველაზე მძიმეა ბისმუტი. (ზ= 83). დანარჩენი 28 ელემენტისთვის ცნობილია მხოლოდ რადიოაქტიური იზოტოპები, ურანი (უ~ 92) ბუნებაში ნაპოვნი უმძიმესი ელემენტია. ბუნებრივ ნუკლიდებს შორის ყველაზე დიდს აქვს 238 ნუკლეონი. საერთო ჯამში, ამ 109 ელემენტის დაახლოებით 1700 ნუკლიდის არსებობა უკვე დადასტურებულია, ცალკეული ელემენტებისთვის ცნობილი იზოტოპების რაოდენობა მერყეობს 3-დან (წყალბადისთვის) 29-მდე (პლატინისთვის).

მატერიის შემადგენლობის შესწავლით, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ყველა მატერია შედგება მოლეკულებისა და ატომებისგან. დიდი ხნის განმავლობაში, ატომი (ბერძნულიდან თარგმნილი, როგორც "განუყოფელი") ითვლებოდა მატერიის უმცირეს სტრუქტურულ ერთეულად. თუმცა, შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ატომს აქვს რთული სტრუქტურა და, თავის მხრივ, მოიცავს უფრო მცირე ნაწილაკებს.

რისგან შედგება ატომი?

1911 წელს მეცნიერმა რეზერფორდმა თქვა, რომ ატომს აქვს ცენტრალური ნაწილი, რომელსაც აქვს დადებითი მუხტი. ამრიგად, პირველად გამოჩნდა ატომური ბირთვის კონცეფცია.

რეზერფორდის სქემის მიხედვით, რომელსაც პლანეტარული მოდელი ეწოდება, ატომი შედგება ბირთვისა და ელემენტარული ნაწილაკებისგან უარყოფითი მუხტით - ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ ბირთვის გარშემო, ისევე როგორც პლანეტები ბრუნავენ მზის გარშემო.

1932 წელს კიდევ ერთმა მეცნიერმა, ჩადვიკმა, აღმოაჩინა ნეიტრონი, ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი.

თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ბირთვი შეესაბამება რეზერფორდის მიერ შემოთავაზებულ პლანეტურ მოდელს. ბირთვი ატარებს ატომური მასის უმეტეს ნაწილს. მას ასევე აქვს დადებითი მუხტი. ატომის ბირთვი შეიცავს პროტონებს - დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს და ნეიტრონებს - ნაწილაკებს, რომლებიც არ ატარებენ მუხტს. პროტონებს და ნეიტრონებს ნუკლეონებს უწოდებენ. უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები – ელექტრონები – ბრუნავენ ბირთვის გარშემო.

ბირთვში პროტონების რაოდენობა ორბიტაზე მოძრავების ტოლია. მაშასადამე, ატომი თავისთავად არის ნაწილაკი, რომელიც არ ატარებს მუხტს. თუ ატომი იჭერს უცხო ელექტრონებს ან კარგავს საკუთარს, მაშინ ის ხდება დადებითი ან უარყოფითი და ეწოდება იონი.

ელექტრონებს, პროტონებს და ნეიტრონებს ერთობლივად უწოდებენ სუბატომურ ნაწილაკებს.

ატომის ბირთვის მუხტი

ბირთვს აქვს მუხტის ნომერი Z. იგი განისაზღვრება პროტონების რაოდენობით, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვს. ამ თანხის გარკვევა მარტივია: უბრალოდ მიმართეთ მენდელეევის პერიოდულ სისტემას. ელემენტის ატომური რიცხვი, რომელსაც ეკუთვნის ატომი, უდრის პროტონების რაოდენობას ბირთვში. ამრიგად, თუ ქიმიური ელემენტი ჟანგბადი შეესაბამება სერიულ ნომერს 8, მაშინ პროტონების რაოდენობაც რვის ტოლი იქნება. ვინაიდან ატომში პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა იგივეა, ასევე იქნება რვა ელექტრონი.

ნეიტრონების რაოდენობას ეწოდება იზოტოპური რიცხვი და აღინიშნება ასო N-ით. მათი რიცხვი შეიძლება განსხვავდებოდეს იმავე ქიმიური ელემენტის ატომში.

პროტონებისა და ელექტრონების ჯამს ბირთვში ეწოდება ატომის მასური რიცხვი და აღინიშნება ასო A. ამრიგად, მასის რიცხვის გამოთვლის ფორმულა ასე გამოიყურება: A \u003d Z + N.

იზოტოპები

იმ შემთხვევაში, როდესაც ელემენტებს აქვთ პროტონებისა და ელექტრონების თანაბარი რაოდენობა, მაგრამ ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა, მათ უწოდებენ ქიმიური ელემენტის იზოტოპებს. შეიძლება იყოს ერთი ან მეტი იზოტოპი. ისინი მოთავსებულია პერიოდული სისტემის ერთსა და იმავე უჯრედში.

იზოტოპებს დიდი მნიშვნელობა აქვთ ქიმიასა და ფიზიკაში. მაგალითად, წყალბადის იზოტოპი - დეიტერიუმი - ჟანგბადთან ერთად იძლევა სრულიად ახალ ნივთიერებას, რომელსაც მძიმე წყალი ეწოდება. მას ჩვეულებრივზე განსხვავებული დუღილისა და გაყინვის წერტილი აქვს. ხოლო დეიტერიუმის ერთობლიობა წყალბადის სხვა იზოტოპთან - ტრიტიუმთან იწვევს თერმობირთვული შერწყმის რეაქციას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას უზარმაზარი ენერგიის გამომუშავებისთვის.

ბირთვის და სუბატომური ნაწილაკების მასა

ატომების ზომა და მასა უმნიშვნელოა ადამიანის გონებაში. ბირთვების ზომა არის დაახლოებით 10 -12 სმ.ატომის ბირთვის მასა ფიზიკაში იზომება ე.წ ატომური მასის ერთეულებში - a.m.u.

ერთი დილის განმავლობაში. აიღეთ ნახშირბადის ატომის მასის მეთორმეტი. ჩვეულებრივი საზომი ერთეულების (კილოგრამები და გრამი) გამოყენებით, მასა შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად: დილის 1 საათი. \u003d 1.660540 10 -24 გ ასე გამოხატული მას აბსოლუტური ატომური მასა ეწოდება.

იმისდა მიუხედავად, რომ ატომის ბირთვი ატომის ყველაზე მასიური კომპონენტია, მისი ზომები მის გარშემო არსებულ ელექტრონულ ღრუბელთან შედარებით ძალიან მცირეა.

ბირთვული ძალები

ატომის ბირთვები უკიდურესად სტაბილურია. ეს ნიშნავს, რომ პროტონები და ნეიტრონები ბირთვში ინახება გარკვეული ძალებით. ეს არ შეიძლება იყოს ელექტრომაგნიტური ძალები, რადგან პროტონები მსგავსი დამუხტული ნაწილაკებია და ცნობილია, რომ ერთი და იგივე მუხტის მქონე ნაწილაკები ერთმანეთს უკუაგდებენ. გრავიტაციული ძალები ზედმეტად სუსტია ნუკლეონების ერთმანეთთან შესანარჩუნებლად. შესაბამისად, ნაწილაკები ბირთვში იმართება განსხვავებული ურთიერთქმედებით - ბირთვული ძალებით.

ბირთვული ურთიერთქმედება ითვლება ყველაზე ძლიერად ყველა არსებულ ბუნებაში. ამიტომ ატომის ბირთვის ელემენტებს შორის ამ ტიპის ურთიერთქმედებას ძლიერი ეწოდება. ის იმყოფება ბევრ ელემენტარულ ნაწილაკში, ისევე როგორც ელექტრომაგნიტურ ძალებში.

ბირთვული ძალების მახასიათებლები

1. მოკლე მოქმედება. ბირთვული ძალები, ელექტრომაგნიტური ძალებისგან განსხვავებით, ვლინდება მხოლოდ ძალიან მცირე დისტანციებზე, რომლებიც შედარებულია ბირთვის ზომასთან.
2. დამუხტვის დამოუკიდებლობა. ეს თვისება გამოიხატება იმაში, რომ ბირთვული ძალები თანაბრად მოქმედებენ პროტონებზე და ნეიტრონებზე.
3. გაჯერება. ბირთვის ნუკლეონები ურთიერთქმედებენ მხოლოდ გარკვეული რაოდენობის სხვა ნუკლეონებთან.

ბირთვის შეკვრის ენერგია

რაღაც სხვა მჭიდრო კავშირშია ძლიერი ურთიერთქმედების კონცეფციასთან - ბირთვების შემაკავშირებელ ენერგიასთან. ბირთვული შებოჭვის ენერგია არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ატომის ბირთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად გასაყოფად. ის უდრის იმ ენერგიას, რომელიც საჭიროა ცალკეული ნაწილაკებისგან ბირთვის შესაქმნელად.

ბირთვის შებოჭვის ენერგიის გამოსათვლელად აუცილებელია სუბატომური ნაწილაკების მასის ცოდნა. გამოთვლები აჩვენებს, რომ ბირთვის მასა ყოველთვის ნაკლებია, ვიდრე მისი შემადგენელი ნუკლეონების ჯამი. მასის დეფექტი არის განსხვავება ბირთვის მასასა და მისი პროტონებისა და ელექტრონების ჯამს შორის. მასასა და ენერგიას შორის ურთიერთობის გამოყენებით (E \u003d mc 2), შეგიძლიათ გამოთვალოთ ბირთვის ფორმირების დროს წარმოქმნილი ენერგია.

ბირთვის შებოჭვის ენერგიის სიძლიერე შეიძლება ვიმსჯელოთ შემდეგი მაგალითით: ჰელიუმის რამდენიმე გრამი წარმოქმნის ენერგიას იგივე რაოდენობით, რაც რამდენიმე ტონა ნახშირის წვისას.

ბირთვული რეაქციები

ატომების ბირთვებს შეუძლიათ ურთიერთქმედება სხვა ატომების ბირთვებთან. ასეთ ურთიერთქმედებებს ბირთვული რეაქციები ეწოდება. რეაქციები ორი ტიპისაა.

1. დაშლის რეაქციები. ისინი წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ურთიერთქმედების შედეგად მძიმე ბირთვები იშლება მსუბუქ ბირთვებად.
2. სინთეზის რეაქციები. პროცესი დაშლის საპირისპიროა: ბირთვები ეჯახება, რითაც წარმოიქმნება უფრო მძიმე ელემენტები.

ყველა ბირთვულ რეაქციას თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა, რომელიც შემდგომში გამოიყენება ინდუსტრიაში, სამხედროში, ენერგეტიკაში და ა.შ.

ატომის ბირთვის შემადგენლობის გაცნობის შემდეგ, შეგვიძლია შემდეგი დასკვნების გაკეთება.

1. ატომი შედგება ბირთვისგან, რომელიც შეიცავს პროტონებს და ნეიტრონებს და მის გარშემო ელექტრონებს.
2. ატომის მასური რიცხვი უდრის მისი ბირთვის ნუკლეონების ჯამს.
3. ნუკლეონები ერთმანეთთან იმართება ძლიერი ძალით.
4. უზარმაზარ ძალებს, რომლებიც აძლევს ატომის ბირთვს სტაბილურობას, ეწოდება ბირთვის შემაკავშირებელ ენერგიას.