Nucleul celui mai simplu atom - atomul de hidrogen - este format dintr-o particulă elementară numită proton. Nucleele tuturor celorlalți atomi sunt formate din două tipuri de particule, protoni și neutroni. Aceste particule se numesc nucleoni. Proton. Protonul are o sarcină și o masă

Pentru comparație, indicăm că masa unui electron este egală cu

Din comparația dintre (66.1) și (66.2) rezultă că -protonul are un spin egal cu jumătate și propriul său moment magnetic

O unitate de moment magnetic numită magneton nuclear. Din comparație cu (33.2) rezultă că de 1836 de ori mai puțin decât magnetonul Bohr. În consecință, momentul magnetic intrinsec al protonului este de aproximativ 660 de ori mai mic decât momentul magnetic al electronului.

Neutroni. Neutronul a fost descoperit în 1932 de către fizicianul englez D. Chadwick. Sarcina sa electrică este zero și masa sa

foarte aproape de masa protonului.

Diferența dintre masele de neutroni și protoni este de 1,3 MeV, adică .

Neutronul are un spin egal cu jumătate și (în ciuda absenței unei sarcini electrice) propriul său moment magnetic

(semnul minus indică faptul că direcțiile momentelor intrinseci mecanice și magnetice sunt opuse). Explicația acestui lucru informatie uimitoare va fi dat în § 69.

Rețineți că raportul valorilor experimentale cu un grad ridicat de precizie este -3/2. Acest lucru s-a observat abia după ce o asemenea valoare a fost obținută teoretic.

În stare liberă, neutronul este instabil (radioactiv) - se descompune spontan, transformându-se într-un proton și emițând un electron și o altă particulă numită antineutrin (vezi § 81). Timpul de înjumătățire (adică timpul necesar pentru ca jumătate din numărul inițial de neutroni să se descompună) este de aproximativ 12 minute. Schema de dezintegrare poate fi scrisă după cum urmează:

Masa antineutrinului este zero. Masa unui neutron este mai mare decât masa unui proton cu Prin urmare, masa neutronului depășește masa totală a particulelor care apar în partea dreaptă a ecuației (66.7), adică cu 0,77 MeV. Această energie este eliberată în timpul dezintegrarii unui neutron sub forma energiei cinetice a particulelor rezultate.

Caracteristici nucleul atomic. Unul dintre cele mai importante caracteristici nucleul atomic este numărul de sarcină Z. Este egal cu numărul de protoni care alcătuiesc nucleul și determină sarcina acestuia, care este egal cu Numărul Z definește număr de serie element chimic în tabelul periodic Mendeleev. Prin urmare, se mai numește și numărul atomic al nucleului.

Numărul de nucleoni (adică numărul total de protoni și neutroni) dintr-un nucleu este notat cu litera A și se numește numărul de masă al nucleului. Numărul de neutroni din nucleu este

Simbolul folosit pentru a desemna nucleele

unde X înseamnă simbol chimic element dat. În stânga sus este numărul de masă, în stânga jos - numar atomic(ultima pictogramă este adesea omisă).

Uneori, numărul de masă este scris nu în stânga, ci în dreapta simbolului elementului chimic

Nucleii cu același Z dar A diferit se numesc izotopi. Majoritatea elementelor chimice au mai mulți izotopi stabili. Deci, de exemplu, oxigenul are trei izotopi stabili: staniul are zece și așa mai departe.

Hidrogenul are trei izotopi:

Protiul și deuteriul sunt stabili, tritiul este radioactiv.

Nucleii cu același număr de masă A se numesc izobare. Nucleii cu același număr de neutroni se numesc izotone de exemplu.În cele din urmă, există nuclee radioactive cu același Z și A, care diferă ca timp de înjumătățire. Se numesc izomeri. De exemplu, există doi izomeri ai nucleului, unul dintre ei are un timp de înjumătățire de 18 minute, celălalt are un timp de înjumătățire de 4,4 ore.

Sunt cunoscuți aproximativ 1500 de nuclee, care diferă fie în Z, fie în A sau ambele. Aproximativ 1/5 din aceste nuclee sunt stabile, restul sunt radioactive. Multe nuclee au fost obținute artificial folosind reacții nucleare.

În natură există elemente cu număr atomic Z de la 1 la 92, cu excepția tehnețiului și prometiului.Plutoniul, după ce a fost obținut artificial, a fost găsit în urme în cantități. mineral natural- amestec de rasini. Restul elementelor transuraniu (adică transuraniu) (cu Z de la 93 la 107) au fost obținute artificial prin diferite reacții nucleare.

Elementele transuranium curiu, einsteiniu, fermiu) și mendeleviu) au fost numite în onoarea savanților remarcabili P. și M. Curie, A. Einstein, E. Fermi și D. I. Mendeleev. Lawrencium este numit după inventatorul ciclotronului E. Lawrence. Kurchatovy) și-a primit numele în onoarea remarcabilului fizician sovietic I. V. Kurchatov.

Unele elemente transuraniu, inclusiv kurchatovium și elemente cu numerele 106 și 107, au fost obținute la Laboratorul de Reacții Nucleare al Institutului Comun de Cercetare Nucleară din Dubna de către omul de știință sovietic G. N. Flerov și colaboratorii săi.

Dimensiunile nucleelor. În prima aproximare, nucleul poate fi considerat o sferă, a cărei rază este determinată destul de precis de formula

(fermi - numele folosit în fizica nucleara unităţi de lungime egale cu cm). Din formula (66.8) rezultă că volumul nucleului este proporțional cu numărul de nucleoni din nucleu. Astfel, densitatea materiei în toate nucleele este aproximativ aceeași.

Spinul nucleului. Spiriurile nucleonilor se adună la spinul rezultat al nucleului. Spinul nucleonului este. Prin urmare, numărul cuantic al spinului nucleului l va fi jumătate întreg pentru un număr impar de nucleoni A și un întreg sau zero pentru un număr par A. Spiri ale nucleilor l nu depășesc mai multe unitati. Acest lucru indică faptul că spinurile majorității nucleonilor din nucleu se anulează reciproc, fiind antiparalele. Toate nucleele pare-pare (adică nucleele cu un număr par de protoni și un număr par de neutroni) au spin zero.

Adăugați site-ul la marcaje

Conceptul de atom. Structura atomului și a nucleului atomic

Atomul este cea mai mică particulă element, păstrându-și caracteristicile.

Atomii diferitelor elemente sunt diferiți unul de celălalt. Deoarece există peste 100 de elemente diferite, există și peste 100 diferite feluri atomi.

Figura 1-2. Părți ale unui atom.

Fiecare atom are un nucleu , situat în centrul atomului. Conține particule încărcate pozitiv - protoni și particule neîncărcate - neutroni.

Electronii, particule încărcate negativ, se învârt în jurul nucleelor ​​(vezi Figura 1-2).

Numărul de protoni din nucleul unui atom se numește numărul atomic al elementului.

Orez. 1-3. Electronii aflați în învelișuri din jurul nucleului.

Numerele atomice vă permit să distingeți un element de altul. Fiecare element are o greutate atomică. Greutatea atomică este masa unui atom, care este determinată de numărul total de protoni și neutroni din nucleu. Electronii practic nu contribuie la masa totală a unui atom, masa unui electron este doar 1/1845 din masa unui proton și poate fi neglijată.

Electronii se rotesc pe orbite concentrice în jurul nucleului. Fiecare orbită se numește coajă. Aceste shell-uri sunt umplute în următoarea secvență: shell-ul K este umplut mai întâi, apoi L, M, N și așa mai departe. (Vezi Figura 1-3). Suma maximă electronii care pot fi acomodați pe fiecare înveliș este prezentat în Fig. 1-4.

Învelișul exterior se numește valență, iar numărul de electroni pe care îi conține se numește valență. Cu cât învelișul de valență este mai departe de nucleu , cu atât mai puțină atracție din partea nucleului este experimentată de fiecare electron de valență. Astfel, potențialul unui atom de a câștiga sau a pierde electroni crește dacă învelișul de valență nu este umplut și este situat suficient de departe de nucleu.

Orez. 1-4 și 1-5. Compoziția atomului.

Electronii învelișului de valență pot primi energie. Dacă acești electroni obțin suficientă energie din forțe externe, ei pot părăsi atomul și deveni electroni liberi, mișcându-se aleatoriu de la atom la atom. Materiale care conțin un numar mare de electronii liberi se numesc conductori.

Orez. 1-6. valență de cupru.

Pe Fig. 1-5 comparați conductivitățile diferitelor metale utilizate ca conductori . În tabel, argintul, cuprul și aurul au o valență de unu (vezi Figura 1-6). Cu toate acestea, argintul este un conductor mai bun, deoarece electronii săi de valență sunt mai puțin legați.

Izolatoarele, spre deosebire de conductori, împiedică fluxul de electricitate. Izolatorii sunt stabili datorită faptului că electronii de valență ai unor atomi sunt atașați de alți atomi, umplându-le învelișurile de valență, prevenind astfel formarea electronilor liberi.

Orez. 1-7. Proprietăți dielectrice diverse materiale folosite ca izolatori.

Materialele clasificate drept izolatori sunt comparate în Fig. 1-7. Mica este cel mai bun izolator deoarece are cei mai puțini electroni liberi în învelișul de valență.

O pozitie intermediara intre conductori si izolatori este ocupata de semiconductori.Semiconductorii nu sunt nici unul buni conductori, nici izolatori buni, dar sunt importante deoarece conductivitatea lor poate fi variată de la conductor la izolator. Siliciul și germaniul sunt materiale semiconductoare.

Despre atom, care are acelasi numar electroni și protoni, se spune că este neutru din punct de vedere electric. Un atom care primește unul sau mai mulți electroni nu este neutru din punct de vedere electric. Devine încărcat negativ și se numește ion negativ. Dacă un atom pierde unul sau mai mulți electroni, acesta devine încărcat pozitiv și se numește ion pozitiv. Procesul de câștig sau pierdere de electroni se numește ionizare. Joacă de ionizare mare rolîn fluxul de curent electric.

Datorită noilor metode de înregistrare a radioactivității, a devenit posibil să se studieze noi fenomene care anterior nu fuseseră susceptibile de cercetare și, în special, să încerce să răspundă la întrebarea cum este aranjat nucleul atomic. Pentru a răspunde la această întrebare, Rutherford a decis să folosească ciocnirea particulelor α cu nucleele elementelor chimice ușoare.
Prin bombardarea atomilor de hidrogen cu particule α, Rutherford a descoperit că atomii de hidrogen neutri se transformă în particule încărcate pozitiv. Rutherford știa că cel mai ușor atom din Tabelul Periodic, hidrogenul, este format dintr-un nucleu cu o unitate de sarcină pozitivă și un electron. În consecință, la ciocnirea cu un atom de hidrogen, particula α s-a apropiat suficient de nucleul de hidrogen și i-a transferat o parte din energie și impuls. Rutherford a numit aceste particule încărcate pozitiv atomi H. Mai târziu, numele „protoni” a devenit mai puternic în spatele lor. În același timp, Rutherford a stabilit că interacțiunea dintre o particulă α și un nucleu de hidrogen nu respectă legea împrăștierii particulelor α pe nucleele de aur pe care a descoperit-o mai devreme. Pe măsură ce particula α s-a apropiat de nucleul de hidrogen, forțele de interacțiune dintre particula α și nucleul de hidrogen au crescut brusc.

E. Rutherford, 1920:„În cazul atomilor cu o sarcină nucleară mare, chiar și cea mai rapidă particulă alfa nu poate pătrunde în însăși structura nucleului, așa că o putem doar estima. dimensiuni maxime. Cu toate acestea, în cazul atomilor de lumină, când sarcina nucleului este mică, într-o coliziune directă, particula α se apropie de nucleu atât de aproape încât ne putem estima dimensiunea și ne putem forma o idee despre forte active. Acest lucru se vede cel mai bine în cazul unei coliziuni directe a unei particule α cu un atom de hidrogen. În acest caz, atomul H ajunge la așa ceva mișcare rapidă că se deplasează de patru ori mai departe decât particula α care se ciocnește și poate fi detectată prin scintilațiile pe care le provoacă pe un ecran de sulfură de zinc... Am arătat că aceste scintilații se datorează atomilor de hidrogen care poartă o sarcină pozitivă unitară. Relația dintre numărul și viteza acestor atomi de H este destul de diferită de ceea ce ne-am aștepta dacă luăm în considerare particula α și atomul de H ca sarcini punctuale. Ca urmare a ciocnirii cu particulele α rapide, se obțin atomi de H, care zboară aproape cu aceeași viteză în direcția particulelor α incidente. De aici s-a dedus că legea inversă proporționalității cu pătratul distanței devine nedreaptă atunci când nucleele se apropie unul de celălalt la o distanță mai mică de 3.· 10 -13 cm.Aceasta indică faptul că nucleele sunt de acest ordin de mărime și că forțele dintre nuclee se schimbă foarte rapid în mărime și direcție pe distanțe comparabile cu dimensiunile acceptate în mod obișnuit ale diametrului electronului. S-a subliniat că în astfel de ciocniri strânse între nuclee se dezvoltă forțe enorme și că structura nucleelor ​​poate suferi o deformare considerabilă în timpul coliziunii. Faptul că nucleul de heliu, despre care se poate presupune că este format din patru atomi de H și doi electroni, supraviețuiește acestei coliziuni indică stabilitatea extremă a structurii sale.

Ca rezultat al studiului interacțiunii particulelor α cu atomii de hidrogen, a fost descoperit un proton, nucleul unui atom de hidrogen. Rutherford a continuat experimentele pentru a studia interacțiunea particulelor α cu atomii de lumină, iar în 1919 a descoperit că atunci când atomii de azot sunt iradiați cu particule α, protonii zboară din atom. Prin urmare, protonii fac parte din nucleele atomice. Dar, în același timp, sub acțiunea particulelor α, ar fi trebuit să se producă o schimbare a nucleului atomului de azot. Sarcina sa ar trebui să scadă cu unu - nucleul de azot ar trebui să se transforme într-un nucleu de oxigen.
Pentru prima dată, Rutherford a făcut ceea ce alchimiștii nu au fost capabili să facă de secole - a transformat artificial un element chimic în altul.
În următorii câțiva ani, Rutherford și studenții săi au efectuat o transformare artificială a aproximativ zece elemente chimice ușoare - bor, fluor, litiu, sodiu, fosfor și altele.

E. Rutherford: „Atomii mai multor elemente ușoare au fost foarte bombardați cantitate mare particule α. După ce am efectuat aceste experimente, în 1919 am primit dovezi experimentale că un număr mic de atomi de azot s-au descompunet în timpul bombardamentului, emitând nuclee rapide de hidrogen, cunoscute acum sub numele de protoni...

Doar o particulă alfa din 50.000 se apropie suficient de aproape de nucleu pentru a fi capturată de acesta...
În articolele anterioare, loc. cit., am descris fenomenele care au loc în ciocnirile strânse ale particulelor a rapide cu atomi de lumină ai materiei, pentru a determina dacă nucleele anumitor atomi de lumină nu pot suferi descompunere sub influența forte uriase dezvoltându-se în timpul unor astfel de ciocniri apropiate. În aceste articole s-a dat dovada că trecerea particulelor α prin azotul uscat dă naștere la particule rapide, care amintesc foarte mult în strălucirea scintilațiilor și a intervalului de penetrare a atomilor de hidrogen pusi în mișcare sub influența unei coliziuni cu particulele α. S-a demonstrat în continuare că acești atomi rapizi, care apar numai în azot uscat, dar nu și în oxigen sau în acid carbonic, nu pot fi atribuite prezenței vaporilor de apă sau a unei alte substanțe care conțin hidrogen, dar trebuie să apară din ciocnirea particulelor α cu atomii de azot...
LA munca anterioară Am arătat că particulele cu distanță lungă observate în aerul uscat și în azotul pur trebuie să provină din atomii de azot înșiși. Astfel, este clar că unii dintre atomii de azot sunt distruși în ciocniri cu particule α rapide și că în acest caz se formează atomi de hidrogen încărcați pozitiv rapid. Din aceasta trebuie să concluzionăm că atomul de hidrogen încărcat este unul dintre componentele nucleului de azot.

14 N(α,p) 17 O

razele H. Dintre razele corpusculare care decurg din ciocnirea razelor α cu atomii de lumină, cele mai studiate sunt razele de hidrogen, deoarece au cea mai mare putere de penetrare. Aceste fascicule sunt formate din atomi de hidrogen care și-au pierdut electronii, adică. protoni. Ele sunt notate cu simbolul H ... Pentru a observa razele H, ei au folosit mai întâi proprietatea lor comună cu razele α pentru a provoca scintilații pe un ecran cu sulfură de zinc ... Ca sursă de raze H, în loc de hidrogen, se poate folosi o substanta bogata in hidrogen, de exemplu, parafina, sub forma unui film foarte subtire, de obicei suprapus direct pe sursa.

M. Curie. "Radioactivitate. Raze de hidrogen și alți atomi de lumină.

Umplend camera cu azot, Rutherford a observat că la o anumită presiune, cea mai mare parte a scintilației a dispărut. Acest lucru se întâmplă atunci când razele α emise de o sursă radioactivă își cheltuiesc toată energia pe ionizarea aerului și nu ajung pe ecran. Dar scintilațiile rămase au indicat prezența unui număr foarte mic de raze H cu un interval de câteva ori mai mare decât cel emis de sursă. Dacă se ia un alt gaz, cum ar fi dioxidul de carbon sau oxigenul, în loc de azot, atunci nu apar astfel de scintilații reziduale. Singura explicație este că provin din azot. Deoarece energia razelor H reziduale este mai mare decât a celor primare, ele pot apărea doar datorită descompunerii nucleului atomului de azot. Astfel, s-a dovedit descompunerea azotului și s-a rezolvat fundamental problema alchimiei.

P.L. Kapitsa. „Amintiri ale profesorului E. Rutherford”

1919 E. Rutherford. Reacție nucleară. 14 N(α,p) 17 O

Fotografie într-o cameră cu nor cu urme de particule α în azot.

Descoperirea dezintegrarii radioactive a atomilor a reînviat ideea alchimică a transformării unui element în altul. Până în 1930 s-au efectuat numeroase experimente de acest fel timp de decenii, în special prin intermediul unui arc voltaic. Dar aceste transformări imaginare nu au rezistat criticilor. Transformarea se realizează, după cum știm acum, doar prin concentrarea cantității necesare de energie pe un singur atom prin bombardarea acestuia cu alți atomi sau cuante γ. Dar chiar și cu aceste experimente la început (1907) au existat rezultate eronate. Prima transformare artificială reală a atomilor a fost realizată în 1919 de Rutherford. A iradiat azot cu particule α și a obținut protoni cu o rază lungă de acțiune. Fotografiile acestui fenomen într-o cameră cu nori realizate de P. Blackett au arătat în mod clar, alături de o dâră lungă a unui proton, o dâră scurtă a unui izotop de oxigen cu o greutate atomică de 17, care a apărut alături de acesta. În perioada 1921 până la 1924, Rutherford și Chadwick au reușit să demonstreze existența acestor reacții - absorbția unei particule α și emisia unui proton - și pentru toate elementele de la bor (numărul ordinal 5) până la potasiu (numărul ordinal 19), cu excepția carbon și oxigen. Pe lângă proton, în aceste reacții, apare constant un element, următorul în ordine în sistem periodic.

M. Laue „Istoria fizicii”

După ce a descoperit protoni în compoziția nucleului atomic, Rutherford a propus modelul proton-electron al nucleului. Protonii au determinat masa nucleului atomic, iar electronii au compensat parțial incarcare electrica protoni, ceea ce a dus la valoarea dorită a sarcinii nucleare. Deci, de exemplu, se credea că nucleul, care are o sarcină de +2e, este format din 4 protoni și 2 electroni. Un argument important în favoarea modelului proton-electron a fost dezintegrarea β a nucleelor ​​atomice. Acest fenomen ar putea fi ușor explicat dacă luăm în considerare că electronii fac parte din nucleul atomic. Modelul proton-electron al nucleului a întâmpinat anumite obiecții, principala dintre acestea fiind că nu putea explica semnificația spinurilor nucleelor ​​atomice. Cu toate acestea, a existat până la descoperirea neutronului în 1932.

E. Rutherford, 1920:„Se știe din studiul radioactivității că nucleele elementelor radioactive sunt parțial compuse din nuclee de heliu cu o sarcină de 2e. În plus, avem motive serioase de a crede că nucleele atomilor, împreună cu particulele încărcate pozitiv, conțin și electroni și că sarcina pozitivă a nucleului corespunde unui exces al sarcinii pozitive totale față de cea negativă. Este interesant de remarcat complet rol diferit, care este jucat de electroni în afara atomului și în interiorul acestuia. În primul caz, ele sunt situate la o distanță de nucleu, care este, fără îndoială, determinată în principal de sarcina nucleului și de interacțiunea propriilor câmpuri. În interiorul nucleului, electronii formează o asociere foarte strânsă și puternică cu unități încărcate pozitiv și, din câte știm, în afara nucleului se află într-o stare instabilă. Fiecare electron exterior interacționează fără îndoială cu nucleul ca o sarcină punctiformă, în timp ce nu același lucru se poate spune despre electronul interior. Aparent, electronii interni sunt puternic deformați sub influența unor forțe enorme, iar forțele în acest caz pot fi complet diferite de acele forțe la care se poate aștepta de la un electron neformat, ca, de exemplu, în afara nucleului. Poate de aceea electronul poate juca un rol atât de diferit în aceste două cazuri și chiar poate forma sisteme stabile.

Discuție despre structura nucleului atomic.În februarie 1929, la Societatea Regală din Londra a avut loc o discuție asupra structurii nucleului atomic. Mai jos sunt prescurtate discursurile lui E. Rutherford, J. Chadwick și R. Fowler.

E. Rutherford: „Acum ne putem forma deja o imagine a construcției treptate a nucleelor ​​atomice. Probabil, în elementele ușoare, nucleul constă dintr-o combinație de particule α, protoni și electroni, iar separarea părților nucleului se atrage puternic unul pe celălalt, parțial din cauza perturbării, parțial din cauza forțelor magnetice. Până acum, putem construi doar cutare sau cutare presupunere despre natura acestor forțe. În primul rând, se formează un nucleu foarte concentrat și strâns legat, iar acest proces este însoțit de emisia de energie. Pentru o greutate atomică de aproximativ 120, avem cea mai mică masă, ceea ce înseamnă cea mai apropiată legătură. Odată cu o creștere suplimentară a numerelor atomice, particulele adăugate sunt legate din ce în ce mai puțin strâns.
Astfel, se poate presupune că miezul are o structură foarte densă în apropierea centrului, iar densitatea scade treptat odată cu distanța de la centru. Acest întreg sistem este înconjurat de o barieră de forță, care de obicei împiedică scăparea particulelor α. Este posibil ca acest punct de vedere static să nu fie pe placul prietenilor mei teoretici care ar dori să ofere particulei α libertate completă de mișcare în interiorul nucleului. Cu toate acestea, acest punct de vedere este destul de legitim și este în deplin acord cu ideile pe care le-am subliniat. Cu alte cuvinte, dacă am putea face un instantaneu din nucleu - cu o viteză a obturatorului de aproximativ 10 -28 secunde, - am vedea în centru, parcă, dens împachetate, strâns legate particulele α, iar densitatea ar scădea odată cu creșterea distanței de la centru. Fără îndoială, toate particulele α sunt în mișcare, iar undele lor sunt reflectate de barierele de forță și uneori pătrund dincolo de sistem. Mi se pare că punctul de vedere pe care l-am dezvoltat este destul de justificat și sper că prietenii noștri teoretici vor putea descrie mai detaliat întreaga imagine. Nu trebuie să explicăm doar construcția nucleului din particule α, trebuie să găsim și un loc pentru electroni și nu este atât de ușor să blocăm electronii într-o cușcă cu o particulă α. Cu toate acestea, sunt atât de încrezător în ingeniozitatea prietenilor noștri teoretici, încât cred cu tărie că vor depăși cumva această dificultate.
Punctul de vedere pe care l-am prezentat explică, mi se pare, de ce nu pot exista atomii de uraniu greu. Pe măsură ce masa creștea, nucleul avea să câștige din ce în ce mai multă energie și să devină atât de radioactiv încât ar dispărea. Aparent, cu cât nucleele aveau mai multă energie, cu atât vor dispărea mai repede și probabil că nu întâmplător uraniul și toriul sunt singurii reprezentanți supraviețuitori ai nucleelor ​​grele. Acesta nu este locul unde să abordăm întrebarea extrem de speculativă a modului în care s-au format nucleele elementelor. Înainte de a aborda această întrebare, trebuie să știm mult mai multe despre detaliile structurii nucleului în sine.”

J. Chadwick: „Când anumite elemente sunt bombardate cu particule alfa, nucleele de hidrogen sau protoni sunt eliminate din ele, ceea ce poate fi detectat prin scintilația pe care o provoacă pe un ecran de sulfură de zinc. Acești protoni apar datorită descompunerii artificiale a nucleelor ​​acestor elemente. Credem că descompunerea nucleului are loc atunci când particula α pătrunde în nucleu și rămâne acolo, drept urmare protonul zboară. Probabilitatea de descompunere este mică; deci, de exemplu, în cazul favorabil când azotul este bombardat, 20 de nuclee se descompun la fiecare 10 6 particule α. Datorită rarității acestui efect, dar și din cauza diverselor dificultăți experimentale, informațiile pe care le-am obținut până acum sunt încă destul de limitate. Cu excepția carbonului și a oxigenului, toate elementele de la bor până la potasiu inclusiv se descompun atunci când sunt bombardate cu particule α și emit un proton cu energie semnificativă. Aceasta înseamnă că nucleele tuturor acestor elemente conţin protoni. Carbonul și oxigenul, dacă se descompun deloc, nu emit particule cu o energie mai mare decât energia particulelor α împrăștiate. Este posibil să se descompună în nuclee de heliu, dar încă nu există dovezi pentru acest lucru. Unii protoni eliberați în timpul descompunerii artificiale au energii foarte mari, de exemplu, energia protonilor scoși din aluminiu de particulele α de radiu G este cu 40% mai mare decât energia particulelor α care au impact. Astfel, în unele cazuri, energia este eliberată în timpul descompunerii. Există o diferență drastică în comportamentul elementelor cu număr atomic par și impar. Protonii emiși din elementele impare au o energie maximă mult mai mare decât protonii din elementele pare. Într-o descompunere constând doar în captarea unei particule α și emisia unui proton, un element cu număr impar trece într-un element cu număr par și invers. Având în vedere comportamentul diferit al elementelor pare și impare, precum și abundența lor comparativă în natură și masele lor atomice, se poate concluziona că elementele pare sunt mai stabile decât cele impare.

R. Fowler: „Aș dori să vă explic cum ne poate ajuta noua teorie cuantică în discuția despre structura și proprietățile nucleului. Această problemă a fost deja subliniată de către președinte în cuvântul său de deschidere. Mi-ar plăcea să o dezvolt oarecum. Primul lucru de reținut este că noul mecanica cuantică dezvoltat într-un mod logic, bazat pe proprietățile electronilor din atomi. Trebuie să presupunem că particulele au multe dintre proprietățile undelor. Fie că le numim particule sau unde este o chestiune de gust, alegerea numelui va depinde probabil de fiecare. caz separat din starea lor. Deoarece particulele sunt ca valurile, ar trebui să ne așteptăm, de exemplu, că nu vor sări întotdeauna de bariere de o anumită înălțime. Ele pot trece prin barieră, desigur, doar în unele cazuri..
Faptul că particulele pot trece printr-o astfel de barieră este foarte important pentru explicarea fenomenului de emisie a particulelor α din nucleele grele.
Dacă ne imaginăm nucleul așa cum am spus deja aici astăzi, sub forma unei cutii mici, înconjurat în toate părțile (în trei dimensiuni) de o barieră de forță, atunci putem presupune că în interiorul lui se află o particulă α, care trebuie fi imaginat ca un val, a cărui energie este mai mică decât energia potențială a părții superioare a barierei. De teoria clasică, particula α va rămâne pentru totdeauna în interiorul barierei. Dar mai departe teoria cuantica există o probabilitate finită ca unda să treacă printr-un perete subțire și să meargă la infinit. Această idee stă la baza teoriei cuantice a emisiei de particule alfa. Această idee a fost exprimată independent de Gamow, pe de o parte, și de Gurney și Condon, pe de altă parte. Toți, și în special Gamow, l-au dezvoltat în detaliu.
Când o particulă α trece printr-o barieră, desigur, nu mai poate fi identificată cu o undă staționară. Va fi corect să se reprezinte particula α ca o oscilație amortizată. Vom avea o oscilatie amortizata in interiorul barierei, i.e. o oscilație armonică cu un coeficient de amortizare obișnuit, iar în exterior o undă foarte slabă corespunzătoare emisiei unei particule α. De fapt, această problemă poate fi rezolvată foarte bine, iar coeficientul de amortizare se obține sub forma părții imaginare a energiei. Acest lucru a fost făcut cu mare succes de Gamow.
El a descoperit că pentru aceste calcule nu contează cu adevărat ce fel de aspect vă asumați pentru interiorul barierei. Dar partea sa principală exterioară este bine cunoscută din experimentele privind împrăștierea particulelor α.
Probabilitatea ca o particulă α să pătrundă în barieră depinde în mare măsură de energia particulei α. Cu cât este mai mare energia, cu atât bariera pe care trebuie să o treacă este mai subțire și cu atât înălțimea este mai mică. Prin urmare, există în mod evident o relație foarte strânsă între energia unei particule alfa, pe care o judecăm după energia particulei alfa emise, și între probabilitatea ca această particule alfa să iasă, pe care o judecăm după durata de viață a particulei alfa. atom. Aceasta este legea Geiger-Nettol.
În concluzie, voi spune că aceasta este o teorie foarte frumoasă, și că putem fi absolut siguri „că este corectă în termeni generali. Marele merit al acestei teorii este că dă legea Geiger-Nettol complet independent de detalii. a structurii nucleului”.

Pe măsură ce au apărut noi date experimentale despre spinurile și momentele magnetice ale nucleelor ​​atomice, dificultățile modelului proton-electron în descrierea acestor caracteristici ale nucleelor ​​atomice au crescut. Acest lucru a fost evident mai ales în așa-numita „catastrofă a azotului”. Esența sa a fost următoarea. Conform modelului proton-electron, nucleul de 14 N ar trebui să fie format din 14 protoni și 7 electroni. Deoarece atât protonul, cât și electronul au propria lor valoare de spin J = 1/2, spinul total al nucleului de 14 N trebuie să aibă o valoare pe jumătate întreg, în timp ce valoarea măsurată experimental a spinului nuclear J(14 N) = 1 Au existat și alte exemple de discrepanțe în modelul de predicții proton-electron al nucleului cu rezultatele experimentului. De exemplu, toate nucleele atomice cu un număr de masă par A aveau spin J zero sau întreg, în timp ce modelul proton-electron al nucleului în cele mai multe cazuri a prezis un spin jumătate întreg. Valorile măsurate ale momentelor magnetice ale nucleelor ​​s-au dovedit a fi de aproape 1000 de ori mai mici decât cele prezise de modelul proton-electron al nucleului. A devenit clar că modelul proton-electron al nucleului conține un fel de componentă incorectă. Anumite inconveniente au fost create de electronii aflați într-un volum limitat al nucleului atomic. Limitarea electronilor în nucleu a contrazis principiul incertitudinii ΔpΔx = ћ.

E. Rutherford, 1932: „Materia pare ca și cum electronul din interiorul nucleului s-a comportat destul de diferit față de electronul de la periferia atomului. Această dificultate poate fi creată de noi înșine, deoarece mi se pare mai probabil că electronul nu poate exista într-o stare liberă într-un nucleu stabil, ci trebuie întotdeauna asociat cu un proton sau cu altă posibilă unitate masivă. În acest sens, indicii ale existenței neutronilor în anumite nuclee sunt remarcabile. Observația lui Beck conform căreia electronii se adaugă în perechi în construcția elementelor grele din cele ușoare prezintă un mare interes și sugerează că, pentru a forma un nucleu stabil, este esențială neutralizarea momentului magnetic mare al unui electron prin adăugarea unui alt electron. De asemenea, este posibil ca unitățile neîncărcate de masă 2 și neutronii de masă 1 să fie unități secundare în structura nucleului.”

După cum au arătat evenimentele ulterioare, ideea lui Rutherford că s-ar putea forma o stare puternic legată a unui proton și a unui electron a fost eronată. Cu toate acestea, a jucat un rol decisiv în descoperirea neutronului. În 1930-1932. Atât și Becker au descoperit că atunci când beriliul Be este iradiat cu particule α, se formează radiații neutre puternic penetrante. Toate radiațiile detectate până acum au fost puternic absorbite de straturile subțiri de plumb, în ​​timp ce radiațiile din beriliu au trecut liber prin ecranul gros de plumb. A existat o suspiciune că acesta este un nou tip de radiație electromagnetică.
Experimentul decisiv a fost realizat în 1932 de studentul lui Rutherford, Chadwick. Folosind o cameră de ionizare, el a măsurat energia de recul a nucleelor ​​de hidrogen și azot sub acțiunea radiației neutre din beriliu și a arătat că, ca urmare a reacției

se formează particule neutre rapide cu o masă de aproximativ egal cu masa un atom de hidrogen. Aceste particule, numite neutroni, nu au sarcină electrică și trec liber prin atomi fără a produce ionizare pe drum.

J. Chadwick, 1932: „Recent s-a descoperit că descompunerea elementelor beriliu și bor este interes special. Atât, cât și Becker au descoperit că aceste elemente, bombardate de particule de poloniu alfa, emit radiații penetrante, aparent de tip γ. Cu câteva luni în urmă, I. Curie-Joliot și F. Joliot au făcut observații izbitoare care arată că această radiație are proprietatea de a ejecta protoni la viteze mari dintr-o substanță care conține hidrogen. Ei au descoperit că protonii emiși de radiația de beriliu au viteze de până la 3∙10. 9 cm/sec. Curie și Joliot au sugerat că această ejecție a unui proton are loc datorită unui proces similar cu efectul Compton și au concluzionat că radiația de beriliu are un cuantic cu o energie de aproximativ 50 de milioane de volți-electroni. Acceptarea acestei presupuneri ridică două dificultăți serioase. În primul rând, se știe că împrăștierea unui cuantic de către un electron este bine descrisă de formula Klein-Nishin și nu există niciun motiv să presupunem că relații similare nu vor fi corecte pentru împrăștierea unui proton. Difuzarea observată este însă prea mare în comparație cu cea dată de formula Klein-Nishina. În al doilea rând, este dificil de înțeles emisia unui cuantum de o energie atât de mare în timpul transformării 9 Fii+ 4 Nu → 13 C + cuantică. Prin urmare, am studiat proprietățile acestei radiații folosind un contor special. S-a descoperit că radiațiile aruncă particule nu numai din hidrogen, ci și din heliu, litiu, beriliu etc. și, probabil, din toate elementele. În toate cazurile, particulele par a fi atomi de recul ai elementului. Aparent, este imposibil să atribuim ejecția acestor particule de recul unei coliziuni cu un cuantum de radiație dacă energia și impulsul sunt conservate la impact.
O explicație satisfăcătoare a rezultatelor experimentale poate fi obținută presupunând că radiația nu constă din cuante, ci din particule cu masă 1 și sarcină 0 - neutroni. În cazul a două elemente, hidrogen și azot, intervalul atomilor de recul a fost măsurat cu un grad mare de precizie, și de aici s-au derivat vitezele maxime ale acestora. Au fost, respectiv, 3,3∙10 9 cm/sec și 4,7∙10 8 cm/sec. Fie M, V masa și viteza particulelor care alcătuiesc radiația. Apoi viteza maxima, care poate fi comunicată într-o coliziune cu un nucleu de hidrogen, va fi:

iar pentru azot:

de aici:

,

În cadrul erorilor experimentale, M poate fi luat ca 1 și, prin urmare:

V = 3,3∙10 9 cm/sec.

Deoarece radiația are o putere de penetrare extrem de mare, particulele trebuie să aibă o sarcină foarte mică în comparație cu sarcina unui electron. Se presupune că această sarcină este 0 și putem presupune că neutronul este alcătuit dintr-un proton și un electron într-o combinație foarte apropiată.
Faptele disponibile susțin puternic ipoteza neutronilor. În cazul beriliului, procesul de transformare care dă naștere la emisia de neutroni este 9 Fii + 4 El → 12 C + neutron. Se poate demonstra că observațiile sunt în concordanță cu relațiile energetice din acest proces. În cazul borului, procesul de transformare este probabil 11 B + 4 Nu → N 14 + 1 n; în acest caz masele B 11 , N 4 e și 14 N sunt cunoscute din măsurătorile lui Aston, energia cinetică a particulelor poate fi găsită experimental și, prin urmare, este posibil să se obțină o estimare mai apropiată a masei neutronului. Masa rezultată este 1,0067. Luând în considerare eroarea în măsurarea masei, ar trebui să ne gândim că masa neutronilor se află probabil între 1,005 și 1,008. Aceste valori susțin opinia că neutronul este o combinație de proton și electron și oferă energiei de legare a particulelor aproximativ 1-2∙10 6 volt∙electroni.
Neutronul poate fi reprezentat ca un mic dipol, sau poate mai bine ca un proton încorporat într-un electron. Într-un fel sau altul, „raza” neutronului va fi între 10 -13 cm și 10 -12 vezi. Câmpul unui neutron trebuie să fie foarte mic, cu excepția distanțelor foarte apropiate, iar neutronii care trec prin materie nu vor fi afectați, decât atunci când cad direct în nucleul atomic. Măsurătorile efectuate asupra trecerii neutronilor prin materie dau rezultate în general în acord cu aceste puncte de vedere.Cicliunea neutronilor cu nucleele de azot a fost studiată de dr. Feather, care a folosit o cameră automată cu nori. El a descoperit că, pe lângă urmele normale ale atomilor de recul de azot, există o serie de căi de ramificare. Aceasta este o consecință a descompunerii nucleului de azot. În unele cazuri, un neutron este capturat, o particulă alfa este emisă și se formează un nucleu B. 11 . În alte cazuri, mecanismul nu este încă cunoscut cu certitudine.

1932 J. Chadwick. Descoperirea neutronului

James Chadwick (1891 - 1974)

„Într-o dimineață am citit o scrisoare a lui Joliot-Curie în Comptes Rendus, în care a relatat și mai multe proprietate uimitoare radiații de la beriliu, o proprietate extrem de izbitoare. Câteva minute mai târziu [Norman] Feather, pe cât de surprins eram, a intrat în camera mea pentru a-mi atrage atenția asupra acestui articol. Puțin mai târziu în acea dimineață, i-am spus lui Rutherford despre ea. Conform unei tradiții îndelungate, a trebuit să vin la el pe la ora 11 și să raportez vești interesante, precum și să discut despre starea muncii din laboratorul nostru. În timp ce vorbeam despre observațiile lui Joliot-Curie și despre interpretarea lor, am observat uimirea crescândă a lui Rutherford; În cele din urmă, a avut loc o explozie: „Nu cred!” O astfel de remarcă intolerantă nu a fost absolut în spiritul lui Rutherford, pentru toți mulți ani de cooperare cu el, nu îmi amintesc un astfel de caz. Menționez asta doar pentru a sublinia efectul electrizant al articolului lui Joliot-Curie. Desigur, Rutherford era conștient că va trebui să creadă aceste observații, dar explicarea lor este cu totul altă chestiune.
S-a întâmplat că eram aproape gata să încep experimentul, pentru care am pregătit o sursă excelentă de poloniu din material Baltimore (folosind un tub de radon adus înapoi de Feather). Am început fără nicio prejudecată, deși, firesc, gândurile mele se învârteau în jurul neutronilor. Eram destul de sigur că observațiile Joliot-Curie nu puteau fi reduse la un efect de tip Compton, din moment ce încercasem în mod repetat să-l detectez. Fără îndoială, a fost ceva complet nou și neobișnuit. Câteva zile de muncă grea au fost suficiente pentru a arăta că aceste efecte ciudate au fost cauzate de o particule neutră; Am reușit chiar să-i măsoare masa. Neutronul, postulat de Rutherford în 1920, s-a făcut în sfârșit cunoscut.”

J. Chadwick. Amintiri. Premiul Nobel pentru Fizică
1935 - J. Chadwick
Pentru descoperirea neutronului

Neutroni
J. Chadwick

Atât, cât și Becker au arătat că unele elemente luminoase, sub influența bombardamentului cu particule de poloniu alfa, emit radiații care aparent au caracterul de raze γ. Elementul beriliu produce un efect deosebit de vizibil de acest fel, iar observațiile ulterioare ale lui Bothet, Irene Curie-Joliot și Webster au arătat că radiația excitată în beriliu are o putere de penetrare mult mai mare decât oricare dintre radiațiile γ cunoscute până acum ale elementelor radioactive.
Destul de recent, I. Curie-Joliot și F. Joliot au făcut o observație izbitoare că aceste radiații de beriliu și bor sunt capabile să ejecteze protoni cu o viteză considerabilă din substanțele care conțin hidrogen.
Ca urmare, am pus la punct experimente suplimentare cu scopul de a investiga proprietățile radiației beriliului. Aceste experimente au arătat că radiația de beriliu ejectează particule nu numai din hidrogen, ci și din toate elementele ușoare studiate. Rezultatele experimentale s-au dovedit a fi foarte greu de explicat din punctul de vedere al ipotezei naturii cuantice a radiației de beriliu, dar aceste rezultate au urmat drept consecințe imediate dacă presupunem că radiația de beriliu constă din particule cu o masă aproximativ egală cu aceea. a unui proton și fără o sarcină eficientă, adică - din neutroni.
Apariția neutronilor a fost observată până acum doar atunci când anumite elemente sunt bombardate cu particule alfa. Acest proces poate fi reprezentat ca captarea unei particule α de către un nucleu atomic, însoțită de formarea unui nou nucleu și eliberarea unui neutron. Noul nucleu trebuie să aibă apoi o sarcină de două unități și o masă cu trei unități mai mare decât nucleul original. „Randamentul” neutronilor este foarte mic și este comparabil cu „randamentul” protonilor în timpul transformării artificiale a elementelor, care are loc sub acțiunea bombardării cu particule α. Beriliul are cel mai mare efect, iar „randamentul” său ajunge aparent la 30 de neutroni pentru fiecare milion de particule de poloniu alfa care bombardează un strat gros de beriliu.

Supunând diferite substanțe la bombardament cu particule de poloniu alfa, Bothe și Becker au descoperit că în aceste condiții, unii atomi de lumină emit radiații slabe, a căror putere de penetrare depășește puterea de penetrare a celor mai duri.γ -razele emise de elementele radioactive (1930). La început, acest fenomen a fost explicat prin emisieγ -razele datorate excitatiei nucleelor, care pot fi insotite de captarea unei particule α. Acest efect este deosebit de puternic pentru beriliu, dar este observat și într-o măsură mai mică pentru Li, B, F, Na, Mg și Al. Folosind metoda ionizării, I. Curie și F. Joliot au descoperit o nouă proprietate de penetrare a razelor emise de beriliu sau bor. S-a dovedit că aceste raze pot elimina nucleele luminoase, de exemplu, protonii din substanțe care conțin nuclee de hidrogen sau heliu (1932). Aceasta este din nou proprietatea principală. radiații deschise este motivul absorbției sale... Existența fenomenului de ejecție a atomilor de lumină a fost confirmată prin metoda Wilson... elementele ușoare suntγ -grinzi.
Chadwick a arătat că acest fenomen poate fi explicat satisfăcător presupunând că în radiația penetrantă emisă de Be sau B, există neutroni - particule cu o masă atomică apropiată de unitate și sarcină zero, care pot consta dintr-un proton și un electron mai strâns legați. decât în ​​atomul de hidrogen... Neutronii sunt un nou tip de radiație corpusculară.

M. Curie. "Radioactivitate. Excitarea razelor penetrante în atomii de lumină la ciocnirea cu particulele α.

D. Ivanenko, 1932:„Explicația doctorului J. Chadwick despre radiația misterioasă a beriliului este foarte atractivă pentru fizicienii teoreticieni. Se pune întrebarea: nu este posibil să presupunem că și neutronii joacă rol important iar în structura nucleelor, luând în considerare toți electronii nucleari „împachetați” fie în particule α, fie în neutroni? Desigur, absența unei teorii a nucleelor ​​face ca această presupunere să fie departe de a fi definitivă, dar poate că nu va părea atât de improbabilă dacă ne amintim că electronii, pătrunzând în nuclee, își schimbă semnificativ proprietățile - își pierd, ca să spunem așa, individualitatea, de exemplu rotația și momentul magnetic al acestuia.
De cel mai mare interes este întrebarea în ce măsură neutronii pot fi considerați particule elementare (ceva similar cu protonii sau electronii). Este ușor să numărăm numărul de particule α, protoni și neutroni prezenți în fiecare nucleu și, astfel, să obțineți o idee despre momentul unghiular al nucleului (presupunând că momentul unghiular al neutronului este 1/2). Este curios că în nucleele beriliului nu există protoni liberi, ci doar particule α și neutroni.

Neutronul liber este o particulă instabilă. Timpul său de înjumătățire este T 1/2 = 10,24 min. Neutronul se descompune într-un proton p, un electron e și un electron antineutrin e. Într-o stare legată în nucleu, neutronul poate fi stabil. Pentru că există nuclee atomice stabile.
Descoperirea neutronilor a fost piatră de hotarîn dezvoltarea ideilor despre structura nucleului atomic. Modelul proton-electron al nucleului atomic a fost înlocuit cu modelul proton-neutron al nucleului, dezvoltat pentru prima dată independent în lucrările lui D. Ivanenko, V. Heisenberg.

Poziția principală a modelului proton-neutron al nucleului atomic - nucleul atomic este format din protoni și neutroni. Numărul de protoni Z din nucleu determină sarcina electrică a nucleului. Numărul total de protoni și neutroni A = Z + N determină masa nucleului atomic.

Modelul proton-neutron al nucleului a rezolvat cu succes problema „catastrofei cu azot”. Conform modelului proton-neutron al nucleului, un izotop este format din 7 protoni și 7 neutroni. Deoarece atât protonul, cât și neutronul au propriul lor spin J = 1/2, spinul total al nucleului trebuie să aibă o valoare întreagă, care este de acord cu experimentul. Au fost explicate și valorile mici ale momentelor magnetice ale nucleelor ​​atomice, de ordinul mai multor magnetoni nucleari. Dacă electronii au fost incluși în compoziția nucleului atomic, atunci momentele magnetice ale nucleelor ​​ar trebui să aibă valori de ordinul electronilor magnetonilor Bohr, adică. ar depăși valorile observate ale momentelor magnetice ale nucleelor ​​de mii de ori.

D. Ivanenko, 1932: „Neutronii pot fi introduși în nucleu în două moduri: fie fără modificarea numărului acceptat de particule α din nucleu și neutralizarea a cel mult trei electroni (Perrin și Auger), fie prin neutralizarea tuturor electronilor. Prima metodă, după părerea mea, duce la aceleași dificultăți în ceea ce privește valorile rotației. Mai mult, începând cu un anumit element, apare un exces de electroni intranucleari, iar absența spinurilor corespunzătoare în nuclee pare extrem de misterioasă. Dimpotrivă, a doua abordare, propusă de noi ceva mai devreme, se pare că ne permite să depășim aceste dificultăți. Nu vom intra aici în discuții generale despre avantajele acestei abordări ca o generalizare a ideii lui de Broglie despre existența unei analogii profunde între lumină și materie; electronii intranucleari sunt într-adevăr, în multe privințe, analogi cu fotonii absorbiți, iar emisia unei particule β de către nucleu este similară cu producția. particulă nouă, care în stare absorbită nu are individualitate. Indicăm structura nucleului de clor după punctul de vedere vechi (I) și două noi - Perrin-Auger (II) și al nostru (III) [α denotă o particulă α, p este un proton, e este un electron, n este un neutron]:

37Cl = 9α + 1p + 2e (I) , 37Cl = 9α + 1n + 1e (II) , 37Cl = 8α + 1p + 4n (III).

(izotopii unui element dat diferă între ei doar prin numărul de neutroni).
Considerăm neutronul nu ca un sistem de electron și proton, ci ca o particulă elementară. Acest lucru ne obligă să interpretăm neutronii ca particule cu spin 1/2 și supuse statisticilor Fermi-Dirac. De exemplu, nucleul 14 N (3α + 1p + 1n) ar trebui să i se atribuie un spin de 1, iar nucleele de azot se supun într-adevăr statisticilor Bose-Einstein. Acest lucru este acum de înțeles, deoarece 14 N conține 14 particule elementare, adică număr par, și nu 21, ca în vechea schemă.
Toate aceste presupuneri, oricât de preliminare ar fi, par să conducă la viziuni complet noi asupra modelului nucleelor.

W. Heisenberg, 1932: „Experimentele lui Curie și Joliot (așa cum au fost interpretate de Chadwick) au stabilit că o nouă particulă fundamentală, neutronul, joacă un rol important în structura nucleelor. Acest lucru sugerează că nucleele atomice sunt construite din protoni și neutroni fără participarea electronilor. Dacă această ipoteză este corectă, atunci ea presupune o simplificare uriașă a teoriei structurii nucleelor. Principalele dificultăți în teoria dezintegrarii β și statisticile nucleelor ​​atomice de azot sunt apoi reduse la întrebarea cum se dezintegrează neutronul într-un proton și un electron și ce statistici respectă. Apoi structura nucleelor ​​poate fi descrisă conform legilor mecanicii cuantice datorită interacțiunii dintre protoni și neutroni.
În cele ce urmează, vom presupune că neutronii se supun statisticilor Fermi și au spin (1/2). Această ipoteză este necesară pentru a explica statisticile nucleelor ​​de azot și corespunde valorilor experimentale ale momentelor nucleare. Dacă neutronul ar fi alcătuit dintr-un proton și un electron, atunci electronul ar trebui să fie atribuit statisticilor Bose și spin zero. Pare nepotrivit să luăm în considerare o astfel de imagine mai detaliat.
Mai degrabă, neutronul ar trebui considerat un element fundamental independent parte integrantă nucleu, desigur, având în vedere că în anumite condiții se poate descompune într-un proton și un electron și, probabil, legile de conservare a energiei și a impulsului nu vor avea loc.
Dintre toate interacțiunile particulelor elementare care alcătuiesc nucleul, vom lua în considerare în primul rând interacțiunea dintre neutron și proton. Când un neutron și un proton se apropie la o distanță comparabilă cu cea nucleară, prin analogie cu un ion, locul sarcinii negative se modifică cu o frecvență determinată de funcția J(r)/h, unde r este distanța dintre particule. Valoarea lui J(r) corespunde integralei de schimb, sau mai bine zis, integralei care descrie schimbul de coordonate în teoria moleculară. Această inversare a locului poate fi vizualizată prin ideea unui electron care nu are spin și se supune statisticilor Bose. Dar probabil că este mai corect să presupunem că integrala J(r) descrie o proprietate fundamentală a unei perechi neutron-proton, care nu este redusă la deplasări de electroni.”

Spre deosebire de învelișurile de electroni ale atomilor, nucleele au dimensiuni bine definite. Raza miezului R este descrisă de relația

R = 1,3A 1/3 fm.

Nucleele atomice au o masă mare și o sarcină pozitivă. Dimensiunile nucleelor ​​atomice sunt de obicei măsurate într-o unitate de lungime din afara sistemului, fermi.

1 fermi = 10 -13 cm.

Modelul proton-neutron al nucleului a explicat existența izotopilor. Izotopii sunt nuclee atomice care au același număr de protoni Z și un număr diferit de neutroni N. În prezent, se cunosc peste 3,5 mii de izotopi. De obicei, izotopii sunt reprezentați pe diagrama N-Z a nucleelor ​​atomice. Numărul de masă al izotopului A = N + Z.

E. Rutherford, 1936: „Mulți cercetători au întâmpinat o dificultate incredibilă, aproape insurmontabilă, în separarea anumitor corpuri radioactive. Soddy a devenit foarte interesat de acest fenomen și a descoperit mai multe substanțe radioactive pe care nu le-a putut separa. Aceste substanțe erau complet diferite și aveau proprietăți radioactive caracteristice, dar nu puteau fi separate prin operații chimice. De asemenea, el a atras atenția asupra faptului că în tabelul periodic nu există nici măcar un loc pentru un grup mare de elemente radioactive și a sugerat că există elemente care sunt inseparabile din punct de vedere chimic, dar au proprietăți diferite din punct de vedere al vedere asupra radioactivității. Soddy a numit elementele corespunzătoare de acest fel drept izotopi și, astfel, a început un amplu domeniu de cercetare, la care Aston a adus o contribuție imensă.

Dimensiunea nucleului

Distribuția radială a densității de sarcină în diferite nuclee

R = 1,3A 1/3 fm,
t = 4,4a = 2,5 fm.

Mărimea nucleului și legea forțelor

E. Rutherford, 1924: „Bieler a făcut un studiu detaliat al legii de acțiune a forței în apropierea unui nucleu ușor, și anume, în apropierea nucleului de aluminiu, prin metoda împrăștierii. În acest scop, el a comparat numărul relativ de particule α împrăștiate în același unghi solid din aluminiu și din aur. Pentru intervalul investigat de unghiuri (până la 100°), s-a presupus că împrăștierea aurului urmează legea proporționalității inverse cu pătratul distanței. Beeler a descoperit că raportul împrăștierii în aluminiu și împrăștierea în aur depinde de viteza particulei α. Deci, de exemplu, pentru o particulă α cu un interval de 3,4 cm, s-a obținut un raport teoretic pentru unghiuri mai mici de 40°, dar s-a dovedit că raportul pentru un unghi mediu de împrăștiere de 80° este de numai 7°/ 0 Mai puțin. Pe de altă parte, pentru particulele α mai rapide cu un interval de 6,6 cm, abaterile de la raportul teoretic sunt mult mai pronunțate și ajung la 29% pentru un unghi de 80°. Pentru a explica aceste rezultate, Beeler a sugerat că în apropierea miezului aluminiului, o forță atractivă este suprapusă forței obișnuite de respingere. Rezultatele sunt în acord cu ipoteza că forța de atracție variază invers cu puterea a patra a distanței și că forțele de respingere și de atracție sunt echilibrate la o distanță de 3,4 10 -13 cm de centrul nucleului. În această rază critică, forțele devin extrem de atractive; afară – excepţional de respingător.
Deși nu putem face cerințe speciale cu privire la acuratețea cifrei rezultate sau la rigoarea legii atractiei propuse, probabil că nu ne vom înșela prea mult dacă presupunem că raza miezului de aluminiu nu depășește 4 10. -13 vezi Este interesant de observat că forțele de interacțiune dintre particula α și nucleul de hidrogen suferă o schimbare rapidă, începând de la aproximativ aceeași distanță. Astfel, este clar că dimensiunile nucleului elementelor ușoare sunt mici, iar în cazul aluminiului se poate spune chiar – neașteptat de mic, dacă ne amintim că în acest volum nesemnificativ sunt plasați 27 de protoni și 14 electroni. Presupunerea că forțele de interacțiune dintre nuclee se schimbă de la repulsie la atracție în timpul unei apropieri foarte apropiate pare foarte plauzibilă; altfel cu cel mai înalt grad este greu de imaginat cum un nucleu greu cu un mare exces de sarcină pozitivă ar putea fi conținut într-un spațiu limitat. Vom vedea că o serie de alte fapte susțin această noțiune; cu toate acestea, este puțin probabil ca forțele atractive din apropierea nucleului complex să poată fi exprimate prin vreo lege simplă a puterii.

Caracteristicile neutronului și protonului liber

Caracteristicile liberului neutroni și protoni	n	p
Masa, MeV/c 2	939,56536±0,00008	938,27203±0,00008
Numărul cuantic - spin	1/2	1/2
Spin, ћ = 6,58 10 -22 MeV s	ћ 1/2	ћ 1/2
Incarcare electrica, q e = (1,602176487 ± 40) 10 -19 C	(-0,4 ± 1,1) 10 -21	|qp+qe |/qe< 10 -21
moment magnetic, μ = eћ/2m p c = 3,15 10 -18 MeV/G	–1,9130427±0,000005	+2,792847351 ± 000000028
Electric moment dipol d, e cm	< 0.29·10 -25	< 0.54 10 -23
Sarcina barionică B	+1	+1
Raza de încărcare, fm		0,875 ± 0,007
Raza de distribuție a momentului magnetic, fm	0,89 ± 0,07	0,86 ± 0,06
Isospin I	1/2	1/2
Proiecția izospin I z	-1/2	+1/2
Compoziția cuarcilor	udd	uud
Numerele cuantice s ,c, b, t	0	0
Jumătate de viață	10,24 min	> 2,1 10 29 ani
Paritate	+	+
Statistici	Fermi-Dirac
Schema de dezintegrare	n → p + e- + e

Tabelul izotopilor elementelor chimice

Tabelul pentru toate elementele chimice detectate arată numărul de serie, simbolul, denumirea, numărul de masă minim și maxim al izotopilor detectați, procentul de izotopi din amestecul natural (valoare rotunjită). Elementele chimice cu Z = 113-118 nu au primit încă denumiri, ele sunt date în denumiri internaționale speciale.

1 - numărul de serie al elementului chimic Z,
2 - simbolul unui element chimic,
3 - numele elementului chimic,
4 - numărul de masă minim-maxim A al izotopului unui element chimic,
5 este numărul de masă al izotopilor A (procentul izotopului din amestecul natural) având un procent de izotopi în amestecul natural mai mare de 1%.

1	2	3	4	5
0	n	neutroni	1
1	H	hidrogen	1-7	1 (99,986)
2	El	heliu	3-10	4 (100)
3	Li	litiu	3-12	6 (7,93); 7 (92,07)
4	Fi	beriliu	5-16	9 (100)
5	B	bor	6-19	10 (19,8); 11 (80,2)
6	C	carbon	8-22	12 (98,9); 13 (1,1)
7	N	azot	10-25	14 (99,62)
8	O	oxigen	12-28	16 (99,76)
9	F	fluor	14-31	19 (100)
10	Ne	neon	16-34	20 (90,0); 22 (9,73)
11	N / A	sodiu	18-37	23 (100)
12	mg	magneziu	19-40	24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
13	Al	aluminiu	21-43	27 (100)
14	Si	siliciu	22-44	28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
15	P	fosfor	24-46	31 (100)
16	S	sulf	26-49	32 (95,1); 34 (4,2)
17	Cl	clor	28-51	35 (75,4); 37 (24,6)
18	Ar	argon	30-53	40 (99,632)
19	K	potasiu	32-55	39 (93,38); 41 (6,61)
20	Ca	calciu	34-57	40 (96,96); 44 (2,06)
21	sc	scandiu	36-60	45 (100)
22	Ti	titan	38-63	46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
23	V	vanadiu	40-65	51 (100)
24	Cr	crom	42-67	50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
25	Mn	mangan	44-69	55 (100)
26	Fe	fier	45-72	54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
27	co	cobalt	50-75	59 (100)
28	Ni	nichel	48-78	58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
29	Cu	cupru	52-80	63 (70,13); 65 (29,87)
30	Zn	zinc	54-83	64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
31	Ga	galiu	56-86	69 (61,2); 71 (38,8)
32	GE	germaniu	58-89	70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
33	La fel de	arsenic	60-92	75 (100)
34	Se	seleniu	64-94	76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
35	Br	brom	67-97	79 (50,6); 80 (49,4)
36	kr	cripton	69-100	80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
37	Rb	rubidiu	71-101	85 (72,8); 87 (27,2)
38	Sr	stronţiu	73-105	86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
39	Y	ytriu	76-108	89 (100)
40	Zr	zirconiu	78-110	90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
41	Nb	niobiu	81-113	93 (100)
42	lu	molibden	83-115	92 (14,9); 94 (9,4); 95 (16,1); 96 (16,6); 97 (9,65); 98 (24,1); 100 (9,25)
43	Tc	tehnețiu	85-118
44	Ru	ruteniu	87-120	96 (5,68); 98 (2,22); 99 (12,81); 100 (12,70); 101 (16,98); 102 (31,34); 104 (18,27)
45	Rh	rodiu	89-122	103 (100)
46	Pd	paladiu	91-124	104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
47	Ag	argint	93-130	107 (52,5); 109 (47,5)
48	CD	cadmiu	95-132	106 (1,4); 108 (1,0); 110 (12,8); 111 (13,0); 112 (24,2); 113 (12,3); 114 (28,0); 116 (7,3)
49	În	indiu	97-135	113 (4,5); 115 (95,5)
50	sn	staniu	99-137	112 (1,1); 116 (15,5); 117 (9,1); 118 (22,5); 119 (9,8); 120 (28,5); 122 (5,5); 124 (6,8)
51	Sb	antimoniu	103-139	121 (56); 123 (44)
52	Te	teluriu	105-142	122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0); 126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
53	eu	iod	108-144	127 (100)
54	Xe	xenon	109-147	128 (1,9); 129 (26,23); 130 (4,07); 131 (21,17); 132 (26,96); 134 (10,54); 136 (8,95)
55	Cs	cesiu	112-151	133 (100)
56	Ba	bariu	114-153	134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81); 137 (11,32); 138 (71,66)
57	La	lantan	117-155	139 (100)
58	Ce	ceriu	119-157	140 (89); 142 (11)
59	Relatii cu publicul	praseodimiu	121-159	141 (100)
60	Nd	neodim	124-161	142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150 (5,95)
61	P.m	prometiu	126-163
62	sm	samariu	128-165	144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15); 150 (5); 152 (26); 154 (20)
63	UE	europiu	130-167	151 (49,1); 153 (50,9)
64	Gd	gadoliniu	134-169	154 (1,5); 155 (21); 156 (22); 157 (17); 158 (22); 160 (16)
65	Tb	terbiu	135-171	159 (100)
66	Dy	disprozie	138-173	160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
67	Ho	holmiu	140-175	165 (100)
68	Er	erbiu	143-177	164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4); 168 (26,9); 170 (14,2)
69	Tm	tuliu	144-179	169 (100)
70	Yb	iterbiu	148-181	170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49); 173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
71	lu	lutețiu	150-184	175 (97,5); 176 (2,5)
72	hf	hafniu	151-188	176 (5,3); 177 (18,47); 178 (27,13); 179 (13,85); 180 (35,14)
73	Ta	tantal	155-190	181 (100)
74	W	tungsten	158-192	182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
75	Re	reniu	159-194	185 (38,2); 187 (61,8)
76	Os	osmiu	162-200	186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3); 189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
77	Ir	iridiu	164-202	191 (38,5); 193 (61,5)
78	Pt	platină	166-203	194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
79	Au	aur	169-205	197 (100)
80	hg	Mercur	171-210	198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3); 201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
81	Tl	taliu	176-212	203 (29,1); 205 (70,9)
82	Pb	conduce	178-215	204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
83	Bi	bismut	184-218	209 (100)
84	Po	poloniu	188-220
85	La	astatin	191-223
86	Rn	radon	193-228
87	pr	franciu	199-232
88	Ra	radiu	201-234
89	AC	actiniu	206-236
90	Th	toriu	208-238	232 (100)
91	Pa	protactiniu	212-240
92	U	Uranus	217-242	238 (99,28)
93	Np	neptuniu	225-244
94	Pu	plutoniu	228-247
95	A.m	americiu	230-249
96	cm	curiu	232-252
97	bk	berkeliu	234-254
98	cf	californiu	237-256
99	Es	einsteiniu	240-258
100	fm	fermiu	242-260
101	md	mendeleviu	245-262
102	Nu	nobeliu	248-264
103	lr	lawrencium	251-266
104	RF	rutherfordiu	253-268
105	Db	dubniu	255-269
106	Sg	seaborgiu	258-273
107	bh	bohrium	260-275
108	hs	hassium	263-276
109	Mt	meitnerium	265-279
110	Ds	darmstadtium	267-281
111	Rg	roentgeniu	272-283
112	Cn	copernic	277-285
113	Uut		278-287
114	uuq		286-289
115	Sus		287-291
116	Uuh		290-293
117	Uus		291-292
118	Uuo		294

Exemple asociative ale procesului de ezoosmos, transmitere și distribuție a energiei și a informațiilor

Compoziția nucleului unui atom. Calculul protonilor și neutronilor

Formule de reacție care stau la baza fuziunii termonucleare controlate

Compoziția nucleului unui atom. Calculul protonilor și neutronilor

Conform conceptelor moderne, un atom este format dintr-un nucleu și electroni localizați în jurul lui. Nucleul unui atom, la rândul său, este format din particule elementare mai mici - dintr-o anumită cantitate protoni si neutroni(numele comun pentru care este nucleoni), interconectați prin forțe nucleare.

Numărul de protoniîn nucleu determină structura învelișului electronic al atomului. DAR învelișul de electroni defineste fizic Proprietăți chimice substante. Numărul de protoni corespunde numărului de serie al unui atom din sistemul periodic de elemente chimice al lui Mendeleev, numit și număr de sarcină, număr atomic, număr atomic. De exemplu, numărul de protoni dintr-un atom de heliu este 2. În tabelul periodic, acesta se află la numărul 2 și este desemnat ca He 2. Simbolul pentru numărul de protoni este litera latină Z. Când se scriu formule, adesea numărul care indică numărul de protoni se află sub simbolul elementului sau la dreapta sau la stânga: He 2 / 2 He.

Numărul de neutroni corespunde unui anumit izotop al unui element. Izotopii sunt elemente cu același număr atomic ( aceeasi cantitate protoni și electroni), dar cu numere de masă diferite. Numar de masa- numărul total de neutroni și protoni din nucleul unui atom (notat Literă latină DAR). La scrierea formulelor, numărul de masă este indicat în partea de sus a simbolului elementului de pe una dintre laturi: He 4 2 / 4 2 He (izotop de heliu - Heliu - 4)

Astfel, pentru a afla numărul de neutroni dintr-un anumit izotop, numărul de protoni ar trebui să fie scăzut din numărul total de masă. De exemplu, știm că un atom de heliu-4 He 4 2 conține 4 particule elementare, deoarece numărul de masă al izotopului este 4. În același timp, știm că He 4 2 are 2 protoni. Scăzând din 4 (numărul de masă total) 2 (numărul de protoni) obținem 2 - numărul de neutroni din nucleul Heliului-4.

PROCESUL DE CALCUL AL NUMĂRULUI DE PARTICULE PO FANTOMICE ÎN NUCLEARUL ATOMULUI. Ca exemplu, am luat în considerare în mod deliberat Helium-4 (He 4 2), al cărui nucleu este format din doi protoni și doi neutroni. Deoarece nucleul de Heliu-4, numit particulă alfa (particulă α), are cea mai mare eficiență în reacțiile nucleare, este adesea folosit pentru experimente în această direcție. Trebuie remarcat faptul că în formulele reacțiilor nucleare, simbolul α este adesea folosit în locul lui He 4 2 .

E. Rutherford a realizat primul cu participarea particulelor alfa istoria oficială reacția fizică transformarea nucleară. În timpul reacției, particulele α (He 4 2) au „bombardat” nucleele izotopului de azot (N 14 7), rezultând formarea unui izotop de oxigen (O 17 8) și a unui proton (p 1 1)

Această reacție nucleară arată astfel:

Să calculăm numărul de particule Po fantomă înainte și după această transformare.

PENTRU A CALCULA NUMĂRUL DE PARTICULE FANTOME PRIN ESTE NECESAR:
Pasul 1. Calculați numărul de neutroni și protoni din fiecare nucleu:
- numarul de protoni este indicat in indicatorul inferior;
- aflăm numărul de neutroni scăzând numărul de protoni (indicatorul inferior) din numărul de masă total (indicatorul superior).

Pasul 2. Calculați numărul de particule Po fantomă din nucleul atomic:
- înmulțiți numărul de protoni cu numărul de particule de Po fantomă conținute într-un proton;
- înmulțiți numărul de neutroni cu numărul de particule de Po fantomă conținute într-un neutron;

Pasul 3. Adăugați numărul de particule fantomă prin:
- adăugați cantitatea primită de particule de Po fantomă în protoni cu cantitatea primită în neutroni din nuclee înainte de reacție;
- adăugați cantitatea primită de particule de Po fantomă în protoni cu cantitatea primită în neutroni în nuclee după reacție;
- comparați numărul de particule de Po fantomă înainte de reacție cu numărul de particule de Po fantomă după reacție.

EXEMPLU DE CALCUL DETALIAT AL NUMĂRULUI DE PARTICULE PO FANTOMICE ÎN NUCLEI DE ATOMI.
(Reacție nucleară care implică o particulă α (He 4 2), efectuată de E. Rutherford în 1919)

ÎNAINTE DE REACȚIE (N 14 7 + He 4 2)
N 14 7

Număr de protoni: 7
Număr de neutroni: 14-7 = 7
în 1 proton - 12 Po, ceea ce înseamnă în 7 protoni: (12 x 7) \u003d 84;
în 1 neutron - 33 Po, adică în 7 neutroni: (33 x 7) = 231;
Numărul total de particule Po fantomă din nucleu: 84+231 = 315

El 4 2
Numărul de protoni - 2
Numărul de neutroni 4-2 = 2
Numărul de particule fantomă După:
în 1 proton - 12 Po, ceea ce înseamnă în 2 protoni: (12 x 2) \u003d 24
într-un neutron - 33 Po, ceea ce înseamnă în 2 neutroni: (33 x 2) \u003d 66
Numărul total de particule Po fantomă din nucleu: 24+66 = 90

Numărul total de particule de Po fantomă înainte de reacție

N 14 7 + El 4 2
315 + 90 = 405

DUPĂ REACȚIE (O 17 8) și un proton (p 1 1):
O 17 8
Număr de protoni: 8
Număr de neutroni: 17-8 = 9
Numărul de particule fantomă După:
în 1 proton - 12 Po, ceea ce înseamnă în 8 protoni: (12 x 8) \u003d 96
în 1 neutron - 33 Po, ceea ce înseamnă în 9 neutroni: (9 x 33) = 297
Numărul total de particule Po fantomă din nucleu: 96+297 = 393

p 1 1
Numărul de protoni: 1
Număr de neutroni: 1-1=0
Numărul de particule fantomă După:
În 1 proton - 12 Po
Nu există neutroni.
Numărul total de particule Po fantomă din nucleu: 12

Numărul total de particule fantomă Po după reacție
(O 17 8 + p 1 1):
393 + 12 = 405

Să comparăm numărul de particule Po fantomă înainte și după reacție:

EXEMPLU DE FORME RIDUSĂ DE CALCUL AL NUMĂRULUI DE PARTICULE PO FANTOMICE ÎNTR-O REACȚIE NUCLEARĂ.

celebru reacție nucleară este reacția de interacțiune a particulelor α cu izotopul beriliului, în care a fost descoperit pentru prima dată neutronul, care s-a manifestat ca o particulă independentă ca urmare a transformării nucleare. Această reacție a fost efectuată în 1932 de către fizicianul englez James Chadwick. Formula reactiei:

213 + 90 → 270 + 33 - numărul de particule Po fantomă din fiecare dintre nuclee

303 = 303 - valoare totală particule de Po fantomă înainte și după reacție

Numărul de particule de Po fantomă înainte și după reacție este egal.

După cum sa menționat deja, un atom este format din trei tipuri de particule elementare: protoni, neutroni și electroni. Nucleul atomic este partea centrală a atomului, constând din protoni și neutroni. Protonii și neutronii au denumirea comună de nucleon, în nucleu se pot transforma unul în altul. Nucleul celui mai simplu atom, atomul de hidrogen, este format dintr-o particulă elementară, protonul.

Diametrul nucleului unui atom este de aproximativ 10 -13 - 10 -12 cm și este de 0,0001 din diametrul unui atom. Cu toate acestea, aproape întreaga masă a unui atom (99,95 - 99,98%) este concentrată în nucleu. Dacă ar fi posibil să se obțină 1 cm 3 de materie nucleară pură, masa acesteia ar fi de 100 - 200 de milioane de tone. Masa nucleului unui atom este de câteva mii de ori mai mare decât masa tuturor electronilor care formează atomul.

Proton – particulă elementară, nucleul unui atom de hidrogen. Masa unui proton este de 1,6721x10 -27 kg, este de 1836 de ori masa unui electron. Sarcina electrică este pozitivă și egală cu 1,66x10 -19 C. Coulomb - o unitate de sarcină electrică, egală cu cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a conductorului într-un timp de 1 s la o putere constantă a curentului de 1 A (amperi).

Fiecare atom al oricărui element conține un anumit număr de protoni în nucleu. Acest număr este constant pentru un element dat și determină proprietățile fizice și chimice ale acestuia. Adică depinde de numărul de protoni cu care element chimic avem de-a face. De exemplu, dacă un proton din nucleu este hidrogen, dacă 26 de protoni sunt fier. Numărul de protoni din nucleul atomic determină sarcina nucleului (numărul de sarcină Z) și numărul de serie al elementului din sistemul periodic de elemente D.I. Mendeleev (numărul atomic al elementului).

Hneutroni- o particulă neutră din punct de vedere electric cu o masă de 1,6749 x10 -27 kg, de 1839 de ori masa unui electron. Un neuron în stare liberă este o particulă instabilă; se transformă independent într-un proton cu emisia unui electron și a unui antineutrin. Timpul de înjumătățire al neutronilor (timpul în care jumătate din numărul inițial de neutroni se descompune) este de aproximativ 12 minute. Cu toate acestea, într-o stare legată în interiorul nucleelor ​​atomice stabile, este stabil. Numărul total nucleonii (protoni și neutroni) din nucleu se numește număr de masă (masă atomică - A). Numărul de neutroni care formează nucleul este egal cu diferența dintre numerele de masă și de sarcină: N = A - Z.

Electron- o particulă elementară, purtătorul celei mai mici mase - 0,91095x10 -27 g și cea mai mică sarcină electrică - 1,6021x10 -19 C. Aceasta este o particulă încărcată negativ. Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul de protoni din nucleu, adică. atomul este neutru din punct de vedere electric.

Pozitron– o particulă elementară cu sarcină electrică pozitivă, o antiparticulă în raport cu un electron. Masa unui electron și a unui pozitron sunt egale, iar sarcinile electrice sunt egale în valoare absolută, dar în semn opus.

Diferite tipuri de nuclee sunt numite nuclizi. Un nuclid este un tip de atom cu un număr dat de protoni și neutroni. În natură, există atomi ai aceluiași element cu mase atomice diferite (numerele de masă): 17 35 Cl, 17 37 Cl etc. Nucleele acestor atomi conțin același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni. Sunt numite varietăți de atomi ai aceluiași element care au aceeași sarcină nucleară, dar numere de masă diferite izotopi . Având același număr de protoni, dar diferiți prin numărul de neutroni, izotopii au aceeași structură a învelișurilor de electroni, adică. proprietăți chimice foarte asemănătoare și ocupă același loc în tabelul periodic al elementelor chimice.

Izotopii sunt notați prin simbolul elementului chimic corespunzător cu indicele A situat în stânga sus - numărul de masă, uneori numărul de protoni (Z) este de asemenea dat în stânga jos. De exemplu, izotopii radioactivi ai fosforului sunt 32 P, 33 P sau 15 32 P și, respectiv, 15 33 P. Când desemnați un izotop fără a indica simbolul elementului, numărul de masă este dat după desemnarea elementului, de exemplu, fosfor - 32, fosfor - 33.

Majoritatea elementelor chimice au mai mulți izotopi. Pe lângă izotopul hidrogenului 1H-protiu, sunt cunoscute hidrogenul greu 2H-deuteriu și hidrogenul 3H-tritiu supergreu. Uraniul are 11 izotopi, în compușii naturali există trei dintre ei (uraniu 238, uraniu 235, uraniu 233). Au 92 de protoni și, respectiv, 146,143 și, respectiv, 141 de neutroni.

În prezent, sunt cunoscuți peste 1900 de izotopi ai 108 elemente chimice. Dintre aceștia, izotopii naturali includ toți cei stabili (există aproximativ 280) și izotopii naturali care fac parte din familiile radioactive (există 46 dintre ei). Restul sunt artificiale, sunt obținute artificial ca urmare a diferitelor reacții nucleare.

Termenul „izotopi” ar trebui folosit numai atunci când vorbim despre despre atomi ai aceluiași element, de exemplu, izotopi de carbon 12 C și 14 C. Dacă se înțelege atomi ai unor elemente chimice diferite, se recomandă utilizarea termenului „nuclizi”, de exemplu, radionuclizi 90 Sr, 131 J, 137 Cs. .