หัวเรื่อง : องค์ประกอบของนิวเคลียสอะตอม. กองกำลังนิวเคลียร์

จุดประสงค์ของบทเรียน: เพื่อให้นักเรียนคุ้นเคยกับคุณสมบัติของโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

เกี่ยวกับการศึกษา:

) ทำซ้ำ สรุป และให้ความรู้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม

) สร้างแนวคิดของ "ไอโซโทปของสาร";

) สร้างแนวคิดของ "พลังงานนิวเคลียร์";

) เพื่อศึกษาคุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์

กำลังพัฒนา:

) พัฒนาความสามารถในการดำเนินการทางจิต: การวิเคราะห์, การสังเคราะห์, การจัดระบบ, การเปรียบเทียบ, การสรุป;

) พัฒนาความสนใจในวิชาฟิสิกส์

) แสดงการเชื่อมโยงความรู้เชิงทฤษฎีกับการปฏิบัติ

) เพื่อสอนวิธีใช้ระบบธาตุของ Mendeleev เพื่อกำหนดองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม

) ดำเนินการสร้างความสามารถในการใช้ความรู้เชิงทฤษฎีในการแก้ปัญหา

) มีส่วนร่วมในการพัฒนาความคิดที่ยืดหยุ่นของนักเรียน

) ส่งเสริมการพัฒนาความสนใจของนักเรียน

นักการศึกษา:

) การศึกษาภาพองค์รวมของโลก

) เพื่อพัฒนาความสามารถในการใช้ความรู้ที่นักศึกษาได้รับในการศึกษาวิชาอื่นๆ

อุปกรณ์: ระบบเป็นระยะของ Mendeleev การนำเสนอบทเรียน เอกสารแจก

บทบรรยายถึงบทเรียน:

“ความฉลาดไม่ได้อยู่ที่ความรู้เท่านั้น แต่ยังอยู่ที่ความสามารถในการนำความรู้ไปปฏิบัติด้วย”

อริสโตเติล.

ระหว่างเรียน.

I. ช่วงเวลาขององค์กร

อริสโตเติล นักปรัชญาชาวกรีกโบราณกล่าวว่า "จิตใจไม่เพียงประกอบด้วยความรู้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสามารถในการใช้ความรู้ในทางปฏิบัติด้วย" ให้คำพูดเหล่านี้ที่พูดย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 4 มาเป็นคติประจำใจของบทเรียนในวันนี้ (สไลด์ 1)

ครั้งที่สอง ขั้นตอนตรวจการบ้าน

โพลด้านหน้า:

1. ใครเป็นคนแรกที่เสนอสมมติฐานว่านิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมด? (นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด)

2. ข้อเท็จจริงที่ยืนยันความถูกต้องของสมมติฐานนี้ได้รับในปีใด (ในปี พ.ศ. 2462 เมื่อสังเกตปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค α กับนิวเคลียสของอะตอมไนโตรเจน)

3. อะไรคือชื่ออื่นสำหรับนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน? (โปรตอนจากคำภาษากรีก โปรโตส - แรก)

4. ต้องขอบคุณการประดิษฐ์อุปกรณ์ใดที่ได้รับการพิสูจน์ว่ามีโปรตอนในที่สุด? (ห้องวิลสัน)

5. เขียนการกำหนดสัญลักษณ์ของโปรตอนบนกระดาน (11H, 11p)

6. เกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคใดที่รวมอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมในปี 1920 ที่เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดแนะนำ? (นิวตรอน)

7. ข้อสันนิษฐานนี้พิสูจน์โดยใครและเมื่อใด (ในปี 1932 - นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Chadwig (นักเรียนของ Rutherford))

8. เขียนการกำหนดสัญลักษณ์ของนิวตรอน (10n) บนกระดาน

นำใบประเมินผล (ภาคผนวก 1) และให้คะแนนตัวเองสำหรับขั้นตอนนี้ของบทเรียน

สาม. ขั้นตอนของการเรียนรู้วัสดุใหม่

1. อย่างน้อยทุกคนควรจินตนาการว่าโลกที่เขาอาศัยอยู่นั้นทำงานอย่างไร ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องรู้ว่าโลกเป็นที่รับรู้ ว่าเมื่อความรู้ลึกซึ้งขึ้น ภาพของโลกก็ซับซ้อนมากขึ้น

พวกคุณคิดว่าเราจะพูดถึงอะไรในบทเรียนวันนี้?

และฉันคิดว่าเราจะศึกษาโครงสร้างของอะตอม)

ใช่ เราจะทำงานต่อไปในการศึกษาโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม หัวข้อบทเรียนของเรา: “โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม กองกำลังนิวเคลียร์ เขียนหัวข้อของบทเรียนลงในสมุดบันทึกของคุณ (สไลด์ 2)

ลองกำหนดเป้าหมายและวัตถุประสงค์ของบทเรียนกัน

(ศึกษาโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม แรงอะไรยึดอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียส) (สไลด์ 3)

มีหนึ่งปีในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์สมัยใหม่ที่เรียกว่า "ปีแห่งปาฏิหาริย์" นี่คือปี พ.ศ. 2475 หนึ่งใน "ปาฏิหาริย์" ของเขาคือการค้นพบนิวตรอนและการสร้างแบบจำลองนิวตรอนโปรตอนของนิวเคลียสอะตอม (โดยนักฟิสิกส์โซเวียต - และ Gapon; นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน - Werner Heisenberg; นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี - Majorana)

นิวเคลียสมีรูปร่างเป็นลูกบอล R ≈ 10-15 ม. ประมาณ 99.96% ของมวลทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนั้น ρ = 2.7∙1017 กก./ลบ.ม.

โปรตอน: p (1919), อายุการใช้งาน 10³¹ ปี, m = 1836.2me, qp = +e

นิวตรอน: n, q=0, อายุการใช้งานนอกนิวเคลียส 15 นาที, m=1838.7me

Vadim Skorobogatko เตรียมข้อความสำหรับเราเกี่ยวกับองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม

อนุภาคทั้งสองนี้มักเรียกอีกอย่างว่านิวคลีออน (สไลด์ 4)

องค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ถูกกำหนดตามเงื่อนไข - X (สไลด์ 5)

จำนวนอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่าเลขมวลและเขียนแทนด้วย A (สไลด์ 6)

จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเรียกว่าหมายเลขประจุและแสดงด้วย Z (สไลด์ 7)

จำนวนนิวตรอนที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสจะแสดงเป็น N

A= N + Z (สไลด์ 8)

2. การศึกษานิวเคลียสของอะตอมเพิ่มเติมนำไปสู่การค้นพบว่าอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันสามารถมีนิวเคลียสที่มีมวลต่างกันได้

นอกจากนี้ อะตอมทั้งหมดเหล่านี้มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน ดังนั้นจึงมีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน หากประจุของนิวเคลียสเท่ากัน แสดงว่ามีหมายเลขซีเรียลเดียวกันในตาราง กล่าวคือ ประจุจะอยู่ในเซลล์เดียวกันในตาราง

(สไลด์ 9) ธาตุเคมีชนิดเดียวทุกชนิดเรียกว่าไอโซโทป

ตอนนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่าองค์ประกอบทางเคมีเกือบทั้งหมดมีไอโซโทป

ตัวอย่างเช่น:

11H - โพรเที่ยม 21H - ดิวเทอเรียม 31H - ไอโซโทป

ไอโซโทปมีอนุภาคใดบ้างที่ประกอบเป็นนิวเคลียส (นิวตรอน)

เป็นการมีอยู่ของนิวตรอนจำนวนต่างกันในนิวเคลียสของไอโซโทปซึ่งเป็นสาเหตุของคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ของสารเคมี ซึ่งจะศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมในเกรด 11

3. สมมติฐานเกี่ยวกับองค์ประกอบโปรตอน - นิวตรอนของนิวเคลียสอะตอมได้รับการยืนยันแล้ว แต่คำถามต่อไปนี้เกิดขึ้น: เหตุใดนิวเคลียสจึงไม่แตกเป็นอนุภาคแยกกัน

เพื่อตอบคำถามที่โพสต์ ให้นึกถึงเนื้อหาที่ศึกษาก่อนหน้านี้:

ระหว่างร่างกายทั้งหมดที่มีมวลมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แรงโน้มถ่วงคำนวณตามกฎความโน้มถ่วงสากล: F=Gm1m2/r2

โปรตอนที่สร้างนิวเคลียสมีประจุบวก ซึ่งหมายความว่าแรงผลักเกิดขึ้นระหว่างพวกมัน ยิ่งกว่านั้น แรงผลักไฟฟ้ามากกว่าแรงดึงดูด 1039 เท่า จากข้อเท็จจริงนี้เท่านั้นจึงสรุปได้ว่าระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสนั้นมีปฏิสัมพันธ์ที่แรงกว่าไฟฟ้า มิฉะนั้น โปรตอนซึ่งประกอบเป็นนิวเคลียสจะกระจัดกระจายด้วยความเร็วสูง

นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าในธรรมชาติมีปฏิสัมพันธ์อีกประเภทหนึ่งซึ่งเรียกว่าแข็งแกร่ง

(สไลด์ 10). แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสเรียกว่านิวเคลียร์

(สไลด์ 11). คุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์:

Ø เป็นเพียงแรงดึงดูดเท่านั้น

Ø มากกว่ากองกำลังคูลอมบ์หลายเท่า

Ø ไม่ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของค่าใช้จ่าย;

Ø ระยะสั้น: สังเกตได้ชัดเจนในระยะทาง r ≈ 2.2∙10 -15 ม.;

Ø โต้ตอบกับนิวคลีออนจำนวนจำกัด (คุณสมบัติอิ่มตัว)

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

ชื่อสาร

เลขมวล A

หมายเลขค่าธรรมเนียม Z

จำนวนนิวตรอน N

เจอร์เมเนียม

ตรวจสอบว่าคุณทำงานเสร็จสิ้นอย่างไร และทำเครื่องหมายในใบประเมินสำหรับงานประเภทนี้

2. สไลด์ 14. ระบุองค์ประกอบทางเคมีที่ขาดหายไป

สไลด์ 15. ตรวจสอบว่าคุณทำงานเสร็จอย่างไรและให้คะแนนตัวเองในใบบันทึกคะแนนสำหรับงานประเภทนี้

มก.

นา

หลี่

ค

อู๋

3. สร้างคำถามสำหรับปริศนาอักษรไขว้ (ตัวเลือกที่ 1 - สำหรับคำที่อยู่ในแนวนอน ตัวเลือกที่ 2 - สำหรับคำที่อยู่ในแนวตั้ง) (ภาคผนวก 1)

ให้คะแนนตัวเองในใบบันทึกคะแนนสำหรับงานประเภทนี้

หก. สรุปบทเรียน

จบประโยค:

1. อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ประกอบด้วย ...

2. นิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ประกอบด้วย ...

3. ผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนเรียกว่า ... ในระบบคาบ เลขมวลคือ ....

4. ในระบบคาบ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสคือ ... และเรียกว่า ....

5. จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสคือ ... (ความแตกต่างระหว่างมวลและจำนวนประจุ)

6. โปรตอนและนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส .... (กำลังนิวเคลียร์)

7. ไอโซโทปคือ ... (พันธุ์ขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันซึ่งแตกต่างกันในมวลของนิวเคลียสของอะตอม)

8. พลังงานยึดเหนี่ยวคือ ... (พลังงานที่จำเป็นในการแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนแต่ละอัน)

9. ปฏิกิริยานิวเคลียร์เรียกว่า ... (การเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสของอะตอมระหว่างปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคมูลฐานหรือซึ่งกันและกัน)

คุณตั้งเป้าหมายอะไรให้ตัวเองและบรรลุเป้าหมายนั้นหรือไม่? ให้คะแนนตัวเองในใบบันทึกคะแนนสำหรับงานประเภทนี้

คำนวณเกรดเฉลี่ยสำหรับบทเรียน

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว สไลด์ 17. D / z: § 61, 62 เช่น 45 (บทช่วยสอน: ,)

แปด. การสะท้อน.

ต่อประโยค

วันนี้ในชั้นเรียน

) ฉันรู้สึก …
ฉันเข้าใจ …
ฉันจะ …

ฟิสิกส์เป็นศาสตร์แห่งธรรมชาติ - มันแสดงให้เราเห็นว่าโลกที่เราอาศัยอยู่นั้นยิ่งใหญ่เพียงใด แต่โลกนี้เป็นที่จดจำ ซึ่งหมายความว่าฟิสิกส์ให้ความแข็งแกร่งเป็นพิเศษแก่บุคคล

จากความคิดของอนุภาคที่เล็กที่สุด ในที่สุด ประโยชน์ทั้งหมดที่เรามีอยู่ในปัจจุบันก็ปรากฏขึ้น: วัสดุใหม่ โทรทัศน์ เลเซอร์ คอมพิวเตอร์ และแนวคิดหลักของอนุภาคที่เล็กที่สุดช่วยให้เข้าใจโลกจากมุมมองเดียว

พวกบทเรียนของเราสิ้นสุดลงแล้ว ขอปิดท้ายด้วยภาษิตสุภาษิตที่ว่า "ไม่รู้เป็นความอัปยศ แต่น่าเสียดายที่ไม่เรียนรู้!" และไม่มีใครรู้จักรอบ ๆ ตัว! ช่างเป็นสนามสำหรับจิตใจที่อยากรู้อยากเห็น ดังนั้นให้เริ่ม "เครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวร" แล้วไปกันเลย!

เอกสารแนบ 1

กระดาษประเมินผล________________________________________________________________

	ประเภทของงาน
	ตรวจการบ้าน
	การเรียนรู้วัสดุใหม่
	ทอดสมอ
	การเตรียมตัวสำหรับ GIA ก) กรอกตาราง

ด้วยความช่วยเหลือของวิดีโอสอนนี้ ทุกคนจะสามารถศึกษาหัวข้อ "องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างอิสระ จำนวนจำนวนมาก หมายเลขค่าธรรมเนียม กองกำลังนิวเคลียร์ ในระหว่างบทเรียน ครูจะพูดถึงโครงสร้างของอะตอม และทำผลรวมย่อยสำหรับบทเรียนก่อนหน้าทั้งหมดเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม

ฟิสิกส์เกรด 9

หัวข้อ: โครงสร้างของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม. การใช้พลังงานของนิวเคลียสของอะตอม

บทที่ 56 จำนวนจำนวนมาก ค่าใช้จ่าย

ตัวเลข. กองกำลังนิวเคลียร์

Yeryutkin Evgeny Sergeevich

ครูฟิสิกส์ของโรงเรียนมัธยม GOU หมวดหมู่สูงสุด№1360

มอสโก

สวัสดี! บทเรียนวันนี้จะกล่าวถึงคำถามที่เกี่ยวข้องกับการอภิปรายโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม จำนวนประจุ เลขมวล เราจะพูดถึงว่ากองกำลังนิวเคลียร์คืออะไร บทเรียนของเราเป็นการสรุปผลระดับกลางของปัญหาที่ศึกษาก่อนหน้านี้ทั้งหมด ฉันอยากจะบอกว่าเราศึกษาคำถามที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของอะตอมและโครงสร้างของนิวเคลียส ดังนั้นวันนี้เราจะมาพูดถึงเรื่องนี้กัน บทสรุปของหัวข้อก่อนหน้า คำถามก่อนหน้า ก่อนที่เราจะเข้าสู่คำถามแรก เราจะพูดถึงเรื่องนี้กันก่อน ในบทเรียนที่แล้ว เรากล่าวว่ารัทเทอร์ฟอร์ดในการทดลองของเขาระบุว่ามีอนุภาคเช่นโปรตอน ต่อมาในปี 1932 แชดวิกพบว่ามีอนุภาคอื่นที่เรียกว่านิวตรอน หลังจากการค้นพบนี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Ivanenko และ Heisenberg นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ได้เสนอแบบจำลองโปรตอน-นิวตรอนสำหรับโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมโดยไม่แยกจากกัน ตามทฤษฎี Ivanenko-Heisenberg นิวเคลียสของอะตอมใดๆ ก็ตามประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนและนิวตรอนเหล่านี้รวมกัน ซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม จึงตัดสินใจเรียกนิวคลีออน ทางนี้, "นิวเคลียส" (จาก lat. "นิวเคลียส") -ชื่อสามัญของโปรตอนและนิวตรอน อนุภาคที่มีประจุ และอนุภาคที่ไม่มีประจุ นิวตรอน อนุภาคเหล่านี้รวมกันเรียกว่า นิวคลีออน มาพูดถึงเรื่องอื่นกันดีกว่า แนวคิดเรื่องประจุนิวเคลียร์ถูกเสนอครั้งแรกในปี 1913 โดย Henry Moseley นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เขาเสนอว่าเนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนองค์ประกอบที่คูณด้วยประจุไฟฟ้าเบื้องต้นจึงเป็นประจุของนิวเคลียส Moseley มาถึงข้อสรุปนี้ได้อย่างไร ความจริงก็คือจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมสอดคล้องกับหมายเลขซีเรียล ซึ่งหมายความว่าประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมดเป็นผลคูณของหมายเลขซีเรียลและประจุของอิเล็กตรอนหนึ่งตัว เนื่องจากประจุบวกกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส หมายความว่าสามารถพูดได้เหมือนกันเกี่ยวกับนิวเคลียส มาดูกันว่ามาได้อย่างไร โมสลีย์ตรงกับที่เราเรียกว่าหมายเลขการเรียกเก็บเงิน ดู:

qฉัน = Z . | อี|

qฉัน- ประจุนิวเคลียร์

e - ประจุอิเล็กตรอน

Z- จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส จำนวนประจุ

ประจุของตัวเลขตามคำชี้แจงนี้หมายถึงผลคูณของหมายเลขซีเรียลและประจุไฟฟ้าเบื้องต้น ในกรณีนี้ อี - นี่คือประจุของอิเล็กตรอน เรียกว่าประจุไฟฟ้าเบื้องต้น และถ่ายแบบโมดูโล เพราะเป็นที่ชัดเจนว่าประจุของนิวเคลียสเป็นบวก ในกรณีนี้ หมายเลขซีเรียลเริ่มเรียกว่าหมายเลขชาร์จ หมายเลขซีเรียลคือหมายเลขที่สอดคล้องกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ดังนั้น เมื่อเราพูดถึงหมายเลขซีเรียล เราสามารถพูดถึงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสได้ ตัวเลขต่อไปที่จะพูดถึงคือเลขมวล ตัวเลขนี้แสดงด้วยตัวอักษร A และตัวเลขเดียวกันนี้นำมาจากตารางธาตุและปัดเศษขึ้นเป็นจำนวนเต็ม จากนั้นเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับสมการ ซึ่งเรียกว่าสมการ Ivanenko-Heisenberg ทั่วโลก สมการนี้ประกอบด้วยตัวเลขสามตัว: เลขมวล เลขประจุ และจำนวนนิวตรอน เรามาดูกันว่ามันเขียนอย่างไรและแสดงปริมาณเหล่านี้อย่างไร

สมการอิวาเนนโก-ไฮเซนเบิร์ก

เอ =Z + นู๋

A คือเลขมวล

Z- หมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบ

นู๋- จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส

ดู: เลขมวล A บอกว่าเท่าไหร่ นิวคลีออนเข้าสู่แกนกลาง ปรากฎว่าตามตารางธาตุ การกำหนดจำนวนมวลขององค์ประกอบทางเคมี เรากำหนดจำนวนนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอม

Z ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว จะเป็นหมายเลขซีเรียลและจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส N ในกรณีนี้คือจำนวนนิวตรอน ดังนั้น เราสามารถกำหนดจำนวนนิวตรอน จำนวนโปรตอนจากสมการนี้ รู้เลขมวลและเลขลำดับ ที่นี่จำเป็นต้องสังเกตจุดสำคัญ ความจริงก็คือในปี 1913 นักวิทยาศาสตร์อีกคน Soddy (คุณจำได้ว่าชายคนนี้ทำงานกับ Rutherford) ได้สร้างสิ่งที่น่าสนใจขึ้น พบว่ามีองค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกันทุกประการ แต่มีเลขมวลต่างกัน องค์ประกอบที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกันแต่เลขมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป ไอโซโทป -สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่มีนิวเคลียสของอะตอมต่างกัน

ควรเสริมด้วยว่าไอโซโทปมีกัมมันตภาพรังสีต่างกัน ทั้งหมดนี้นำไปสู่การศึกษาประเด็นนี้ แสดงไอโซโทปของธาตุเคมีเบาและหนัก มาดูกัน. เราได้เลือกพื้นที่ที่แตกต่างกันเป็นพิเศษของตารางธาตุเพื่อแสดงว่าองค์ประกอบทางเคมีเกือบทั้งหมดมีไอโซโทป

ไอโซโทป:

H - โพรเที่ยมยู

H - ดิวเทอเรียมยู

H - ไอโซโทป

ไฮโดรเจนมีสามไอโซโทปเหล่านี้ ไอโซโทป H ตัวแรกเรียกว่าโพรเทียม โปรดทราบว่าหมายเลขซีเรียลอยู่ด้านล่าง นี่คือหมายเลข Z และหมายเลขมวลเขียนอยู่ด้านบน - นี่คือหมายเลข A ด้านบน A ด้านล่าง Z และหากเราเข้าใจว่านี่หมายความว่าในนิวเคลียสของ โปรเทียมอะตอมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ง่ายที่สุด แพร่หลายที่สุดในจักรวาล มีโปรตอนเพียง 1 ตัว และไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียสนี้เลย มีไฮโดรเจนประเภทที่สองคือดิวเทอเรียม หลายคนคงเคยได้ยินคำนี้ โปรดทราบ: หมายเลขซีเรียลคือ 1 และเลขมวลคือ 2 ดังนั้นนิวเคลียสดิวเทอเรียมจึงประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว และยังมีไอโซโทปของไฮโดรเจนอีกชนิดหนึ่ง เรียกว่าทริเทียม ทริเทียมเป็นเพียง (หมายเลขซีเรียลหนึ่ง) และจำนวนมวลบ่งชี้ว่ามี 2 นิวตรอนในนิวเคลียสของไอโซโทปนี้ และอีกองค์ประกอบหนึ่งคือยูเรเนียม อีกด้านหนึ่งของตารางธาตุ สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่หนักหน่วงอยู่แล้ว ยูเรเนียมมีไอโซโทปทั่วไป 2 ไอโซโทป นี่คือยูเรเนียม 235 หมายเลขซีเรียลคือ 92 และเลขมวลคือ 235 คุณสามารถพูดได้ทันทีว่านิวเคลียสของธาตุหนึ่งแตกต่างจากองค์ประกอบอื่นอย่างไร ไอโซโทปที่สอง: หมายเลขซีเรียลคือ 92 และหมายเลขมวลคือ 238 บ่อยครั้งมาก เมื่อพูดถึงไอโซโทป โดยเฉพาะยูเรเนียม พวกเขาไม่เคยพูดถึงหมายเลขซีเรียล พวกเขาแค่พูดว่า "ยูเรเนียม" ตั้งชื่อองค์ประกอบทางเคมีแล้วบอกว่าเป็นเลขมวล - 238 หรือยูเรเนียม 235 เรากำลังพูดถึงปัญหานี้ด้วยเหตุผลง่ายๆ ที่เราทราบดีว่าองค์ประกอบทางเคมีนี้มีความสำคัญต่อพลังงานของประเทศและในทุกวันนี้อย่างไร ทั่วไปสำหรับพลังงานโลกโดยรวม

คำถามต่อไปที่เราต้องสัมผัสตามมาจากที่กล่าวมา อนุภาคเหล่านี้ นิวเคลียสเหล่านี้ ถูกเก็บไว้ภายในนิวเคลียสอย่างไร เราตั้งชื่อองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ไอโซโทปที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับธาตุหนัก โดยที่นิวคลีออน กล่าวคือ โปรตอนและนิวตรอนเป็นจำนวนมาก พวกมันถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสอย่างไร? เรารู้ว่าในนิวเคลียสระยะทางเล็ก ขนาดของนิวเคลียสมีขนาดเล็กมาก สามารถรวบรวมอนุภาคนิวคลีออนจำนวนมากได้ นิวคลีออนเหล่านี้ถูกยึดไว้อย่างแน่นหนาด้วยแรงอะไร? อันที่จริงเนื่องจากการขับไล่ไฟฟ้าสถิต อนุภาคเหล่านี้จะต้องสลายตัวและกระจายอย่างรวดเร็ว เรารู้ว่ามีประจุตรงข้ามดึงดูดเท่านั้น อนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน หากอนุภาคมีชื่อเดียวกันก็เห็นได้ชัดว่าต้องขับไล่ ภายในนิวเคลียสมีโปรตอน พวกมันมีประจุบวก ขนาดเคอร์เนลมีขนาดเล็กมาก ในนิวเคลียสเดียวกันก็มีนิวตรอนด้วย ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีแรงที่ยึดอนุภาคเหล่านั้นและอนุภาคอื่นๆ เข้าด้วยกัน กองกำลังเหล่านี้เรียกว่ากองกำลังนิวเคลียร์ แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดที่กระทำระหว่างนิวคลีออน. เราสามารถพูดได้ว่ากองกำลังเหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษของตัวเอง

คุณสมบัติแรกที่เราต้องพูดถึงคือ แรงนิวเคลียร์จะต้องเกินกว่าแรงผลักของไฟฟ้าสถิตและมันก็เป็นเช่นนั้น เมื่อสามารถระบุพวกมันได้ ปรากฎว่าพวกมันมากกว่าแรงผลักไฟฟ้าสถิต 100 เท่า ข้อสังเกตที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งก็คือ กองกำลังนิวเคลียร์ทำงานในระยะทางสั้น ๆ. ตัวอย่างเช่น 10 -15 ม. - นี่คือเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนกลาง แรงเหล่านี้กระทำ แต่ทันทีที่ขนาดของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นเป็น 10 -14 ซึ่งดูเหมือนจะค่อนข้างน้อย สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่านิวเคลียสจำเป็นต้องสลายตัว ในระยะนี้ แรงนิวเคลียร์จะไม่ทำงานอีกต่อไป และแรงผลักไฟฟ้าสถิตยังคงทำหน้าที่ และเป็นผู้รับผิดชอบในความจริงที่ว่านิวเคลียสสลายตัว

สิ่งหนึ่งที่จะพูดเกี่ยวกับกองกำลังนิวเคลียร์ก็คือ พวกเขาไม่ได้เป็นศูนย์กลาง, เช่น. พวกมันไม่ทำตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมอนุภาคเหล่านี้ และความจริงที่ว่าแรงนิวเคลียร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคนั้นมีประจุหรือไม่ เพราะทั้งโปรตอนและนิวตรอนเข้าสู่นิวเคลียส อนุภาคเหล่านี้อยู่ด้วยกัน ดังนั้น ข้อสรุปคือ: อนุภาคเหล่านี้ นิวเคลียส ถูกกักไว้ในนิวเคลียสเนื่องจากแรงนิวเคลียร์ และแรงเหล่านี้กระทำในนิวเคลียสเท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตได้ว่ากองกำลังนิวเคลียร์มีความสำคัญในแง่ของเสถียรภาพทางนิวเคลียร์ รับผิดชอบการมีอายุยืนยาวของการดำรงอยู่ขององค์ประกอบนี้ โดยสรุป เราสามารถสังเกตได้อีกสิ่งหนึ่ง: เมื่อเราพูดถึงพลังงาน กองกำลังนิวเคลียร์จะมีบทบาทหลักตรงนี้ เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในบทเรียนต่อไป ลาก่อน.

งานสำหรับบทเรียน.

1. กำหนดองค์ประกอบนิวคลีออนของนิวเคลียสของเหล็ก (จำนวนนิวคลีออน โปรตอน นิวตรอน)

2. มีโปรตอน 22 ตัวและนิวตรอน 26 ตัวในนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี ตั้งชื่อองค์ประกอบทางเคมีนี้

3. ประเมินความแรงของปฏิกิริยาโน้มถ่วงระหว่างสองนิวตรอนในนิวเคลียส มวลของนิวตรอนมีค่าประมาณ 1.7 * 10 -27 kg ใช้ระยะห่างระหว่างนิวตรอนเท่ากับ 10 -15 m ค่าคงที่โน้มถ่วงคือ 6.67 * 10-11 (N * m 2) / กก. 2

นิวเคลียสของอะตอมคือส่วนกลางของอะตอมซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน (เรียกรวมกันว่า นิวคลีออน).

นิวเคลียสถูกค้นพบโดย E. Rutherford ในปี 1911 ขณะศึกษาข้อความนี้ α -อนุภาคผ่านสสาร ปรากฎว่ามวลเกือบทั้งหมดของอะตอม (99.95%) กระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส ขนาดของนิวเคลียสของอะตอมจะอยู่ที่ 10 -1 3 -10 - 12 ซม. ซึ่งเล็กกว่าขนาดของเปลือกอิเล็กตรอน 10,000 เท่า

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมที่เสนอโดยอี. รัทเทอร์ฟอร์ดและการสังเกตการทดลองของนิวเคลียสของไฮโดรเจนถูกทำให้ล้มลง α -อนุภาคจากนิวเคลียสของธาตุอื่นๆ (พ.ศ. 2462-2563) นำนักวิทยาศาสตร์ไปสู่แนวคิด โปรตอน. คำว่าโปรตอนถูกนำมาใช้ในช่วงต้นทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ XX

โปรตอน (จากภาษากรีก. โปรตอน- ก่อน ตัวอักษร พี) เป็นอนุภาคมูลฐานที่เสถียร ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน

โปรตอน- อนุภาคที่มีประจุบวกซึ่งมีประจุเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของประจุของอิเล็กตรอน อี\u003d 1.6 10 -1 9 ซ.ล. มวลของโปรตอนคือ 1836 เท่าของมวลอิเล็กตรอน มวลพักของโปรตอน m p= 1.6726231 10 -27 กก. = 1.007276470 amu

อนุภาคที่สองในนิวเคลียสคือ นิวตรอน.

นิวตรอน (จาก lat. หมัน- ไม่ใช่อย่างใดอย่างหนึ่ง, สัญลักษณ์ น) เป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีประจุ นั่นคือ เป็นกลาง

มวลของนิวตรอนคือ 1839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน มวลของนิวตรอนเกือบเท่ากับ (ใหญ่กว่าเล็กน้อย) ของโปรตอน: มวลที่เหลือของนิวตรอนอิสระ ม น= 1.6749286 10 -27 กก. = 1.0008664902 amu และเกินมวลโปรตอน 2.5 มวลอิเล็กตรอน นิวตรอนร่วมกับโปรตอนภายใต้ชื่อสามัญ นิวคลีออนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม

นิวตรอนถูกค้นพบในปี 1932 โดย D. Chadwig นักเรียนของ E. Rutherford ระหว่างการทิ้งระเบิดของเบริลเลียม α -อนุภาค รังสีที่เกิดขึ้นซึ่งมีกำลังการทะลุทะลวงสูง (สามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางที่ทำจากแผ่นตะกั่วที่มีความหนา 10–20 ซม.) ได้ทำให้ผลกระทบรุนแรงขึ้นเมื่อผ่านแผ่นพาราฟิน (ดูรูป) Joliot-Curie ประมาณการพลังงานของอนุภาคเหล่านี้จากรอยทางในห้องเมฆ และการสังเกตเพิ่มเติมทำให้สามารถขจัดข้อสันนิษฐานเบื้องต้นได้ว่าสิ่งนี้ γ -ควอนตั้ม พลังการแทรกซึมอันยิ่งใหญ่ของอนุภาคใหม่ที่เรียกว่านิวตรอน อธิบายได้จากความเป็นกลางทางไฟฟ้าของพวกมัน ท้ายที่สุดแล้ว อนุภาคที่มีประจุจะโต้ตอบกับสสารอย่างแข็งขันและสูญเสียพลังงานไปอย่างรวดเร็ว E. Rutherford ทำนายการมีอยู่ของนิวตรอน 10 ปีก่อนการทดลองของ D. Chadwig เมื่อตี α -อนุภาคในนิวเคลียสของเบริลเลียม เกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:

นี่คือสัญลักษณ์ของนิวตรอน ประจุมีค่าเท่ากับศูนย์ และมวลอะตอมสัมพัทธ์มีค่าเท่ากับหนึ่งโดยประมาณ นิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่เสถียร: นิวตรอนอิสระในเวลาประมาณ 15 นาที สลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ไม่มีมวลเหลืออยู่

หลังจากการค้นพบนิวตรอนโดย J. Chadwick ในปี 1932 D. Ivanenko และ W. Heisenberg เสนออย่างอิสระ แบบจำลองโปรตอน-นิวตรอน (นิวคลีออน) ของนิวเคลียส. ตามแบบจำลองนี้ นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน จำนวนโปรตอน Zตรงกับหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบในตารางของ D. I. Mendeleev

ค่าใช้จ่ายหลัก คิวกำหนดโดยจำนวนโปรตอน Zซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสและเป็นค่าทวีคูณของค่าสัมบูรณ์ของประจุอิเล็กตรอน อี:

Q = + Ze

ตัวเลข Zเรียกว่า หมายเลขประจุนิวเคลียร์หรือ เลขอะตอม.

เลขมวลของนิวเคลียส แต่เรียกว่าจำนวนนิวคลีออน ได้แก่ โปรตอนและนิวตรอน จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสแสดงด้วยตัวอักษร นู๋. ดังนั้นจำนวนมวลคือ:

A = Z + N.

นิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอน) ถูกกำหนดให้เป็นเลขมวลเท่ากับหนึ่ง และอิเล็กตรอนจะได้รับค่าเป็นศูนย์

แนวคิดเรื่ององค์ประกอบของนิวเคลียสยังได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการค้นพบ ไอโซโทป.

ไอโซโทป (จากภาษากรีก. isosเท่ากันและ โทโปอา- สถานที่) - เหล่านี้เป็นอะตอมที่หลากหลายขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันซึ่งนิวเคลียสของอะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน ( Z) และจำนวนนิวตรอนต่างกัน ( นู๋).

นิวเคลียสของอะตอมดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าไอโซโทป ไอโซโทปคือ นิวไคลด์องค์ประกอบหนึ่ง นิวไคลด์ (จาก lat. นิวเคลียส- นิวเคลียส) - นิวเคลียสของอะตอมใดๆ (ตามลำดับอะตอม) ที่มีตัวเลขที่กำหนด Zและ นู๋. การกำหนดทั่วไปของนิวไคลด์คือ……. ที่ไหน X- สัญลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมี A=Z+N- จำนวนมวล

ไอโซโทปอยู่ในที่เดียวกันในตารางธาตุของธาตุ จึงเป็นที่มาของชื่อ ตามกฎแล้ว ไอโซโทปมีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (เช่น ในความสามารถในการเข้าสู่ปฏิกิริยานิวเคลียร์) คุณสมบัติทางเคมี (และทางกายภาพเกือบเท่ากัน) ของไอโซโทปเหมือนกัน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคุณสมบัติทางเคมีของธาตุถูกกำหนดโดยประจุของนิวเคลียส เนื่องจากเป็นประจุที่ส่งผลต่อโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม

ข้อยกเว้นคือไอโซโทปของธาตุแสง ไอโซโทปของไฮโดรเจน 1 ชม — โปรเทียม, 2 ชม— ดิวเทอเรียม, 3 ชม — ไอโซโทปมวลต่างกันมากจนคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีต่างกัน ดิวเทอเรียมมีความเสถียร (กล่าวคือ ไม่มีกัมมันตภาพรังสี) และรวมอยู่ในไฮโดรเจนธรรมดาด้วยสิ่งเจือปนเล็กน้อย (1: 4500) ดิวเทอเรียมรวมกับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำหนัก เดือดที่ความดันบรรยากาศปกติที่ 101.2°C และเยือกแข็งที่ +3.8°C ทริเทียม β เป็นกัมมันตภาพรังสีที่มีครึ่งชีวิตประมาณ 12 ปี

องค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดมีไอโซโทป องค์ประกอบบางอย่างมีเพียงไอโซโทป (กัมมันตภาพรังสี) ที่ไม่เสถียรเท่านั้น สำหรับองค์ประกอบทั้งหมด ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีได้รับการประดิษฐ์ขึ้น

ไอโซโทปของยูเรเนียมธาตุยูเรเนียมมีไอโซโทปสองไอโซโทป - มีเลขมวล 235 และ 238 ไอโซโทปเป็นเพียง 1/140 ของไอโซโทปทั่วไป

ทฤษฎีโปรตอนอิเล็กตรอน

เมื่อเริ่มต้น 1932 ดอลลาร์สหรัฐฯ รู้จักอนุภาคมูลฐานเพียงสามตัวเท่านั้น: อิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน ด้วยเหตุนี้ จึงสันนิษฐานว่านิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอน (สมมติฐานโปรตอน-อิเล็กตรอน) เชื่อกันว่าองค์ประกอบของนิวเคลียสที่มีหมายเลข $Z$ ในระบบธาตุและเลขมวล $A$ ของ Mendeleev รวมถึงโปรตอน $A$ และ $Z-A$ นิวตรอน ตามสมมติฐานนี้ อิเล็กตรอนที่เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสทำหน้าที่เป็นตัวแทน "การประสาน" โดยใช้โปรตอนที่มีประจุบวกอยู่ในนิวเคลียส ผู้สนับสนุนสมมติฐานโปรตอน - อิเล็กตรอนขององค์ประกอบของนิวเคลียสอะตอมเชื่อว่า $\beta ^-$ - กัมมันตภาพรังสี - เป็นการยืนยันความถูกต้องของสมมติฐาน แต่สมมติฐานนี้ไม่สามารถอธิบายผลการทดลองได้และถูกยกเลิกไป หนึ่งในปัญหาเหล่านี้คือความเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าการหมุนของนิวเคลียสไนโตรเจน $^(14)_7N$ เท่ากับหน่วย $(\hbar)$ ตามสมมติฐานของโปรตอน-อิเล็กตรอน นิวเคลียสไนโตรเจน $^(14)_7N$ ควรประกอบด้วยโปรตอน 14 ดอลลาร์ และอิเล็กตรอน $7 ดอลลาร์ การหมุนของโปรตอนและอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ $1/2$ ด้วยเหตุผลนี้ นิวเคลียสของอะตอมไนโตรเจน ซึ่งตามสมมติฐานนี้ประกอบด้วยอนุภาค $21$ ต้องมีสปิน $1/2,\ 3/2,\ 5/2,\dots 21/2$ ความคลาดเคลื่อนระหว่างทฤษฎีโปรตอนกับอิเล็กตรอนนี้เรียกว่า "ภัยพิบัติไนโตรเจน" นอกจากนี้ยังไม่สามารถเข้าใจได้ว่าเมื่อมีอิเล็กตรอนอยู่ในนิวเคลียส โมเมนต์แม่เหล็กของมันมีโมเมนต์แม่เหล็กเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอน

ในปี 1932 $ J. Chadwick ค้นพบนิวตรอน หลังจากการค้นพบนี้ D. D. Ivanenko และ E. G. Gapon ได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตอน-นิวตรอนของนิวเคลียสอะตอม ซึ่งพัฒนาโดย V. Heisenberg อย่างละเอียด

หมายเหตุ 1

องค์ประกอบโปรตอน - นิวตรอนของนิวเคลียสได้รับการยืนยันไม่เพียงโดยข้อสรุปทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังได้รับการยืนยันโดยตรงจากการทดลองเกี่ยวกับการแยกนิวเคลียสออกเป็นโปรตอนและนิวตรอน ตอนนี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่านิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนซึ่งเรียกอีกอย่างว่า นิวคลีออน(จากภาษาละติน นิวเคลียสเมล็ดข้าว)

โครงสร้างของนิวเคลียสอะตอม

นิวเคลียสคือส่วนกลางของอะตอมซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกและส่วนหลักของมวลอะตอมกระจุกตัวอยู่ ขนาดของนิวเคลียสเมื่อเปรียบเทียบกับวงโคจรของอิเล็กตรอนนั้นเล็กมาก: $10^(-15)-10^(-14)\ m$ นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนซึ่งมีมวลเกือบเท่ากัน แต่มีเพียงโปรตอนเท่านั้นที่มีประจุไฟฟ้า จำนวนโปรตอนทั้งหมดเรียกว่าเลขอะตอม $Z$ ของอะตอม ซึ่งเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง นิวเคลียสถูกกักขังอยู่ในนิวเคลียสโดยกองกำลังขนาดใหญ่ โดยธรรมชาติของพวกมัน แรงเหล่านี้ไม่ใช่ไฟฟ้าหรือแรงโน้มถ่วง และในขนาดที่พวกมันมีมากกว่าแรงที่ผูกอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส

ตามแบบจำลองโปรตอน - นิวตรอนของโครงสร้างของนิวเคลียส:

• นิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดประกอบด้วยนิวเคลียส
• ประจุของนิวเคลียสเกิดจากโปรตอนเท่านั้น
• จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากับเลขลำดับของธาตุ
• จำนวนนิวตรอนเท่ากับผลต่างระหว่างเลขมวลกับจำนวนโปรตอน ($N=A-Z$)

โปรตอน ($^2_1H\ หรือ\ p$) เป็นอนุภาคที่มีประจุบวก: ประจุของมันจะเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน $e=1.6\cdot 10^(-19)\ Cl$ และมวลที่เหลือคือ $ m_p=1.627\cdot 10^( -27)\kg$. โปรตอนเป็นนิวเคลียสของนิวคลีออนของอะตอมไฮโดรเจน

เพื่อลดความซับซ้อนของการบันทึกและการคำนวณ มวลของนิวเคลียสมักจะถูกกำหนดในหน่วยมวลอะตอม (a.m.u. ) หรือหน่วยของพลังงาน (บันทึกแทนมวลพลังงานที่สอดคล้องกัน $E=mc^2$ ในอิเล็กตรอนโวลต์) หน่วยมวลอะตอมคือ $1/12$ ของมวลของคาร์บอนนิวไคลด์ $^(12)_6C$ ในหน่วยเหล่านี้เราได้รับ:

โปรตอน เช่นเดียวกับอิเล็กตรอน มีโมเมนตัมเชิงมุม - สปิน ซึ่งเท่ากับ $1/2$ (ในหน่วยของ $\hbar $) หลัง ในสนามแม่เหล็กภายนอก สามารถกำหนดทิศทางได้เฉพาะในลักษณะที่การฉายภาพและทิศทางสนามมีค่าเท่ากับ $+1/2$ หรือ $-1/2$ โปรตอนเช่นเดียวกับอิเล็กตรอนอยู่ภายใต้สถิติควอนตัมของ Fermi-Dirac เช่น เป็นของเฟิร์ม

โปรตอนมีลักษณะเฉพาะด้วยโมเมนต์แม่เหล็กของมันเอง ซึ่งสำหรับอนุภาคที่มีการหมุน $1/2$ จะมีประจุ $e$ และมวล $m$ เท่ากับ

สำหรับอิเล็กตรอน โมเมนต์แม่เหล็กของตัวมันเองจะเท่ากับ

เพื่ออธิบายความเป็นแม่เหล็กของนิวคลีออนและนิวเคลียส ใช้แมกนีตอนนิวเคลียร์ (เล็กกว่าแมกนีตันบอร์ 1836$ เท่า):

ตอนแรกเชื่อกันว่าโมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนมีค่าเท่ากับแมกนีตรอนนิวเคลียร์เพราะ มวลของมันคือ 1836$ คูณมวลของอิเล็กตรอน แต่การวัดแสดงให้เห็นว่าอันที่จริงโมเมนต์แม่เหล็กที่แท้จริงของโปรตอนนั้นมากกว่าค่าของแมกนีตรอนนิวเคลียร์ 2.79$ เท่า มีสัญญาณบวก กล่าวคือ ทิศทางตรงกับการหมุน

ฟิสิกส์สมัยใหม่อธิบายข้อขัดแย้งเหล่านี้โดยข้อเท็จจริงที่ว่าโปรตอนและนิวตรอนถูกเปลี่ยนรูปร่วมกัน และบางครั้งอยู่ในสถานะแยกตัวออกเป็น $\pi ^\pm $ - เมสันและนิวเคลียสอื่นของเครื่องหมายที่สอดคล้องกัน:

มวลที่เหลือของ $\pi ^\pm $ - meson คือ 193.63$ MeV ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กของมันเองจึงมากกว่าแมกนีตันนิวเคลียร์ถึง 6.6$ เท่า ค่าที่มีประสิทธิภาพของโมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนและ $\pi ^+$ -- ของสภาพแวดล้อมมีซอนปรากฏในการวัด

นิวตรอน ($n$) -- อนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า มวลส่วนที่เหลือ

แม้ว่านิวตรอนจะไม่มีประจุ แต่ก็มีโมเมนต์แม่เหล็ก $\mu _n=-1.91\mu _Я$ เครื่องหมาย "$-$" แสดงว่าโมเมนต์แม่เหล็กอยู่ตรงข้ามกับการหมุนของโปรตอน สนามแม่เหล็กของนิวตรอนถูกกำหนดโดยค่าประสิทธิผลของโมเมนต์แม่เหล็กของอนุภาคที่สามารถแยกตัวออกจากกันได้

ในสภาวะอิสระ นิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่เสถียรและสลายตัวแบบสุ่ม (ครึ่งชีวิต $12$ นาที): ปล่อยอนุภาค $\beta $ -- และแอนตินิวตริโนออกมา มันจะกลายเป็นโปรตอน รูปแบบการสลายตัวของนิวตรอนเขียนในรูปแบบต่อไปนี้:

ตรงกันข้ามกับการสลายตัวภายในนิวเคลียร์ของ $\beta $ นิวตรอน -- การสลายตัวเป็นทั้งการสลายตัวภายในและฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐาน

การเปลี่ยนแปลงร่วมกันของนิวตรอนและโปรตอน ความเท่าเทียมกันของการหมุน การประมาณมวลและสมบัติทำให้มีเหตุให้สันนิษฐานได้ว่าเรากำลังพูดถึงอนุภาคนิวเคลียร์ชนิดเดียวกันสองสายพันธุ์ - นิวคลีออน ทฤษฎีโปรตอน-นิวตรอนเห็นด้วยกับข้อมูลการทดลอง

เนื่องจากองค์ประกอบของนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนพบได้ในปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาฟิวชันจำนวนมาก

ในปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสโดยพลการและทีละชิ้น จะสังเกตเห็นการไหลของอิเล็กตรอน โพซิตรอน มีซอน นิวตริโนและแอนตินิวตริโน มวล $\beta $ ของอนุภาค (อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน) มีค่าน้อยกว่ามวลของนิวคลีออนถึง 1836$ เท่า Mesons - อนุภาคบวก ลบ และศูนย์ - ครองตำแหน่งกลางในมวลระหว่าง $\beta $ - อนุภาคและนิวคลีออน อายุขัยของอนุภาคดังกล่าวสั้นมากและมีจำนวนถึงหนึ่งในล้านของวินาที นิวตริโนและแอนตินิวตริโนเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีมวลพักเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอน โพซิตรอน และเมซอนไม่สามารถเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสได้ อนุภาคแสงเหล่านี้ไม่สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งเป็นนิวเคลียสที่มีรัศมี $\sim 10^(-15)\ m$

เพื่อพิสูจน์สิ่งนี้ เรากำหนดพลังงานของปฏิกิริยาทางไฟฟ้า (เช่น อิเล็กตรอนที่มีโพซิตรอนหรือโปรตอนในนิวเคลียส)

และเปรียบเทียบกับพลังงานในตัวเองของอิเล็กตรอน

เนื่องจากพลังงานจากปฏิกิริยาภายนอกมีมากกว่าพลังงานของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจึงไม่สามารถดำรงอยู่และคงความเป็นตัวของตัวเองไว้ได้ ภายใต้สภาวะของนิวเคลียส อิเล็กตรอนจะถูกทำลาย อีกสถานการณ์หนึ่งที่มีนิวคลีออน พลังงานของพวกมันเองมีมากกว่า $900$ MeV ดังนั้นพวกมันจึงสามารถคงคุณลักษณะของพวกมันไว้ในนิวเคลียสได้

อนุภาคแสงถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสในกระบวนการเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม
จำนวนนิวคลีออนทั้งหมดในนิวเคลียสที่กำหนด
เรียกว่า เลขมวล หมายถึง
จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเรียกว่า
หมายเลขค่าธรรมเนียม ระบุ
(เท่ากับจำนวนธาตุเคมี)
แสดงจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส
นิวเคลียสของอะตอมแสดงในลักษณะเดียวกับ
องค์ประกอบทางเคมีที่สอดคล้องกัน
วางไว้ข้างหน้า - เลขมวล
และด้านล่างเป็นหมายเลขการเรียกเก็บเงิน
207
ตัวอย่างเช่น: 235
พีบี
82
92
ยู

แบบจำลองโปรตอน-นิวตรอนของนิวเคลียส
1
1
พี
โปรตอน
+
นิวเคลียส
Z คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
N คือจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส
m p mN 1a.u.m.
ฉันแกน
นิวตรอน 1
0
น
A \u003d Z + N - เลขมวล
A \u003d M (ปัดเศษขึ้นเป็นจำนวนเต็ม)
นิวเคลียสไอโซโทปยูเรเนียมมีกี่โปรตอนและนิวตรอน?
ก) 235
92
ยู
A=235
ข) 238
Z=92
92
N=A-Z=235-92=143
ยู
A=238
Z=92
N=A-Z=238-92=146

ไอโซโทป

สำหรับองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน
มีอะตอมที่มีมวลต่างกัน
แกน
นิวเคลียสที่มีประจุเท่ากันแต่มวลต่างกัน
เรียกว่าไอโซโทป
ไอโซโทป (จากคำภาษากรีก isos - เหมือนกันและ topos
– สถานที่) มีหมายเลขซีเรียลเหมือนกันใน
ตารางธาตุ
ไอโซโทปมีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่ต่างกัน
จำนวนนิวตรอน
ไอโซโทป
ทางกายภาพ
3 คุณสมบัติ
1 มีความต่างกัน
2
ตัวอย่างเช่น:
ไฮโดรเจน1 มีสามไอโซโทป
1
1
ชม
โปรเทียม
ชม
ชม
ดิวเทอเรียม
ไอโซโทป

99,985%
0,015%
องค์ประกอบไอโซโทปธรรมชาติของ H
10 15 10 16%

17
รู้จักกันมาตั้งแต่ปี 1906
35
17
Cl
Cl
37
17
M = 35.457
Cl
92
ยู
239
92
ยู
234
92
ยู
235
92
ยู
238
92
ยู
M = 238.0289

กองกำลังใดรับประกันความเสถียรของนิวเคลียสอะตอม

ตอบ แรงโน้มถ่วง
คำตอบไม่ถูกต้อง เนื่องจากแรงเหล่านี้
แรงไฟฟ้าสถิตน้อยกว่ามาก
แรงผลักระหว่างโปรตอน
นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่จะอธิบาย
ความมั่นคงหลักใช้แนวคิด
กองกำลังนิวเคลียร์
แรงนิวเคลียร์คือแรงกระทำ
ระหว่างนิวคลีออนในนิวเคลียสและการจัดเตรียม
การมีอยู่ของนิวเคลียสที่เสถียร
กองกำลังนิวเคลียร์แข็งแกร่ง
ปฏิสัมพันธ์

คุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์

แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูด เนื่องจากพวกมัน
ให้นิวคลีออนอยู่ภายในนิวเคลียส (ด้วยความแรงมาก
วิธีการของนิวคลีออน แรงนิวเคลียร์ระหว่างพวกมันมี
ลักษณะการผลัก)
แรงนิวเคลียร์ไม่ใช่แรงทางไฟฟ้า เพราะพวกมัน
ไม่เพียงทำหน้าที่ระหว่างโปรตอนเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่ระหว่าง
นิวตรอนที่มีประจุและไม่มีแรงโน้มถ่วง
ซึ่งเล็กเกินกว่าจะอธิบายผลกระทบนิวเคลียร์ได้
การศึกษาระดับการผูกมัดของนิวคลีออนในนิวเคลียสต่างๆ
แสดงว่าแรงนิวเคลียร์มีคุณสมบัติ
ความอิ่มตัวคล้ายกับความจุของแรงเคมี
ตามคุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์หนึ่ง
และนิวคลีออนเดียวกันไม่มีปฏิกิริยากับทั้งหมด
นิวเคลียสอื่น ๆ ของนิวเคลียส แต่มีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น
เพื่อนบ้าน

คุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของแรงนิวเคลียร์คือประจุ
ความเป็นอิสระ กล่าวคือ อัตลักษณ์ของทั้งสามประเภท
ปฏิกิริยานิวเคลียร์: ระหว่างโปรตอนสองตัว, ระหว่าง
โปรตอนและนิวตรอน และระหว่างสองนิวตรอน
พื้นที่การกระทำของกองกำลังนิวเคลียร์นั้นเล็กน้อย
รัศมีของการกระทำคือ 10 -13 ม. ในระยะทางไกล
ไม่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์ระหว่างอนุภาค
แรงนิวเคลียร์ (ในพื้นที่ที่พวกมันปฏิบัติการ) มีมาก
เข้มข้น. ความรุนแรงของพวกเขานั้นยิ่งใหญ่กว่ามาก
ความเข้มของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากแรงนิวเคลียร์
อยู่ภายในนิวเคลียส โปรตอนที่มีประจุเหมือนกัน
ผลักกันใหญ่
แรงไฟฟ้า
เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น พวกมันจะลดลงอย่างรวดเร็ว
(ที่ระยะ 1.4 10 15 ม. การกระทำของมันสามารถ
ละเลย)

การแก้ปัญหา
1. มีนิวเคลียสกี่นิวเคลียส:
6
3
หลี่
64
29
108
47
Cu
Ag
207
82
พีบี
2. กำหนดองค์ประกอบนิวคลีออนของนิวเคลียส:
4
2
เขา
16
8
อู๋
79
34
เซ
3. ตั้งชื่อองค์ประกอบทางเคมีในนิวเคลียสของอะตอม
ซึ่งมีนิวคลีออน:
แต่). 7p + 7n
14
7
นู๋
ข). 18p + 22n 40Ar
18
ที่). 33p+42n
75
33
ช) 84p+126n
210
84
เนื่องจาก
โป

กัมมันตภาพรังสี

การค้นพบรังสีเอกซ์
เป็นแรงผลักดันให้ใหม่
การวิจัย. การศึกษาของพวกเขานำไปสู่การค้นพบใหม่หนึ่ง
ซึ่งเป็นการค้นพบกัมมันตภาพรังสี
ราวๆกลางปีค.ศ.19
เริ่มปรากฏ
ข้อเท็จจริงทดลองที่ตั้งคำถาม
แนวคิดเกี่ยวกับการแยกตัวไม่ได้ของอะตอม ผลลัพธ์เหล่านี้
การทดลองชี้ให้เห็นว่าอะตอมมี
โครงสร้างที่ซับซ้อนและรวมถึงทางไฟฟ้า
อนุภาคที่มีประจุ
สว่างที่สุด
ซับซ้อน
โครงสร้างของอะตอมคือ
การค้นพบปรากฏการณ์
กัมมันตภาพรังสีที่ทำขึ้น
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Henri
เบคเคอเรลในปี พ.ศ. 2439

นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่า
กัมมันตภาพรังสีคือ
กระบวนการที่เกิดขึ้นเองในอะตอม
ธาตุกัมมันตภาพรังสี ตอนนี้ปรากฏการณ์เหล่านี้
ถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเอง
ไอโซโทปที่ไม่เสถียรขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งตัว
ถึงไอโซโทปของธาตุอื่น ในขณะที่มันเกิดขึ้น
การปล่อยอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน หรือ
นิวเคลียสฮีเลียม (อนุภาคα)

ร่วม 10 ปี
พวกเขาทำได้ดีมาก
มีอะไรให้สำรวจมากมาย
ปรากฏการณ์
กัมมันตภาพรังสี.
มันเป็นความเสียสละ
ทำงานในนามของวิทยาศาสตร์
อุปกรณ์ไม่ดี
ห้องปฏิบัติการและ
ขาดความจำเป็น
กองทุน
Marie และ Pierre Curie ในห้องทดลอง

เอ - รังสี
- รังสี
b - รังสี

เอ - อนุภาค - นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม รังสีเอกซ์
เจาะน้อยที่สุด
ความสามารถ. กระดาษชั้นหนึ่งประมาณ
0.1 มม. ไม่โปร่งใสสำหรับพวกเขาอีกต่อไป อ่อนแอ
เบี่ยงเบนไปในสนามแม่เหล็ก
ที่อนุภาค a สำหรับแต่ละสอง
มีค่าใช้จ่ายเบื้องต้นสองค่า
หน่วยอะตอมของมวล Rutherford
พิสูจน์แล้วว่าระหว่างกัมมันตภาพรังสีเอ - สลายตัว
ฮีเลียมก่อตัวขึ้น

β - อนุภาคคืออิเล็กตรอน
เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมาก
ใกล้เคียงกับความเร็วแสง พวกเขาแข็งแกร่ง
เบี่ยงเบนทั้งทางแม่เหล็กและ
สนามไฟฟ้า. β - รังสีมีมาก
ดูดซึมน้อยลงระหว่างทาง
ผ่านเรื่อง แผ่นอลูมิเนียม
ล่าช้าโดยสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อ
หนาไม่กี่มิลลิเมตร

- รังสีเป็น
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยตัวเอง
คุณสมบัติคล้ายกันมาก
เอ็กซ์เรย์แต่เจาะทะลุเท่านั้น
มีความสามารถมากกว่า
เอ็กซ์เรย์ ไม่ปฏิเสธ
สนามแม่เหล็ก. มีมากที่สุด
ความสามารถในการเจาะ ชั้นตะกั่ว
หนา 1 ซม. ไม่เหมาะกับพวกเขา
อุปสรรคที่ผ่านไม่ได้ เมื่อผ่านไป
- ฉายรังสีผ่านชั้นตะกั่วเหล่านั้น
ความรุนแรงจะลดลงครึ่งหนึ่งเท่านั้น

การแผ่รังสี α - และ b - อะตอม
การเปลี่ยนแปลงของธาตุกัมมันตรังสี
กลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่
ในแง่นี้การปล่อยกัมมันตภาพรังสี
รังสีเรียกว่าการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี
กฎการระบุออฟเซ็ต
ธาตุในระบบธาตุที่เกิดจาก
การสลายตัวเรียกว่ากฎการกระจัด

เอ - ผุ
-สลายตัว
b-สลาย

ก - เรียกว่า ผุ
การสลายตัวตามธรรมชาติของนิวเคลียสของอะตอมเป็น
เอ – อนุภาค (นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม 24 He) และผลิตภัณฑ์นิวเคลียส ผลิตภัณฑ์ a-decay กลายเป็น
เลื่อนสองเซลล์ไปที่จุดเริ่มต้น
ระบบเป็นระยะของ Mendeleev
เอ็ม
Z
X
M4
Z2
วายเฮ
4
2

b - การสลายตัวเรียกว่า
การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของอะตอม
นิวเคลียสโดยการปล่อยอิเล็กตรอน นิวเคลียส -
ผลิตภัณฑ์การสลายตัวของเบต้าคือนิวเคลียส
หนึ่งในไอโซโทปของธาตุที่มีลำดับ
ตัวเลขในตารางธาตุต่อหน่วย
หมายเลขซีเรียลขนาดใหญ่ของต้นฉบับ
เมล็ด
เอ็ม
Z
X Y e
เอ็ม
Z1
0
1

- ไม่มีรังสีมาด้วย
การเปลี่ยนแปลงค่าใช้จ่าย; มวลของนิวเคลียสเปลี่ยนไป
เล็กน้อย
เอ็ม
Z
X Y
เอ็ม
Z
0
0

การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี -
กัมมันตภาพรังสี (เกิดขึ้นเอง)
การเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสเดิม (แม่)
เป็นเมล็ด (ลูก) ใหม่
สำหรับสารกัมมันตภาพรังสีทุกชนิด
มีช่วงเวลาหนึ่ง
ช่วงเวลาที่
กิจกรรมลดลงครึ่งหนึ่ง

ครึ่งชีวิต T คือ
ช่วงเวลาที่
แบ่งครึ่ง
เงินสด
อะตอมกัมมันตภาพรังสี
N0 คือจำนวนอะตอมของกัมมันตภาพรังสีใน
จุดเริ่มต้นในเวลา
N คือจำนวนอะตอมที่ไม่สลายใน
เวลาใดก็ได้