कई साल पहले, लोग सोचते थे कि सभी पदार्थ किससे बने होते हैं। इसका उत्तर देने वाले पहले प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक डेमोक्रिटस थे, जो मानते थे कि सभी पदार्थ अणुओं से बने होते हैं। अब हम जानते हैं कि अणु परमाणुओं से बनते हैं। परमाणु और भी छोटे कणों से बने होते हैं। परमाणु के केंद्र में नाभिक होता है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। सबसे छोटे कण - इलेक्ट्रॉन - नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं। इनका द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान की तुलना में नगण्य होता है। लेकिन नाभिक का द्रव्यमान कैसे ज्ञात करें, केवल गणना और रसायन विज्ञान का ज्ञान ही मदद करेगा। ऐसा करने के लिए, आपको नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करने की आवश्यकता है। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के सारणीबद्ध मान देखें और उनका कुल द्रव्यमान ज्ञात करें। यह नाभिक का द्रव्यमान होगा।

अक्सर आप इस तरह के सवाल पर आ सकते हैं कि गति को जानकर, द्रव्यमान कैसे खोजा जाए। यांत्रिकी के शास्त्रीय नियमों के अनुसार, द्रव्यमान शरीर की गति पर निर्भर नहीं करता है। आखिरकार, अगर कोई कार दूर जा रही है, तो उसकी गति बढ़नी शुरू हो जाती है, इसका मतलब यह बिल्कुल नहीं है कि उसका द्रव्यमान बढ़ेगा। हालाँकि, बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में, आइंस्टीन ने एक सिद्धांत प्रस्तुत किया जिसके अनुसार यह निर्भरता मौजूद है। इस प्रभाव को शरीर द्रव्यमान में सापेक्षिक वृद्धि कहा जाता है। और यह तब प्रकट होता है जब पिंडों की गति प्रकाश की गति के करीब पहुंच जाती है। आधुनिक कण त्वरक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को इतनी तेज गति से तेज करना संभव बनाते हैं। और वास्तव में, इस मामले में, उनके द्रव्यमान में वृद्धि दर्ज की गई थी।

लेकिन हम अभी भी उच्च तकनीक की दुनिया में रहते हैं, लेकिन कम गति। इसलिए, किसी पदार्थ के द्रव्यमान की गणना कैसे करें, यह जानने के लिए, शरीर को प्रकाश की गति तक तेज करना और आइंस्टीन के सिद्धांत को सीखना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। शरीर के वजन को पैमाने पर मापा जा सकता है। सच है, हर शरीर को तराजू पर नहीं रखा जा सकता। इसलिए, इसके घनत्व से द्रव्यमान की गणना करने का एक और तरीका है।

हमारे चारों ओर की हवा, मानव जाति के लिए इतनी जरूरी हवा का भी अपना द्रव्यमान होता है। और, हवा के द्रव्यमान का निर्धारण करने की समस्या को हल करते समय, उदाहरण के लिए, एक कमरे में, हवा के अणुओं की संख्या की गणना करना और उनके नाभिक के द्रव्यमान का योग करना आवश्यक नहीं है। आप बस कमरे की मात्रा निर्धारित कर सकते हैं और इसे वायु घनत्व (1.9 किग्रा / मी 3) से गुणा कर सकते हैं।

वैज्ञानिकों ने अब बड़ी सटीकता के साथ परमाणुओं के नाभिक से लेकर ग्लोब के द्रव्यमान और यहां तक ​​कि हमसे कई सौ प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित तारों के द्रव्यमान की गणना करना सीख लिया है। द्रव्यमान, भौतिक मात्रा के रूप में, किसी पिंड की जड़ता का माप है। अधिक विशाल पिंड, वे कहते हैं, अधिक निष्क्रिय हैं, अर्थात वे अपनी गति को अधिक धीरे-धीरे बदलते हैं। इसलिए, आखिरकार, गति और द्रव्यमान आपस में जुड़े हुए हैं। लेकिन इस राशि की मुख्य विशेषता यह है कि किसी भी पिंड या पदार्थ का द्रव्यमान होता है। दुनिया में ऐसा कोई पदार्थ नहीं है जिसका द्रव्यमान न हो!

पदार्थ की संरचना का अध्ययन करके, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि सभी पदार्थों में अणु और परमाणु होते हैं। लंबे समय तक, परमाणु (ग्रीक से "अविभाज्य" के रूप में अनुवादित) को पदार्थ की सबसे छोटी संरचनात्मक इकाई माना जाता था। हालांकि, आगे के अध्ययनों से पता चला है कि परमाणु की एक जटिल संरचना होती है और बदले में इसमें छोटे कण भी शामिल होते हैं।

परमाणु किससे बना होता है?

1911 में, वैज्ञानिक रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि परमाणु का एक केंद्रीय भाग होता है जिस पर धनात्मक आवेश होता है। इस प्रकार, पहली बार परमाणु नाभिक की अवधारणा सामने आई।

रदरफोर्ड की योजना के अनुसार, जिसे ग्रहीय मॉडल कहा जाता है, एक परमाणु में एक नाभिक और एक ऋणात्मक आवेश वाले प्राथमिक कण होते हैं - इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।

1932 में, एक अन्य वैज्ञानिक, चाडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की, एक ऐसा कण जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, नाभिक रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित ग्रह मॉडल से मेल खाता है। नाभिक अधिकांश परमाणु भार वहन करता है। इसका एक सकारात्मक चार्ज भी है। परमाणु नाभिक में प्रोटॉन होते हैं - सकारात्मक चार्ज कण और न्यूट्रॉन - कण जो चार्ज नहीं करते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। ऋणात्मक रूप से आवेशित कण - इलेक्ट्रॉन - नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।

नाभिक में प्रोटॉन की संख्या कक्षा में गति करने वालों के बराबर होती है। अतः परमाणु स्वयं एक ऐसा कण है जिस पर कोई आवेश नहीं होता। यदि कोई परमाणु विदेशी इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेता है या अपना खो देता है, तो यह सकारात्मक या नकारात्मक हो जाता है और इसे आयन कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को सामूहिक रूप से उप-परमाणु कण कहा जाता है।

परमाणु नाभिक का आवेश

नाभिक का एक आवेश संख्या Z होता है। यह परमाणु नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन की संख्या से निर्धारित होता है। इस राशि का पता लगाना सरल है: मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली को देखें। जिस तत्व का परमाणु होता है उसका परमाणु क्रमांक उसके नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होता है। इस प्रकार, यदि रासायनिक तत्व ऑक्सीजन क्रम संख्या 8 से मेल खाती है, तो प्रोटॉन की संख्या भी आठ के बराबर होगी। चूँकि एक परमाणु में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, अत: आठ इलेक्ट्रॉन भी होंगे।

न्यूट्रॉन की संख्या को समस्थानिक संख्या कहा जाता है और इसे एन अक्षर से दर्शाया जाता है। उनकी संख्या एक ही रासायनिक तत्व के परमाणु में भिन्न हो सकती है।

नाभिक में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के योग को परमाणु की द्रव्यमान संख्या कहा जाता है और इसे अक्षर A द्वारा दर्शाया जाता है। इस प्रकार, द्रव्यमान संख्या की गणना करने का सूत्र इस तरह दिखता है: A \u003d Z + N।

आइसोटोप

उस स्थिति में जब तत्वों में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, उन्हें रासायनिक तत्व के समस्थानिक कहा जाता है। एक या अधिक समस्थानिक हो सकते हैं। उन्हें आवधिक प्रणाली के एक ही सेल में रखा गया है।

रसायन विज्ञान और भौतिकी में आइसोटोप का बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन का एक समस्थानिक - ड्यूटेरियम - ऑक्सीजन के साथ मिलकर एक पूरी तरह से नया पदार्थ देता है, जिसे भारी पानी कहा जाता है। इसका क्वथनांक और हिमांक सामान्य से भिन्न होता है। और हाइड्रोजन के एक अन्य समस्थानिक के साथ ड्यूटेरियम का संयोजन - ट्रिटियम एक थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया की ओर जाता है और इसका उपयोग भारी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

नाभिक और उपपरमाण्विक कणों का द्रव्यमान

मनुष्य के मन में परमाणुओं का आकार और द्रव्यमान नगण्य होता है। नाभिक का आकार लगभग 10 -12 सेमी है। परमाणु नाभिक का द्रव्यमान भौतिकी में तथाकथित परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में मापा जाता है - a.m.u.

एक एएमयू के लिए कार्बन परमाणु के द्रव्यमान का बारहवां भाग लें। माप की सामान्य इकाइयों (किलोग्राम और ग्राम) का उपयोग करते हुए, द्रव्यमान को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है: 1 पूर्वाह्न। \u003d 1.660540 10-24 ग्राम इस प्रकार व्यक्त करने पर इसे निरपेक्ष परमाणु द्रव्यमान कहते हैं।

इस तथ्य के बावजूद कि परमाणु नाभिक परमाणु का सबसे विशाल घटक है, इसके आसपास के इलेक्ट्रॉन बादल के सापेक्ष इसके आयाम बेहद छोटे हैं।

परमाणु बल

परमाणु नाभिक अत्यंत स्थिर होते हैं। इसका मतलब है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कुछ बलों द्वारा नाभिक में बंधे रहते हैं। ये विद्युत चुम्बकीय बल नहीं हो सकते, क्योंकि प्रोटॉन समान-आवेशित कण होते हैं, और यह ज्ञात है कि समान आवेश वाले कण एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। गुरुत्वाकर्षण बल इतने कमजोर होते हैं कि नाभिकों को एक साथ पकड़ नहीं पाते। नतीजतन, कण नाभिक में एक अलग बातचीत - परमाणु बलों द्वारा आयोजित किए जाते हैं।

परमाणु बातचीत को प्रकृति में मौजूद सभी में सबसे मजबूत माना जाता है। इसलिए, परमाणु नाभिक के तत्वों के बीच इस प्रकार की बातचीत को मजबूत कहा जाता है। यह कई प्राथमिक कणों, साथ ही विद्युत चुम्बकीय बलों में मौजूद है।

परमाणु बलों की विशेषताएं

1. लघु क्रिया। परमाणु बल, विद्युत चुम्बकीय बलों के विपरीत, नाभिक के आकार की तुलना में बहुत कम दूरी पर ही प्रकट होते हैं।
2. चार्ज स्वतंत्रता। यह विशेषता इस तथ्य में प्रकट होती है कि परमाणु बल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पर समान रूप से कार्य करते हैं।
3. संतृप्ति। नाभिक के नाभिक केवल एक निश्चित संख्या में अन्य नाभिकों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।

कोर बाध्यकारी ऊर्जा

मजबूत अंतःक्रिया की अवधारणा के साथ कुछ और निकटता से जुड़ा हुआ है - नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा। परमाणु बंधन ऊर्जा एक परमाणु नाभिक को उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। यह अलग-अलग कणों से एक नाभिक बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा के बराबर है।

एक नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करने के लिए, उप-परमाणु कणों के द्रव्यमान को जानना आवश्यक है। गणना से पता चलता है कि एक नाभिक का द्रव्यमान हमेशा उसके घटक नाभिकों के योग से कम होता है। द्रव्यमान दोष नाभिक के द्रव्यमान और उसके प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के योग के बीच का अंतर है। द्रव्यमान और ऊर्जा (E \u003d mc 2) के बीच संबंध का उपयोग करके, आप नाभिक के निर्माण के दौरान उत्पन्न ऊर्जा की गणना कर सकते हैं।

नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की ताकत का अंदाजा निम्नलिखित उदाहरण से लगाया जा सकता है: कई ग्राम हीलियम के बनने से उतनी ही ऊर्जा पैदा होती है जितनी कई टन कोयले के दहन से होती है।

परमाणु प्रतिक्रियाएं

परमाणुओं के नाभिक अन्य परमाणुओं के नाभिक के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं। इस तरह की बातचीत को परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है। प्रतिक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं।

1. विखंडन प्रतिक्रियाएं। वे तब होते हैं जब बातचीत के परिणामस्वरूप भारी नाभिक हल्के नाभिकों में टूट जाते हैं।
2. संश्लेषण प्रतिक्रियाएं। प्रक्रिया विखंडन के विपरीत है: नाभिक टकराते हैं, जिससे भारी तत्व बनते हैं।

सभी परमाणु प्रतिक्रियाएं ऊर्जा की रिहाई के साथ होती हैं, जिसे बाद में उद्योग में, सेना में, ऊर्जा में, और इसी तरह उपयोग किया जाता है।

परमाणु नाभिक की संरचना से परिचित होने के बाद, हम निम्नलिखित निष्कर्ष निकाल सकते हैं।

1. एक परमाणु में एक नाभिक होता है जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और इसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन होते हैं।
2. किसी परमाणु की द्रव्यमान संख्या उसके नाभिक के नाभिकों के योग के बराबर होती है।
3. नाभिक मजबूत बल द्वारा आपस में जुड़े रहते हैं।
4. परमाणु नाभिक को स्थिरता प्रदान करने वाले विशाल बल नाभिक की बंधन ऊर्जा कहलाते हैं।

परमाणु नाभिकपरमाणु का मध्य भाग है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है (सामूहिक रूप से कहा जाता है न्युक्लियोन).

नाभिक की खोज ई. रदरफोर्ड ने सन् 1911 में गद्यांश का अध्ययन करते हुए की थी α - पदार्थ के माध्यम से कण। यह पता चला कि परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान (99.95%) नाभिक में केंद्रित होता है। परमाणु नाभिक का आकार 10 -1 3 -10 - 12 सेमी के क्रम का होता है, जो इलेक्ट्रॉन खोल के आकार से 10,000 गुना छोटा होता है।

ई। रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु के ग्रहीय मॉडल और हाइड्रोजन नाभिक के उनके प्रयोगात्मक अवलोकन ने दस्तक दी α -अन्य तत्वों के केंद्रक (1919-1920) के कणों ने वैज्ञानिक को के विचार की ओर अग्रसर किया प्रोटोन. प्रोटॉन शब्द XX सदी के शुरुआती 20 के दशक में पेश किया गया था।

प्रोटॉन (ग्रीक से। प्रोटान- पहला, चरित्र पी) एक स्थिर प्राथमिक कण है, हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रक है।

प्रोटोन- एक धनात्मक आवेशित कण, जिसका आवेश इलेक्ट्रॉन के आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है इ\u003d 1.6 10 -1 9 सीएल। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1836 गुना होता है। एक प्रोटॉन का शेष द्रव्यमान एमपी= 1.6726231 10-27 किग्रा = 1.007276470 एमू

नाभिक में दूसरा कण है न्यूट्रॉन.

न्यूट्रॉन (अक्षांश से। नपुंसक लिंग- न तो एक और न ही दूसरा, एक प्रतीक एन) एक प्राथमिक कण है जिसका कोई आवेश नहीं है, अर्थात, तटस्थ।

न्यूट्रॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1839 गुना है। एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के लगभग बराबर (इससे थोड़ा बड़ा) होता है: एक मुक्त न्यूट्रॉन का शेष द्रव्यमान मैं नहीं= 1.6749286 10-27 किग्रा = 1.0008664902 एमू और प्रोटॉन द्रव्यमान से 2.5 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान से अधिक है। न्यूट्रॉन, सामान्य नाम के तहत प्रोटॉन के साथ न्युक्लियोनपरमाणु नाभिक का हिस्सा है।

न्यूट्रॉन की खोज 1932 में ई. रदरफोर्ड के छात्र डी. चाडविग ने बेरिलियम की बमबारी के दौरान की थी। α -कण। उच्च मर्मज्ञ शक्ति के साथ परिणामी विकिरण (यह 10-20 सेमी मोटी एक सीसा प्लेट से बनी एक बाधा को पार कर गया) ने पैराफिन प्लेट (आंकड़ा देखें) से गुजरते समय इसके प्रभाव को तेज कर दिया। जूलियट-क्यूरीज़ द्वारा बनाए गए क्लाउड चैंबर में पटरियों से इन कणों की ऊर्जा का अनुमान और अतिरिक्त टिप्पणियों ने प्रारंभिक धारणा को बाहर करना संभव बना दिया कि यह γ -क्वांटा। न्यूट्रॉन नामक नए कणों की महान मर्मज्ञ शक्ति को उनकी विद्युत तटस्थता द्वारा समझाया गया था। आखिरकार, आवेशित कण सक्रिय रूप से पदार्थ के साथ बातचीत करते हैं और जल्दी से अपनी ऊर्जा खो देते हैं। न्यूट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी ई. रदरफोर्ड ने डी. चाडविग के प्रयोगों से 10 साल पहले की थी। हिट पर α बेरिलियम के नाभिक में -कणों, निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

यहाँ न्यूट्रॉन का प्रतीक है; इसका आवेश शून्य के बराबर है, और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान लगभग एक के बराबर है। एक न्यूट्रॉन एक अस्थिर कण है: ~ 15 मिनट के समय में एक मुक्त न्यूट्रॉन। एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रिनो में क्षय हो जाता है - बाकी द्रव्यमान से रहित एक कण।

1932 में जे. चाडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज के बाद, डी. इवानेंको और डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग ने स्वतंत्र रूप से प्रस्तावित किया नाभिक का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन (न्यूक्लियॉन) मॉडल. इस मॉडल के अनुसार, नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन की संख्या जेडडी। आई। मेंडेलीव की तालिका में तत्व की क्रम संख्या के साथ मेल खाता है।

कोर प्रभारी क्यूप्रोटॉनों की संख्या द्वारा निर्धारित जेड, जो नाभिक का भाग हैं, और इलेक्ट्रॉन आवेश के निरपेक्ष मान का गुणज है इ:

क्यू = + ज़ी।

संख्या जेडबुलाया परमाणु चार्ज संख्याया परमाणु संख्या.

नाभिक की द्रव्यमान संख्या लेकिनन्यूक्लियॉन की कुल संख्या कहलाती है, यानी इसमें निहित प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। एक नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है एन. तो द्रव्यमान संख्या है:

ए = जेड + एन।

न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को एक के बराबर द्रव्यमान संख्या दी जाती है, और इलेक्ट्रॉन को शून्य मान दिया जाता है।

नाभिक की संरचना के विचार को भी खोज द्वारा सुगम बनाया गया था आइसोटोप.

आइसोटोप (ग्रीक से। isosसमान, समान और टोपोआ- स्थान) - ये एक ही रासायनिक तत्व के परमाणुओं की किस्में हैं, जिनके परमाणु नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं ( जेड) और न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या ( एन).

ऐसे परमाणुओं के नाभिक को समस्थानिक भी कहा जाता है। आइसोटोप हैं न्यूक्लाइडएक तत्व। न्यूक्लाइड (अक्षांश से। नाभिक- नाभिक) - दिए गए नंबरों के साथ कोई भी परमाणु नाभिक (क्रमशः, एक परमाणु) जेडऔर एन. न्यूक्लाइड्स का सामान्य पदनाम ……. कहाँ पे एक्स- एक रासायनिक तत्व का प्रतीक, ए = जेड + एन- जन अंक।

तत्वों की आवर्त सारणी में समस्थानिकों का एक ही स्थान है, इसलिए उनका नाम। एक नियम के रूप में, आइसोटोप उनके परमाणु गुणों में काफी भिन्न होते हैं (उदाहरण के लिए, परमाणु प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करने की उनकी क्षमता में)। समस्थानिकों के रासायनिक (और लगभग समान रूप से भौतिक) गुण समान होते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि किसी तत्व के रासायनिक गुण नाभिक के आवेश से निर्धारित होते हैं, क्योंकि यह वह आवेश है जो परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना को प्रभावित करता है।

अपवाद प्रकाश तत्वों के समस्थानिक हैं। हाइड्रोजन के समस्थानिक 1 एच — प्रोटियम, 2 एच— ड्यूटेरियम, 3 एच — ट्रिटियमवे द्रव्यमान में इतने भिन्न होते हैं कि उनके भौतिक और रासायनिक गुण भिन्न होते हैं। ड्यूटेरियम स्थिर है (अर्थात, रेडियोधर्मी नहीं) और साधारण हाइड्रोजन में एक छोटी अशुद्धता (1: 4500) के रूप में शामिल है। ड्यूटेरियम ऑक्सीजन के साथ मिलकर भारी पानी बनाता है। यह सामान्य वायुमंडलीय दबाव में 101.2°C पर उबलता है और +3.8°C पर जम जाता है। ट्रिटियम β लगभग 12 वर्षों के आधे जीवन के साथ रेडियोधर्मी है।

सभी रासायनिक तत्वों में आइसोटोप होते हैं। कुछ तत्वों में केवल अस्थिर (रेडियोधर्मी) समस्थानिक होते हैं। सभी तत्वों के लिए, रेडियोधर्मी समस्थानिक कृत्रिम रूप से प्राप्त किए गए हैं।

यूरेनियम के समस्थानिक।तत्व यूरेनियम के दो समस्थानिक हैं - द्रव्यमान संख्या 235 और 238 के साथ। समस्थानिक अधिक सामान्य का केवल 1/140 है।

परमाणु नाभिक के द्रव्यमान नए नाभिकों की पहचान करने, उनकी संरचना को समझने, क्षय विशेषताओं की भविष्यवाणी करने के लिए विशेष रुचि रखते हैं: जीवनकाल, संभावित क्षय चैनल, आदि।
पहली बार परमाणु नाभिक के द्रव्यमानों का विवरण वेइज़्सैकर द्वारा ड्रॉप मॉडल के आधार पर दिया गया था। Weizsäcker सूत्र परमाणु नाभिक M(A,Z) के द्रव्यमान और नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करना संभव बनाता है यदि नाभिक में द्रव्यमान संख्या A और प्रोटॉन Z की संख्या ज्ञात हो।
नाभिक के द्रव्यमान के लिए वीज़सैकर सूत्र का निम्न रूप है:

जहाँ m p = 938.28 MeV/c 2 , m n = 939.57 MeV/c 2 , a 1 = 15.75 MeV, a 2 = 17.8 MeV, a 3 = 0.71 MeV, a 4 = 23.7 MeV, a 5 = 34 MeV, = (+ 1, 0, -1), क्रमशः विषम-विषम नाभिक के लिए, विषम A वाले नाभिक, सम-सम-नाभिक।
सूत्र के पहले दो पद मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग हैं। शेष शब्द नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा का वर्णन करते हैं:

• ए 1 ए नाभिक की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा की अनुमानित स्थिरता को ध्यान में रखता है, अर्थात। परमाणु बलों की संतृप्ति संपत्ति को दर्शाता है;
• ए 2 ए 2/3 सतह ऊर्जा का वर्णन करता है और इस तथ्य को ध्यान में रखता है कि नाभिक में सतह के नाभिक कमजोर बाध्य होते हैं;
• ए 3 जेड 2 / ए 1/3 प्रोटॉन के कूलम्ब इंटरैक्शन के कारण परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा में कमी का वर्णन करता है;
• ए 4 (ए - 2 जेड) 2 / ए परमाणु बलों की स्वतंत्रता और पाउली सिद्धांत की कार्रवाई के प्रभार की संपत्ति को ध्यान में रखता है;
• ए 5 ए -3/4 संभोग प्रभावों को ध्यान में रखता है।

Weizsäcker सूत्र में शामिल पैरामीटर a 1 - a 5 को इस तरह से चुना जाता है कि β-स्थिरता क्षेत्र के पास नाभिक के द्रव्यमान का बेहतर वर्णन किया जा सके।
हालाँकि, यह शुरू से ही स्पष्ट था कि वीज़सैकर सूत्र ने परमाणु नाभिक की संरचना के कुछ विशिष्ट विवरणों को ध्यान में नहीं रखा।
इस प्रकार, Weizsäcker सूत्र चरण स्थान में न्यूक्लियंस का एक समान वितरण मानता है, अर्थात। अनिवार्य रूप से परमाणु नाभिक की खोल संरचना की उपेक्षा करता है। वास्तव में, कोश संरचना नाभिक में नाभिकों के वितरण में विषमता की ओर ले जाती है। नाभिक में माध्य क्षेत्र की परिणामी अनिसोट्रॉपी भी जमीनी अवस्था में नाभिक के विरूपण की ओर ले जाती है।

जिस सटीकता के साथ Weizsäcker सूत्र परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का वर्णन करता है, उसका अनुमान अंजीर से लगाया जा सकता है। 6.1, जो परमाणु नाभिक के प्रयोगात्मक रूप से मापे गए द्रव्यमान और वेइज़्सैकर सूत्र पर आधारित गणनाओं के बीच अंतर को दर्शाता है। विचलन 9 MeV तक पहुँच जाता है, जो नाभिक की कुल बाध्यकारी ऊर्जा का लगभग 1% है। साथ ही, यह स्पष्ट रूप से देखा जाता है कि ये विचलन प्रकृति में व्यवस्थित हैं, जो परमाणु नाभिक की कोश संरचना के कारण है।
तरल ड्रॉप मॉडल द्वारा अनुमानित चिकनी वक्र से परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा का विचलन नाभिक की खोल संरचना का पहला प्रत्यक्ष संकेत था। सम और विषम नाभिकों के बीच बाध्यकारी ऊर्जाओं में अंतर परमाणु नाभिक में युग्मन बलों की उपस्थिति को इंगित करता है। भरे हुए कोशों के बीच नाभिक में दो नाभिकों की पृथक्करण ऊर्जाओं के "चिकनी" व्यवहार से विचलन, जमीनी अवस्था में परमाणु नाभिक के विरूपण का संकेत है।
परमाणु नाभिक के द्रव्यमान पर डेटा परमाणु नाभिक के विभिन्न मॉडलों के सत्यापन का आधार है, इसलिए नाभिक के द्रव्यमान को जानने की सटीकता का बहुत महत्व है। परमाणु नाभिक के द्रव्यमान की गणना मैक्रोस्कोपिक और सूक्ष्म सिद्धांतों के विभिन्न अनुमानों का उपयोग करके विभिन्न घटना विज्ञान या अर्ध-अनुभवजन्य मॉडल का उपयोग करके की जाती है। वर्तमान में मौजूद द्रव्यमान सूत्र -स्थिरता घाटी के पास नाभिक के द्रव्यमान (बाध्यकारी ऊर्जा) का काफी अच्छी तरह से वर्णन करते हैं। (बाध्यकारी ऊर्जा अनुमान की सटीकता ~ 100 केवी है)। हालांकि, स्थिरता घाटी से दूर नाभिक के लिए, बाध्यकारी ऊर्जा की भविष्यवाणी करने में अनिश्चितता कई MeV तक बढ़ जाती है। (चित्र 6.2)। चित्र 6.2 में आप उन कार्यों के संदर्भ पा सकते हैं जिनमें विभिन्न द्रव्यमान सूत्र दिए गए हैं और उनका विश्लेषण किया गया है।

नाभिक के मापा द्रव्यमान के साथ विभिन्न मॉडलों की भविष्यवाणियों की तुलना इंगित करती है कि सूक्ष्म विवरण के आधार पर मॉडलों को वरीयता दी जानी चाहिए जो नाभिक की खोल संरचना को ध्यान में रखते हैं। यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि घटनात्मक मॉडल में नाभिक के द्रव्यमान की भविष्यवाणी करने की सटीकता अक्सर उनमें उपयोग किए जाने वाले मापदंडों की संख्या से निर्धारित होती है। समीक्षा में परमाणु नाभिक के द्रव्यमान पर प्रायोगिक डेटा दिया गया है। इसके अलावा, उनके लगातार अद्यतन मूल्य अंतर्राष्ट्रीय डेटाबेस सिस्टम की संदर्भ सामग्री में पाए जा सकते हैं।
हाल के वर्षों में, परमाणु नाभिक के द्रव्यमान के एक छोटे जीवनकाल के साथ प्रयोगात्मक निर्धारण के लिए विभिन्न तरीकों का विकास किया गया है।

परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का निर्धारण करने के लिए बुनियादी तरीके

हम विस्तार में जाने के बिना, परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करने के मुख्य तरीकों की सूची देते हैं।

• β-क्षय ऊर्जा Q b का मापन β-स्थिरता सीमा से दूर नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए एक काफी सामान्य विधि है। नाभिक A . के β-क्षय का अनुभव करने वाले अज्ञात द्रव्यमान का निर्धारण करने के लिए

,

अनुपात का उपयोग किया जाता है

एम ए \u003d एम बी + एम ई + क्यू बी / सी 2.

इसलिए, अंतिम नाभिक B के द्रव्यमान को जानने के बाद, प्रारंभिक नाभिक A का द्रव्यमान प्राप्त किया जा सकता है। बीटा क्षय अक्सर अंतिम नाभिक की उत्तेजित अवस्था में होता है, जिसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

यह संबंध प्रारंभिक नाभिक की जमीनी अवस्था से अंतिम नाभिक की जमीनी अवस्था तक α-क्षय के लिए लिखा जाता है। उत्तेजना ऊर्जा को आसानी से ध्यान में रखा जा सकता है। जिस सटीकता के साथ परमाणु नाभिक के द्रव्यमान क्षय ऊर्जा से निर्धारित होते हैं वह ~ 100 केवी है। इस पद्धति का व्यापक रूप से अतिभारी नाभिकों के द्रव्यमान और उनकी पहचान को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

1. उड़ान के समय विधि द्वारा परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का मापन

~ 100 केवी की सटीकता के साथ नाभिक (ए ~ 100) के द्रव्यमान का निर्धारण बड़े पैमाने पर माप ΔM/M ~ 10 -6 की सापेक्ष सटीकता के बराबर है। इस सटीकता को प्राप्त करने के लिए, उड़ान के समय की माप के साथ संयोजन में चुंबकीय विश्लेषण का उपयोग किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग स्पेक्ट्रोमीटर SPEG - GANIL (चित्र 6.3) और TOFI - लॉस एलामोस में किया जाता है। चुंबकीय कठोरता Bρ, कण द्रव्यमान m, कण वेग v और आवेश q किसके द्वारा संबंधित हैं?

इस प्रकार, स्पेक्ट्रोमीटर बी की चुंबकीय कठोरता को जानकर, समान वेग वाले कणों के लिए m/q निर्धारित किया जा सकता है। यह विधि ~ 10 -4 की सटीकता के साथ नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करना संभव बनाती है। यदि उड़ान के समय को एक साथ मापा जाए तो नाभिक के द्रव्यमान की माप की सटीकता में सुधार किया जा सकता है। इस मामले में, आयन द्रव्यमान संबंध से निर्धारित होता है

जहां एल उड़ान आधार है, टीओएफ उड़ान का समय है। स्पैन बेस कुछ मीटर से लेकर 10 3 मीटर तक होते हैं और नाभिक के द्रव्यमान को 10 -6 तक मापने की सटीकता को बढ़ाना संभव बनाते हैं।
परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करने की सटीकता में उल्लेखनीय वृद्धि इस तथ्य से भी सुगम होती है कि विभिन्न नाभिकों के द्रव्यमान को एक ही प्रयोग में एक साथ मापा जाता है, और व्यक्तिगत नाभिक के द्रव्यमान के सटीक मूल्यों को संदर्भ के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है अंक। विधि परमाणु नाभिक की जमीन और आइसोमेरिक अवस्थाओं को अलग करने की अनुमति नहीं देती है। GANIL में ~3.3 किमी के उड़ान पथ के साथ एक सेटअप बनाया जा रहा है, जो नाभिक के द्रव्यमान को 10 -7 तक कई इकाइयों तक मापने की सटीकता में सुधार करेगा।

1. साइक्लोट्रॉन फ़्रीक्वेंसी को मापकर न्यूक्लियस मास का प्रत्यक्ष निर्धारण

एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र B में घूमने वाले एक कण के लिए, रोटेशन की आवृत्ति उसके द्रव्यमान और आवेश से संबंधित होती है

इस तथ्य के बावजूद कि विधियाँ 2 और 3 समान अनुपात पर आधारित हैं, साइक्लोट्रॉन आवृत्ति को मापने की विधि 3 में सटीकता अधिक है (~ 10 -7), क्योंकि यह एक लंबी अवधि के आधार का उपयोग करने के बराबर है।

2. भंडारण वलय में परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का मापन

   इस विधि का उपयोग जीएसआई (डार्मस्टाड, जर्मनी) में ईएसआर स्टोरेज रिंग पर किया जाता है। विधि एक Schottky डिटेक्टर का उपयोग करती है। यह जीवन भर> 1 मिनट के साथ नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए लागू होती है। भंडारण रिंग में आयनों की साइक्लोट्रॉन आवृत्ति को मापने की विधि का उपयोग ऑन-द-फ्लाई आयन पूर्व-पृथक्करण के संयोजन में किया जाता है। जीएसआई (चित्र 6.4) में एफआरएस-ईएसआर सेटअप ने बड़े पैमाने पर बड़े पैमाने पर बड़ी संख्या में नाभिक के द्रव्यमान का सटीक मापन किया।

   930 MeV/न्यूक्लियॉन की ऊर्जा के लिए त्वरित 209 Bi नाभिक FRS प्रवेश द्वार पर स्थित एक बेरिलियम लक्ष्य 8 g/cm 2 मोटी पर केंद्रित थे। 209 बीआई विखंडन के परिणामस्वरूप, 209 बीआई से 1 एच तक की सीमा में बड़ी संख्या में माध्यमिक कण बनते हैं। प्रतिक्रिया उत्पादों को उनकी चुंबकीय कठोरता के अनुसार मक्खी पर अलग किया जाता है। लक्ष्य की मोटाई को चुना जाता है ताकि चुंबकीय प्रणाली द्वारा एक साथ कैप्चर किए गए नाभिक की सीमा का विस्तार किया जा सके। नाभिक के परास का विस्तार इस तथ्य के कारण होता है कि विभिन्न आवेशों वाले कण बेरिलियम लक्ष्य में भिन्न तरीके से विलम्बित होते हैं। एफआरएस विभाजक टुकड़ा ~ 350 MeV/न्यूक्लियॉन की चुंबकीय कठोरता वाले कणों के पारित होने के लिए ट्यून किया गया है। सिस्टम के माध्यम से पता लगाए गए नाभिक (52 .) के चार्ज की चुनी हुई सीमा पर < जेड < 83) एक साथ पूरी तरह से आयनित परमाणुओं (नंगे आयन), हाइड्रोजन-जैसे (हाइड्रोजन-जैसे) आयनों को एक इलेक्ट्रॉन या हीलियम-जैसे आयनों (हीलियम-जैसे) में दो इलेक्ट्रॉनों के साथ पारित कर सकते हैं। चूंकि एफआरएस के पारित होने के दौरान कणों का वेग व्यावहारिक रूप से नहीं बदलता है, उसी चुंबकीय कठोरता वाले कणों का चयन ~ 2% की सटीकता के साथ एम / जेड मान वाले कणों का चयन करता है। इसलिए, ईएसआर स्टोरेज रिंग में प्रत्येक आयन की रोटेशन आवृत्ति एम / जेड अनुपात द्वारा निर्धारित की जाती है। यह परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को मापने के लिए सटीक विधि का आधार है। आयन क्रांति आवृत्ति को Schottky विधि का उपयोग करके मापा जाता है। भंडारण रिंग में आयन कूलिंग की विधि का उपयोग परिमाण के क्रम से द्रव्यमान निर्धारण की सटीकता को अतिरिक्त रूप से बढ़ाता है। अंजीर पर। 6.5 जीएसआई में इस विधि द्वारा अलग किए गए परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का प्लॉट दिखाता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि 30 सेकंड से अधिक के आधे जीवन वाले नाभिक को वर्णित विधि का उपयोग करके पहचाना जा सकता है, जो बीम शीतलन समय और विश्लेषण समय द्वारा निर्धारित किया जाता है।

   अंजीर पर। 6.6 विभिन्न आवेश वाले राज्यों में 171 टा समस्थानिक के द्रव्यमान को निर्धारित करने के परिणाम दिखाता है। विश्लेषण में विभिन्न संदर्भ समस्थानिकों का उपयोग किया गया था। मापे गए मानों की तुलना तालिका डेटा (Wapstra) से की जाती है।

3. पेनिंग ट्रैप का उपयोग करके न्यूक्लियस मास को मापना

   परमाणु नाभिक के द्रव्यमान के सटीक माप के लिए नई प्रयोगात्मक संभावनाएं आईएसओएल विधियों और आयन जाल के संयोजन में खुलती हैं। उन आयनों के लिए जिनमें बहुत कम गतिज ऊर्जा होती है और इसलिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में घूर्णन की एक छोटी त्रिज्या होती है, पेनिंग ट्रैप का उपयोग किया जाता है। यह विधि कण रोटेशन आवृत्ति के सटीक माप पर आधारित है

   ω = बी (क्यू / एम),

   एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में फंस गया। प्रकाश आयनों के लिए द्रव्यमान माप सटीकता ~ 10 -9 तक पहुंच सकती है। अंजीर पर। चित्र 6.7 ISOL-CERN विभाजक पर लगे ISOLTRAP स्पेक्ट्रोमीटर को दर्शाता है।
   इस सेटअप के मुख्य तत्व आयन बीम तैयारी अनुभाग और दो पेनिंग ट्रैप हैं। पहला पेनिंग ट्रैप ~ 4 टी के चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया एक सिलेंडर है। बफर गैस के साथ टकराव के कारण पहले जाल में आयनों को अतिरिक्त रूप से ठंडा किया जाता है। अंजीर पर। चित्र 6.7 घूर्णन गति के फलन के रूप में पहले पेनिंग ट्रैप में A = 138 के साथ आयनों के द्रव्यमान वितरण को दर्शाता है। शीतलन और शुद्धिकरण के बाद, पहले जाल से आयन बादल को दूसरे जाल में इंजेक्ट किया जाता है। यहां, आयन के द्रव्यमान को घूर्णन की गुंजयमान आवृत्ति द्वारा मापा जाता है। अल्पकालिक भारी समस्थानिकों के लिए इस पद्धति में प्राप्त संकल्प उच्चतम है और ~ 10 -7 के बराबर है।

   चावल। 6.7 आईएसओएलटीआरएपी स्पेक्ट्रोमीटर

परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान कैसे ज्ञात करें? और सबसे अच्छा जवाब मिला

नीना मार्टुशोवा [गुरु] से उत्तर

ए = संख्या पी + संख्या एन। अर्थात्, परमाणु का संपूर्ण द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान नगण्य होता है जो 11800 AU के बराबर होता है। ई.एम., जबकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन प्रत्येक में 1 परमाणु द्रव्यमान इकाई का द्रव्यमान होता है। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान एक भिन्नात्मक संख्या है क्योंकि यह प्रकृति में उनके प्रसार को ध्यान में रखते हुए किसी दिए गए रासायनिक तत्व के सभी समस्थानिकों के परमाणु द्रव्यमान का अंकगणितीय माध्य है।

उत्तर से योहेमेतो[गुरु]
परमाणु का द्रव्यमान लें और सभी इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान घटाएं।

उत्तर से व्लादिमीर सोकोलोव[गुरु]
नाभिक में सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग करें। आपको उनमें बहुत कुछ मिलेगा।

उत्तर से दशा[नौसिखिया]
मदद करने के लिए आवर्त सारणी

उत्तर से अनास्तासिया दुराकोव[सक्रिय]
आवर्त सारणी में किसी परमाणु के आपेक्षिक द्रव्यमान का मान ज्ञात कीजिए, इसे पूर्ण संख्या तक गोल कीजिए - यह परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान होगा। नाभिक का द्रव्यमान, या परमाणु की द्रव्यमान संख्या, नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या से बनी होती है
ए = संख्या पी + संख्या एन। अर्थात्, परमाणु का संपूर्ण द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान नगण्य होता है जो 11800 AU के बराबर होता है। ई.एम., जबकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन प्रत्येक में 1 परमाणु द्रव्यमान इकाई का द्रव्यमान होता है। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान एक भिन्नात्मक संख्या है क्योंकि यह प्रकृति में उनके प्रसार को ध्यान में रखते हुए किसी दिए गए रासायनिक तत्व के सभी समस्थानिकों के परमाणु द्रव्यमान का अंकगणितीय माध्य है। मदद करने के लिए आवर्त सारणी

उत्तर से 3 उत्तर[गुरु]

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