§ 11. Склад атомних ядер. Атомний номер елемента — заряд ядра його атома

На теперішній час у ядрі атома відкрито такі найважливіші елементарні частинки, як протони (позначають символом р) і нейтрони (позначають символом гі). Вони є різними станами однієї частинки — нуклона.

Різновид атомних ядер з певним числом протонів і нейтронів називають нуклідом.

Відомості про основні частинки, що входять до складу атома, наведено в таблиці 4.

Основні частинки, які утворюють атом

Автор і рік відкриття

Масове число

Протон — стабільна елементарна частинка з позитивним електричним зарядом +1 в одиницях елементарного електричного заряду й масою, що дорівнює 1 а.о.м. (або 1,66 · 10 -27 кг).

Існування протона передбачив і дав йому назву Е. Резерфорд.

Нейтрон — електрично нейтральна елементарна частинка також масою 1 а.о.м.

Невдовзі після відкриття нейтрона український учений Д. Д. Іваненко вперше запропонував протонно-нейтронну модель будови ядра атома, яку в подальшому розвинув німецький фізик В. Гейзенберг.

Відповідно до цієї моделі сумарна кількість протонів Ζ і нейтронів N у ядрі атома певного елемента дорівнює цілочисловому округленому значенню атомної маси, яке називають масовим, або нуклонним, числом атома А:

Масове число = число протонів + число нейтронів.

Оскільки маса кожного протона та нейтрона приблизно дорівнює 1 а.о.м., а маса електрона дуже мала, то масове число атома приблизно дорівнює його відносній атомній масі.

Число протонів у ядрі характеризує його заряд і дорівнює атомному (порядковому) номеру хімічного елемента, або протонному числу Ζ:

За цією формулою можна визначити число нейтронів:

Нуклонне та протонне числа позначають відповідно верхнім і нижнім індексами ліворуч від символу елемента, наприклад:

Через те що позитивний заряд протона й негативний заряд електрона однакові за абсолютним значенням, в атомі як в електронейтральній частинці число електронів в оболонці завжди дорівнює числу протонів у ядрі. Таким чином, позитивний заряд ядра визначає число електронів в електронній оболонці атома й тим самим усі властивості елемента, а також місце його розташування в періодичній системі. У цьому полягає фізичний зміст атомного номера елемента:

атомний номер елемента = числу протонів у ядрі = заряду ядра атома = числу електронів в атомі.

Отже, атом складається з ядра та електронів; ядро (нуклід), у свою чергу, складається з протонів та нейтронів і має позитивний заряд. Нуклідом називають різновид атомів.

Дмитро Дмитрович Іваненко

Видатний фізик-теоретик XX ст., автор протонно-нейтронної моделі атомного ядра. Народився в Полтаві. Навчався в Полтавському педагогічному інституті й Харківському університеті.

У 1929 р. очолив теоретичний відділ Українського фізико-технічного інституту. У 1930-1931 рр. — професор Харківського університету, завідувач кафедри теоретичної фізики Харківського механіко-машинобудівного інституту.

Ім’я Д. Д. Іваненка назавжди ввійшло в історію світової науки.

Приклад розв’язування задач

Скільки електронів, протонів і нейтронів міститься в атомі Йоду 127 І?

Йод має атомний номер 53, отже, атом Йоду містить 53 протони та 53 електрони. Визначимо число нейтронів у ядрі атома 127 І:

Відповідь: 53 електрони, 53 протони, 74 нейтрони.

Запитання та завдання

°1. Які елементарні частинки атома є різними станами однієї частинки — нуклона?

°2. Яку елементарну частинку атома називають протоном? нейтроном? Який заряд та яка маса кожної з них?

3. У чому сутність протонно-нейтронної моделі будови ядра атома? Який учений уперше її запропонував?

°4. Що таке масове, або нуклонне, число атома? За якою формулою його обчислюють?

5. Чому приблизно дорівнює масове число атома?

6. Що таке протонне число? Чому воно дорівнює?

7. Чому атом є електронейтральною частинкою?

8. Чому дорівнює число електронів в електронній оболонці атома?

9. У чому полягає фізичний зміст атомного номера елемента?

10. Атом Карбону містить 6 електронів. Чому дорівнює заряд: а) атома Карбону; б) ядра атома Карбону?

11. Ядро атома хімічного елемента містить два протони й два нейтрони. Запишіть позначення цього атома: укажіть хімічний символ, атомний номер (протонне число) і масове (нуклонне) число.

12. Скільки протонів і нейтронів містяться в ядрах атомів: а) Хлору; б) Цинку?

Нейтрон

Нейтрон – це елементарна частинка без електричного заряду, що входить до складу ядра атома.

Історія відкриття нейтрона

Відкриття нейтрона було важливою подією в історії науки. До цього часу відомо було про дві основні частинки атома: електрони, які рухаються навколо ядра з від’ємним зарядом, та протони, які мають додатній заряд і утворюють ядро. Якщо враховувати взаємодію протонів з електронами, то атом мав би бути нестійким, оскільки електрони повинні рухатися по колу навколо ядра і випромінювати енергію. Однак, було відомо, що атоми є стійкими і існують тривалий час. Тому, у 1930 році, було запропоновано існування ще однієї нейтральної частинки, яка утримує ядра разом.

У 1932 році, Джеймс Чедвік замовив від Мілтона Гамільтона, щоб той зробив експеримент для виявлення цієї нової частинки. Гамільтон використовував високоенергетичні протони, які були випущені з пушки, щоб бомбардувати берилієві ядра. Після цього ядра берилію викидалися в зону детектора, який мав на меті виявити вторинні частинки, випущені під час розпаду ядер. Після кількох місяців роботи Гамільтон та його колега Джон Кромштроут виявили нову нейтральну частинку, яку назвали нейтроном.

Фізичні властивості та будова нейтрона

Нейтрон є елементарною частинкою без електричного заряду. Він має масу, яка приблизно дорівнює масі протона, і його розмір дещо більше за розмір протона. Фактично, нейтрон і протон мають дуже схожі фізичні властивості, за винятком того, що нейтрон не має електричного заряду.

Нейтрон складається з трьох основних частинок: двох довгих кварків та одного короткого кварку. Кварки – це елементарні частинки, з яких складаються протони та нейтрони. Довгі кварки, які мають назви “верхній” та “нижній”, мають електричний заряд, тоді як короткий кварк, який називається “середній”, не має електричного заряду.

Хоча нейтрон не має електричного заряду, він має магнітний момент. Магнітний момент нейтрона є відображенням того, як швидко він обертається навколо своєї осі. Однією з ключових властивостей нейтрона є його взаємодія з іншими частинками. Якщо нейтрон стикається з протоном, то вони можуть утворити ядро. Якщо нейтрон стикається з іншим нейтроном, то може відбутися ядерний розпад.

Існує два типи нейтронів – легкі та важкі. Легкі нейтрони мають масу приблизно 1,008665 далтонів, тоді як важкі нейтрони мають масу приблизно 1,009187 далтонів. Легкі нейтрони найчастіше зустрічаються в природі, а важкі нейтрони виникають в результаті ядерних реакцій.

Іншою важливою характеристикою нейтрона є його період напіврозпаду. Період напіврозпаду – це час, за який половина з певної кількості радіоактивних частинок розпадається. У випадку з нейтронами, період напіврозпаду дуже короткий – близько 10 хвилин.

Нейтрони можуть існувати в різних енергетичних станах, що відображається у їх спектрі. Відповідно до законів квантової механіки, енергетичний стан нейтрона може бути представлений як комбінація різних значень спіна та кутового моменту.

Нейтрони також мають властивість засвоювати нейтрони. Це означає, що якщо нейтрон взаємодіє з іншим нейтроном, він може збільшити свою енергію та вийти з ядра, що може призвести до розщеплення ядра та виникнення ядерної реакції ланцюгової реакції. Це процес, який використовується у ядерних реакторах на атомних електростанціях та ядерних бомбах.

Нейтрони також мають властивість розсіюватися на ядрах, що може використовуватися для вивчення властивостей ядер. Для цього нейтрони піддаються розсіюванню на пробнику, а потім аналізуються за допомогою детекторів.

Ще однією властивістю нейтронів є їх взаємодія з різними матеріалами. Нейтрони можуть бути замедлені у різних матеріалах, що може бути використано для контролю над ядерними реакціями та застосувано у промисловості.

Заключення

У цій статті було розглянуто історію відкриття нейтрона, його фізичні властивості та будову.

Нейтрон – це фундаментальна частинка, яка не має заряду, але має масу, магнітний момент та інші властивості.

Нейтрон має важливі застосування у ядерній фізиці, медицині, промисловості та інших галузях.

Наприклад, нейтронні джерела можуть використовуватися для індустріального контролю та діагностики матеріалів.

Також нейтрони використовуються у лікуванні раку та інших захворювань.

Чому дорівнюють заряды атомів нітрогену та неону? ​

Встановіть відповідність між назвою фізичної величини та її одиницями вимірювання 1,Маса А,Н 2.Жорсткість Б,кг 3.сила В,Кг/м³ 4.Густина Г.Н/м 2.Стан … тіла, за якого тіло не діє на опору чи підвіс А)вага б) невагомості в) тяжіння г)удар 3. До виникнення якої сили призводить деформація тіла? 4. Запишить формулу сили тертя. 5. Чому дорівнює вага тіла, маса якого 400г? 6.Якщо кінь.що швидко скаче спотикаеться вершник може вилетить із сідла і перелетіть через голову коня. Поясніть. Чому так траплятися. 7. При розтягування пружини на 6 см виникае сила пружності 1.8 Н. Знайдіть жорсткість пружини. 8. Знайдіть масу рідини, об’єм якої 3л?(густина рідини 900кг/м³) 9.Яка сила тертя виникає при русі дерев’яного бруски об’ ємом 0,03м³. Якщо коефіцієнт тертя 0.25?

Игла действует с силой 8н. Если площадь кончика иглы составляет 0, 00000064 м², его сила, действующая на опору?СРОЧНО ПОМОГИТЕ ​