بار هسته ای در یک اتم همیشه برابر است. آزمایش هایی برای اندازه گیری بار هسته ای نمونه هایی از حل مسئله

خواص فیزیکی هسته اتم
ارسال شده در ref.rf
شارژ اصلی. اندازه هسته لحظه های هسته.
ارسال شده در ref.rf
اسپین هسته ای گشتاورهای مغناطیسی و الکتریکی هسته. جرم هسته ای و جرم اتمی. نقص انبوه انرژی ارتباط. ویژگی های اصلی انرژی اتصال قانون اساسی نیروهای هسته ای: ویژگی های اساسی، کولن و پتانسیل های هسته ای هسته. ماهیت تبادل نیروهای هسته ای

قانون موزلیبار الکتریکی هسته توسط پروتون هایی که ترکیب آن را تشکیل می دهند تشکیل می شود. تعداد پروتون ها زآنها آن را بار می نامند، به این معنی که قدر مطلق بار هسته ای برابر است Ze.بار هسته ای با شماره سریال منطبق است زعنصر در جدول تناوبی عناصر مندلیف بارهای هسته اتم برای اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی موزلی در سال 1913 تعیین شد. با اندازه گیری طول موج با استفاده از کریستال λ موزلی یک تغییر منظم در طول موج را کشف کرد λ برای عناصر پشت سر هم در جدول تناوبی (شکل 2.1). موزلی این مشاهده را وابستگی تفسیر کرد λ از مقداری ثابت اتمی ز، از یک عنصر به عنصر دیگر و برابر با یک برای هیدروژن متفاوت است:

کجا و ثابت هستند. از آزمایشات روی پراکندگی کوانتوم های پرتو ایکس توسط الکترون های اتمی و α - ذرات توسط هسته اتمی، قبلاً مشخص بود که بار هسته تقریباً برابر با نیمی از جرم اتمی است و بنابراین به عدد اتمی عنصر نزدیک است. از آنجایی که انتشار تشعشعات پرتو ایکس مشخصه نتیجه فرآیندهای الکتریکی در اتم است، موزلی به این نتیجه رسید که ثابت اتمی در آزمایشات او یافت شده است، که طول موج تابش پرتو ایکس مشخصه را تعیین می کند و با عدد اتمی عنصر منطبق است. فقط باید بار هسته اتم باشد (قانون موزلی).

برنج. 2.1. طیف اشعه ایکس اتم های عناصر همسایه به دست آمده توسط موزلی

اندازه گیری طول موج های پرتو ایکس با دقت زیادی انجام می شود، به طوری که بر اساس قانون موزلی، تعلق اتم به یک عنصر شیمیایی کاملاً قابل اعتماد است. در عین حال، این واقعیت که ثابت زدر آخرین معادله بار هسته وجود دارد، اگرچه با آزمایش های غیرمستقیم اثبات شده است، اما در نهایت بر یک اصل استوار است - قانون موزلی. به همین دلیل، پس از کشف موزلی، بارهای هسته ای بارها در آزمایش های پراکندگی اندازه گیری شد. α - ذرات بر اساس قانون کولمب در سال 1920، چادویگ تکنیک اندازه گیری نسبت پراکندگی را بهبود بخشید α ذرات و بارهای هسته اتم های مس، نقره و پلاتین را دریافت کرده است (جدول 2.1 را ببینید). داده های چادویگ هیچ شکی در مورد اعتبار قانون موزلی باقی نمی گذارد. علاوه بر این عناصر، آزمایش‌ها بار هسته‌های منیزیم، آلومینیوم، آرگون و طلا را نیز تعیین کردند.

جدول 2.1. نتایج آزمایشات چادویک

تعاریفپس از کشف موزلی، مشخص شد که مشخصه اصلی یک اتم، بار هسته است و نه جرم اتمی آن، همانطور که شیمیدانان قرن نوزدهم فرض می‌کردند، زیرا بار هسته تعداد الکترون‌های اتمی را تعیین می‌کند و بنابراین خواص شیمیایی اتم ها دلیل تفاوت بین اتم های عناصر شیمیایی دقیقاً این است که هسته آنها دارای تعداد متفاوتی از پروتون در ترکیب خود است. برعکس، تعداد متفاوت نوترون در هسته اتم ها با تعداد پروتون یکسان، به هیچ وجه خواص شیمیایی اتم ها را تغییر نمی دهد. اتم هایی که فقط در تعداد نوترون های هسته شان با هم تفاوت دارند نامیده می شوند ایزوتوپ هاعنصر شیمیایی.

معمولاً اتمی با تعداد معینی پروتون و نوترون در هسته نامیده می شود هستهترکیب هسته با اعداد تعیین می شود زو آ. آنها در مورد ایزوتوپ فقط زمانی صحبت می کنند که به این معنی باشد که متعلق به یک عنصر شیمیایی است، به عنوان مثال، 235 U ایزوتوپ اورانیوم است، اما 235 U یک هسته شکافت پذیر است، نه یک ایزوتوپ شکافت پذیر.

اتم هایی که هسته آنها دارای تعداد مشابهی نوترون اما تعداد پروتون های متفاوتی است نامیده می شوند ایزوتون هااتم هایی با تعداد جرمی یکسان، اما ترکیبات مختلف پروتون-نوترون هسته ها نامیده می شوند ایزوبارها

CORE CHARGE - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های رده "CORE CHARGE" 2017، 2018.

بار هسته ای () مکان یک عنصر شیمیایی را در جدول D.I تعیین می کند. مندلیف. عدد Z تعداد پروتون های موجود در هسته است. Cl بار یک پروتون است که از نظر قدر با بار یک الکترون برابر است.

اجازه دهید یک بار دیگر تأکید کنیم که بار هسته تعیین کننده تعداد بارهای اولیه مثبت است که حامل آنها پروتون هستند. و از آنجایی که اتم یک سیستم به طور کلی خنثی است، بار هسته نیز تعداد الکترون های اتم را تعیین می کند. و ما به یاد داریم که یک الکترون دارای بار اولیه منفی است. الکترون‌ها در یک اتم بسته به تعدادشان بین پوسته‌های انرژی و زیر پوسته‌ها توزیع می‌شوند، بنابراین، بار هسته تأثیر قابل‌توجهی بر توزیع الکترون‌ها بین حالات آنها دارد. خواص شیمیایی یک اتم به تعداد الکترون ها در آخرین سطح انرژی بستگی دارد. معلوم می شود که بار هسته تعیین کننده خواص شیمیایی ماده است.

در حال حاضر، مرسوم است که عناصر شیمیایی مختلف را به شرح زیر تعیین می کنند: که در آن X نماد یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است که مربوط به بار است.

عناصری که دارای Z یکسان، اما جرم اتمی متفاوت (A) هستند (این بدان معناست که هسته دارای تعداد پروتون یکسان، اما تعداد نوترون متفاوت است) ایزوتوپ نامیده می شود. بنابراین، هیدروژن دارای دو ایزوتوپ است: 1 1 H-هیدروژن. 2 1 H-دوتریوم; 3 1 H-تریتیوم

ایزوتوپ های پایدار و ناپایدار وجود دارد.

هسته هایی با جرم یکسان اما بارهای متفاوت ایزوبار نامیده می شوند. ایزوبارها عمدتاً در میان هسته های سنگین و به صورت جفت یا سه تایی یافت می شوند. به عنوان مثال، و.

موزلی اولین کسی بود که به طور غیرمستقیم بار هسته ای را در سال 1913 اندازه گیری کرد. او رابطه ای بین فرکانس تابش پرتو ایکس مشخصه () و بار هسته ای (Z) برقرار کرد:

که در آن C و B برای سری تابش در نظر گرفته شده ثابت مستقل از عنصر هستند.

بار هسته ای به طور مستقیم توسط چادویک در سال 1920 هنگام مطالعه پراکندگی هسته های اتم هلیوم بر روی لایه های فلزی تعیین شد.

ترکیب هسته

هسته اتم هیدروژن پروتون نامیده می شود. جرم پروتون برابر است با:

هسته از پروتون و نوترون (با هم نوکلئون نامیده می شود) تشکیل شده است. نوترون در سال 1932 کشف شد. جرم نوترون بسیار نزدیک به جرم پروتون است. یک نوترون بار الکتریکی ندارد.

به مجموع تعداد پروتون ها (Z) و تعداد نوترون ها (N) در هسته، عدد جرمی A می گویند:

از آنجایی که جرم نوترون و پروتون بسیار نزدیک است، هر یک از آنها تقریباً برابر با یک واحد جرم اتمی است. جرم الکترون‌ها در یک اتم بسیار کمتر از جرم هسته است، بنابراین اعتقاد بر این است که اگر به نزدیک‌ترین عدد کامل گرد شود، عدد جرمی هسته تقریباً برابر با جرم اتمی نسبی عنصر است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

شارژ اصلی

قانون موزلیبار الکتریکی هسته توسط پروتون هایی که ترکیب آن را تشکیل می دهند تشکیل می شود. تعداد پروتون ها زآنها آن را بار می نامند، به این معنی که قدر مطلق بار هسته ای برابر است Ze.بار هسته ای با شماره سریال منطبق است زعنصر در جدول تناوبی عناصر مندلیف بارهای هسته اتم برای اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی موزلی در سال 1913 تعیین شد. با اندازه گیری طول موج با استفاده از کریستال λ موزلی یک تغییر منظم در طول موج را کشف کرد λ برای عناصر پشت سر هم در جدول تناوبی (شکل 2.1). موزلی این مشاهده را وابستگی تفسیر کرد λ از مقداری ثابت اتمی ز، از یک عنصر به عنصر دیگر و برابر با یک برای هیدروژن متفاوت است:

کجا و ثابت هستند. از آزمایشات روی پراکندگی کوانتوم های پرتو ایکس توسط الکترون های اتمی و α - ذرات توسط هسته های اتمی، قبلاً مشخص بود که بار هسته تقریباً برابر با نصف جرم اتمی است و بنابراین به عدد اتمی عنصر نزدیک است. از آنجایی که تابش پرتو ایکس مشخصه نتیجه فرآیندهای الکتریکی در اتم است، موزلی به این نتیجه رسید که ثابت اتمی در آزمایش‌های او یافت شده است، که طول موج تابش پرتو ایکس مشخصه را تعیین می‌کند و با عدد اتمی عنصر منطبق است. فقط می تواند بار هسته اتم باشد (قانون موزلی).

برنج. 2.1. طیف اشعه ایکس اتم های عناصر همسایه به دست آمده توسط موزلی

اندازه گیری طول موج های پرتو ایکس با دقت زیادی انجام می شود، به طوری که بر اساس قانون موزلی، تعلق اتم به یک عنصر شیمیایی کاملاً قابل اطمینان است. در عین حال، این واقعیت که ثابت زدر آخرین معادله بار هسته وجود دارد، اگرچه با آزمایشات غیرمستقیم اثبات شده است، اما در نهایت بر یک فرض استوار است - قانون موزلی. بنابراین، پس از کشف موزلی، بارهای هسته ای بارها در آزمایش های پراکندگی اندازه گیری شد α - ذرات بر اساس قانون کولن در سال 1920، چادویگ تکنیک اندازه گیری نسبت پراکندگی را بهبود بخشید α ذرات و بارهای هسته اتم های مس، نقره و پلاتین را دریافت کرد (جدول 2.1 را ببینید). داده های چادویگ هیچ شکی در مورد اعتبار قانون موزلی باقی نمی گذارد. علاوه بر این عناصر، آزمایش‌ها بار هسته‌های منیزیم، آلومینیوم، آرگون و طلا را نیز تعیین کردند.

جدول 2.1. نتایج آزمایشات چادویک

تعاریفپس از کشف موزلی، مشخص شد که مشخصه اصلی یک اتم، بار هسته است و نه جرم اتمی آن، همانطور که شیمیدانان قرن نوزدهم فرض می‌کردند، زیرا بار هسته تعداد الکترون‌های اتمی را تعیین می‌کند و بنابراین خواص شیمیایی اتم ها دلیل تفاوت بین اتم های عناصر شیمیایی دقیقاً این است که هسته آنها دارای تعداد متفاوتی از پروتون در ترکیب خود است. برعکس، تعداد متفاوت نوترون در هسته اتم ها با تعداد پروتون یکسان، به هیچ وجه خواص شیمیایی اتم ها را تغییر نمی دهد. اتم هایی که فقط در تعداد نوترون های هسته شان با هم تفاوت دارند نامیده می شوند ایزوتوپ هاعنصر شیمیایی.

از مدل سیاره ای ساختار اتم ها می دانیم که اتم یک هسته و ابری از الکترون است که به دور آن می چرخد. علاوه بر این، فاصله بین الکترون ها و هسته ده ها و صدها هزار بار بیشتر از اندازه خود هسته است.

خود هسته چیست؟ آیا این یک توپ کوچک جامد غیرقابل تقسیم است یا از ذرات کوچکتری تشکیل شده است؟ حتی یک میکروسکوپ موجود در جهان نمی تواند به وضوح آنچه را که در این سطح اتفاق می افتد به ما نشان دهد. همه چیز آنجا خیلی کوچک است. بعد باید چیکار کنیم؟ آیا حتی امکان مطالعه فیزیک هسته اتم وجود دارد؟ چگونه می توان از ترکیب و ویژگی های هسته اتم در صورت عدم امکان مطالعه آن مطلع شد؟

بار هسته اتم

از طریق طیف گسترده ای از آزمایشات غیر مستقیم، بیان فرضیه ها و آزمایش آنها در عمل، از طریق آزمون و خطا، دانشمندان توانستند ساختار هسته اتم را مطالعه کنند. معلوم شد که هسته از ذرات حتی کوچکتر تشکیل شده است. اندازه هسته، بار آن و خواص شیمیایی ماده به تعداد این ذرات بستگی دارد. علاوه بر این، این ذرات دارای بار مثبت هستند که بار منفی الکترون های اتم را جبران می کند. به این ذرات پروتون می گفتند. تعداد آنها در حالت عادی همیشه با تعداد الکترون ها برابر است. این سوال در مورد چگونگی تعیین بار هسته ای دیگر مطرح نشد.بار هسته یک اتم در حالت خنثی همیشه برابر با تعداد الکترون هایی است که به دور آن می چرخند و بر خلاف بار الکترون ها است. و فیزیکدانان قبلاً یاد گرفته اند که تعداد و بار الکترون ها را تعیین کنند.

ساختار هسته اتم: پروتون و نوترون

با این حال، در روند تحقیقات بیشتر، یک مشکل جدید بوجود آمد. معلوم شد که پروتون ها که بار یکسانی دارند، در برخی موارد دو بار از نظر جرم متفاوت هستند. این موضوع سوالات و تناقضات زیادی را ایجاد کرد. در پایان، می توان مشخص کرد که ترکیب هسته اتم، علاوه بر پروتون ها، شامل ذرات خاصی نیز می شود که جرم آنها تقریباً برابر با پروتون است، اما هیچ باری ندارند. به این ذرات نوترون می گفتند. تشخیص نوترون ها تمام اختلافات در محاسبات را برطرف کرد. در نتیجه پروتون ها و نوترون ها به عنوان عناصر تشکیل دهنده هسته، نوکلئون نامیده شدند. محاسبه هر مقدار مربوط به ویژگی های هسته بسیار ساده تر شده است. نوترون‌ها در تشکیل بار هسته‌ای شرکت نمی‌کنند، بنابراین تأثیر آنها بر خواص شیمیایی ماده عملاً آشکار نمی‌شود، با این حال، نوترون‌ها در تشکیل جرم هسته‌ها شرکت می‌کنند و بر این اساس، بر خواص گرانشی آن تأثیر می‌گذارند. هسته اتم بنابراین، مقداری اثر غیرمستقیم نوترون ها بر خواص ماده وجود دارد، اما بسیار ناچیز است.

این واقعیت که همه اجسام از ذرات بنیادی تشکیل شده اند توسط دانشمندان یونان باستان فرض شده است. اما در آن روزها هیچ راهی برای اثبات یا رد این واقعیت وجود نداشت. و در دوران باستان آنها فقط می توانستند در مورد خواص اتم ها بر اساس مشاهدات خود از مواد مختلف حدس بزنند.

اثبات اینکه همه مواد فقط در قرن نوزدهم و سپس به طور غیرمستقیم از ذرات بنیادی تشکیل شده اند ممکن بود. در همان زمان، فیزیکدانان و شیمیدانان در سراسر جهان تلاش کردند تا یک نظریه یکپارچه از ذرات بنیادی ایجاد کنند که ساختار آنها را توصیف کند و خواص مختلفی مانند بار هسته ای را توضیح دهد.

کارهای بسیاری از دانشمندان به مطالعه مولکول ها، اتم ها و ساختار آنها اختصاص داشت. فیزیک به تدریج به مطالعه ریزجهان - ذرات بنیادی، برهمکنش ها و خواص آنها رفت. دانشمندان به آنچه برای طرح فرضیه ها نیاز است و تلاش برای اثبات آنها حداقل به طور غیر مستقیم علاقه مند شده اند.

در نتیجه، نظریه سیاره ای ارائه شده توسط ارنست رادرفورد و نیلز بور به عنوان نظریه پایه پذیرفته شد. بر اساس این نظریه، بار هسته هر اتمی مثبت است، در حالی که الکترون های دارای بار منفی در مدارهای آن می چرخند و در نهایت اتم را از نظر الکتریکی خنثی می کنند. با گذشت زمان، این نظریه بارها و بارها توسط انواع مختلف آزمایش تأیید شد، که با آزمایش های یکی از نویسندگان همکار شروع شد.

فیزیک هسته ای مدرن، نظریه رادرفورد-بور را بنیادی می داند. از سوی دیگر، اکثر فرضیه هایی که در 150 سال گذشته ظاهر شده اند، عملاً هرگز تأیید نشده اند. به نظر می رسد که فیزیک هسته ای در اکثر موارد به دلیل اندازه بسیار کوچک اجرام مورد مطالعه نظری است.

البته، در دنیای مدرن، تعیین بار یک هسته آلومینیوم، به عنوان مثال (یا هر عنصر دیگر)، بسیار آسان تر از قرن 19، و حتی بیشتر از آن در یونان باستان است. اما وقتی دانشمندان در این زمینه اکتشافات جدیدی انجام می دهند، گاهی اوقات به نتایج شگفت انگیزی می رسند. در تلاش برای یافتن راه حلی برای یک مسئله، فیزیک با مشکلات و پارادوکس های جدیدی روبرو می شود.

در ابتدا، نظریه رادرفورد بیان می کند که خواص شیمیایی یک ماده به بار هسته اتم آن و در نتیجه به تعداد الکترون هایی که در مدارهای آن می چرخند بستگی دارد. شیمی و فیزیک مدرن کاملاً این نسخه را تأیید می کند. علیرغم این واقعیت که مطالعه ساختار مولکول ها در ابتدا بر اساس ساده ترین مدل بود - اتم هیدروژن که بار هسته ای آن 1 است، این تئوری به طور کامل برای تمام عناصر جدول تناوبی، از جمله مواردی که به طور مصنوعی در پایان به دست آمده اند، اعمال می شود. از هزاره گذشته

جالب است که مدتها قبل از تحقیقات رادرفورد، شیمیدان و پزشک انگلیسی با آموزش ویلیام پروت متوجه شد که وزن مخصوص مواد مختلف مضربی از این شاخص هیدروژن است. او سپس پیشنهاد کرد که تمام عناصر دیگر به سادگی از هیدروژن در سطحی ساده تشکیل شده اند. اینکه مثلاً یک ذره نیتروژن 14 ذره حداقلی است، اکسیژن 16 و غیره است. اگر این نظریه را به تعبیر امروزی به صورت جهانی در نظر بگیریم، در کل درست است.