Расскажите о составе атомного ядра что такое изотопы запишите

Физика атомного ядра. Состав ядра.

Атомное ядро — это центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (которые вместе называются нуклонами).

Протон (от греч. protons — первый, символ p) — стабильная элементарная частица, ядро ато­ма водорода.

Второй частицей, входящей в состав ядра, является нейтрон.

Нейтрон (от лат. neuter — ни тот, ви другой, символ n) — это эле­ментарная частица, не имеющая заряда, т. е. нейтральная.

Нейтрон был открыт в 1932 г. учеником Э. Резерфорда Д. Чедвигом при бомбардировке бериллия α-частицами. Возникающее при этом излучение с большой проникающей способностью (преодолевало пре­граду из свинцовой пластины толщиной 10-20 см) усиливало свое действие при прохождении через парафиновую пластину (см. рисунок). Оценка энергии этих частиц по трекам в камере Вильсона, сделанная супругами Жолио-Кюри, и дополнительные наблюдения позволили исключить первоначальное предположение о том, что это γ-кванты. Большая проникающая способность новых частиц, названных ней­тронами, объяснялась их электронейтральностью. Ведь заряженные частицы активно взаимодействуют с веществом и быстро теряют свою энергию. Существование нейтронов было предсказано Э. Резерфордом за 10 лет до опытов Д. Чедвига. При попадании α-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:

Здесь — символ нейтрона; заряд его равен нулю, а относительная атомная масса прибли­зительно равна единице. Нейтрон — нестабильная частица: свободный нейтрон за время

15 мин. распадается на протон, электрон и нейтрино — частицу, лишенную массы покоя.

После открытия Дж. Чедвиком нейтрона в 1932 г. Д. Иваненко и В. Гейзенберг независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную (нуклонную) модель ядра. Согласно этой моде­ли, ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов Z совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева.

Заряд ядра Q определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и кратен абсолютной величине заряда электрона e:

Число Z называется зарядовым числом ядра или атомным номером.

Массовым числом ядра А называется общее число нуклонов, т. е. протонов и нейтронов, содер­жащихся в нем. Число нейтронов в ядре обозначается буквой N. Таким образом, массовое число равно:

Нуклонам (протону и нейтрону) приписывается массовое число, равное единице, электрону — нулевое значение.

Представлению о составе ядра содействовало также открытие изотопов.

Изотопы (от греч. isos — равный, одинаковый и topoa — место) — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которых имеют одинаковое число прото­нов (Z) и различное число нейтронов (N).

Изотопами называются также ядра таких атомов. Изотопы являются нуклидами одного эле­мента. Нуклид (от лат. nucleus — ядро) — любое атомное ядро (соответственно атом) с заданными числами Z и N. Общее обозначение нуклидов имеет вид ……. где X — символ химического эле­мента, A = Z + N — массовое число.

Изотопы занимают одно и то же место в Периодической системе элементов, откуда и про­изошло их название. По своим ядерным свойствам (например, по способности вступать в ядерные реакции) изотопы, как правило, существенно отличаются. Химические (b почти в той же мере физические) свойства изотопов одинаковы. Это объясняется тем, что химические свойства элемен­та определяются зарядом ядра, поскольку именно он влияет на структуру электронной оболочки атома.

Исключением являются изотопы легких элементов. Изотопы водорода 1 Н — протий, 2 Н— дейтерий, 3 Н — тритий столь сильно отличаются по массе, что и их физические и хими­ческие свойства различны. Дейтерий стабилен (т.е. не радиоактивен) и входит в качестве неболь­шой примеси (1 : 4500) в обычный водород. При соединении дейтерия с кислородом образуется тяжелая вода. Она при нормальном атмосферном давлении кипит при 101,2 °С и замерзает при +3,8 ºС. Тритий β-радиоактивен с периодом полураспада около 12 лет.

У всех химических элементов имеются изотопы. У некоторых элементов имеются только нестабильные (радиоактивные) изотопы. Для всех элементов искусственно получены радиоактив­ные изотопы.

Изотопы урана. У элемента урана есть два изотопа — с массовыми числами 235 и 238. Изотоп составляет всего 1/140 часть от более распространенного .

Источник

Строение атома. Изотопы

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева.

Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен числу протонов. Атом является электронейтральной частицей, поэтому число протонов равно числу электронов. Следовательно:

Например, элемент железо Fe имеет порядковый номер 26. Следовательно, заряд ядра атома железа равен +26, т. е. ядро содержит 26 протонов, а вокруг ядра движутся 26 электронов.

Элементарные частицы имеют следующие абсолютные и относительные массы:

Данные этой таблицы показывают, что масса протона, как и масса нейтрона, приблизительно в 1840 раз больше массы электрона. Протоны и нейтроны находятся в ядре, поэтому масса атома почти равна массе ядра. Масса ядра, как и масса атома, определяется суммой числа протонов и числа нейтронов. Эта сумма называется массовым числом атома.

Атомы одного элемента, которые имеют разные массовые числа, называются изотопами.

Атомы изотопов одного элемента имеют одинаковое число протонов (Z) и отличаются друг от друга числом нейтронов (N).

Изотопы обозначаются символами соответствующих элементов, слева от которых вверху записывают массовое число изотопа, а внизу — порядковый номер (заряд ядра атома) элемента. Например:

12 ₆C — изотоп углерода с массовым числом 12;

18 ₈О — изотоп кислорода с массовым числом 18.

Иногда в символах изотопов записывают только массовые числа ( 12 С, 18 О, 27 Al и т. д.)

Элемент водород имеет три изотопа, каждый из которых имеет свое название:

В названиях изотопов других элементов указываются их массовые числа. Например: 12 ₆С — углерод-12; 35 ₁₇Cl — хлор-35 и т. д.

В природе различные элементы имеют разное число изотопов с разным процентным содержанием каждого из них.

Относительная атомная масса элемента Аr, которая приводится в периодической системе, — это средняя величина массовых чисел природных изотопов этого элемента с учетом процентного содержания каждого изотопа.

Например, в природе все атомы хлора представляют собой два вида изотопов: 35 Cl (процентное содержание 75,5%) и 37 Cl (24,5%). Относительная атомная масса хлора

Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы. Следовательно, химические свойства элемента зависят не от атомной массы, а от заряда ядра.

Поэтому современная формулировка периодического закона читается так:

Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома, или порядкового номера элемента.

Формулировка периодического закона Д. И. Менделеевым и современная формулировка не противоречат друг другу, потому что для большинства элементов при увеличении заряда ядра относительная атомная масса тоже увеличивается. Существуют лишь немногие исключения из этого правила. Например, элемент № 18 аргон Ar имеет большую атомную массу, чем элемент № 19 калий K.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему:«Строение атома и атомного ядра» СТРОЕНИЕ-АТОМА-И-АТОМНОГО-ЯДРА.docx (247 Загрузок)

Рефераты по другим темам можно скачать здесь

Источник

Расскажите о составе атомного ядра что такое изотопы запишите

С помощью данного урока вы узнаете, из чего состоит атом, а также познакомитесь с историей появления и развития представлений о сложном строении атома. На уроке рассматриваются результаты некоторых физических опытов, которые позволили установить состав и строение атома.

I. Атом: термин и эволюция понятия

Идея о том, что все вещества состоят из мелких, невидимых частиц возникла у людей еще до нашей эры в Древней Индии и Древней Греции. Известный греческий философ Демокрит, будучи одним из первых материалистов, впервые ввел термин «атом» (от греч.atomos- неделимый). Последователь идей Демокрита, Эпикур (341-270 г. до н.э.) впервые высказал предположение об атомном весе.

Дальнейшее развитие атомизм, как теория, получил в философии и науке Средних веков и Нового времени. В середине XVII в. французский философ и физик Пьер Гассенди (1592—1655) заново пересказал учение Демокрита и Эпикура, дополнив его новым понятием «молекула» для обозначения различного сочетания атомов друг с другом.

Р. Бойль (1627-1691 г.г.) написал знаменитую книгу «Химик-скептик», в которой доказал нереальность «начал» Аристотеля и ввел представление о химических элементах как о веществах, не поддающихся дальнейшему разложению. Определив задачей химии изучение элементов и их соединений. Р. Бойль поставил ее на научную основу.

Далее атомистическая теория получила свое логическое развитие в работах Ломоносова, Лавуазье, Дальтона и оформилась в атомно-молекулярное учение.

II. Модель Дж. Томсона («сливовый пудинг» или «булочка с изюмом»). Открытие электрона

В своих опытах по отклонению катодных лучей в электрических и магнитных полях, Томсон убедительно показал, что эти лучи представляют собой поток заряженных частиц, а самое главное, ему удалось измерить удельный заряд (e/m) этих частиц. (Он оказался примерно в 2000 раз меньше удельного заряда иона водорода, известного из опытов по электролизу.) Томсон сразу же предположил, что электроны входят в состав атомов – откуда еще им было взяться? Дальнейшие работы ученых-физиков подтвердили это предположение. Таким образом, к концу 19 века электрон считался элементарной заряженной частицей, масса которой в 2000 раз меньше массы атома водорода.

После открытия электрона Томпсон предложил модель строения атома, которую обычно называют «сливовый пудинг» (или «пудинг с изюмом») или на русский манер «булочка с изюмом». Согласно Томпсону атом представляет собой положительно заряженную сферу, в которую вкраплены (как изюм в булочке) отрицательно заряженные электроны. Однако, эта модель была опровергнута опытом Резерфорда.

Так по­яви­лась одна из пер­вых мо­де­лей стро­е­ния атома, ко­то­рую пред­ло­жил ан­глий­ский физик Джо­зеф Том­сон (Рис. 1). В со­от­вет­ствии с этой мо­де­лью, атом пред­став­ля­ет собой шар, со­сто­я­щий из по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­но­го ве­ще­ства с вкрап­ле­ни­я­ми от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных элек­тро­нов (на­по­до­бие изюма в биск­ви­те).

Рис. 1. Мо­дель стро­е­ния атома, пред­ло­жен­ная Дж. Том­со­ном

Осо­бен­ность мо­де­ли Том­со­на за­клю­ча­лась в пред­по­ло­же­нии того, что по­ло­жи­тель­ный заряд «раз­мыт» внут­ри атома и не «вы­ле­та­ет» из него, т. к. об­ла­да­ет зна­чи­тель­но боль­шей мас­сой по срав­не­нию с элек­тро­на­ми.

Сле­ду­ю­щим уди­ви­тель­ным экс­пе­ри­мен­таль­ным фак­том было от­кры­тие Бек­ке­ре­лем в 1896 г. яв­ле­ния ра­дио­ак­тив­но­сти. Было об­на­ру­же­но, что атомы неко­то­рых эле­мен­тов са­мо­про­из­воль­но рас­па­да­ют­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем новых ато­мов, элек­тро­нов и α-ча­стиц. Также уста­но­ви­ли, что α-ча­сти­цы имеют по­ло­жи­тель­ный заряд и от­но­си­тель­но боль­шую массу.

В 1911 г англ. учёный Э. Резерфорд доказал нa опыте, что в центре атома имеется положительно заряженное ядро.

С по­мо­щью α-ча­стиц Эр­нест Ре­зер­форд и его уче­ни­ки про­ве­ли экс­пе­ри­мент, ре­зуль­та­ты ко­то­ро­го опро­верг­ли мо­дель стро­е­ния атома Дж. Том­со­на. Ан­гли­ча­нин Эр­нест Ре­зер­форд и его уче­ни­ки по­ста­ви­ли сле­ду­ю­щий экс­пе­ри­мент: на­прав­ля­ли быст­рый поток α-ча­стиц на тон­кую зо­ло­тую фоль­гу. Ока­за­лось, что боль­шин­ство α-ча­стиц про­хо­дит через фоль­гу бес­пре­пят­ствен­но, неболь­шая часть от­кло­ня­ет­ся на раз­лич­ные углы, а при­мер­но 1 на 10 000 ча­стиц от­ска­ки­ва­ет в об­рат­ном на­прав­ле­нии (Рис. 2).

Рис. 2. Схема опыта Э. Ре­зер­фор­да

Ре­зуль­та­ты опыта про­ти­во­ре­чи­ли мо­де­ли Том­со­на. Ча­сти­ца с боль­шой мас­сой и по­ло­жи­тель­ным за­ря­дом может от­ско­чить назад, если толь­ко встре­тит в ка­че­стве пре­пят­ствия боль­шой по­ло­жи­тель­ный заряд, скон­цен­три­ро­ван­ный в одном месте.

По­ло­жи­тель­ный заряд, скон­цен­три­ро­ван­ный в цен­тре атома, Ре­зер­форд на­звал ядром и пред­ло­жил свою мо­дель стро­е­ния атома: в цен­тре атома на­хо­дит­ся по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ное ядро, во­круг ко­то­ро­го вра­ща­ют­ся от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ные элек­тро­ны (Рис.3). При этом ос­нов­ная масса атома со­сре­до­то­че­на в ядре, масса элек­тро­нов очень мала.

Сум­мар­ный заряд ядра и элек­тро­нов дол­жен быть равен нулю, т. к. атом в целом элек­тро­ней­тра­лен.

Мо­дель Ре­зер­фор­да на­по­ми­на­ет Сол­неч­ную си­сте­му, по­это­му ее на­зва­ли «пла­не­тар­ной».

Рис. 3. Пла­не­тар­ная мо­дель атома, пред­ло­жен­ная Ре­зер­фор­дом

III. Модель Бора (планетарная модель)

В 1913 Нильсом Бором была предложена модель строения атома, известная как «планетарная модель». По Бору электроны вращаются по орбитам расположены на строго определенном удалении от атомного ядра, точно также как планеты Солнечной системы вращаются вокруг солнца (отсюда и название модели). Эти орбиты (сейчас всем известны как энергетические уровни)- стационарные и вне их электрон существовать не может. К сожалению, объяснить это утверждение Бору на тот момент не удалось. Кроме того, предложенная модель Бора противоречила законам физики:

В начале прошлого века на смену планетарной модели строения атома пришла волновая модель, которая разрешила возникшие противоречия и на сегодняшний момент считается общепринятой.

Современное представление о строении атома было бы невозможно без открытия явления радиоактивности, элементарных частиц (электрона, протона и нейтрона). Решающий вклад в установлении строения атома внесли Дальтон, Дж.Дж. Томпсон (или Томсон), Э. Резерфорд, Н. Бор, Э. Шредингер, М. Планк, Люис, Паули.

История развития представлений о строении атома условно изображена на схеме ниже:

IV. Современное строение атома

Атом — электронейтрален, то есть количество положительно заряженных частиц в нем равно количеству отрицательно заряженных частиц.

Долгое время считалось, что протоны и нейтроны являются элементарными (то есть неделимыми) частицами. Но на сегодняшний момент признано, что они имеют сложное строение и состоят из кварков. Электрон же до сих пор считается элементарной частицей. Положительно и нейтрально заряженные частицы (протоны и нейтроны, соответственно) сосредоточены в ядре, чья масса составляет около 99,97% от массы атома. Радиус атома, как правило, составляет несколько ангстрем (10−10 м), радиус ядра в 10 000 раз меньше радиуса атома.

Заряд ядра равен порядковому номеру химического элемента

Заряд ядра атома = Порядковому номеру = Числу протонов = Число электронов

Число нейтронов = Атомная масса (Ar) – Порядковый номер

Например, определите состав атома бора?

Изотопы одного и того же химического элемента имеют разную массу, так как в ядрах содержится разное количество нейтронов.

Какое количество электронов, протонов и нейтронов содержится в изотопах углерода 12 и 13?

Для изотопа углерода 12:

_Z→6 A→12 C , порядковый номер N=6, массовое число A=12

N(n 0 ) = A — Z = 12 — 6 = 6

Углерод-12 содержит 6 электронов, 6 протонов и 6 нейтронов

Для изотопа углерода 13:

_Z→6 A→13 C, порядковый номер N=6, массовое число A=13

N(n 0 ) = A — Z = 13 — 6 = 7

Углерод-13 содержит 6 электронов, 6 протонов и 7 нейтронов

V. Химический элемент

Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

В природе химические элементы существуют в виде смесей изотопов. Изотопный состав одного и того же химического элемента выражают в атомных долях (ω_ат.), которые указывают какую часть составляет число атомов данного изотопа от общего числа атомов всех изотопов данного элемента, принятого за единицу или 100%.

Ar _{средняя}= ω_ат.(1) ∙ Ar₍₁₎ + … + ω_ат.(n) ∙ Ar_(n)

Ar _{средняя} (Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453

VI. Задания для закрепления

Задание №1. Определите атомный состав изотопов хлора 35 Cl и 37 Сl. Почему изотопы хлора имеют разное массовое число?

Задание №2. Определите относительную атомную массу элемента кремния, если известно, что он состоит из трёх изотопов: 28 Si (атомная доля 92,3%), 29 Si (4,7%), 30 Si (3%).

Источник

Строение ядра атома (ядерные силы изотопы)

Строение ядра атома это состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов, называемых вместе ядерными частицами, или нуклонами. которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

Что такое строение ядра атома

Протон имеет единичный (элементарный) положительный электрический заряд. Нейтрон электрического заряда не имеет.

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической системе, иначе называемому атомным номером или зарядовым шелом Z ядра.

Числа нуклонов, т. е. протонов и нейтронов вместе, соответствует атомному весу элемента, округленному до целых единиц, и называется массовым числом А.

Очевидно, число N нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и атомным номером элемента:

N = А — Z.

Ядро обозначается химическим символом элемента с указанием при нем в форме индексов атомного номера и массового числа по образцу:

где Y — символ элемента.

Пример обозначения

Нуклоны в ядре атома связаны между собой особыми силами взаимного притяжения, которые называются ядерными силами.

Предполагается, что они имеют обменную природу, т. е. возникают в процессе непрерывного обмена между нуклонами особыми частицами (квантами ядерного поля), которые называются π-мезонами.

Ядерные силы

Ядерные силы по величине не зависят от общего числа нуклонов в ядре, в то время как противодействующие им силы отталкивания между протонами прямо пропорциональны их общему числу в ядре.

Поэтому наиболее прочными и устойчивыми являются ядра атомов легких (с невысоким атомным номером) элементов.

Ядра атомов тяжелых (с высоким атомным номером) элементов менее прочны, а ядра атомов последнего ряда периодической системы элементов уже неустойчивы и само-распадаются, т. е. являют ся радиоактивными.

Более прочными являются ядра с определенным соотношением числа нейтронов и протонов. Для легких ядер это соотношение близко к единице

для тяжелых — оно постепенно увеличивается примерно до 1,6:

Отмечается также, что более прочными являются ядра с четными числами протонов и нейтронов (четно-четные ядра), из них наиболее прочными являются ядра с числами протонов или нейтронов: 2, 8, 20, 50, 82 (так называемые магические ядра).

Пример устойчивого ядра

В соответствии со свойствами ядерных сил предложены капельная и оболочечная модели строения ядер атомов.

Согласно капельной модели (предложена Н. Бором, разработана советским физиком Я. Френкелем) нуклоны в ядре взаимодействуют подобно молекулам в капле жидкости, при чем на поверхностно расположенные нуклоны действуют силы, аналогичные силам поверхностного натяжения жидкости. Это придает ядру необходимую прочность. Эта модель хорошо объясняет механизм ядерных реакций и особенно реакции деления ядра.

Оболочечная модель предусматривает распределение нуклонов в ядре по определенным энергетическим уровням (оболочкам) и связывает устойчивость ядра с условием заполнения этих уровней. Эта модель имеет подтверждение, например, в существовании магических ядер, которые согласно этой модели имеют заполненные энергетические уровни.

Изотопы

Изотопы это элементы, имеющие одинаковый атомный номер, но несколько отличающиеся по массовому числу вследствие различного количества нейтронов в ядре.

Существуют также атомы, ядра которых имеют одинаковый атомный номер, но различаются по массовому числу, т. е. эти ядра содержат одинаковое число протонов, но несколько отличное между собой число нейтронов.

Элементы, имеющие подобные ядра, называются изотопами, что означает «занимающие одно и то же место» (подразумевается в периодической системе элементов).

Строение электронных оболочек у изотопов одинаково, поэтому они имеют тождественные химические свойства. Основные физические свойства изотопов также сходны между собой.

Однако по ряду физических свойств, особенно связанных с массой ядра, они отличаются, что и позволяет осуществить их разделение.

Изотопы химических элементов

Изотопы открыты у подавляющего большинства элементов, причем среди них имеются как устойчивые, так и радиоактивные вещества.

В природных условиях или полученные искусственно в свободном виде или в составе химических соединений изотопы одного и того же элемента встречаются всегда в смеси строго определенного состава.

Это есть закон постоянства изотопного состава.

Обычно один изотоп составляет большую часть элемента, остальные имеются в нем в незначительных, а иногда и ничтожных количествах. Постоянство изотопного состава обусловливает постоянство атомных весов элементов, которые указаны в таблице Менделеева, и получаются как среднее из атомных весов изотопов, взятых в соответствующей пропорции.

Примеры изотопов

Для примера рассмотрим устойчивые изотопы некоторых элементов. Водород имеет три легкий изотопа водорода (протий) Н и тяжелый водород (дейтерий) Д.

Строение атомов изотопов водорода показано схематически на рис. 2, а.

Дейтерий, соединяясь с кислородом, образует тяжелую воду (Д₂О), которая отличается от обыкновенной воды некоторыми физическими свойствами, а также тем, что жизненные процессы, происходящие в ней, замедляются.

Литий — имеет два изотопа с массовыми числами 6 и 7: ₃Li 6 и ₃Li 7 (рис. 570, б). Соотношение в природном элементе 7,3 и 92,7%,

Углерод, кроме основного ₆С 12 (98,9%), имеет устойчивый изотоп ₆С 13 (1,1%). Изотоп ₆С 12 является стандартом для атомной единицы массы (а. е. м.).

Статья на тему Строение ядра атома

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник