Тема: Съставът на атомното ядро. Ядрени сили.

Целта на урока: да запознае учениците с особеностите на структурата на атомното ядро.

Цели на урока:

Образователни:

) Повторете, обобщете и задълбочете знанията за състава на атомните ядра;

) Формирайте понятието "изотопи на веществата";

) Формирайте понятието "ядрена енергия";

) Да изследва свойствата на ядрените сили;

Разработване:

) Развийте способността за извършване на мисловни операции: анализ, синтез, систематизиране, сравнение, конкретизация;

) Развийте интерес към физиката;

) Покажете връзката на теоретичните знания с практиката;

) Да научи как да използва Периодичната система на Менделеев за определяне на състава на атомното ядро;

) Продължаване на формирането на способност за прилагане на теоретичните знания при решаване на задачи;

) Допринасят за развитието на гъвкавото мислене на учениците;

) Насърчаване на развитието на вниманието на учениците;

Педагози:

) Възпитаване на цялостна картина на света;

) Да се ​​развива способност за използване на знанията, придобити от учениците при изучаване на други предмети.

Оборудване: Периодична система на Менделеев, презентация за урока, разпечатка.

Епиграф към урока:

„Интелигентността се крие не само в знанието, но и в способността да се прилагат знания на практика“

Аристотел.

По време на занятията.

I. Организационен момент.

Древногръцкият философ Аристотел е казал „Умът се състои не само в знанието, но и в способността да се прилага знанието на практика“. Нека тези думи, изречени през 4 век пр.н.е., станат мото на днешния ни урок (Слайд 1)

II. Стъпка за проверка на домашната работа

Предна анкета:

1. Кой пръв изложи хипотезата, че ядрото на водородния атом е част от атомните ядра на всички химични елементи? (Английският физик Ърнест Ръдърфорд)

2. През коя година са получени фактите, потвърждаващи валидността на тази хипотеза? (През 1919 г., когато се наблюдава взаимодействието на α - частици с ядрата на азотните атоми)

3. Какво друго е името на ядрото на водороден атом? (протон от гръцката дума protos - първи)

4. Благодарение на изобретението, кое устройство най-накрая беше доказано съществуването на протона? (камера на Уилсън)

5. Напишете на дъската символното обозначение на протона (11H, 11p)

6. За съществуването на какви частици, включени в атомното ядро ​​през 1920 г., предположи Ърнест Ръдърфорд? (неутрон)

7. От кого и кога е доказано това предположение? (през 1932 г. - английски физик Джеймс Чадуиг (ученик на Ръдърфорд))

8. Напишете на дъската символичното обозначение на неутрона (10n).

Вземете листовете за оценка (Приложение 1) и оценете себе си за този етап от урока

III. Етап на усвояване на нов материал.

1. Всеки трябва поне в общи линии да си представи как работи светът, в който живее. Затова е важно да се знае, че светът е познаваем, че с задълбочаването на знанието картината на света става по-сложна.

Момчета, какво мислите, за какво ще говорим на урока днес?

И мисля, че ще изучаваме структурата на атома.)

Да, ще продължим работата си по изучаване на структурата на атомното ядро. Темата на нашия урок: „Структурата на атомното ядро. Ядрени сили. Запишете темата на урока в тетрадката си (Слайд 2).

Нека се опитаме да определим целите и задачите на урока.

(Изучаване на структурата на атомните ядра. Какви сили задържат частиците, които изграждат ядрата) (Слайд 3)

В историята на съвременната физика има година, която се нарича „година на чудесата“. Това е 1932 година. Едно от неговите "чудеса" е откриването на неутрона и създаването на неутронно-протонен модел на атомното ядро ​​(от съветски физици - и Гапон; немски физик - Вернер Хайзенберг; италиански физик - Майорана).

Ядрото има формата на топка R ≈ 10-15 m, в него е концентрирана приблизително 99,96% от общата маса на атома, ρ = 2,7∙1017 kg/m³.

Протон: p (1919), живот 10³¹ години, m = 1836.2me, qp = +e

Неутрон: n, q=0, живот извън ядрото 15 минути, m=1838.7me

Вадим Скоробогатко ни подготви съобщение за състава на атомното ядро.

И двете от тези частици често се наричат ​​също нуклони (Слайд 4.)

Всеки химичен елемент се обозначава условно - X (Слайд 5).

Броят на частиците, които изграждат атомното ядро, се нарича масово число и се обозначава с А. (Слайд 6).

Броят на протоните в ядрото се нарича номер на заряда и се обозначава с Z. (Слайд 7)

Броят на неутроните, които изграждат ядрото, се обозначава с N.

A= N + Z (Слайд 8).

2. По-нататъшното изследване на атомните ядра доведе до откритието, че атомите на един и същи химичен елемент могат да имат ядра с различна маса.

Освен това всички тези атоми имат еднакви химични свойства и следователно имат същия ядрен заряд. Ако зарядите на ядрата са еднакви, тогава те имат същия сериен номер в таблицата, тоест заемат една и съща клетка в таблицата.

(Слайд 9). Всички разновидности на един химичен елемент се наричат ​​изотопи.

Сега е експериментално доказано, че почти всички химични елементи имат изотопи.

Например:

11H - протий 21H - деутерий 31H - тритий.

Наличието на кои частици, които изграждат ядрото, е различно за изотопите? (неутрони)

Именно наличието на различен брой неутрони в ядрата на изотопи е причината за различните физични свойства на химикалите, които ще бъдат изследвани по-подробно в 11 клас.

3. Потвърди се хипотезата за протонно-неутронния състав на атомното ядро, но възниква следният въпрос: защо ядрото не се разпада на отделни частици?

За да отговорим на поставения въпрос, нека си припомним предварително проучения материал:

Между всички тела с маса има взаимно привличане. Гравитационната сила се изчислява според закона за всемирното притегляне: F=Gm1m2/r2.

Протоните, които изграждат ядрото, имат положителен заряд, което означава, че между тях възниква отблъскване, освен това силата на електрическото отблъскване е 1039 пъти по-голяма от силата на гравитационното привличане. Само от този факт можем да заключим, че между частиците, които изграждат ядрото, има взаимодействие дори по-силно от електрическото, в противен случай протоните, които съставляват ядрото, се разпръскват с голяма скорост.

Учените стигнаха до заключението, че в природата има друг вид взаимодействие, което се нарича силно.

(Слайд 10). Силите на привличане между частиците, които изграждат ядрото, се наричат ​​ядрени.

(Слайд 11). Свойства на ядрените сили:

Ø са само сили на привличане;

Ø е многократно по-голямо от кулоновите сили;

Ø не зависят от наличието на заряд;

Ø малък обсег: забележим на разстояние r ≈ 2,2∙10 -15 m;

Ø взаимодействат с ограничен брой нуклони (свойство на насищане).

https://pandia.ru/text/80/367/images/image003_45.gif" width="31" height="13">0 "style="border-collapse:collapse;border:none">

Име на веществото

Масово число, А

Номер на таксата, Z

Брой неутрони, N

германий

Проверете как сте изпълнили задачата и си поставете оценка в листа за оценка за този вид работа.

2. Слайд 14. Определете липсващия химичен елемент.

Слайд 15. Проверете как сте изпълнили задачата и оценете себе си в листа с резултати за този вид работа.

mg

на

Ли

° С

О

3. Съставете въпроси за кръстословицата (Вариант 1 - за думи, разположени хоризонтално, вариант 2 - за думи, разположени вертикално) (Приложение 1)

Дайте си оценка в листа с резултати за този тип работа.

VI. Обобщаване на урока

Завършете изречението:

1. Атомът на всеки химичен елемент се състои от ...

2. Ядрото на всеки химичен елемент се състои от ...

3. Сборът от протони и неутрони се нарича ..., в периодичната система масовото число е ....

4. В периодичната система броят на протоните в ядрото е ... и се нарича ....

5. Броят на неутроните в ядрото е ... (разликата между числата на масата и заряда)

6. Протоните и неутроните се задържат в ядрото .... (ядрени сили)

7. Изотопите са ... (разновидности на един и същ химичен елемент, различаващи се по масата на атомните ядра).

8. Енергията на свързване е ... (енергията, необходима за разделяне на ядрото на отделни нуклони).

9. Ядрена реакция се нарича ... (смяна на атомните ядра при взаимодействието им с елементарни частици или помежду си).

Какви цели си поставихте и успяхте ли да ги постигнете? Дайте си оценка в листа с резултати за този тип работа.

Изчислете средната оценка за урока.

VII. Слайд 17. D / z: § 61, 62 пр. 45 (урок: ,)

VIII. Отражение.

Продължете фразата

Днес в клас

) Почувствах …
Разбрах …
Аз ще …

Физиката е наука за природата – тя ни показва колко велик е светът, в който живеем, но този свят е познаваем, което означава, че физиката дава на човека изключителна сила.

От мисълта за най-малките частици в крайна сметка се появиха всички предимства, които имаме днес: нови материали, телевизори, лазер, компютър. И основната идея за най-малките частици помогна да се разбере света от една гледна точка.

Момчета, нашият урок приключи. Бих искал да го завърша с думите на поговорката „Не е срамно да не знаеш, срамно е да не се научиш!”. И колко още неизвестно наоколо! Какво поле за любознателен ум. Така че стартирайте своя "вечен двигател" и тръгвайте!

Приложение 1.

Документ за оценка________________________________________________

	Вид работа
	Проверка на домашната работа
	Изучаване на нов материал
	Закотвяне
	Подготовка за GIA а) попълване на таблицата

С помощта на този видео урок всеки ще може самостоятелно да изучава темата „Съставът на атомното ядро. Масов номер. Номер на такса. Ядрени сили. По време на урока учителят ще говори за структурата на атома, както и ще проведе междинна сума за всички предишни уроци за структурата на атома.

Физика 9 клас

Тема: Структурата на атома и атомното ядро. Използване на енергията на атомните ядра

Урок 56 Масов номер. Зареждане

номер. ядрени сили

Ерюткин Евгений Сергеевич

учител по физика от най-висока категория GOU средно училище №1360

Москва

Здравейте! Днешният урок ще бъде посветен на въпрос, свързан с обсъждането на структурата на атомното ядро, числото на заряда, масовото число, ще говорим и за това какво представляват ядрените сили. Нашият урок е обобщаване на някакъв междинен резултат по всички изучавани преди това въпроси. Бих искал да кажа, че изучавахме въпроси, свързани със структурата на атома и структурата на ядрото. Затова днес ще говорим за това. Малко обобщение на предишни теми, предишни въпроси. Преди да стигнем до първия въпрос, ще поговорим за това. В предишния урок казахме, че Ръдърфорд в своите експерименти установи, че има такава частица като протон. След известно време, през 1932 г., Чадуик установява, че има друга частица, наречена неутрон. След това откритие, независимо един от друг, двама души, руският учен Иваненко и немският учен Хайзенберг, предложиха протонно-неутронен модел за структурата на атомното ядро. Според тази теория на Иваненко-Хайзенберг, ядрото на всеки атом съдържа протони и неутрони. Тези протони и неутрони заедно, тези, които са в ядрото на атома, беше решено да се нарекат нуклони. По този начин, "нуклон" (от лат. "ядро") -общо наименование за протони и неутрони. Тези частици, които имат заряд, и тези частици, които нямат заряд, неутрони, всички тези частици заедно се наричат ​​нуклони. Нека да говорим за нещо друго. Идеята за ядрен заряд е представена за първи път през 1913 г. от английския учен Хенри Мозли. Той предложи, че тъй като атомът е електрически неутрален, елементарното число, умножено по елементарния електрически заряд, е зарядът на ядрото. Как Мозли стигна до това заключение? Факт е, че броят на електроните в атома съответства на серийния номер. Това означава, че зарядът на всички електрони е произведение на серийния номер и заряда на един електрон. Тъй като положителен заряд е концентриран в ядрото, това означава, че същото може да се каже и за ядрото. Нека да разгледаме как дойде Мозлиточно до това, което наричаме номер на такса. Виж:

qаз = З . | д|

qаз- ядрен заряд

e - заряд на електрона

З- брой протони в ядрото, номер на заряда

Зарядът на число, според това твърдение, се определя като произведението на серийния номер и елементарния електрически заряд. В такъв случай д - това е зарядът на електрона, нарича се елементарен електрически заряд и се взема по модул, защото е ясно, че зарядът на ядрото е положителен. В този случай серийният номер започна да се нарича номер на заряда, серийният номер е числото, съответстващо на броя на протоните в ядрото. По този начин, когато говорим за серийния номер, можем да говорим за броя на протоните в ядрото. Следващото число, за което трябва да говорим, е масовото число. То, това число, се обозначава с буквата А и същото това число се взема от периодичната таблица и се закръглява до цели числа. Тогава можем да говорим за уравнението, което в целия свят се нарича уравнение на Иваненко-Хайзенберг. Това уравнение се състои от три числа: масовото число, числото на заряда и броя на неутроните. Нека видим как се пише и как се обозначават тези количества.

Уравнение на Иваненко-Хайзенберг

А =З + н

А е масовото число

З- сериен номер на елемента,

н- броят на неутроните в ядрото

Вижте: масовото число А показва колко нуклонивлиза в ядрото. Оказа се, че според периодичната таблица, определяйки масовото число на химичен елемент, ние определяме броя на нуклоните в ядрото на атома.

Z, както казахме, ще бъде серийният номер и броят на протоните в ядрото. N в този случай е броят на неутроните. По този начин можем да определим броя на неутроните, броя на протоните от това уравнение, като знаем масовото число и серийния номер. Тук е необходимо да се отбележи един важен момент. Факт е, че през 1913 г. друг учен Соди (помните, че този човек е работил с Ръдърфорд) установява интересно нещо. Установено е, че има химични елементи с абсолютно еднакви химични свойства, но различни масови числа. Елементи, които имат еднакви химични свойства, но различни масови числа, се наричат ​​изотопи. изотопи -Това са химични елементи със същите химични свойства, но с различна маса на атомните ядра.

Трябва също да се добави, че изотопите имат различна радиоактивност. Всичко това заедно доведе до изследване на този въпрос. Той показва изотопи на леки и тежки химически елементи. Да видим. Избрахме специално различни области на периодичната таблица, за да покажем, че почти всички химични елементи имат изотопи.

изотопи:

H - протийУ

Н - деутерийУ

Н - тритий

Водородът има три от тези изотопи. Първият изотоп Н се нарича протий. Моля, имайте предвид, че серийният номер е поставен отдолу, това е числото Z, а масовото число е изписано отгоре - това е числото A. Над A, под Z, и ако разберем, че това означава, че в ядрото на протиевият атом е най-простият химичен елемент, най-разпространеният във Вселената. Има само 1 протон и изобщо няма неутрони в това ядро. Има и втори вид водород - това е деутерий. Вероятно мнозина са чували тази дума. Моля, обърнете внимание: серийният номер е 1, а масовото число е 2. Така че ядрото на деутерий вече се състои от 1 протон и един неутрон. А има и друг изотоп на водорода. Нарича се тритий. Тритият е просто (пореден номер едно), а масовото число показва, че има 2 неутрона в ядрото на този изотоп. И друг елемент е уранът. Съвсем другата страна на периодичната таблица. Това вече са тежки елементи. Уранът има 2 общи изотопа. Това е уран 235. Серийният номер е 92, а масовият номер е 235. Веднага можете да говорите за това как ядрото на един елемент се различава от друг. Вторият изотоп: също сериен номер 92 и масов номер 238. Много често, когато се говори за изотопи, по-специално за уран, никога не казват серийния номер. Те просто казват "уран", назовават химичния елемент и казват масовото му число - 238. Или уран 235. Обсъждаме този въпрос по простата причина, че знаем колко важен е този химичен елемент днес за енергетиката на нашата страна и в общо за световната енергия като цяло.

Следващият въпрос, който трябва да засегнем, следва от казаното. Как тези частици, тези нуклони, се държат вътре в ядрото? Назовахме различни химични елементи, различни изотопи, особено за тежките елементи, където нуклони, т.е. протони и неутрони, много. Как, как се държат вътре в ядрото? Знаем, че в ядро ​​на малко разстояние размерът на ядрото е много, много малък, може да се съберат голям брой нуклонни частици. Как тези нуклони са там толкова плътно, плътно държани, от какви сили? Наистина, поради електростатичното отблъскване, тези частици трябва много бързо да се разпаднат, да се разпръснат. Знаем, че само противоположни заряди се привличат, частици, заредени с противоположни заряди. Ако частиците са заредени със същото име, е ясно, че трябва да се отблъснат. Вътре в ядрото има протони. Те са положително заредени. Размерът на ядрото е много малък. В същото ядро ​​има и неутрони, което означава, че трябва да има сили, които държат заедно тези и други частици. Тези сили се наричат ​​ядрени сили. Ядрените сили са привличащи сили, действащи между нуклони. Можем да кажем, че тези сили имат свои собствени специални свойства.

Първото свойство, за което трябва да говорим, е това ядрените сили трябва да надвишават силите на електростатичното отблъскване.И това е така, когато беше възможно да ги определим, се оказа, че те са 100 пъти по-големи от силите на електростатичното отблъскване. Друга много важна забележка е, че ядрените сили действат на кратко разстояние. Например, 10 -15 m - това е диаметърът на ядрото, тези сили действат. Но веднага щом размерът на ядрото се увеличи до 10 -14, което изглеждаше доста, това води до факта, че ядрото непременно ще се разпадне. На това разстояние ядрените сили вече не са активни. И силите на електростатичното отблъскване продължават да действат и именно те са отговорни за факта, че ядрото се разпада.

Друго нещо, което трябва да се каже за ядрените сили, е това те не са централни, т.е. те не действат по правата линия, свързваща тези частици. И фактът, че ядрените сили не зависят от това дали частицата има заряд или не, защото и протоните, и неутроните влизат в ядрото. Тези частици са заедно. И така, заключението е: тези частици, нуклони, се задържат в ядрото поради ядрени сили и тези сили действат само в ядрото. Може също да се отбележи, че ядрените сили са важни по отношение на ядрената стабилност. Отговорен за дълготрайността на съществуването на този елемент. В заключение можем да отбележим още нещо: когато говорим за енергия, именно тук ядрените сили ще играят основна роля. Ще говорим за това в следващите уроци. Довиждане.

Задача за урока.

1. Определете нуклонния състав на железните ядра (брой нуклони, протони, неутрони).

2. В ядрото на атом на химичен елемент има 22 протона и 26 неутрона. Назовете този химичен елемент.

3. Оценете силата на гравитационното взаимодействие между два неутрона в ядрото. Масата на неутрона е приблизително равна на 1,7 * 10 -27 kg, вземете разстоянието между неутроните, равно на 10 -15 m, стойността на гравитационната константа е 6,67 * 10-11 (N * m 2) / kg 2.

атомно ядрое централната част на атома, изградена от протони и неутрони (наричани заедно нуклони).

Ядрото е открито от Е. Ръдърфорд през 1911 г. при изучаване на пасажа α -частици през материята. Оказа се, че почти цялата маса на атома (99,95%) е концентрирана в ядрото. Размерът на атомното ядро ​​е от порядъка на 10 -1 3 -10 - 12 cm, което е 10 000 пъти по-малко от размера на електронната обвивка.

Планетарният модел на атома, предложен от Е. Ръдърфорд и неговото експериментално наблюдение на водородни ядра, изключени α -частици от ядрата на други елементи (1919-1920), доведоха учения до идеята за протон. Терминът протон е въведен в началото на 20-те години на XX век.

Протон (от гръцки. протони- първо, символ стр) е стабилна елементарна частица, ядрото на водороден атом.

протон- положително заредена частица, чийто заряд е равен по абсолютна стойност на заряда на електрона д\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Масата на протона е 1836 пъти по-голяма от масата на електрона. Маса на покой на протон m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Втората частица в ядрото е неутрон.

Неутрон (от лат. кастратен- нито едното, нито другото, символ н) е елементарна частица, която няма заряд, тоест неутрална.

Масата на неутрона е 1839 пъти по-голяма от масата на електрона. Масата на неутрона е почти равна на (малко по-голяма от) тази на протона: масата на покой на свободния неутрон m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu и надвишава масата на протона с 2,5 електронни маси. Неутрон, заедно с протона под общото име нуклоне част от атомното ядро.

Неутронът е открит през 1932 г. от Д. Чадуиг, ученик на Е. Ръдърфорд, по време на бомбардирането с берилий α -частици. Полученото лъчение с висока проникваща способност (преодоляваше препятствие от оловна плоча с дебелина 10–20 cm) засилва ефекта си при преминаване през парафиновата плоча (виж фигурата). Оценката на енергията на тези частици от следите в облачната камера, направена от Жолио-Кюри, и допълнителни наблюдения позволиха да се изключи първоначалното предположение, че това γ - кванти. Голямата проникваща сила на новите частици, наречени неутрони, се обяснява с тяхната електрическа неутралност. В крайна сметка заредените частици активно взаимодействат с материята и бързо губят енергията си. Съществуването на неутрони е предсказано от Е. Ръдърфорд 10 години преди експериментите на Д. Чадуиг. При удар α -частици в ядрата на берилия, протича следната реакция:

Ето символа на неутрона; зарядът му е равен на нула, а относителната атомна маса е приблизително равна на единица. Неутронът е нестабилна частица: свободен неутрон за време от ~ 15 минути. се разпада на протон, електрон и неутрино - частица, лишена от маса на покой.

След откриването на неутрона от Дж. Чадуик през 1932 г., Д. Иваненко и В. Хайзенберг независимо предлагат протон-неутронен (нуклонен) модел на ядрото. Според този модел ядрото се състои от протони и неутрони. Брой на протоните Зсъвпада с поредния номер на елемента в таблицата на Д. И. Менделеев.

Основен заряд Вопределя се от броя на протоните З, които са част от ядрото, и е кратно на абсолютната стойност на заряда на електрона д:

Q = + Ze.

номер ЗНаречен номер на ядрен зарядили атомно число.

Масов номер на ядрото НОнаречен общият брой на нуклоните, т.е. съдържащите се в него протони и неутрони. Броят на неутроните в ядрото се обозначава с буквата н. Значи масовото число е:

A = Z + N.

На нуклоните (протон и неутрон) се приписва масово число, равно на единица, а на електрона се приписва нулева стойност.

Идеята за състава на ядрото също беше улеснена от откритието изотопи.

Изотопи (от гръцки. isosравни, еднакви и topoa- място) - това са разновидности на атоми на един и същ химичен елемент, чиито атомни ядра имат еднакъв брой протони ( З) и различен брой неутрони ( н).

Ядрата на такива атоми се наричат ​​още изотопи. Изотопите са нуклидиедин елемент. Нуклид (от лат. ядро- ядро) - всяко атомно ядро ​​(съответно атом) с дадени номера ЗИ н. Общото обозначение на нуклидите е ……. където х- символ на химичен елемент, A=Z+N- масово число.

Изотопите заемат същото място в периодичната таблица на елементите, откъдето идва и тяхното име. Като правило изотопите се различават значително по своите ядрени свойства (например по способността им да влизат в ядрени реакции). Химичните (и почти еднакво физични) свойства на изотопите са еднакви. Това се обяснява с факта, че химичните свойства на елемента се определят от заряда на ядрото, тъй като именно този заряд влияе върху структурата на електронната обвивка на атома.

Изключение правят изотопите на леките елементи. Изотопи на водорода 1 Х — протий, 2 Х— деутерий, 3 Х — тритийте се различават толкова много по маса, че техните физични и химични свойства са различни. Деутерият е стабилен (т.е. не е радиоактивен) и е включен като малък примес (1: 4500) в обикновения водород. Деутерият се комбинира с кислород, за да образува тежка вода. Кипи при нормално атмосферно налягане при 101,2°C и замръзва при +3,8°C. тритий β е радиоактивен с период на полуразпад от около 12 години.

Всички химични елементи имат изотопи. Някои елементи имат само нестабилни (радиоактивни) изотопи. За всички елементи са получени изкуствено радиоактивни изотопи.

Изотопи на уран.Елементът уран има два изотопа – с масови числа 235 и 238. Изотопът е само 1/140 от по-разпространения.

Протонно-електронна теория

До началото на $1932$ бяха известни само три елементарни частици: електрон, протон и неутрон. Поради тази причина се приемаше, че ядрото на атома се състои от протони и електрони (протон-електронна хипотеза). Смяташе се, че съставът на ядрото с номер $Z$ в периодичната система от елементи на Менделеев и масовото число $A$ включва $A$ протони и $Z-A$ неутрони. В съответствие с тази хипотеза, електроните, които са били част от ядрото, действат като „циментиращ“ агент, с помощта на който положително заредените протони се задържат в ядрото. Привържениците на протонно-електронната хипотеза за състава на атомното ядро ​​вярваха, че $\beta ^-$ - радиоактивност - е потвърждение на правилността на хипотезата. Но тази хипотеза не беше в състояние да обясни резултатите от експеримента и беше отхвърлена. Една от тези трудности беше невъзможността да се обясни фактът, че спинът на азотното ядро ​​$^(14)_7N$ е равен на единицата $(\hbar)$. Според хипотезата за протон-електрон азотното ядро ​​$^(14)_7N$ трябва да се състои от $14$ протони и $7$ електрони. Спинът на протоните и електроните е равен на $1/2$. Поради тази причина ядрото на азотния атом, което според тази хипотеза се състои от $21$ частици, трябва да има спин $1/2,\ 3/2,\ 5/2,\dots 21/2$. Това несъответствие между протонно-електронната теория се нарича "азотна катастрофа". Също така беше неразбираемо, че в присъствието на електрони в ядрото, неговият магнитен момент има малък магнитен момент в сравнение с магнитния момент на електрона.

За $1932$ Дж. Чадуик открива неутрона. След това откритие Д. Д. Иваненко и Е. Г. Гапон излагат хипотеза за протонно-неутронната структура на атомното ядро, която е разработена подробно от В. Хайзенберг.

Забележка 1

Протонно-неутронният състав на ядрото се потвърждава не само от теоретични заключения, но и директно от експерименти за разделяне на ядрото на протони и неутрони. Сега е общоприето, че атомното ядро ​​се състои от протони и неутрони, които също се наричат нуклони(от лат ядроядро, зърно).

Структурата на атомното ядро

Ядрое централната част на атома, в която са концентрирани положителният електрически заряд и основната част от масата на атома. Размерите на ядрото, в сравнение с орбитите на електроните, са изключително малки: $10^(-15)-10^(-14)\ m$. Ядрата са съставени от протони и неутрони, които са почти еднакви по маса, но само протонът носи електрически заряд. Общият брой на протоните се нарича атомно число $Z$ на атома, което е същото като броя на електроните в неутралния атом. Нуклоните се държат в ядрото от големи сили, по своята природа тези сили не са нито електрически, нито гравитационни и по величина са много по-големи от силите, които свързват електроните с ядрото.

Според протонно-неутронния модел на структурата на ядрото:

• ядрата на всички химични елементи се състоят от нуклони;
• зарядът на ядрото се дължи само на протони;
• броят на протоните в ядрото е равен на поредния номер на елемента;
• броят на неутроните е равен на разликата между масовото число и броя на протоните ($N=A-Z$)

Протонът ($^2_1H\ или\ p$) е положително заредена частица: зарядът му е равен на заряда на електрон $e=1.6\cdot 10^(-19)\ Cl$, а масата му на покой е $ m_p=1,627\cdot 10^( -27)\kg$. Протонът е ядрото на нуклона на водородния атом.

За да се опростят записите и изчисленията, масата на ядрото често се определя в атомни единици за маса (a.m.u.) или в единици енергия (чрез записване на съответната енергия $E=mc^2$ вместо маса в електрон волтове). Единицата за атомна маса е $1/12$ от масата на въглеродния нуклид $^(12)_6C$. В тези единици получаваме:

Протонът, подобно на електрона, има свой собствен ъглов импулс - спин, който е равен на $1/2$ (в единици от $\hbar $). Последният във външно магнитно поле може да се ориентира само по такъв начин, че неговата проекция и посоки на полето да са равни на $+1/2$ или $-1/2$. Протонът, подобно на електрона, е обект на квантовата статистика на Ферми-Дирак, т.е. принадлежи на фермиони.

Протонът се характеризира със собствен магнитен момент, който за частица със спин $1/2$, заряд $e$ и маса $m$ е равен на

За един електрон неговият собствен магнитен момент е равен на

За да се опише магнетизма на нуклоните и ядрата, се използва ядреният магнетон ($1836$ пъти по-малък от магнетона на Бор):

Първоначално се смяташе, че магнитният момент на протона е равен на ядрения магнетон, т.к. масата му е $1836$ пъти масата на електрона. Но измерванията показаха, че всъщност присъщият магнитен момент на протона е $2,79$ пъти по-голям от този на ядрения магнетрон, има положителен знак, т.е. посоката съвпада със завъртането.

Съвременната физика обяснява тези разногласия с факта, че протоните и неутроните се трансформират взаимно и за известно време остават в състояние на дисоциация в $\pi ^\pm $ - мезон и друг нуклон със съответния знак:

Масата на покой на $\pi ^\pm $ - мезона е $193,63$ MeV, така че неговият собствен магнитен момент е $6,6$ пъти по-голям от ядрения магнетон. В измерванията се появява някаква ефективна стойност на магнитния момент на протона и $\pi ^+$ -- на мезонната среда.

Неутрон ($n$) -- електрически неутрална частица; неговата маса на покой

Въпреки че неутронът е лишен от заряд, той има магнитен момент $\mu _n=-1,91\mu _Я$. Знакът "$-$" показва, че зад посоката магнитният момент е противоположен на спина на протона. Магнетизмът на неутрона се определя от ефективната стойност на магнитния момент на частиците, в които той е в състояние да се дисоциира.

В свободно състояние неутронът е нестабилна частица и се разпада произволно (период на полуразпад $12$ min): излъчвайки $\beta $ -- частица и антинеутрино, той се превръща в протон. Схемата на неутронния разпад е написана в следната форма:

За разлика от вътрешноядрения разпад на $\beta $ неутрона -- разпадът принадлежи както на вътрешния разпад, така и на физиката на елементарните частици.

Взаимната трансформация на неутрона и протона, равенството на спиновете, приближаването на масите и свойствата дават основание да се предположи, че става дума за две разновидности на една и съща ядрена частица - нуклона. Протонно-неутронната теория се съгласува добре с експерименталните данни.

Като съставни части на ядрото, протоните и неутроните се намират в множество реакции на делене и синтез.

При произволно и частично делене на ядра се наблюдават и потоци от електрони, позитрони, мезони, неутрино и антинеутрино. Масата $\beta $ на частица (електрон или позитрон) е $1836$ пъти по-малка от масата на нуклон. Мезони - положителни, отрицателни и нулеви частици - заемат междинно място по маса между $\beta $ - частици и нуклони; животът на такива частици е много кратък и възлиза на милионни от секундата. Неутрино и антинеутрино са елементарни частици, чиято маса на покой е нула. Въпреки това, електроните, позитроните и мезоните не могат да бъдат съставни части на ядрото. Тези леки частици не могат да бъдат локализирани в малък обем, който е ядро ​​с радиус $\sim 10^(-15)\ m$.

За да докажем това, ние дефинираме енергията на електрическото взаимодействие (например електрон с позитрон или протон в ядрото)

и го сравни със собствената енергия на електрона

Тъй като енергията на външното взаимодействие надвишава собствената енергия на електрона, той не може да съществува и да запази собствената си индивидуалност, в условията на ядрото ще бъде унищожен. Друга ситуация с нуклони, тяхната собствена енергия е повече от $900 $ MeV, така че те могат да запазят характеристиките си в ядрото.

Светлинните частици се излъчват от ядрата в процеса на прехода им от едно състояние в друго.

Съставът на атомното ядро
Общият брой нуклони в дадено ядро
наречено масово число, обозначено
Броят на протоните в ядрото се нарича
номер на такса, обозначен
(равна е на номера на химичния елемент)
Броят на неутроните в ядрото е обозначен
Ядрото на атома се обозначава по същия начин като
съответния химичен елемент,
поставяйки пред него в горната част - масово число,
и по-долу е номерът на таксата
207
Например: 235
Pb
82
92
У

Протонно-неутронен модел на ядрото
1
1
стр
протон
+
Ядро
Z е броят на протоните в ядрото
N е броят на неутроните в ядрото
m p mN 1a.u.m.
аз ядро
неутрон 1
0
н
A \u003d Z + N - масово число
A \u003d M (закръгля до цяло число)
Колко протона и неутрона има в ядрото на урановия изотоп?
А) 235
92
У
А=235
Б) 238
Z=92
92
N=A-Z=235-92=143
У
А=238
Z=92
N=A-Z=238-92=146

изотопи

За същия химичен елемент
Има атоми с различни маси
ядра.
Ядра със същия заряд, но различни маси
наречени изотопи.
Изотопи (от гръцките думи isos - същото и topos
– място) имат същия сериен номер в
периодичната таблица
Изотопите имат еднакъв брой протони, но различни
броя на неутроните.
изотопи
физически
3 имота
1 имат различни
2
Например:
водородът1 има три изотопа
1
1
Х
протий
Х
Х
деутерий
тритий

99,985%
0,015%
Естествен изотопен състав на H
10 15 10 16%

17
Известен от 1906 г
35
17
кл
кл
37
17
М = 35,457
кл
92
У
239
92
У
234
92
У
235
92
У
238
92
У
М = 238,0289

Какви сили осигуряват стабилността на атомното ядро?

Отговор: Гравитационни сили
Отговорът е неправилен, тъй като тези сили
много по-малко електростатични сили
отблъскване между протоните.
Съвременните учени да обяснят
стабилност на ядрото използвайте концепцията
ядрени сили
Ядрените сили са действащи сили
между нуклони в ядрото и осигуряване
наличието на стабилни ядра
Ядрените сили са силни
взаимодействие

Свойства на ядрените сили

Ядрените сили са сили на привличане, тъй като те
задържат нуклони вътре в ядрото (с много силни
приближаването на нуклони, ядрените сили между тях имат
отблъскващ характер).
Ядрените сили не са електрически сили, тъй като те
действат не само между протоните, но и между
заредени неутрони, а не гравитационни,
които са твърде малки, за да обяснят ядрените ефекти.
Изследване на степента на свързване на нуклони в различни ядра
показват, че ядрените сили имат свойството
насищане, подобно на валентността на химичните сили.
В съответствие с това свойство на ядрените сили, едно
и един и същ нуклон не взаимодейства с всички
други нуклони на ядрото, но само с няколко
съседен.

Свойства на ядрените сили

Най-важното свойство на ядрените сили е техният заряд
независимост, тоест идентичност на трите типа
ядрено взаимодействие: между два протона, между
протон и неутрон и между два неутрона.
Зоната на действие на ядрените сили е незначителна.
Радиусът им на действие е 10 -13 м. На големи разстояния
няма ядрено взаимодействие между частиците.
Ядрените сили (в района, където действат) са много
интензивен. Интензивността им е много по-голяма
интензитет на електромагнитните сили, тъй като ядрените сили
задържат вътре в ядрото, подобно заредени протони,
отблъсквайки се взаимно с огромни
електрически сили.
С увеличаване на разстоянието те намаляват много бързо.
(на разстояние 1,4 10 15 m действието им може
пренебрегване)

Разрешаване на проблем
1. Колко нуклона съдържат ядра:
6
3
Ли
64
29
108
47
Cu
Ag
207
82
Pb
2. Определете нуклонния състав на ядрата:
4
2
Той
16
8
О
79
34
Se
3. Назовете химичния елемент в атомното ядро
който съдържа нуклони:
НО). 7p + 7n
14
7
н
Б). 18p + 22n 40 Ar
18
IN). 33p+42n
75
33
G). 84p+126n
210
84
Като
По

РАДИОАКТИВНОСТ

Откриване на рентгенови лъчи
даде тласък на нови
изследвания. Тяхното изследване доведе до нови открития, едно
от които е откриването на радиоактивността.
Около средата на ХIХ
започна да се появява
експериментални факти, които поставят под въпрос
идеи за неделимостта на атомите. Резултатите от тези
експерименти предполагат, че атомите имат
сложна структура и че те включват електрически
заредени частици.
Най-ярката
комплекс
структурата на атома беше
откриване на явление
произведена радиоактивност
Френският физик Анри
Бекерел през 1896 г.

Учените стигнаха до заключението, че
радиоактивността е
спонтанен процес, който протича в атомите
радиоактивни елементи. Сега тези явления
се определя като спонтанна трансформация
нестабилен изотоп на един химичен елемент
към изотоп на друг елемент; докато се случва
излъчване на електрони, протони, неутрони или
хелиеви ядра (α-частици).

За 10 години съвместна работа
свършиха много добра работа
много за изследване
явления
радиоактивност.
Беше безкористно
работа в името на науката
лошо оборудвани
лаборатории и
липса на необходимото
финансови средства.
Мария и Пиер Кюри в лабораторията

а - лъчи
- лъчи
б - лъчи

а - частица - ядрото на хелиев атом. а-лъчи
имат най-малко проникващи
способност. Слой хартия прибл.
0,1 мм вече не е прозрачен за тях. Слаба
отклонен в магнитно поле.
При a-частица за всяка от двете
има два елементарни заряда
атомни единици маса. Ръдърфорд
доказа, че по време на радиоактивен а - разпад
образува се хелий.

β - частиците са електрони,
се движат със скорости много
близка до скоростта на светлината. Те силно
отклоняват както магнитно, така и
електрическо поле. β - лъчите са много
по-малко се абсорбира по време на преминаване
чрез материята. алуминиева плоча
напълно ги отлага само когато
с дебелина няколко милиметра.

- лъчите са
електромагнитни вълни. От тяхна собствена
свойства много приличат
рентгенова, но само тяхната проникваща
много повече способности от
рентгенови лъчи. Не е отхвърлен
магнитно поле. имат най-много
проникваща способност. оловен слой
1 см дебелина не е за тях
непреодолима бариера. При преминаване
- лъчи през такъв слой ги водят
интензивността е само наполовина.

Излъчване на α - и b - радиация, атоми
промяна на радиоактивни елементи,
превръщайки се в атоми на нов елемент.
В този смисъл излъчването на радиоактивни
радиацията се нарича радиоактивен разпад.
Правила, определящи изместване
елемент в периодичната система, причинен от
разпадането се наричат ​​правила за изместване.

а - разпад
- разпад
b-разпад

а - наречен разпад
спонтанен разпад на атомно ядро ​​в
а – частица (ядро на хелиев атом 24 He) и ядрен продукт. Продуктът с a-разпад се оказва
измести две клетки в началото
периодична система на Менделеев.
М
З
х
M4
Z2
Y Той
4
2

b - разпад се нарича
спонтанна трансформация на атома
ядрото чрез излъчване на електрон. ядро -
бета разпад продукт е ядрото
един от изотопите на елемент с порядък
номер в периодичната таблица за единица
голям сериен номер на оригинала
ядра.
М
З
X Y д
М
Z1
0
1

- радиацията не е придружена
промяна на таксата; масата на ядрото се променя
пренебрежимо малко.
М
З
X Y
М
З
0
0

радиоактивен разпад -
радиоактивен (спонтанен)
трансформация на първоначалното (родителско) ядро
в нови (подчинени) ядра.
За всяко радиоактивно вещество
има определен интервал
времето, през което
активността е наполовина.

Времето на полуразпад Т е
времето, през което
половината се разпада
пари в брой
радиоактивни атоми.
N0 е броят на радиоактивните атоми в
начален момент във времето.
N е броят на неразложилите се атоми в
всеки момент от времето.