Sujet : La composition du noyau atomique. Forces nucléaires.

Le but de la leçon: familiariser les étudiants avec les caractéristiques de la structure du noyau atomique.

Objectifs de la leçon:

Éducatif:

) Répéter, généraliser et approfondir les connaissances sur la composition des noyaux atomiques ;

) Former le concept de "isotopes de substances" ;

) Former le concept de "l'énergie nucléaire" ;

) Étudier les propriétés des forces nucléaires ;

Développement:

) Développer la capacité à effectuer des opérations mentales : analyse, synthèse, systématisation, comparaison, concrétisation ;

) Développer un intérêt pour la physique;

) Montrer le lien entre les connaissances théoriques et la pratique ;

) Enseigner comment utiliser le système périodique de Mendeleïev pour déterminer la composition du noyau atomique ;

) Poursuivre la formation de la capacité d'appliquer les connaissances théoriques dans la résolution de problèmes;

) Contribuer au développement de la pensée flexible des étudiants;

) Favoriser le développement de l'attention des élèves ;

Éducateurs :

) L'éducation d'une image holistique du monde ;

) Développer la capacité d'utiliser les connaissances acquises par les élèves dans l'étude d'autres matières.

Matériel : Système périodique de Mendeleïev, présentation pour la leçon, polycopié.

Épigraphe à la leçon :

"L'intelligence ne réside pas seulement dans les connaissances, mais aussi dans la capacité d'appliquer les connaissances dans la pratique"

Aristote.

Pendant les cours.

I. Moment organisationnel.

L'ancien philosophe grec Aristote a déclaré que "l'esprit consiste non seulement en la connaissance, mais aussi en la capacité d'appliquer la connaissance dans la pratique". Que ces mots, prononcés au 4ème siècle avant JC, deviennent la devise de notre leçon d'aujourd'hui. (Diapositive 1)

II. Étape de vérification des devoirs

Premier sondage :

1. Qui a été le premier à émettre l'hypothèse que le noyau de l'atome d'hydrogène fait partie des noyaux atomiques de tous les éléments chimiques ? (physicien anglais Ernest Rutherford)

2. En quelle année les faits confirmant la validité de cette hypothèse ont-ils été obtenus ? (En 1919, lors de l'observation de l'interaction des particules α avec les noyaux des atomes d'azote)

3. Quel est l'autre nom du noyau d'un atome d'hydrogène ? (proton du mot grec protos - premier)

4. Grâce à l'invention, quel appareil a finalement prouvé l'existence du proton ? (Chambre Wilson)

5. Écrivez au tableau la désignation symbolique du proton (11H, 11p)

6. À propos de l'existence de quelles particules incluses dans le noyau atomique en 1920, Ernest Rutherford a suggéré? (neutron)

7. Par qui et quand cette hypothèse a-t-elle été prouvée ? (en 1932 - physicien anglais James Chadwig (élève de Rutherford))

8. Écrivez au tableau la désignation symbolique du neutron (10n).

Prenez les fiches d'évaluation (Annexe 1) et évaluez-vous pour cette étape de la leçon

III. L'étape d'apprentissage du nouveau matériel.

1. Chacun devrait, au moins en termes généraux, imaginer comment fonctionne le monde dans lequel il vit. Par conséquent, il est important de savoir que le monde est connaissable, qu'à mesure que la connaissance s'approfondit, l'image du monde se complique.

Les gars, qu'en pensez-vous, de quoi allons-nous parler à la leçon aujourd'hui ?

Et je pense que nous allons étudier la structure de l'atome.)

Oui, nous poursuivrons nos travaux sur l'étude de la structure du noyau atomique. Le sujet de notre leçon : « La structure du noyau atomique. Forces nucléaires. Notez le sujet de la leçon dans votre cahier (Diapositive 2).

Essayons de définir les buts et les objectifs de la leçon.

(Etudiez la structure des noyaux atomiques. Quelles forces retiennent les particules qui composent les noyaux) (Diapositive 3)

Il y a une année dans l'histoire de la physique moderne qui s'appelle "l'année des miracles". Nous sommes en 1932. L'un de ses "miracles" a été la découverte du neutron et la création d'un modèle neutron-proton du noyau atomique (par des physiciens soviétiques - et Gapon; physicien allemand - Werner Heisenberg; physicien italien - Majorana).

Le noyau a la forme d'une boule R ≈ 10-15 m, environ 99,96% de la masse totale de l'atome y est concentrée, ρ = 2,7∙1017 kg/m³.

Proton : p (1919), durée de vie 10³¹ ans, m = 1836.2me, qp = +e

Neutron : n, q=0, durée de vie hors noyau 15 min, m=1838.7me

Vadim Skorobogatko nous a préparé un message sur la composition du noyau atomique.

Ces deux particules sont souvent aussi appelées nucléons. (Diapositive 4.)

Tout élément chimique est désigné conditionnellement - X (Diapositive 5).

Le nombre de particules qui composent le noyau atomique est appelé le nombre de masse et est noté A. (Diapositive 6).

Le nombre de protons dans le noyau est appelé le nombre de charge et est noté Z. (Diapositive 7)

Le nombre de neutrons qui composent le noyau est noté N.

A= N + Z (Diapositive 8).

2. Une étude plus approfondie des noyaux atomiques a conduit à la découverte que les atomes d'un même élément chimique peuvent avoir des noyaux de masses différentes.

De plus, tous ces atomes avaient les mêmes propriétés chimiques et, par conséquent, avaient la même charge nucléaire. Si les charges des noyaux sont les mêmes, alors ils ont le même numéro de série dans le tableau, c'est-à-dire qu'ils occupent la même cellule dans le tableau.

(Diapositive 9). Toutes les variétés d'un élément chimique sont appelées isotopes.

Il a maintenant été prouvé expérimentalement que presque tous les éléments chimiques ont des isotopes.

Par exemple:

11H - protium 21H - deutérium 31H - tritium.

La présence de quelles particules qui composent le noyau est différente pour les isotopes ? (neutrons)

C'est la présence d'un nombre différent de neutrons dans les noyaux des isotopes qui est à l'origine des diverses propriétés physiques des produits chimiques, qui seront étudiées plus en détail en 11e année.

3. L'hypothèse sur la composition proton-neutron du noyau atomique a été confirmée, mais la question suivante se pose : pourquoi le noyau ne se brise-t-il pas en particules séparées ?

Pour répondre à la question posée, rappelons le matériel précédemment étudié :

Entre tous les corps ayant une masse, il y a une attraction mutuelle. La force gravitationnelle est calculée selon la loi de la gravitation universelle : F=Gm1m2/r2.

Les protons qui composent le noyau ont une charge positive, ce qui signifie qu'une répulsion se produit entre eux, de plus, la force de répulsion électrique est 1039 fois supérieure à la force d'attraction gravitationnelle. Ce n'est que de ce fait que nous pouvons conclure qu'entre les particules qui composent le noyau, il existe une interaction encore plus forte que l'interaction électrique, sinon les protons qui composent le noyau se diffusent à grande vitesse.

Les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'il existe dans la nature un autre type d'interaction, appelée forte.

(Diapositive 10). Les forces d'attraction entre les particules qui composent le noyau sont appelées nucléaires.

(Diapositive 11). Propriétés des forces nucléaires :

Ø ne sont que des forces d'attraction ;

Ø est plusieurs fois supérieur aux forces de Coulomb ;

Ø ne dépendent pas de la présence d'une charge ;

Ø courte portée : perceptible à une distance r ≈ 2,2∙10 -15 m ;

Ø interagir avec un nombre limité de nucléons (propriété de saturation).

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Nom de la substance

Nombre de masse, A

Numéro d'imputation, Z

Nombre de neutrons, N

Germanium

Vérifiez comment vous avez accompli la tâche et notez-vous dans la feuille d'évaluation pour ce type de travail.

2. Diapositive 14. Déterminez l'élément chimique manquant.

Diapositive 15. Vérifiez comment vous avez accompli la tâche et évaluez-vous sur la feuille de pointage pour ce type de travail.

mg

N / A

Li

C

O

3. Invente des questions pour la grille de mots croisés (Option 1 - pour les mots situés horizontalement, option 2 - pour les mots situés verticalement) (Annexe 1)

Donnez-vous une note sur la feuille de pointage pour ce type de travail.

VI. Résumé de la leçon

Terminer la phrase:

1. Un atome de n'importe quel élément chimique se compose de ...

2. Le noyau de tout élément chimique est constitué de ...

3. La somme des protons et des neutrons s'appelle ..., dans le système périodique, le nombre de masse est ....

4. Dans le système périodique, le nombre de protons dans le noyau est ..., et s'appelle ....

5. Le nombre de neutrons dans le noyau est ... (la différence entre les nombres de masse et de charge)

6. Les protons et les neutrons sont retenus dans le noyau .... (forces nucléaires)

7. Les isotopes sont ... (variétés du même élément chimique, différant par la masse des noyaux atomiques).

8. L'énergie de liaison est ... (l'énergie nécessaire pour diviser le noyau en nucléons individuels).

9. Une réaction nucléaire s'appelle ... (changement de noyaux atomiques lors de leur interaction avec des particules élémentaires ou entre eux).

Quels objectifs vous êtes-vous fixés et avez-vous réussi à les atteindre ? Donnez-vous une note sur la feuille de pointage pour ce type de travail.

Calculez la note moyenne de la leçon.

VII. Diapositive 17. D/z : § 61, 62 ex. 45 (tutoriel : ,)

VIII. Réflexion.

Continuer la phrase

Aujourd'hui en classe

) J'ai senti …
Je comprends …
Je vais …

La physique est la science de la nature - elle nous montre à quel point le monde dans lequel nous vivons est grand, mais ce monde est connaissable, ce qui signifie que la physique donne à une personne une force extraordinaire.

De la pensée des plus petites particules, à la fin, tous les avantages que nous avons aujourd'hui sont apparus : de nouveaux matériaux, des téléviseurs, un laser, un ordinateur. Et l'idée principale des plus petites particules a aidé à comprendre le monde d'un point de vue unique.

Les gars, notre leçon est terminée. Je voudrais le terminer par les mots du proverbe "Ce n'est pas une honte de ne pas savoir, c'est une honte de ne pas apprendre !". Et combien plus inconnu autour ! Quel domaine pour un esprit curieux. Alors démarrez votre "machine à mouvement perpétuel" et c'est parti !

Pièce jointe 1.

Document d'évaluation__________________________________________________

	Type de travail
	Vérification des devoirs
	Apprendre du nouveau matériel
	Ancrage
	Préparation au GIA a) remplir le tableau

À l'aide de ce didacticiel vidéo, chacun pourra étudier de manière indépendante le sujet «La composition du noyau atomique. Numéro en vrac. Numéro d'imputation. Forces nucléaires. Pendant la leçon, l'enseignant parlera de la structure de l'atome et effectuera un sous-total pour toutes les leçons précédentes sur la structure de l'atome.

Physique 9e année

Sujet : La structure de l'atome et le noyau atomique. Utilisation de l'énergie des noyaux atomiques

Leçon 56 Numéro en vrac. Charge

Numéro. forces nucléaires

Yeryutkin Evgeny Sergeevich

professeur de physique de la catégorie la plus élevée GOU école secondaire №1360

Moscou

Bonjour! La leçon d'aujourd'hui sera consacrée à une question liée à la discussion de la structure du noyau atomique, du nombre de charge, du nombre de masse, nous parlerons également de ce que sont les forces nucléaires. Notre leçon est un résumé de certains résultats intermédiaires sur toutes les questions précédemment étudiées. Je voudrais dire que nous avons étudié des questions liées à la structure de l'atome et à la structure du noyau. Par conséquent, aujourd'hui, nous en parlerons. Un résumé des sujets précédents, des questions précédentes. Avant de passer à la première question, nous allons en parler. Dans la leçon précédente, nous avons dit que Rutherford dans ses expériences a établi qu'il existe une particule telle qu'un proton. Quelque temps plus tard, en 1932, Chadwick a établi qu'il y avait une autre particule appelée le neutron. Après cette découverte, indépendamment l'une de l'autre, deux personnes, le scientifique russe Ivanenko et le scientifique allemand Heisenberg, ont proposé un modèle proton-neutron pour la structure du noyau atomique. Selon cette théorie d'Ivanenko-Heisenberg, le noyau de tout atome contient des protons et des neutrons. Ces protons et ces neutrons réunis, ceux qui sont dans le noyau d'un atome, on a décidé de les appeler nucléons. De cette façon, "nucléon" (du lat. "noyau") - nom commun des protons et des neutrons. Ces particules qui ont une charge, et ces particules qui n'ont pas de charge, les neutrons, toutes ces particules ensemble sont appelées nucléons. Parlons d'autre chose. L'idée d'une charge nucléaire a été avancée pour la première fois en 1913 par le scientifique anglais Henry Moseley. Il a proposé que, puisque l'atome est électriquement neutre, le nombre élémentaire multiplié par la charge électrique élémentaire est la charge du noyau. Comment Moseley est-il arrivé à cette conclusion ? Le fait est que le nombre d'électrons dans un atome correspond au numéro de série. Cela signifie que la charge de tous les électrons est le produit du numéro de série et de la charge d'un électron. Puisqu'une charge positive est concentrée dans le noyau, cela signifie que l'on peut en dire autant du noyau. Voyons comment c'est venu Mosley précisément à ce que nous appelons le numéro de charge. Voir:

qje = Z . | e|

qje- charge nucléaire

e - charge électronique

Z- nombre de protons dans le noyau, numéro de charge

La charge d'un nombre, selon cet énoncé, est définie comme le produit du numéro de série et de la charge électrique élémentaire. Dans ce cas e - c'est la charge de l'électron, on l'appelle la charge électrique élémentaire, et on la prend modulo, car il est clair que la charge du noyau est positive. Dans ce cas, le numéro de série a commencé à s'appeler le numéro de charge, le numéro de série est le numéro correspondant au nombre de protons dans le noyau. Ainsi, quand on parle de numéro de série, on peut parler du nombre de protons dans le noyau. Le nombre suivant dont il faut parler est le nombre de masse. Il, ce nombre, est désigné par la lettre A, et ce même nombre est tiré du tableau périodique et arrondi aux nombres entiers. Ensuite, nous pouvons parler de l'équation, qui s'appelle l'équation d'Ivanenko-Heisenberg partout dans le monde. Cette équation est composée de trois nombres : le nombre de masse, le nombre de charge et le nombre de neutrons. Voyons comment cela s'écrit et comment ces quantités sont notées.

Équation d'Ivanenko-Heisenberg

Un =Z + N

A est le nombre de masse

Z- le numéro de série de l'élément,

N- le nombre de neutrons dans le noyau

Regardez : le nombre de masse A indique combien nucléons pénètre dans le noyau. Il s'est avéré que, selon le tableau périodique, déterminant le nombre de masse d'un élément chimique, nous déterminons le nombre de nucléons dans le noyau d'un atome.

Z, comme nous l'avons dit, sera le numéro de série et le nombre de protons dans le noyau. N dans ce cas est le nombre de neutrons. Ainsi, nous pouvons déterminer le nombre de neutrons, le nombre de protons à partir de cette équation, connaissant le nombre de masse et le numéro de série. Ici, il est nécessaire de noter un point important. Le fait est qu'en 1913 un autre scientifique Soddy (vous vous souvenez que cet homme travaillait avec Rutherford) a établi une chose intéressante. Il a été constaté qu'il existe des éléments chimiques ayant exactement les mêmes propriétés chimiques, mais des nombres de masse différents. Les éléments qui ont les mêmes propriétés chimiques mais des nombres de masse différents sont appelés isotopes. Isotopes - Ce sont des éléments chimiques avec les mêmes propriétés chimiques, mais avec des masses différentes de noyaux atomiques.

Il convient également d'ajouter que les isotopes ont une radioactivité différente. Tout cela a conduit à l'étude de cette question. Il montre les isotopes des éléments chimiques légers et lourds. Voyons voir. Nous avons choisi des zones spécialement différentes du tableau périodique pour montrer que presque tous les éléments chimiques ont des isotopes.

Isotopes :

H - protiumtu

H - deutériumtu

H-tritium

L'hydrogène a trois de ces isotopes. Le premier isotope H est appelé protium. Veuillez noter que le numéro de série est placé en dessous, c'est le numéro Z, et le numéro de masse est écrit en haut - c'est le numéro A. Au-dessus de A, en dessous de Z, et si nous comprenons que cela signifie que dans le noyau du atome de protium l'élément chimique le plus simple, le plus répandu dans l'univers. Il n'y a qu'un seul proton et il n'y a pas du tout de neutrons dans ce noyau. Il existe un deuxième type d'hydrogène - c'est le deutérium. Probablement beaucoup ont entendu ce mot. Remarque : le numéro de série est 1 et le nombre de masse est 2. Ainsi, le noyau de deutérium est déjà constitué d'un proton et d'un neutron. Et il y a un autre isotope de l'hydrogène. C'est ce qu'on appelle le tritium. Le tritium est juste (numéro de série un), et le nombre de masse indique qu'il y a 2 neutrons dans le noyau de cet isotope. Et un autre élément est l'uranium. Tout à fait de l'autre côté du tableau périodique. Ce sont déjà des éléments lourds. L'uranium a 2 isotopes communs. Il s'agit d'uranium 235. Le numéro de série est 92 et le numéro de masse est 235. Vous pouvez immédiatement parler de la façon dont le noyau d'un élément diffère d'un autre. Le deuxième isotope : aussi le numéro de série 92, et le numéro de masse 238. Très souvent, quand on parle d'isotopes, en particulier d'uranium, on ne dit jamais le numéro de série. Ils disent simplement "uranium", nomment l'élément chimique et disent son nombre de masse - 238. Ou uranium 235. Nous discutons de cette question pour la simple raison que nous savons à quel point cet élément chimique est aujourd'hui important pour l'énergie de notre pays et dans générale pour l'énergie mondiale dans son ensemble.

La question suivante que nous devons aborder découle de ce qui a été dit. Comment ces particules, ces nucléons, sont-ils maintenus à l'intérieur du noyau ? Nous avons nommé différents éléments chimiques, différents isotopes, en particulier pour les éléments lourds, où les nucléons, c'est-à-dire protons et neutrons, beaucoup. Comment, comment sont-ils conservés à l'intérieur du noyau ? Nous savons que dans un noyau à petite distance, la taille du noyau est très, très petite, un grand nombre de particules de nucléons peuvent être collectées. Comment ces nucléons sont-ils là si densément, étroitement tenus, par quelles forces ? En effet, du fait de la répulsion électrostatique, ces particules doivent très rapidement se désintégrer, se disperser. On sait que seules les charges opposées s'attirent, les particules chargées de charges opposées. Si les particules sont chargées du même nom, il est clair qu'elles doivent se repousser. À l'intérieur du noyau se trouvent des protons. Ils sont chargés positivement. La taille du noyau est très petite. Dans le même noyau, il y a aussi des neutrons, ce qui signifie qu'il doit y avoir des forces qui maintiennent ensemble ces particules et d'autres. Ces mêmes forces sont appelées forces nucléaires. Les forces nucléaires sont des forces attractives agissant entre les nucléons. Nous pouvons dire que ces forces ont leurs propres propriétés spéciales.

La première propriété dont nous devons parler est que les forces nucléaires doivent dépasser les forces de répulsion électrostatique. Et c'est ainsi, lorsqu'il a été possible de les déterminer, il s'est avéré qu'elles sont 100 fois supérieures aux forces de répulsion électrostatique. Une autre remarque très importante est que les forces nucléaires opèrent à courte distance. Par exemple, 10 -15 m - c'est le diamètre du noyau, ces forces agissent. Mais dès que la taille du noyau augmente à 10 -14, ce qui semble être un peu, cela conduit au fait que le noyau va nécessairement se désintégrer. A cette distance, les forces nucléaires ne sont plus actives. Et les forces de répulsion électrostatique continuent d'agir, et ce sont elles qui sont responsables du fait que le noyau se désintègre.

Une autre chose à dire au sujet des forces nucléaires est que ils ne sont pas centraux, c'est à dire. ils n'agissent pas le long de la droite reliant ces particules. Et le fait que les forces nucléaires ne dépendent pas du fait que la particule ait ou non une charge, car les protons et les neutrons pénètrent dans le noyau. Ces particules sont ensemble. Ainsi, la conclusion est la suivante : ces particules, les nucléons, sont retenues dans le noyau en raison des forces nucléaires, et ces forces n'agissent que dans le noyau. On peut également noter que les forces nucléaires sont importantes en termes de stabilité nucléaire. Responsable de la longévité de l'existence de cet élément. En conclusion, on peut encore noter une chose : quand on parle d'énergie, c'est précisément là que les forces nucléaires joueront le rôle principal. Nous en parlerons dans les prochaines leçons. Au revoir.

Tâche pour la leçon.

1. Déterminer la composition nucléonique des noyaux de fer (nombre de nucléons, protons, neutrons).

2. Il y a 22 protons et 26 neutrons dans le noyau d'un atome d'un élément chimique. Nommez cet élément chimique.

3. Estimez la force de l'interaction gravitationnelle entre deux neutrons dans le noyau. La masse d'un neutron est approximativement égale à 1,7 * 10 -27 kg, prendre la distance entre neutrons égale à 10 -15 m, la valeur de la constante gravitationnelle est 6,67 * 10-11 (N * m 2) / kg 2.

noyau atomique est la partie centrale de l'atome, composée de protons et de neutrons (appelés collectivement nucléons).

Le noyau a été découvert par E. Rutherford en 1911 lors de l'étude du passage α -particules à travers la matière. Il s'est avéré que la quasi-totalité de la masse d'un atome (99,95%) est concentrée dans le noyau. La taille du noyau atomique est de l'ordre de 10 -1 3 -10 - 12 cm, soit 10 000 fois plus petite que la taille de la couche électronique.

Le modèle planétaire de l'atome proposé par E. Rutherford et son observation expérimentale des noyaux d'hydrogène assommés α -particules des noyaux d'autres éléments (1919-1920), a conduit le scientifique à l'idée de proton. Le terme proton a été introduit au début des années 20 du XXe siècle.

Proton (du grec. protons- premier, symbole p) est une particule élémentaire stable, le noyau d'un atome d'hydrogène.

Proton- une particule chargée positivement dont la charge est égale en valeur absolue à la charge d'un électron e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. La masse d'un proton est 1836 fois la masse d'un électron. Masse au repos d'un proton MP= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 uma

La deuxième particule du noyau est neutron.

Neutron (de lat. neutre- ni l'un ni l'autre, un symbole n) est une particule élémentaire sans charge, c'est-à-dire neutre.

La masse du neutron est 1839 fois la masse de l'électron. La masse d'un neutron est presque égale (légèrement supérieure) à celle d'un proton : la masse au repos d'un neutron libre m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 uma et dépasse la masse du proton de 2,5 masses d'électrons. Neutron, ainsi que le proton sous le nom commun nucléon fait partie du noyau atomique.

Le neutron a été découvert en 1932 par D. Chadwig, élève de E. Rutherford, lors du bombardement de béryllium α -particules. Le rayonnement résultant à haut pouvoir pénétrant (il a franchi un obstacle constitué d'une plaque de plomb de 10 à 20 cm d'épaisseur) a intensifié son effet lors du passage à travers la plaque de paraffine (voir figure). Les estimations Joliot-Curie de l'énergie de ces particules à partir des traces dans la chambre à brouillard, et des observations complémentaires ont permis d'éliminer l'hypothèse initiale selon laquelle cette γ -quanta. Le grand pouvoir de pénétration des nouvelles particules, appelées neutrons, s'expliquait par leur neutralité électrique. Après tout, les particules chargées interagissent activement avec la matière et perdent rapidement leur énergie. L'existence des neutrons a été prédite par E. Rutherford 10 ans avant les expériences de D. Chadwig. Sur coup α -particules dans les noyaux de béryllium, la réaction suivante se produit :

Voici le symbole du neutron; sa charge est égale à zéro et sa masse atomique relative est approximativement égale à un. Un neutron est une particule instable : un neutron libre dans un temps de ~ 15 min. se désintègre en un proton, un électron et un neutrino - une particule dépourvue de masse au repos.

Après la découverte du neutron par J. Chadwick en 1932, D. Ivanenko et W. Heisenberg ont proposé indépendamment modèle proton-neutron (nucléon) du noyau. Selon ce modèle, le noyau est constitué de protons et de neutrons. Nombre de protons Z coïncide avec le numéro de série de l'élément dans le tableau de D. I. Mendeleïev.

Frais de base Q déterminé par le nombre de protons Z, qui font partie du noyau, et est un multiple de la valeur absolue de la charge électronique e:

Q = + Ze.

Numéro Z appelé numéro de charge nucléaire ou numéro atomique.

Nombre de masse du noyau MAIS appelé le nombre total de nucléons, c'est-à-dire de protons et de neutrons qu'il contient. Le nombre de neutrons dans un noyau est noté par la lettre N. Donc le nombre de masse est :

A = Z + N.

Les nucléons (proton et neutron) se voient attribuer un nombre de masse égal à un, et l'électron se voit attribuer une valeur nulle.

L'idée de la composition du noyau a également été facilitée par la découverte isotopes.

Isotopes (du grec. isoségal, identique et topoa- lieu) - ce sont des variétés d'atomes du même élément chimique, dont les noyaux atomiques ont le même nombre de protons ( Z) et un nombre différent de neutrons ( N).

Les noyaux de ces atomes sont également appelés isotopes. Les isotopes sont nucléides un élément. Nucléide (de lat. noyau- noyau) - tout noyau atomique (respectivement, un atome) avec des nombres donnés Z et N. La désignation générale des nucléides est ……. où X- symbole d'un élément chimique, A=Z+N- nombre de masse.

Les isotopes occupent la même place dans le tableau périodique des éléments, d'où leur nom. En règle générale, les isotopes diffèrent considérablement dans leurs propriétés nucléaires (par exemple, dans leur capacité à entrer dans des réactions nucléaires). Les propriétés chimiques (et presque également physiques) des isotopes sont les mêmes. Cela s'explique par le fait que les propriétés chimiques de l'élément sont déterminées par la charge du noyau, puisque c'est cette charge qui affecte la structure de la coquille électronique de l'atome.

L'exception concerne les isotopes d'éléments légers. Isotopes de l'hydrogène 1 H — protium, 2 H— deutérium, 3 H — tritium ils diffèrent tellement en masse que leurs propriétés physiques et chimiques sont différentes. Le deutérium est stable (c'est-à-dire non radioactif) et est inclus en tant que petite impureté (1: 4500) dans l'hydrogène ordinaire. Le deutérium se combine avec l'oxygène pour former de l'eau lourde. Il bout à la pression atmosphérique normale à 101,2°C et gèle à +3,8°C. Tritium β est radioactif avec une demi-vie d'environ 12 ans.

Tous les éléments chimiques ont des isotopes. Certains éléments n'ont que des isotopes instables (radioactifs). Pour tous les éléments, des isotopes radioactifs ont été obtenus artificiellement.

Isotopes de l'uranium. L'élément uranium a deux isotopes - avec des nombres de masse 235 et 238. L'isotope est seulement 1/140 des plus courants.

Théorie proton-électron

Au début de $1932$, seules trois particules élémentaires étaient connues : l'électron, le proton et le neutron. Pour cette raison, on a supposé que le noyau d'un atome était constitué de protons et d'électrons (hypothèse proton-électron). On croyait que la composition du noyau avec le numéro $Z$ dans le système périodique des éléments de Mendeleïev et le nombre de masse $A$ comprend des protons $A$ et des neutrons $Z-A$. Conformément à cette hypothèse, les électrons qui faisaient partie du noyau agissaient comme un agent de « cimentation », à l'aide duquel des protons chargés positivement étaient retenus dans le noyau. Les partisans de l'hypothèse proton-électron de la composition du noyau atomique croyaient que $\beta ^-$ - radioactivité - est une confirmation de l'exactitude de l'hypothèse. Mais cette hypothèse n'a pas été en mesure d'expliquer les résultats de l'expérience et a été écartée. L'une de ces difficultés était l'impossibilité d'expliquer le fait que le spin du noyau d'azote $^(14)_7N$ soit égal à l'unité $(\hbar)$. Selon l'hypothèse proton-électron, le noyau d'azote $^(14)_7N$ devrait être composé de $14$ protons et de $7$ électrons. Le spin des protons et des électrons est égal à $1/2$. Pour cette raison, le noyau de l'atome d'azote, qui selon cette hypothèse est constitué de $21$ particules, doit avoir un spin $1/2,\ 3/2,\ 5/2,\dots 21/2$. Cet écart entre la théorie proton-électron est appelé la "catastrophe de l'azote". Il était également incompréhensible qu'en présence d'électrons dans le noyau, son moment magnétique ait un petit moment magnétique par rapport au moment magnétique de l'électron.

En $1932$, J. Chadwick découvrit le neutron. Après cette découverte, D. D. Ivanenko et E. G. Gapon ont avancé une hypothèse sur la structure proton-neutron du noyau atomique, qui a été développée en détail par V. Heisenberg.

Remarque 1

La composition proton-neutron du noyau est confirmée non seulement par des conclusions théoriques, mais aussi directement par des expériences sur la division du noyau en protons et neutrons. Il est maintenant généralement admis que le noyau atomique est constitué de protons et de neutrons, également appelés nucléons(du latin noyau noyau, graine).

La structure du noyau atomique

Noyau est la partie centrale de l'atome, dans laquelle la charge électrique positive et la majeure partie de la masse de l'atome sont concentrées. Les dimensions du noyau, comparées aux orbites des électrons, sont extrêmement petites : $10^(-15)-10^(-14)\ m$. Les noyaux sont constitués de protons et de neutrons, qui sont presque identiques en masse, mais seul le proton porte une charge électrique. Le nombre total de protons est appelé le numéro atomique $Z$ de l'atome, qui est le même que le nombre d'électrons dans l'atome neutre. Les nucléons sont retenus dans le noyau par de grandes forces. De par leur nature, ces forces ne sont ni électriques ni gravitationnelles, et leur amplitude est bien supérieure aux forces qui lient les électrons au noyau.

Selon le modèle proton-neutron de la structure du noyau :

• les noyaux de tous les éléments chimiques sont constitués de nucléons ;
• la charge du noyau n'est due qu'aux protons ;
• le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre ordinal de l'élément ;
• le nombre de neutrons est égal à la différence entre le nombre de masse et le nombre de protons ($N=A-Z$)

Un proton ($^2_1H\ ou\ p$) est une particule chargée positivement : sa charge est égale à la charge d'un électron $e=1,6\cdot 10^(-19)\ Cl$, et sa masse au repos est $ m_p=1.627\cdot 10^( -27)\kg$. Le proton est le noyau du nucléon de l'atome d'hydrogène.

Pour simplifier les enregistrements et les calculs, la masse du noyau est souvent déterminée en unités de masse atomique (a.m.u.) ou en unités d'énergie (en notant l'énergie correspondante $E=mc^2$ au lieu de la masse en électronvolts). L'unité de masse atomique est $1/12$ de la masse du nucléide carboné $^(12)_6C$. Dans ces unités, nous obtenons :

Un proton, comme un électron, a son propre moment cinétique - spin, qui est égal à $1/2$ (en unités de $\hbar $). Ce dernier, dans un champ magnétique extérieur, ne peut s'orienter que de manière à ce que ses directions de projection et de champ soient égales à $+1/2$ ou $-1/2$. Le proton, comme l'électron, est soumis à la statistique quantique de Fermi-Dirac, c'est-à-dire appartient aux fermions.

Le proton est caractérisé par son propre moment magnétique, qui pour une particule de spin $1/2$, de charge $e$ et de masse $m$ est égal à

Pour un électron, son propre moment magnétique est égal à

Pour décrire le magnétisme des nucléons et des noyaux, on utilise le magnéton nucléaire (1836$ fois plus petit que le magnéton de Bohr) :

Au début, on croyait que le moment magnétique du proton était égal au magnéton nucléaire, car. sa masse est $1836$ fois la masse d'un électron. Mais les mesures ont montré qu'en fait le moment magnétique intrinsèque du proton est $2,79$ fois supérieur à celui du magnétron nucléaire, a un signe positif, c'est-à-dire direction coïncide avec le spin.

La physique moderne explique ces désaccords par le fait que les protons et les neutrons se transforment mutuellement et restent pendant un certain temps dans un état de dissociation en $\pi ^\pm $ - un méson et un autre nucléon du signe correspondant :

La masse au repos du méson $\pi ^\pm $ - est de 193,63$ MeV, donc son propre moment magnétique est $6,6$ fois supérieur à celui du magnéton nucléaire. Une certaine valeur effective du moment magnétique du proton et $\pi ^+$ -- de l'environnement du méson apparaît dans les mesures.

Neutron ($n$) -- particule électriquement neutre ; sa masse au repos

Bien que le neutron soit dépourvu de charge, il possède un moment magnétique $\mu _n=-1,91\mu _Я$. Le signe "$-$" montre que derrière la direction le moment magnétique est opposé au spin du proton. Le magnétisme du neutron est déterminé par la valeur effective du moment magnétique des particules dans lesquelles il est capable de se dissocier.

A l'état libre, le neutron est une particule instable et se désintègre aléatoirement (demi-vie $12$ min) : en émettant une particule $\beta $ -- et un antineutrino, il se transforme en proton. Le schéma de désintégration des neutrons s'écrit sous la forme suivante :

Contrairement à la désintégration intranucléaire du neutron $\beta $ -- la désintégration appartient à la fois à la désintégration interne et à la physique des particules élémentaires.

La transformation mutuelle du neutron et du proton, l'égalité des spins, l'approximation des masses et des propriétés permettent de supposer qu'il s'agit de deux variétés d'une même particule nucléaire - le nucléon. La théorie proton-neutron est en bon accord avec les données expérimentales.

En tant que constituants du noyau, les protons et les neutrons sont présents dans de nombreuses réactions de fission et de fusion.

Dans la fission arbitraire et fragmentaire des noyaux, des flux d'électrons, de positrons, de mésons, de neutrinos et d'antineutrinos sont également observés. La masse $\beta $ d'une particule (électron ou positon) est $1836$ fois inférieure à la masse d'un nucléon. Les mésons - particules positives, négatives et nulles - occupent une place intermédiaire en masse entre $\beta $ - particules et nucléons ; la durée de vie de telles particules est très courte et s'élève à des millionièmes de seconde. Les neutrinos et les antineutrinos sont des particules élémentaires dont la masse au repos est nulle. Cependant, les électrons, les positrons et les mésons ne peuvent pas être des constituants du noyau. Ces particules légères ne peuvent pas être localisées dans un petit volume, qui est un noyau de rayon $\sim 10^(-15)\ m$.

Pour le prouver, nous définissons l'énergie de l'interaction électrique (par exemple, un électron avec un positon ou un proton dans le noyau)

et comparez-la avec l'énergie propre de l'électron

Puisque l'énergie de l'interaction externe dépasse la propre énergie de l'électron, il ne peut pas exister et conserver sa propre individualité ; dans les conditions du noyau, il sera détruit. Une autre situation avec les nucléons, leur propre énergie est supérieure à 900 $ MeV, ils peuvent donc conserver leurs caractéristiques dans le noyau.

Les particules légères sont émises par les noyaux au cours de leur transition d'un état à un autre.

La composition du noyau atomique
Le nombre total de nucléons dans un noyau donné
appelé nombre de masse, noté
Le nombre de protons dans un noyau s'appelle
numéro de charge, noté
(il est égal au numéro de l'élément chimique)
Le nombre de neutrons dans un noyau est noté
Le noyau d'un atome est noté de la même manière que
élément chimique correspondant,
mettre devant lui en haut - un nombre de masse,
et ci-dessous est le numéro de charge
207
Par exemple : 235
Pb
82
92
tu

Modèle proton-neutron du noyau
1
1
p
proton
+
Noyau
Z est le nombre de protons dans le noyau
N est le nombre de neutrons dans le noyau
m p mN 1a.u.m.
moi noyau
neutron 1
0
n
A \u003d Z + N - nombre de masse
A \u003d M (arrondi à un nombre entier)
Combien y a-t-il de protons et de neutrons dans un noyau d'isotope d'uranium ?
A) 235
92
tu
A=235
B) 238
Z=92
92
N=AZ=235-92=143
tu
A=238
Z=92
N=AZ=238-92=146

isotopes

Pour le même élément chimique
Il existe des atomes de masses différentes
noyaux.
Noyaux de même charge mais de masses différentes
appelés isotopes.
Isotopes (des mots grecs isos - le même et topos
– lieu) ont le même numéro de série dans
tableau périodique
Les isotopes ont le même nombre de protons mais différents
le nombre de neutrons.
isotopes
physique
3 propriétés
1 ont différents
2
Par exemple:
l'hydrogène1 a trois isotopes
1
1
H
protium
H
H
deutérium
tritium

99,985%
0,015%
Composition isotopique naturelle de H
10 15 10 16%

17
Connu depuis 1906
35
17
CL
CL
37
17
M = 35,457
CL
92
tu
239
92
tu
234
92
tu
235
92
tu
238
92
tu
M = 238,0289

Quelles forces assurent la stabilité du noyau atomique ?

Réponse : les forces gravitationnelles
La réponse est incorrecte, puisque ces forces
beaucoup moins de forces électrostatiques
répulsion entre protons.
Des scientifiques modernes pour expliquer
stabilité de base utiliser le concept
forces nucléaires
Les forces nucléaires sont des forces agissant
entre les nucléons dans le noyau et fournissant
l'existence de noyaux stables
Les forces nucléaires sont fortes
interaction

Propriétés des forces nucléaires

Les forces nucléaires sont des forces d'attraction, car elles
garder les nucléons à l'intérieur du noyau (avec de très fortes
approche des nucléons, les forces nucléaires entre eux ont
caractère de répulsion).
Les forces nucléaires ne sont pas des forces électriques, car elles
agir non seulement entre protons, mais aussi entre
neutrons chargés, et non gravitationnels,
qui sont trop petits pour expliquer les effets nucléaires.
Etude du degré de liaison des nucléons dans différents noyaux
montrer que les forces nucléaires ont la propriété
saturation, semblable à la valence des forces chimiques.
Conformément à cette propriété des forces nucléaires, on
et le même nucléon n'interagit pas avec tous
autres nucléons du noyau, mais seulement avec quelques
voisin.

Propriétés des forces nucléaires

La propriété la plus importante des forces nucléaires est leur charge
l'indépendance, c'est-à-dire l'identité des trois types
interaction nucléaire : entre deux protons, entre
proton et neutron, et entre deux neutrons.
La zone d'action des forces nucléaires est négligeable.
Leur rayon d'action est de 10 -13 m. À grande distance
il n'y a pas d'interaction nucléaire entre les particules.
Les forces nucléaires (dans la zone où elles opèrent) sont très
intense. Leur intensité est beaucoup plus grande
l'intensité des forces électromagnétiques, puisque les forces nucléaires
contenir à l'intérieur du noyau, des protons de même charge,
se repoussant avec d'énormes
forces électriques.
Plus la distance augmente, plus ils diminuent très rapidement.
(à une distance de 1,4 10 15 m, leur action peut
la négligence)

Résolution de problème
1. Combien de nucléons contiennent des noyaux :
6
3
Li
64
29
108
47
Cu
AG
207
82
Pb
2. Déterminez la composition en nucléons des noyaux :
4
2
Il
16
8
O
79
34
Se
3. Nommez l'élément chimique dans le noyau atomique
qui contient des nucléons :
MAIS). 7p + 7n
14
7
N
B). 18p + 22n 40Ar
18
À). 33p+42n
75
33
G). 84p+126n
210
84
Comme
Pô

RADIOACTIVITÉ

Découverte des rayons X
a donné une impulsion à de nouveaux
rechercher. Leur étude a conduit à de nouvelles découvertes, l'une
dont la découverte de la radioactivité.
Vers le milieu du XIXe
a commencé à apparaître
des faits expérimentaux qui ont remis en cause
idées sur l'indivisibilité des atomes. Les résultats de ces
des expériences ont suggéré que les atomes ont
structure complexe et qu'ils comprennent électriquement
particules chargées.
La plus brillante
complexe
structure de l'atome était
découverte d'un phénomène
radioactivité faite
physicien français Henri
Bequerel en 1896.

Les scientifiques sont arrivés à la conclusion que
la radioactivité est
processus spontané qui se déroule dans les atomes
éléments radioactifs. Or ces phénomènes
définie comme une transformation spontanée
isotope instable d'un élément chimique
à un isotope d'un autre élément ; pendant que ça se passe
émission d'électrons, protons, neutrons ou
noyaux d'hélium (particules α).

Pour 10 ans de collaboration
Ils ont fait un très bon boulot
beaucoup à explorer
phénomènes
radioactivité.
C'était désintéressé
travailler au nom de la science
mal équipé
laboratoires et
manque de nécessaire
fonds.
Marie et Pierre Curie au laboratoire

a - rayons
- des rayons
b - rayons

a - particule - le noyau d'un atome d'hélium. rayons a
ont le moins pénétrant
aptitude. Une couche de papier env.
0,1 mm n'est plus transparent pour eux. Faible
dévié dans un champ magnétique.
À une particule pour chacun des deux
il y a deux charges élémentaires
unités atomiques de masse. Rutherford
a prouvé que lors de la désintégration radioactive a
l'hélium se forme.

β - les particules sont des électrons,
se déplaçant à des vitesses très
proche de la vitesse de la lumière. Ils ont fortement
dévier à la fois magnétiquement et
champ électrique. β - les rayons sont beaucoup
moins absorbé au passage
à travers la matière. plaque d'aluminium
ne les retarde complètement que lorsque
quelques millimètres d'épaisseur.

- les rayons sont
ondes électromagnétiques. Par leurs propres moyens
les propriétés ressemblent beaucoup
rayons X, mais seulement leur pénétration
beaucoup plus de capacité que
radiographies. Non rejeté
champ magnétique. avoir le plus
capacité de pénétration. couche de plomb
1 cm d'épaisseur n'est pas pour eux
une barrière infranchissable. Au passage
- les rayons à travers une telle couche de les conduisent
l'intensité n'est réduite que de moitié.

Émission de rayonnement α - et b -, atomes
changement d'élément radioactif,
transformer en atomes d'un nouvel élément.
En ce sens, l'émission de radioactivité
le rayonnement est appelé désintégration radioactive.
Règles spécifiant un décalage
élément du système périodique causé par
la décroissance sont appelées règles de déplacement.

a - pourriture
-pourriture
b-pourriture

a - appelé pourriture
désintégration spontanée d'un noyau atomique en
a – particule (noyau d'un atome d'hélium 24 He) et produit du noyau. Le produit de désintégration a s'avère être
déplacé deux cellules au début
système périodique de Mendeleïev.
M
Z
X
M4
Z2
Oui il
4
2

b - la désintégration est appelée
transformation spontanée d'un atome
noyau en émettant un électron. Noyau -
le produit de désintégration bêta est le noyau
un des isotopes d'un élément avec un ordinal
nombre dans le tableau périodique par unité
grand numéro de série de l'original
graines.
M
Z
X Y e
M
Z1
0
1

- le rayonnement n'est pas accompagné
changement de charge ; la masse du noyau change
négligeable.
M
Z
XY
M
Z
0
0

désintégration radioactive -
radioactif (spontané)
transformation du noyau d'origine (parent)
dans de nouveaux noyaux (enfants).
Pour chaque substance radioactive
il y a un certain intervalle
le temps pendant lequel
l'activité est divisée par deux.

La demi-vie T est
le temps pendant lequel
à moitié rompt
en espèces
atomes radioactifs.
N0 est le nombre d'atomes radioactifs dans
point initial dans le temps.
N est le nombre d'atomes non désintégrés dans
n'importe quel moment.