Bërthama e atomit më të thjeshtë - atomi i hidrogjenit - përbëhet nga një grimcë elementare e quajtur proton. Bërthamat e të gjitha atomeve të tjera përbëhen nga dy lloje grimcash - protone dhe neutrone. Këto grimca quhen nukleone. Proton. Protoni ka ngarkesë dhe masë

Për krahasim, le të theksojmë se masa e elektroneve është

Nga një krahasim i (66.1) dhe (66.2) rezulton se -Protoni ka një rrotullim të barabartë me gjysmën dhe momentin e tij magnetik

Një njësi momenti magnetik i quajtur magneton bërthamor. Krahasimi me (33.2) nënkupton se 1836 herë më pak se magnetoni i Bohr-it. Rrjedhimisht, momenti magnetik i brendshëm i protonit është rreth 660 herë më i vogël se momenti magnetik i elektronit.

Neutron. Neutroni u zbulua në vitin 1932 nga fizikani anglez D. Chadwick. Ngarkesa elektrike e saj është zero, dhe masa e saj

shumë afër masës së një protoni.

Dallimi midis masave të një neutroni dhe një protoni është 1.3 MeV, d.m.th.

Neutroni ka një rrotullim të barabartë me gjysmën dhe (megjithë mungesën e një ngarkese elektrike) momentin e tij magnetik

(shenja minus tregon se drejtimet e momenteve të brendshme mekanike dhe magnetike janë të kundërta). Shpjegimi i kësaj fakt befasues do të jepet në § 69.

Vini re se raporti i vlerave eksperimentale është -3/2 me një shkallë të lartë saktësie. Kjo u vu re vetëm pasi një vlerë e tillë u mor teorikisht.

Në një gjendje të lirë, një neutron është i paqëndrueshëm (radioaktiv) - ai prishet spontanisht, duke u shndërruar në një proton dhe duke emetuar një elektron dhe një grimcë tjetër të quajtur antineutrino (shih § 81). Gjysma e jetës (domethënë koha që i duhet gjysmës së numrit fillestar të neutroneve për t'u zbërthyer) është rreth 12 minuta. Skema e prishjes mund të shkruhet si më poshtë:

Masa e antineutrinës është zero. Masa e neutronit është më e madhe se masa e protonit për rrjedhimisht, masa e neutronit tejkalon masën totale të grimcave që shfaqen në anën e djathtë të ekuacionit (66.7), domethënë me 0.77 MeV. Kjo energji lirohet gjatë zbërthimit të një neutroni në formën e energjisë kinetike të grimcave që rezultojnë.

Specifikimet bërthama atomike... Nje nga karakteristikat kritike i bërthamës atomike është numri i ngarkesës Z. Është i barabartë me numrin e protoneve që përbëjnë bërthamën dhe përcakton ngarkesën e saj, e cila është e barabartë me numrin Z përcakton numër serik element kimik në tabelë periodike Mendelejevi. Prandaj, quhet edhe numri atomik i bërthamës.

Numri i nukleoneve (d.m.th., numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve) në bërthamë shënohet me shkronjën A dhe quhet numri masiv i bërthamës. Numri i neutroneve në bërthamë është

Simboli përdoret për të treguar bërthamat

ku X do të thotë simbol kimik të këtij elementi... Në pjesën e sipërme majtas, është vendosur numri masiv, në pjesën e poshtme majtas - numer atomik(simboli i fundit shpesh hiqet).

Ndonjëherë numri i masës shkruhet jo në të majtë, por në të djathtë të simbolit të një elementi kimik.

Bërthamat me të njëjtin Z, por A të ndryshëm quhen izotopë. Shumica e elementeve kimike kanë disa izotope të qëndrueshme. Kështu, për shembull, oksigjeni ka tre izotope të qëndrueshme: kallaji ka dhjetë, e kështu me radhë.

Hidrogjeni ka tre izotope:

Protiumi dhe deuteriumi janë të qëndrueshëm, tritiumi është radioaktiv.

Bërthamat me të njëjtin numër masiv A quhen izobare. Bërthamat me të njëjtin numër neutronesh quhen izotone.Së fundi, ka bërthama radioaktive me të njëjtat Z dhe A, të cilat ndryshojnë në gjysmë-jetën. Ata quhen izomerë. Për shembull, ekzistojnë dy izomerë të bërthamës, njëri prej tyre ka një gjysmë jetë prej 18 minutash, dhe tjetri 4.4 orë.

Rreth 1500 bërthama janë të njohura, të ndryshme ose Z ose A, ose të dyja. Rreth 1/5 e këtyre bërthamave janë të qëndrueshme, pjesa tjetër janë radioaktive. Shumë bërthama u prodhuan artificialisht duke përdorur reaksione bërthamore.

Në natyrë, ka elementë me një numër atomik Z nga 1 në 92, duke përjashtuar teknetiumin dhe prometiumin. mineral natyral- përzierje rrëshirë. Pjesa tjetër e elementeve transuranik (d.m.th., sauranium) (me Z nga 93 në 107) u morën artificialisht me anë të reaksioneve të ndryshme bërthamore.

Elementët transuranikë curium, einsteinium, fermium) dhe mendelevium) u emëruan për nder të shkencëtarëve të shquar P. dhe M. Curie, A. Einstein, E. Fermi dhe D. I. Mendeleev. Lawrence është emëruar pas shpikësit të ciklotronit, E. Lawrence. Kurchatov) mori emrin e tij për nder të fizikanit të shquar sovjetik I.V. Kurchatov.

Disa elementë transuranikë, duke përfshirë kurchatoviumin dhe elementët me numër 106 dhe 107, u morën në Laboratorin e Reaksioneve Bërthamore të Institutit të Përbashkët për Kërkime Bërthamore në Dubna nga shkencëtari sovjetik G.N. Flerov dhe bashkëpunëtorët e tij.

Madhësitë e bërthamës. Në përafrimin e parë, bërthama mund të konsiderohet një top, rrezja e të cilit përcaktohet mjaft saktë nga formula

(fermi është emri i përdorur në fizika bërthamore njësi gjatësie të barabarta me cm). Nga formula (66.8) rezulton se vëllimi i bërthamës është proporcional me numrin e nukleoneve në bërthamë. Kështu, dendësia e materies në të gjitha bërthamat është afërsisht e njëjtë.

Rrotullimi i bërthamës. Rrotullimet e nukleoneve shtohen me rrotullimin që rezulton i bërthamës. Spin-i i nukleonit është pra numri kuantik i rrotullimit të bërthamës l do të jetë gjysmë numër i plotë për një numër tek nukleonet A dhe numër i plotë ose zero për çift A. Rrotullimet e bërthamave l nuk i kalojnë disa njësi. Kjo tregon se rrotullimet e shumicës së nukleoneve në bërthamë anulojnë reciprokisht njëri-tjetrin, duke u vendosur antiparalel. Të gjitha bërthamat çift-çift (d.m.th., bërthamat me numër çift protonesh dhe numër çift neutronesh) kanë spin zero.

Shënoni këtë faqe

Koncepti i atomit. Struktura e atomit dhe bërthamës atomike

Një atom është grimca më e vogël element, duke ruajtur karakteristikat e tij.

Atomet e elementeve të ndryshëm ndryshojnë nga njëri-tjetri. Meqenëse ka mbi 100 elementë të ndryshëm, ka mbi 100 tipe te ndryshme atomet.

Figura 1-2. Pjesë të një atomi.

Çdo atom ka një bërthamë , ndodhet në qendër të atomit. Ai përmban grimca të ngarkuara pozitivisht - protone dhe grimca të pa ngarkuara - neutrone.

Elektronet, grimcat e ngarkuara negativisht, rrotullohen rreth bërthamave (shih Figurën 1-2).

Numri i protoneve në bërthamën e një atomi quhet numri atomik i elementit.

Oriz. 1-3. Elektrone të vendosura në predha rreth bërthamës.

Numrat atomik ndihmojnë në dallimin e një elementi nga një tjetër. Çdo element ka një peshë atomike. Pesha atomike është masa e një atomi, e cila përcaktohet nga numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve në bërthamë. Elektronet praktikisht nuk kontribuojnë në masën totale të një atomi, masa e një elektroni është vetëm 1/1845 e masës së një protoni dhe mund të neglizhohet.

Elektronet rrotullohen në orbita koncentrike rreth bërthamës. Çdo orbitë quhet guaskë. Këto guaska plotësohen në sekuencën e mëposhtme: së pari mbushet guaska K, pastaj L, M, N, etj. (shih Figurën 1-3). Shuma maksimale elektronet, të cilat mund të vendosen në secilën shtresë, është paraqitur në Fig. 1-4.

Shtresa e jashtme quhet valencë, dhe numri i elektroneve që përmban quhet valencë. Sa më larg nga bërthama është guaska e valencës , aq më pak tërheqje nga ana e bërthamës përjeton çdo elektron valent. Kështu, potenciali që një atom të shtojë ose të humbasë elektrone rritet nëse shtresa e valencës nuk është e mbushur dhe ndodhet mjaft larg nga bërthama.

Oriz. 1-4 dhe 1-5. Përbërja e atomit.

Elektronet e shtresës së valencës mund të marrin energji. Nëse këto elektrone marrin energji të mjaftueshme nga forcat e jashtme, ato mund të largohen nga atomi dhe të bëhen elektrone të lirë, duke lëvizur rastësisht nga atomi në atom. Materialet që përmbajnë nje numer i madh i Elektronet e lira quhen përcjellës.

Oriz. 1-6. Valenca e bakrit.

Në Fig. 1-5 krahasoni përçueshmërinë e metaleve të ndryshme që përdoren si përçues . Në tabelë, argjendi, bakri dhe ari kanë një valencë të barabartë me një (shih Fig. 1-6). Megjithatë, argjendi është një përcjellës më i mirë sepse elektronet e tij valente janë të lidhura më të dobëta.

Izolatorët, në krahasim me përçuesit, parandalojnë rrjedhjen e energjisë elektrike. Izolatorët janë të qëndrueshëm për faktin se elektronet valente të disa atomeve janë ngjitur me atome të tjera, duke mbushur guaskat e tyre të valencës, duke parandaluar kështu formimin e elektroneve të lira.

Oriz. 1-7. Vetitë dielektrike materiale të ndryshme përdoret si izolues.

Materialet e klasifikuara si izolatorë krahasohen në Fig. 1-7. Mika është izoluesi më i mirë sepse ka numrin më të vogël të elektroneve të lira në shtresën e valencës.

Një pozicion i ndërmjetëm midis përçuesve dhe izolatorëve është i zënë nga gjysmëpërçuesit. Gjysmëpërçuesit nuk janë udhërrëfyes të mirë as izolatorë të mirë, por janë të rëndësishëm sepse përçueshmëria e tyre mund të ndryshojë nga përcjellësi në izolues. Silikoni dhe germaniumi janë materiale gjysmëpërçuese.

Rreth atomit që ka të njëjtin numër elektronet dhe protonet, thuhet se janë elektrikisht neutrale. Një atom që merr një ose më shumë elektrone nuk është elektrikisht neutral. Ai ngarkohet negativisht dhe quhet jon negativ. Nëse një atom humbet një ose më shumë elektrone, atëherë ai ngarkohet pozitivisht dhe quhet jon pozitiv. Procesi i lidhjes ose humbjes së elektroneve quhet jonizimi. Luan jonizimi rol të madh në rrjedhën e rrymës elektrike.

Falë metodave të reja të regjistrimit të radioaktivitetit, u bë e mundur të studioheshin fenomene të reja që më parë nuk ishin të përshtatshme për kërkime dhe, në veçanti, të përpiqeshin t'i përgjigjen pyetjes se si funksionon bërthama atomike. Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, Rutherford vendosi të përdorë përplasjen e grimcave α me bërthamat e elementeve kimike të lehta.
Duke bombarduar atomet e hidrogjenit me grimca alfa, Rutherford zbuloi se atomet neutrale të hidrogjenit u shndërruan në grimca të ngarkuara pozitivisht. Rutherford e dinte se atomi më i lehtë i Tabelës Periodike, hidrogjeni, përbëhet nga një bërthamë, e cila ka një ngarkesë të vetme pozitive, dhe një elektron. Rrjedhimisht, kur u përplas me një atom hidrogjeni, grimca α iu afrua mjaftueshëm bërthamës së hidrogjenit dhe transferoi një pjesë të energjisë dhe momentit tek ajo. Rutherford i quajti këto grimca H të ngarkuara pozitivisht atome. Më vonë, emri "protone" u miratua pas tyre. Në të njëjtën kohë, Rutherford vërtetoi se ndërveprimi midis një grimce alfa dhe një bërthame hidrogjeni nuk i bindet ligjit të zbuluar më parë të shpërndarjes së grimcave alfa nga bërthamat e arit. Ndërsa grimca α iu afrua bërthamës së hidrogjenit, forcat e ndërveprimit midis grimcës α dhe bërthamës së hidrogjenit u rritën ndjeshëm.

E. Rutherford, 1920:“Në rastin e atomeve me një ngarkesë të madhe bërthamore, edhe grimca α më e shpejtë nuk mund të depërtojë në vetë strukturën e bërthamës, kështu që ne mund ta vlerësojmë dimensionet maksimale... Megjithatë, në rastin e atomeve të lehta, kur ngarkesa bërthamore është e vogël, në një përplasje të drejtpërdrejtë, grimca α afrohet aq afër bërthamës saqë ne mund të vlerësojmë madhësinë e saj dhe të marrim një ide të forcat vepruese... Kjo shihet më së miri në rastin e një përplasjeje të drejtpërdrejtë të një grimce α me një atom hidrogjeni. Në këtë rast, atomi H vjen në të tillë lëvizje të shpejtë se ajo udhëton katër herë më shumë se një grimcë alfa që përplaset me të, dhe mund të zbulohet nga shintilacioni që shkakton në një ekran të sulfurit të zinkut ... Unë kam treguar se këto shkrehje janë për shkak të atomeve të hidrogjenit që mbajnë një ngarkesë pozitive njësi ... Marrëdhënia midis numrit dhe shpejtësisë së këtyre atomeve H është krejtësisht e ndryshme nga ajo që do të pritej nëse grimca α dhe atomi H konsiderohen si ngarkesa pikësore. Si rezultat i përplasjeve me grimcat α të shpejta, fitohen atomet H, të cilët fluturojnë pothuajse me të njëjtat shpejtësi në drejtim të grimcave α të rënë. Nga kjo u konkludua se ligji i proporcionalitetit të kundërt me katrorin e distancës bëhet i pavlefshëm kur bërthamat i afrohen njëra-tjetrës në një distancë më të vogël se 3.· 10 -13 cm Ky është një tregues se bërthamat janë të këtij rendi të madhësisë dhe se forcat ndërmjet bërthamave ndryshojnë shumë shpejt në madhësi dhe drejtim në distanca të krahasueshme me dimensionet e pranuara përgjithësisht të diametrit të një elektroni. U theksua se në përplasje të tilla të afërta, forca të mëdha zhvillohen midis bërthamave dhe se, ndoshta, gjatë përplasjes, struktura e bërthamave pëson deformime të konsiderueshme. Fakti që bërthama e heliumit, e cila mund të supozohet se përbëhet nga katër atome H dhe dy elektrone, mund t'i rezistojë kësaj përplasjeje, dëshmon për qëndrueshmërinë ekstreme të strukturës së saj".

Si rezultat i studimit të ndërveprimit të grimcave α me atomet e hidrogjenit, u zbulua një proton - bërthama e një atomi hidrogjeni. Rutherford vazhdoi eksperimentet për të studiuar ndërveprimin e grimcave α me atomet e dritës, dhe në vitin 1919 ai zbuloi se kur atomet e azotit rrezatohen me grimcat α, protonet lëshohen nga atomi. Rrjedhimisht, protonet janë pjesë e bërthamave atomike. Por në këtë rast, nën veprimin e grimcave α, duhet të kishte ndodhur një ndryshim në bërthamën e atomit të azotit. Ngarkesa e saj duhet të ulet me një - bërthama e azotit duhet të kthehet në një bërthamë oksigjeni.
Për herë të parë, Rutherford bëri atë që alkimistët nuk kishin mundur ta bënin me shekuj - ai transformoi artificialisht një element kimik në një tjetër.
Gjatë viteve të ardhshme, Rutherford dhe studentët e tij kryen transformimin artificial të rreth dhjetë elementeve kimike të lehta - bor, fluor, litium, natrium, fosfor dhe të tjerë.

E. Rutherford: “Atomet e disa elementeve të lehta u bombarduan shumë sasi e madheα-grimca. Pas kryerjes së këtyre eksperimenteve, në vitin 1919 mora prova eksperimentale se një numër i vogël atomesh azoti u shpërbënë gjatë bombardimeve, duke lëshuar bërthama të shpejta hidrogjeni, të njohura tani si protone ...

Vetëm një grimcë alfa nga 50,000 i afrohet bërthamës sa duhet për t'u kapur prej saj...
Në artikujt e mëparshëm, lok. cit., kam përshkruar dukuritë që ndodhin në përplasjet e ngushta të grimcave α të shpejta me atome të lehta të materies, në mënyrë që të përcaktoj nëse bërthamat e disa atomeve të lehta mund t'i nënshtrohen dekompozimit nën ndikimin e forca të mëdha duke u zhvilluar në përplasje kaq të afërta. Në këto artikuj u dhanë dëshmi se kur grimcat a kalojnë përmes azotit të thatë, shfaqen grimca të shpejta, që të kujtojnë shumë shkëlqimin e shkrehjes dhe distancën e depërtimit të atomeve të hidrogjenit të vendosura në lëvizje nën ndikimin e përplasjeve me grimcat alfa. Më tej u tregua se këto atome të shpejta, të cilat shfaqen vetëm në azotin e thatë, por jo në oksigjen ose në acid karbonik, nuk mund t'i atribuohet pranisë së avullit të ujit ose substancave të tjera që përmbajnë hidrogjen, por që ato duhet të lindin kur grimcat α përplasen me atomet e azotit ...
V puna e mëparshme Kam treguar se grimcat me rreze të gjatë të vëzhguara në ajrin e thatë dhe në azotin e pastër duhet të dalin nga vetë atomet e azotit. Kështu, është e qartë se disa atome të azotit shkatërrohen në përplasjet me grimcat α të shpejta dhe se atome të shpejta të hidrogjenit të ngarkuar pozitivisht prodhohen në këtë rast. Prandaj, duhet të konkludojmë se një atom hidrogjeni i ngarkuar është një nga përbërësit e bërthamës së azotit ".

14 N (α, p) 17 O

Rrezet H. Nga rrezet korpuskulare që dalin nga përplasja e rrezeve α me atomet e dritës, më të studiuarat janë rrezet e hidrogjenit, pasi ato kanë fuqinë më të madhe depërtuese. Këto rreze formohen nga atomet e hidrogjenit që kanë humbur elektronin e tyre, d.m.th. protonet. Ato përcaktohen me simbolin H ... Për të vëzhguar rrezet H, në fillim përdorëm vetinë e tyre të përbashkët me rrezet α për të shkaktuar shkrehje në një ekran me film sulfid zinku ..., që zakonisht aplikohet drejtpërdrejt në burim.

M. Curie. “Radioaktiviteti. Rrezet e hidrogjenit dhe atomeve të tjera të lehta."

Duke e mbushur dhomën me azot, Rutherford vuri re se në një presion të caktuar, pjesa më e madhe e shintilacionit u zhduk. Kjo ndodh kur rrezet α të emetuara nga një burim radioaktiv shpenzojnë të gjithë energjinë e tyre në jonizimin e ajrit dhe nuk arrijnë në ekran. Por shintilacionet e mbetura treguan praninë e një numri shumë të vogël rrezesh H me një rreze disa herë më të madhe se ajo e emetuar nga burimi. Nëse në vend të azotit marrim një gaz tjetër, për shembull, dioksid karboni ose oksigjen, atëherë scintilacione të tilla të mbetura nuk shfaqen. Shpjegimi i vetëm është se ato vijnë nga azoti. Meqenëse energjia e rrezeve H të mbetura është më e madhe se ato primare, ato mund të shfaqen vetëm për shkak të dekompozimit të bërthamës së atomit të azotit. Kështu, u vërtetua dekompozimi i azotit dhe problemi i alkimisë u zgjidh rrënjësisht.

P.L. Kapitsa. "Kujtimet e Profesor E. Rutherford"

1919 E. Rutherford. Reaksioni bërthamor. 14 N (α, p) 17 O

Një fotografi në një dhomë Wilson me gjurmë të grimcave α në azot.

Zbulimi i zbërthimit radioaktiv të atomeve ringjalli idenë alkimike të shndërrimit të një elementi në një tjetër. Deri në vitin 1930, eksperimente të shumta të këtij lloji u kryen për dekada, veçanërisht me anë të një harku voltaik. Por këto transformime të supozuara nuk i rezistuan kritikave. Transformimi arrihet, siç e dimë tani, vetëm me metodën e përqendrimit të sasisë së kërkuar të energjisë në një atom individual kur bombardohet me atome të tjera ose γ-kuante. Por edhe me këto eksperimente, në fillim (1907) pati rezultate të gabuara. Transformimi i parë i vërtetë artificial i atomeve u pasua në vitin 1919 nga Rutherford. Ai rrezatoi nitrogjenin me grimca α dhe mori protone me një rreze të gjatë. Fotografitë e këtij fenomeni në dhomën Wilson të realizuara nga P. Blackett treguan qartë, së bashku me gjurmën e gjatë të protonit, gjurmën e shkurtër të izotopit të oksigjenit me peshë atomike 17. Në periudhën nga viti 1921 deri në vitin 1924, Rutherford dhe Chadwick ishin në gjendje të vërtetonin ekzistencën e këtij reaksioni - thithjen e një grimce α dhe emetimin e një protoni - gjithashtu për të gjithë elementët nga bor (ordinal 5) në kalium (rendor 19), me përjashtim të karbonit dhe oksigjenit. Përveç protonit, këto reaksione prodhojnë vazhdimisht një element që është i ardhshëm në mënyrë që të sistemi periodik.

M. Laue "Historia e fizikës"

Pasi zbuloi protonet në bërthamën atomike, Rutherford propozoi një model proton-elektroni të bërthamës. Protonet përcaktuan masën e bërthamës atomike dhe elektronet kompensuan pjesërisht ngarkesë elektrike protone, të cilat çuan në vlerën e dëshiruar të ngarkesës bërthamore. Për shembull, besohej se një bërthamë me ngarkesë + 2e përbëhet nga 4 protone dhe 2 elektrone. Një argument i rëndësishëm në favor të modelit proton-elektron ishte prishja β - e bërthamave atomike. Ky fenomen mund të shpjegohet lehtësisht nëse supozojmë se elektronet janë pjesë e bërthamës atomike. Modeli proton-elektron i bërthamës hasi në disa kundërshtime, kryesorja prej të cilave ishte se nuk mund të shpjegonte domethënien e rrotullimeve të bërthamave atomike. Megjithatë, ajo zgjati deri në zbulimin e neutronit në 1932.

E. Rutherford, 1920:“Nga studimi i radioaktivitetit dihet se bërthamat e elementeve radioaktive janë pjesërisht të përbëra nga bërthama të heliumit me ngarkesë 2e. Përveç kësaj, ne kemi arsye serioze për të besuar se bërthamat e atomeve, së bashku me grimcat e ngarkuara pozitivisht, përmbajnë gjithashtu elektrone dhe se ngarkesa pozitive e bërthamës korrespondon me tepricën e ngarkesës totale pozitive mbi atë negative. Është interesante të theksohet plotësisht rol të ndryshëm luhet nga elektronet jashtë atomit dhe brenda tij. Në rastin e parë, ato janë të vendosura në një distancë nga bërthama, e cila padyshim përcaktohet kryesisht nga ngarkesa bërthamore dhe ndërveprimi i fushave të tyre. Brenda bërthamës, elektronet formojnë një lidhje shumë të ngushtë dhe të fortë me njësitë e ngarkuara pozitivisht dhe, me sa dimë, është jashtë bërthamës që ato janë në një gjendje të paqëndrueshme. Çdo elektron i jashtëm padyshim ndërvepron me bërthamën si ngarkesë pikë, ndërsa kjo nuk mund të thuhet për elektronin e brendshëm. Me sa duket, elektronet e brendshme janë deformuar fuqishëm nën ndikimin e forcave të mëdha, dhe forcat në këtë rast mund të jenë krejtësisht të ndryshme nga ato forca që mund të priten nga një elektron i padeformuar, si, për shembull, jashtë bërthamës. Ndoshta kjo është arsyeja pse elektroni mund të luajë një rol kaq të ndryshëm në këto dy raste dhe madje të formojë sisteme të qëndrueshme."

Diskutim rreth strukturës së bërthamës atomike. Në shkurt 1929, në Shoqërinë Mbretërore të Londrës u mbajt një diskutim rreth strukturës së bërthamës atomike. Më poshtë janë fjalimet e shkurtuara nga E. Rutherford, J. Chadwick dhe R. Fowler.

E. Rutherford: “Tani ne tashmë mund të krijojmë një pamje të ndërtimit gradual të bërthamave atomike. Ndoshta, në elementët e lehtë, bërthama përbëhet nga një kombinim i grimcave α, protoneve dhe elektroneve, dhe ndarja e pjesëve të bërthamës tërheq fort njëra-tjetrën, pjesërisht për shkak të shqetësimit, pjesërisht për shkak të forcave magnetike. Tani për tani, ne mund të ndërtojmë vetëm këtë apo atë supozim për natyrën e këtyre forcave. Para së gjithash, formohet një bërthamë fort e përqendruar dhe e lidhur fort, dhe ky proces shoqërohet me emetimin e energjisë. Për një peshë atomike prej rreth 120, kemi masën më të vogël, që do të thotë lidhjen më të ngushtë. Me një rritje të mëtejshme të numrit atomik, grimcat e shtuara rezulton të jenë të lidhura gjithnjë e më pak ngushtë.
Kështu, mund të supozohet se bërthama ka një strukturë shumë të dendur pranë qendrës, dhe dendësia zvogëlohet gradualisht me distancën nga qendra. I gjithë ky sistem është i rrethuar nga një pengesë e forcës, e cila zakonisht parandalon ikjen e grimcave alfa. Ndoshta kjo pikëpamje statike nuk i pëlqen miqtë e mi teorikë, të cilët dëshirojnë ta paraqesin grimcën α me liri të plotë lëvizjeje brenda bërthamës. Megjithatë, ky këndvështrim është mjaft legjitim dhe është në përputhje të plotë me idetë që kam përshkruar. Me fjalë të tjera, nëse mund të merrnim një fotografi nga kerneli - rreth 10 -28 sekonda, - do të shihnim në qendër, si të thuash, grimca α të paketuara fort, të lidhura fort, dhe dendësia do të zvogëlohej me rritjen e distancës nga qendra. Pa dyshim, të gjitha grimcat α janë në lëvizje, dhe valët e tyre reflektohen nga barrierat e forcës dhe ndonjëherë depërtojnë përtej sistemit. Më duket se këndvështrimi që kam zhvilluar është plotësisht i justifikuar dhe shpresoj që miqtë tanë teorikë do të jenë në gjendje ta përshkruajnë të gjithë pamjen në mënyrë më të detajuar. Ne nuk duhet të shpjegojmë vetëm ndërtimin e një bërthame nga grimcat α, duhet të gjejmë gjithashtu një vend për elektronet, dhe nuk është aq e lehtë të mbyllësh elektronet në një qelizë me një grimcë α. Megjithatë, kam aq besim në zgjuarsinë e miqve tanë teorikë, saqë besoj fort se ata do ta kalojnë disi këtë vështirësi.
Këndvështrimi që kam përshkruar shpjegon, më duket, pse atomet e uraniumit të rëndë nuk mund të ekzistojnë. Me rritjen e masës, bërthama do të merrte gjithnjë e më shumë energji dhe do të bëhej aq radioaktive sa do të zhdukej. Me sa duket, sa më shumë energji të kishin bërthamat, aq më shpejt do të zhdukeshin dhe ndoshta jo rastësisht uraniumi dhe toriumi janë përfaqësuesit e vetëm të mbijetuar të bërthamave të rënda. Ky nuk është vendi për të prekur pyetjen shumë spekulative se si u formuan bërthamat e elementeve. Përpara se të trajtojmë këtë çështje, ne duhet të dimë shumë më tepër për detajet e strukturës së vetë bërthamës."

J. Chadwick: “Kur disa elementë bombardohen me grimca alfa, bërthamat e hidrogjenit ose protone, fshihen prej tyre, të cilat mund të zbulohen nga scintilimi që shkaktojnë në një ekran të sulfurit të zinkut. Këto protone shfaqen si rezultat i zbërthimit artificial të bërthamave të këtyre elementeve. Ne besojmë se dekompozimi bërthamor ndodh kur një grimcë alfa hyn në bërthamë dhe mbahet atje, duke rezultuar në ikjen e një protoni. Mundësia e dekompozimit është e ulët; kështu, për shembull, në rastin e favorshëm, kur azoti bombardohet, 20 bërthama dekompozohen për çdo 10 6 α-grimca. Për shkak të rrallësisë së këtij efekti, si dhe për shkak të vështirësive të ndryshme eksperimentale, informacioni që kemi marrë deri tani është ende mjaft i pakët. Me përjashtim të karbonit dhe oksigjenit, të gjithë elementët nga bor në kalium, përfshirë këtu, dekompozohen kur bombardohen me grimca alfa dhe lëshojnë një proton me energji të konsiderueshme. Kjo do të thotë se bërthamat e të gjithë këtyre elementeve përmbajnë protone. Karboni dhe oksigjeni, nëse dekompozohen fare, nuk lëshojnë grimca me energji më të mëdha se energjia e grimcave të shpërndara alfa. Është e mundur që ato të dekompozohen në bërthamat e heliumit, por ende nuk ka prova për këtë. Disa protone të çliruar gjatë dekompozimit artificial kanë energji shumë të larta, për shembull, energjia e protoneve të shkëputura nga alumini nga grimcat α të radiumit G është 40% më e lartë se energjia e grimcave α që prekin. Kështu, në disa raste, energjia lirohet gjatë dekompozimit. Ekziston një ndryshim dramatik në sjelljen e elementeve të numrit atomik tek dhe çift. Protonet e emetuara nga elementët tek kanë një energji maksimale shumë më të lartë se protonet nga elementët çift. Në zgjerimin, i cili konsiston vetëm në kapjen e një grimce α dhe emetimin e një protoni, një element me një numër tek kalon në një element me një numër çift dhe anasjelltas. Duke marrë parasysh sjelljen e ndryshme të elementeve çift dhe tek, si dhe bollëkun e tyre relativ në natyrë dhe masat e tyre atomike, mund të konkludojmë se elementët çift janë më të qëndrueshëm se tek ata.

R. Fowler: “Do të doja t'ju tregoja se si teoria e re kuantike mund të na ndihmojë në diskutimin rreth strukturës dhe vetive të bërthamës. Kjo çështje tashmë është theksuar nga Kryesuesi në fjalën e tij hyrëse. Do të doja ta zhvilloja disi. Gjëja e parë që duhet mbajtur parasysh është se e reja Mekanika kuantike zhvilluar në mënyrë logjike, bazuar në vetitë e elektroneve në atome. Duhet të supozojmë se grimcat kanë shumë nga vetitë e valëve. Nëse ne i quajmë ato grimca ose valë është një çështje shije. Zgjedhja e emrit ka të ngjarë të varet nga secili një rast më vete nga gjendja e tyre. Meqenëse grimcat janë si valët, duhet të presim, për shembull, që ato jo gjithmonë të kërcejnë nga barrierat e një lartësie të caktuar. Ata mund të kalojnë përmes pengesës, natyrisht, vetëm në disa raste ..
Fakti që grimcat mund të kalojnë nëpër këtë lloj pengese është shumë i rëndësishëm për të shpjeguar fenomenin e emetimit të grimcave alfa nga bërthamat e rënda.
Nëse e imagjinojmë bërthamën siç e kemi thënë tashmë këtu sot, në formën e një kutie të vogël të rrethuar nga të gjitha anët (në tre dimensione) me një pengesë force, atëherë mund të supozojmë se brenda saj ka një grimcë α, e cila duhet të të imagjinohet në formën e një vale, energjia e së cilës është më e vogël se energjia potenciale e pjesës së sipërme të barrierës. Nga teoria klasike, grimca alfa do të mbetet përgjithmonë brenda pengesës. Por në teoria kuantike ka një probabilitet të kufizuar që vala të kalojë nëpër murin e hollë dhe të shkojë në pafundësi. Kjo ide qëndron në themel të teorisë kuantike të emetimit të grimcave alfa. Kjo ide u shpreh në mënyrë të pavarur nga Gamow - nga njëra anë, dhe Guerney dhe Condon - nga ana tjetër. Të gjithë ata, dhe veçanërisht Gamow, e zhvilluan atë në disa detaje.
Kur një grimcë α kalon nëpër barrierë, ajo, natyrisht, nuk mund të identifikohet më me një valë në këmbë. Do të jetë e saktë të paraqitet grimca α si një lëkundje e zbehur. Do të kemi një lëkundje të amortizuar brenda barrierës, d.m.th. një dridhje harmonike me një koeficient të zakonshëm amortizimi dhe jashtë një valë shumë të dobët që korrespondon me emetimin e një grimce α. Në fakt, ky problem mund të zgjidhet shumë mirë dhe koeficienti i amortizimit merret në formën e pjesës imagjinare të energjisë. Kjo u bë me shumë sukses nga Gamow.
Ai zbuloi se për këto llogaritje nuk ka shumë rëndësi se çfarë lloj pamjeje supozoni në brendësi të barrierës. Pjesa kryesore e jashtme e saj është e njohur nga eksperimentet mbi shpërndarjen e grimcave alfa.
Probabiliteti që një grimcë α të depërtojë në barrierë varet shumë nga energjia e grimcës α. Sa më shumë energjia e saj, aq më e hollë është barriera që duhet të kalojë dhe aq më e ulët është lartësia e saj. Prandaj, padyshim, ekziston një lidhje shumë e ngushtë midis energjisë së grimcës α, të cilën ne e gjykojmë nga energjia e grimcës α të emetuar, dhe midis probabilitetit që kjo grimcë α të dalë jashtë, të cilën e gjykojmë nga jetëgjatësia e atomit. Ky është ligji Geiger-Nettol.
Si përfundim, do të them se kjo është një teori shumë e bukur dhe se mund të jemi absolutisht të sigurt "që në terma të përgjithshëm është e saktë. Merita e madhe e kësaj teorie është se jep ligjin Geiger-Nettol krejtësisht të pavarur nga detajet. të strukturës së bërthamës."

Ndërsa u shfaqën të dhëna të reja eksperimentale mbi rrotullimet dhe momentet magnetike të bërthamave atomike, vështirësitë e modelit proton-elektron në përshkrimin e këtyre karakteristikave të bërthamave atomike u rritën. Kjo ishte veçanërisht e dukshme në të ashtuquajturën "katastrofë e azotit". Thelbi i saj ishte si më poshtë. Sipas modelit proton-elektron, bërthama 14 N duhet të përbëhet nga 14 protone dhe 7 elektrone. Meqenëse si protoni ashtu edhe elektroni kanë një vlerë vetjake të spinit J = 1/2, spin-i total i bërthamës 14 N duhet të ketë një vlerë gjysmë të plotë, ndërsa vlera e matur eksperimentalisht e spinit të bërthamës J (14 N ) = 1. Ka pasur edhe shembuj të tjerë të mospërputhjeve në parashikimet e modelit proton-elektron të bërthamës me rezultatet e eksperimentit. Kështu, për shembull, të gjitha bërthamat atomike me një vlerë çift të numrit të masës A kishin një spin zero ose numër të plotë J, ndërsa modeli proton-elektron i bërthamës në shumicën e rasteve parashikonte një rrotullim gjysmë të plotë. Vlerat e matura të momenteve magnetike të bërthamave rezultuan të jenë pothuajse 1000 herë më pak se sa ishte parashikuar nga modeli proton-elektron i bërthamës. U bë e qartë se modeli proton-elektron i bërthamës përmban disa komponentë të gabuar. Disa shqetësime u krijuan nga elektronet e vendosura në vëllimin e kufizuar të bërthamës atomike. Mbledhja e elektroneve në bërthamë kundërshtoi parimin e pasigurisë ΔpΔx = ћ.

E. Rutherford, 1932: “Çështja paraqitet sikur elektroni brenda bërthamës të sillet krejt ndryshe nga elektroni në periferi të atomit. Kjo vështirësi mund të krijohet nga ne, pasi më duket më e mundshme që një elektron nuk mund të ekzistojë në gjendje të lirë në një bërthamë të qëndrueshme, por duhet të shoqërohet gjithmonë me një proton ose një njësi tjetër të mundshme masive. Në lidhje me këtë, indikacionet për ekzistencën e neutroneve në disa bërthama janë të jashtëzakonshme. Vëzhgimi i Beck-ut se elektronet shtohen në çifte në ndërtimin e elementeve të rënda nga ato të lehta është me interes të madh dhe sugjeron se për formimin e një bërthame të qëndrueshme është thelbësore të neutralizohet momenti i madh magnetik i një elektroni duke shtuar një elektron tjetër. Është gjithashtu e mundur që njësitë e pangarkuara të masës 2 dhe neutronet me masën 1 të jenë njësi dytësore në strukturën e bërthamës ".

Siç treguan ngjarjet e mëvonshme, ideja e Radhërfordit se mund të formohej një gjendje e lidhur fort e një protoni dhe një elektroni ishte e gabuar. Sidoqoftë, ai luajti një rol vendimtar në zbulimin e neutronit. Në vitet 1930-1932. Bothe dhe Becker zbuluan se rrezatimi me grimcat α të berilium Be prodhon rrezatim neutral shumë depërtues. I gjithë rrezatimi i zbuluar deri më tani është zhytur fuqishëm nga shtresa të holla plumbi, ndërsa rrezatimi nga beriliumi ka kaluar lirshëm përmes mburojës së trashë të plumbit. U ngrit dyshimi se ky është një lloj i ri rrezatimi elektromagnetik.
Eksperimenti vendimtar u krye në vitin 1932 nga studenti i Rutherfordit, Chadwick. Duke përdorur një dhomë jonizimi, ai mati energjinë e kthimit të bërthamave të hidrogjenit dhe azotit nën veprimin e rrezatimit neutral nga beriliumi dhe tregoi se si rezultat i reaksionit

grimca të shpejta neutrale me masë afërsisht masë e barabartë një atom hidrogjeni. Këto grimca, të quajtura neutrone, nuk kanë ngarkesë elektrike, ato kalojnë lirisht nëpër atome, pa prodhuar jonizimin në rrugën e tyre.

J. Chadwick, 1932: “Kohët e fundit është zbuluar se zbërthimi i elementeve berilium dhe bor është interes të veçantë... Bothe dhe Becker zbuluan se këta elementë, të bombarduar nga grimcat alfa të poloniumit, lëshojnë rrezatim depërtues, me sa duket të tipit γ. Disa muaj më parë, I. Curie-Joliot dhe F. Joliot bënë vëzhgime të habitshme duke treguar se ky rrezatim ka vetinë e nxjerrjes së protoneve me shpejtësi të madhe nga lënda që përmban hidrogjen. Ata zbuluan se protonet e emetuara nga rrezatimi i beriliumit kanë shpejtësi deri në 3 ∙ 10 9 cm/sek. Curie dhe Joliot sugjeruan se ky nxjerrje proton është për shkak të një procesi të ngjashëm me efektin Compton dhe arritën në përfundimin se rrezatimi i beriliumit ka një kuant me një energji prej rreth 50 milion volt elektronesh. Ekzistojnë dy vështirësi të mëdha për të bërë këtë supozim. Së pari, dihet se shpërndarja e një kuantike nga një elektron përshkruhet mirë nga formula Klein-Nishin dhe nuk ka asnjë arsye për të supozuar se raporte të ngjashme nuk do të jenë të sakta për shpërndarjen e një protoni. Shpërndarja e vëzhguar, megjithatë, është shumë e madhe në krahasim me atë të dhënë nga formula Klein-Nishina. Së dyti, është e vështirë të kuptohet emetimi i një kuantike të një energjie kaq të lartë gjatë transformimit 9 Bëhu + 4 Jo → 13 C + kuantike. Prandaj, unë studiova vetitë e këtij rrezatimi duke përdorur një numërues të veçantë. U zbulua se rrezatimi nxjerr grimca jo vetëm nga hidrogjeni, por nga heliumi, litiumi, beriliumi, etj., dhe me sa duket nga të gjithë elementët. Në të gjitha rastet, grimcat duken të jenë atomet mbrapsht të elementit. Me sa duket, është e pamundur t'i atribuohet nxjerrja e këtyre grimcave mbrapsht një përplasjeje me një kuant rrezatimi nëse energjia dhe momenti ruhen gjatë goditjes.
Një shpjegim i kënaqshëm i rezultateve eksperimentale mund të merret nëse supozojmë se rrezatimi nuk përbëhet nga kuante, por nga grimca me masë 1 dhe ngarkesë 0 - neutrone. Në rastin e dy elementeve, hidrogjenit dhe azotit, diapazoni i atomeve të kthimit u mat me një shkallë të madhe saktësie dhe shpejtësitë e tyre maksimale u morën nga kjo. Ata rezultuan të ishin përkatësisht 3.3 ∙ 10 9 cm/sek dhe 4,7 ∙ 10 8 cm/sek. Le të jetë M, V masa dhe shpejtësia e grimcave që përbëjnë rrezatimin. Pastaj shpejtesi maksimale, e cila mund t'i jepet bërthamës së hidrogjenit në një përplasje, do të jetë:

dhe për azotin:

nga këtu:

,

Brenda kufijve të gabimeve eksperimentale, M mund të merret si 1 dhe për këtë arsye:

V = 3,3 ∙ 10 9 cm/sek.

Meqenëse rrezatimi ka një fuqi depërtuese jashtëzakonisht të lartë, grimcat duhet të kenë një ngarkesë shumë të vogël në krahasim me ngarkesën e elektronit. Kjo ngarkesë supozohet të jetë 0, dhe ne mund të supozojmë se neutroni përbëhet nga një proton dhe një elektron në një kombinim shumë të ngushtë.
Provat e disponueshme mbështesin fuqishëm hipotezën e neutronit. Në rastin e beriliumit, procesi i konvertimit që prodhon emetimin e neutronit është 9 Bëhu + 4 Ai → 12 C + neutron. Mund të tregohet se vëzhgimet janë në përputhje me marrëdhëniet e energjisë në këtë proces. Në rastin e borit, procesi i konvertimit është ndoshta 11 B + 4 Jo → N 14 + 1 n; në këtë rast, masat B 11 , H 4 e dhe 14 N janë të njohura nga matjet e Astonit, energjia kinetike e grimcave mund të gjendet në mënyrë eksperimentale, dhe për këtë arsye është e mundur të merret një vlerësim më i afërt i masës së neutronit. Masa e përftuar në këtë mënyrë është 1.0067. Duke marrë parasysh gabimin në matjen e masës, duhet menduar se masa e neutronit është ndoshta ndërmjet 1.005 dhe 1.008. Këto vlera mbështesin pikëpamjen se një neutron është një kombinim i një protoni dhe një elektroni dhe jep rreth 1-2 ∙ 10 për energjinë e lidhjes së grimcave. 6 volt ∙ elektrone.
Neutroni mund të portretizohet si një dipol i vogël, ose, më mirë, si një proton i ngulitur në një elektron. Në një mënyrë apo tjetër, "rrezja" e neutronit do të jetë midis 10 -13 cm dhe 10 -12 shih Fusha e neutronit duhet të jetë shumë e vogël, me përjashtim të distancave shumë të afërta, dhe neutronet që kalojnë përmes substancës nuk do të ndikohen, përveç kur ato hyjnë drejtpërdrejt në bërthamën atomike. Matjet e bëra në kalimin e neutroneve përmes lëndës japin rezultate që janë në përputhje të përgjithshme me këto pikëpamje.Përplasja e neutroneve me bërthamat e azotit u studiua nga Dr. Feather duke përdorur një dhomë automatike Wilson. Ai zbuloi se përveç gjurmëve normale të atomeve të zmbrapsjes së azotit, ka edhe një sërë shtigjeve degëzuese. Kjo është pasojë e zbërthimit të bërthamës së azotit. Në disa raste, kapet një neutron, lëshohet një grimcë alfa dhe formohet një bërthamë B. 11 ... Në raste të tjera, mekanizmi është ende i panjohur me siguri.”

1932 J. Chadwick. Zbulimi i neutronit

James Chadwick (1891 - 1974)

“Një mëngjes lexova një letër nga Joliot-Curie në Comptes Rendus, në të cilën ai raportonte edhe më shumë pronë e mahnitshme rrezatimi nga beriliumi, një veti jashtëzakonisht e habitshme. Disa minuta më vonë, aq i befasuar sa isha, [Norman] Feather hyri në dhomën time për të më tërhequr vëmendjen te ky artikull. Më vonë atë mëngjes, i thashë Rutherfordit për të. Sipas një tradite të vendosur prej kohësh, më duhej të vija tek ai rreth orës 11 dhe të raportoja lajme interesante, si dhe të diskutoja për gjendjen e punës në laboratorin tonë. Teksa flisja për vëzhgimet e Joliot-Curie-t dhe interpretimin e tyre, vura re habinë në rritje të Radhërfordit; më në fund shpërtheu një shpërthim: "Nuk e besoj!" Një vërejtje e tillë intolerante nuk ishte plotësisht në frymën e Radhërfordit, për gjithë bashkëpunimin tim shumëvjeçar me të nuk mbaj mend një rast të tillë. E theksoj këtë vetëm për të theksuar efektin elektrizues të artikullit të Joliot-Curie. Sigurisht, Rutherford ishte i vetëdijshëm se do t'i duhej t'i besonte këto vëzhgime, por shpjegimi i tyre është një çështje krejtësisht tjetër.
Ndodhi që sapo isha gati të filloja një eksperiment për të cilin kisha përgatitur një burim të shkëlqyer poloniumi nga materiali Baltimore (duke përdorur një tub radoni të sjellë nga Feather). E nisa pa asnjë paragjykim, megjithëse, natyrisht, mendimet e mia silleshin rreth neutroneve. Isha shumë i sigurt se vëzhgimet e Joliot-Curie nuk mund të reduktoheshin në një efekt të tipit Compton, pasi isha përpjekur më shumë se një herë për ta zbuluar atë. Pa dyshim, ishte diçka krejtësisht e re dhe ndryshe. Mjaftuan disa ditë punë të palodhur për të treguar se këto efekte të çuditshme ishin shkaktuar nga një grimcë neutrale; Madje arrita të mas masën e saj. Neutroni i postuar nga Rutherford në 1920 më në fund e lejoi veten të zbulohej.

J. Chadwick. Kujtimet. Çmimi Nobel në Fizikë
1935 - J. Chadwick
Për zbulimin e neutronit

Neutronet
J. Chadwick

Bothe dhe Becker treguan se disa elementë të lehtë, nën ndikimin e bombardimeve me grimcat alfa të poloniumit, lëshojnë rrezatim, me sa duket duke pasur karakterin e rrezeve gama. Elementi berilium jep një efekt veçanërisht të dukshëm të këtij lloji, dhe vëzhgimet e mëvonshme të Bothe, Irene Curie-Joliot dhe Webster treguan se rrezatimi i ngacmuar në berilium ka një fuqi depërtuese që është shumë më e madhe se çdo rrezatim γ i njohur deri tani. elementet radioaktive.
Kohët e fundit, I. Curie-Joliot dhe F. Joliot bënë një vëzhgim të mrekullueshëm se këto emetime të beriliumit dhe borit janë të afta të nxjerrin protone nga substancat që përmbajnë hidrogjen në një shkallë të konsiderueshme.
Rrjedhimisht, unë ngrita eksperimente të mëtejshme me qëllimin e hetimit të vetive të rrezatimit të beriliumit. Këto eksperimente treguan se rrezatimi i beriliumit nxjerr grimca jo vetëm nga hidrogjeni, por nga të gjithë elementët e dritës të studiuar. Rezultatet eksperimentale rezultuan të ishin shumë të vështira për t'u shpjeguar nga pikëpamja e hipotezës së natyrës kuantike të rrezatimit të beriliumit, por këto rezultate pasuan si pasoja të drejtpërdrejta, nëse supozojmë se rrezatimi i beriliumit përbëhet nga grimca me një masë afërsisht e barabartë me masën e një protoni dhe pa ngarkesë efektive, dmth - nga neutronet.
Shfaqja e neutroneve deri më tani është vërejtur vetëm kur disa elementë bombardohen me grimca alfa. Ky proces mund të përfaqësohet si kapja e një grimce α nga një bërthamë atomike, e shoqëruar nga formimi i një bërthame të re dhe lirimi i një neutroni. Në të njëjtën kohë, bërthama e re duhet të ketë një ngarkesë prej dy njësive, dhe masa është tre njësi më e lartë se bërthama origjinale. "Rendimenti" i neutroneve është shumë i vogël dhe është i krahasueshëm me "rendimentin" e protoneve gjatë transformimit artificial të elementeve, i cili ndodh nën veprimin e bombardimit me grimcat α. Efektin më të madh e ka beriliumi, në të cilin "rendimenti", me sa duket, arrin 30 neutrone për çdo milion α-grimca të poloniumit, duke bombarduar një shtresë të trashë beriliumi.

Duke bombarduar substanca të ndryshme me grimca alfa të poloniumit, Bothe dhe Becker zbuluan se në këto kushte disa atome të lehta lëshojnë rrezatim të dobët, aftësia depërtuese e të cilave tejkalon aftësinë depërtuese të më të fortit.γ - rrezet e emetuara nga elementet radioaktive (1930). Në fillim, ky fenomen u shpjegua nga emetimiγ -rrezet për shkak të ngacmimit të bërthamave, të cilat mund të shoqërohen me kapjen e një grimce α. Ky efekt është veçanërisht i fortë në berilium, por në një masë më të vogël vërehet edhe në Li, B, F, Na, Mg, Al. Duke përdorur metodën e jonizimit, I. Curie dhe F. Joliot zbuluan një veti të re të rrezeve depërtuese të lëshuara nga beriliumi ose bor. Doli se këto rreze mund të rrëzojnë bërthamat e lehta, për shembull, protonet nga substancat që përmbajnë bërthama hidrogjeni ose heliumi (1932). Kjo është sërish prona kryesore rrezatim i hapurështë arsyeja e përthithjes së tij ... Ekzistenca e fenomenit të nxjerrjes së atomeve të dritës u vërtetua me metodën Wilson ... elementet e lehta janëγ -rrezet.
Chadwick tregoi se ky fenomen mund të shpjegohet në mënyrë të kënaqshme duke supozuar se rrezatimi depërtues i emetuar nga Be ose B përmban neutrone - grimca me një masë atomike afër unitetit dhe ngarkesë zero, të cilat mund të përbëhen nga një proton dhe një elektron, të lidhur më ngushtë se në atomi i hidrogjenit ... Neutronet janë një lloj i ri i rrezatimit korpuskular.

M. Curie. “Radioaktiviteti. Ngacmimi i rrezeve depërtuese në atomet e dritës në përplasjet me grimcat α.

D. Ivanenko, 1932:“Shpjegimi i Dr. J. Chadwick për rrezatimin misterioz të beriliumit është shumë tërheqës për fizikantët teorikë. Shtrohet pyetja: a është e mundur të supozohet se neutronet luajnë gjithashtu rol i rendesishem dhe në strukturën e bërthamave, duke marrë parasysh të gjitha elektronet bërthamore të "paketuara" ose në grimca α ose në neutrone? Natyrisht, mungesa e një teorie të bërthamave e bën këtë supozim larg përfundimit, por ndoshta nuk do të duket aq i pabesueshëm nëse kujtojmë se elektronet, duke depërtuar në bërthama, ndryshojnë ndjeshëm vetitë e tyre - ata humbasin, si të thuash, individualitetin e tyre. për shembull rrotullimi dhe momenti juaj magnetik.
Me interes më të madh është pyetja se si neutronet mund të konsiderohen si grimca elementare (diçka e ngjashme me protonet ose elektronet). Është e lehtë të llogaritet numri i grimcave α, protoneve dhe neutroneve të pranishme në secilën bërthamë, dhe kështu të merret një ide për momentin këndor të bërthamës (duke supozuar se momenti këndor i neutronit është 1/2). Është kurioze që në bërthamat e beriliumit nuk ka protone të lirë, por vetëm grimca α dhe neutrone.

Një neutron i lirë është një grimcë e paqëndrueshme. Gjysma e jetës së tij T 1/2 = 10,24 min. Një neutron zbërthehet në një proton p, një elektron e dhe një elektron antineutrino e. Në një gjendje të lidhur në një bërthamë, një neutron mund të jetë i qëndrueshëm. Prandaj, ekzistojnë bërthama atomike të qëndrueshme.
Zbulimi i neutroneve ishte një moment historik i rëndësishëm në zhvillimin e ideve për strukturën e bërthamës atomike. Modeli proton-elektron i bërthamës atomike u zëvendësua nga modeli proton-neutron i bërthamës, i cili u zhvillua për herë të parë në mënyrë të pavarur në veprat e D. Ivanenko, V. Heisenberg.

Dispozita kryesore e modelit proton-neutron të bërthamës atomike është se bërthama atomike përbëhet nga protone dhe neutrone. Numri i protoneve Z në bërthamë përcakton ngarkesën elektrike të bërthamës. Numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve A = Z + N përcakton masën e bërthamës atomike.

Modeli proton-neutron i bërthamës ka zgjidhur me sukses problemin e "katastrofës së azotit". Sipas modelit proton-neutron të bërthamës, izotopi përbëhet nga 7 protone dhe 7 neutrone. Meqenëse si protoni ashtu edhe neutroni kanë spinin e tyre J = 1/2, rrotullimi total i bërthamës duhet të ketë një vlerë të plotë, e cila është në përputhje me eksperimentin. Ata shpjeguan gjithashtu vlerat e vogla të momenteve magnetike të bërthamave atomike - sipas rendit të disa magnetoneve bërthamore. Nëse elektronet do të ishin pjesë e bërthamës atomike, atëherë momentet magnetike të bërthamave do të duhej të ishin të rendit të magnetoneve të elektroneve të Bohr-it, d.m.th. do të tejkalonte vlerat e vëzhguara të momenteve magnetike të bërthamave me një faktor mijëra.

D. Ivanenko, 1932: “Neutronet mund të futen në bërthamë në dy mënyra: ose pa ndryshuar numrin e pranuar të grimcave α në bërthamë dhe duke neutralizuar jo më shumë se tre elektrone (Perrin dhe Auger), ose duke neutralizuar të gjitha elektronet. Metoda e parë, për mendimin tim, çon në të njëjtat vështirësi në lidhje me vlerat e rrotullimit. Për më tepër, duke filluar me një element të caktuar, ka një tepricë të elektroneve intranukleare, dhe mungesa e rrotullimeve përkatëse në bërthama duket jashtëzakonisht misterioze. Përkundrazi, qasja e dytë, e propozuar nga ne pak më herët, me sa duket na lejon të kapërcejmë vështirësitë e treguara. Ne nuk do të hyjmë këtu në konsiderata të përgjithshme për avantazhet e kësaj qasjeje si një përgjithësim i idesë së de Broglie për ekzistencën e një analogjie të thellë midis dritës dhe materies; elektronet intranukleare janë me të vërtetë në shumë aspekte analoge me fotonet e absorbuara dhe emetimi i një grimce β ​​nga një bërthamë është i ngjashëm me lindjen grimcë e re, e cila në gjendjen e zhytur nuk ka individualitet. Le të tregojmë strukturën e bërthamës së klorit sipas këndvështrimit të vjetër (I) dhe dy të reja - Perrin-Auget (II) dhe tonën (III) [α tregon një grimcë α, p është një proton, e është një elektron, n është një neutron]:

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

(izotopet e një elementi të caktuar ndryshojnë nga njëri-tjetri vetëm në numrin e neutroneve).
Ne e konsiderojmë neutronin jo si një sistem të një elektroni dhe një protoni, por si një grimcë elementare. Kjo na detyron t'i trajtojmë neutronet si grimca me rrotullim 1/2 dhe duke iu bindur statistikave Fermi-Dirac. Për shembull, kerneli 14 N (3α + 1p + 1n) duhet t'i caktohet spin 1, dhe bërthamat e azotit i binden vërtet statistikave Bose-Einstein. Kjo tani po bëhet e qartë, pasi 14 N përmban 14 grimca elementare, d.m.th. numër çift në vend të 21 si në skemën e vjetër.
Të gjitha këto supozime, sado paraprake që mund të jenë, duket se çojnë në pikëpamje krejtësisht të reja mbi modelin e bërthamave.

V. Heisenberg, 1932: “Eksperimentet e Curie dhe Joliot (kur u interpretuan nga Chadwick) vërtetuan se një grimcë e re themelore - neutroni - luan një rol të rëndësishëm në strukturën e bërthamave. Kjo sugjeron që bërthamat atomike janë ndërtuar nga protonet dhe neutronet pa pjesëmarrjen e elektroneve. Nëse ky supozim është i saktë, atëherë ai përfshin një thjeshtim të madh të teorisë së strukturës së bërthamave. Vështirësitë kryesore të teorisë së β-zbërthimit dhe statistikave të bërthamave të azotit atomik reduktohen më pas në pyetjen se si një neutron zbërthehet në një proton dhe një elektron dhe çfarë statistikash i bindet. Pastaj struktura e bërthamave mund të përshkruhet sipas ligjeve të mekanikës kuantike për shkak të ndërveprimit midis protoneve dhe neutroneve.
Në atë që vijon, do të supozojmë se neutronet i binden statistikave të Fermit dhe kanë rrotullim (1/2). Ky supozim është i nevojshëm për të shpjeguar statistikat e bërthamave të azotit dhe korrespondon me vlerat eksperimentale të momenteve bërthamore. Nëse neutroni përbëhej nga një proton dhe një elektron, atëherë elektroni do të duhej t'i atribuonte statistikat Bose dhe spin zero. Duket e papërshtatshme të shqyrtohet më në detaje një pamje e tillë.
Përkundrazi, neutroni duhet të konsiderohet një themel i pavarur pjese e bërthama, natyrisht, duke marrë parasysh se në kushte të caktuara mund të kalbet në një proton dhe një elektron, dhe, me siguri, ligjet e ruajtjes së energjisë dhe momentit nuk do të ndodhin.
Nga të gjitha ndërveprimet e grimcave elementare që përbëjnë bërthamën, midis tyre, para së gjithash, le të shqyrtojmë bashkëveprimin midis një neutroni dhe një protoni. Kur një neutron dhe një proton afrohen në një distancë të krahasueshme me një bërthamore, në analogji me një jon, vendi i një ngarkese negative ndryshon me një frekuencë të përcaktuar nga funksioni J (r) / h, ku r është distanca midis grimcat. Sasia J (r) korrespondon me integralin e shkëmbimit, ose më saktë, me integralin që përshkruan shkëmbimin e koordinatave në teorinë molekulare. Ky ndryshim i vendit mund të vizualizohet me idenë e një elektroni që nuk ka spin dhe i bindet statistikave Bose. Por ndoshta është më e saktë të supozohet se integrali J (r) përshkruan vetinë themelore të çiftit neutron-proton, i cili nuk reduktohet në zhvendosje të elektroneve.

Ndryshe nga predha elektronike të atomeve, bërthamat kanë madhësi mjaft të përcaktuara. Rrezja e bërthamës R përshkruhet nga relacioni

R = 1,3A 1/3 fm.

Bërthamat atomike kanë një masë të madhe dhe një ngarkesë pozitive. Madhësitë e bërthamave atomike zakonisht maten në një njësi të gjatësisë jashtë sistemit - Fermi.

1 fermi = 10 -13 cm.

Modeli proton-neutron i bërthamës shpjegoi ekzistencën e izotopeve. Izotopet janë bërthama atomike që kanë të njëjtin numër protonesh Z dhe një numër të ndryshëm neutronesh N. Sot njihen më shumë se 3.5 mijë izotope. Zakonisht izotopet përshkruhen në diagramin N-Z të bërthamave atomike. Numri masiv i izotopit A = N + Z.

E. Rutherford, 1936: “Shumë studiues kanë hasur në një vështirësi të pabesueshme, pothuajse të pakapërcyeshme në ndarjen e trupave të caktuar radioaktivë. Soddy u interesua shumë për këtë fenomen dhe zbuloi disa substanca radioaktive që nuk mund t'i ndante. Këto substanca ishin krejtësisht të ndryshme dhe kishin veti karakteristike radioaktive, por ato nuk mund të ndaheshin me operacione kimike. Ai gjithashtu tërhoqi vëmendjen për faktin se në tabelën periodike nuk ka vend as për një grup të madh elementësh radioaktivë dhe sugjeroi se ka elementë që janë të pandashëm nga pikëpamja kimike, por kanë veti të ndryshme nga pikëpamja. të radioaktivitetit. Soddy i quajti elementët përkatës të këtij lloji izotope, dhe ky ishte fillimi i një fushe të madhe kërkimi, në të cilën Aston ka dhënë një kontribut të madh".

Madhësia e kernelit

Shpërndarja radiale e densitetit të ngarkesës në bërthama të ndryshme

R = 1.3A 1/3 fm,
t = 4,4a = 2,5 fm.

Madhësia e bërthamës dhe ligji i forcave

E. Rutherford, 1924: "Beeler bëri një studim të hollësishëm të ligjit të veprimit të forcës pranë një bërthame të lehtë, përkatësisht pranë bërthamës së aluminit, me metodën e shpërndarjes. Për këtë qëllim, ai krahasoi numrin relativ të grimcave α të shpërndara brenda të njëjtit kënd të ngurtë nga alumini dhe nga ari. Për gamën e hetuar të këndeve (deri në 100 °), supozohej se shpërndarja nga ari ndjek ligjin e proporcionalitetit të anasjelltë me katrorin e distancës. Beeler zbuloi se raporti i shpërndarjes në alumin ndaj shpërndarjes në ar varet nga shpejtësia e grimcës α. Kështu, për shembull, për një grimcë α me një gamë prej 3.4 cm, u mor një raport teorik për kënde më pak se 40 °, por doli që raporti për një kënd mesatar të shpërndarjes prej 80 ° ishte vetëm 7 ° / 0 më të vogla. Nga ana tjetër, për grimcat α më të shpejta me një gamë prej 6,6 cm, devijimet nga raporti teorik janë shumë më të theksuara dhe arrijnë 29% për një kënd prej 80 °. Për të shpjeguar këto rezultate, Beeler sugjeroi që një forcë tërheqëse mbivendoset mbi forcën e zakonshme refuzuese pranë bërthamës së aluminit. Rezultatet janë në përputhje të mirë me supozimin se forca tërheqëse ndryshon në mënyrë të kundërt me fuqinë e katërt të distancës dhe se forcat e zmbrapsjes dhe tërheqjes janë të balancuara në një distancë prej 3,4 10 -13 cm nga qendra e bërthamës. Brenda kësaj rrezeje kritike, forcat bëhen jashtëzakonisht tërheqëse; jashtë - jashtëzakonisht i neveritshëm.
Megjithëse nuk mund të vendosim kërkesa të veçanta për saktësinë e figurës së marrë ose për ashpërsinë e ligjit të propozuar të forcës tërheqëse, ndoshta nuk do të gabojmë shumë nëse supozojmë se rrezja e bërthamës së aluminit nuk kalon 4 10 -13 cm Është interesante të theksohet se forcat e bashkëveprimit ndërmjet grimcës α dhe bërthamës së hidrogjenit pësojnë një ndryshim të shpejtë, duke filluar nga afërsisht e njëjta distancë. Kështu, është e qartë se dimensionet e bërthamës së elementeve të dritës janë të vogla, dhe në rastin e aluminit, madje mund të thuhet - papritur e vogël, nëse kujtojmë se ky vëllim i papërfillshëm përmban 27 protone dhe 14 elektrone. Supozimi se forcat e ndërveprimit ndërmjet bërthamave ndryshojnë nga zmbrapsja në tërheqje në takime shumë të afërta duket shumë e besueshme; ndryshe me shkallën më të lartëështë e vështirë të imagjinohet se si një bërthamë e rëndë me një tepricë të madhe të ngarkesës pozitive mund të përmbahet në një hapësirë ​​të kufizuar. Do të shohim se një sërë faktesh të tjera e mbështesin këtë pikëpamje; megjithatë, nuk ka gjasa që forcat tërheqëse pranë një bërthame komplekse të mund të shprehen me ndonjë ligj të thjeshtë të fuqisë.

Karakteristikat e një neutroni dhe protoni të lirë

Karakteristikat e lirë neutron dhe proton	n	fq
Masa, MeV/s 2	939,56536 ± 0,00008	938,27203 ± 0,00008
Numri kuantik - rrotullimi	1/2	1/2
Spin, ћ = 6,58 10 -22 MeV s	ћ 1/2	ћ 1/2
Ngarkesa elektrike, q e = (1,602176487 ± 40) 10 -19 C	(-0,4 ± 1,1) 10 -21	| q p + q e | / q e< 10 -21
Moment magnetik μ = eћ / 2m p c = 3,15 10 -18 MeV / G	–1,9130427 ± 0,000005	+2,792847351 ± 000000028
Elektrike momenti dipol d, e cm	< 0.29·10 -25	< 0.54 10 -23
Ngarkesa Baryon B	+1	+1
Rrezja e karikimit, fm		0,875 ± 0,007
Rrezja e shpërndarjes së momentit magnetik, fm	0,89 ± 0,07	0,86 ± 0,06
Isospin I	1/2	1/2
Projeksioni isospin I z	-1/2	+1/2
Përbërja e kuarkut	udd	uud
Numrat kuantikë s, c, b, t	0	0
Gjysem jete	10.24 minuta	> 2.1 10 29 vjet
Barazi	+	+
Statistikat	Fermi-Dirac
Skema e kalbjes	n → p + e- + e

Tabela e izotopeve të elementeve kimike

Në tabelë, për të gjithë elementët kimikë të zbuluar, jepet numri serial, simboli, emri, numri masiv minimal dhe maksimal i izotopeve të zbuluar, përqindja e izotopeve në përzierjen natyrore (vlera e rrumbullakosur). Elementet kimike me Z = 113-118 ende nuk janë emërtuar, ato janë dhënë në emërtime të veçanta ndërkombëtare.

1 - numri serial i elementit kimik Z,
2 - simbol i një elementi kimik,
3 - emri i elementit kimik,
4 - numri i masës minimale-maksimale A të izotopit të një elementi kimik,
5 - numri masiv i izotopeve A (përqindja e izotopit në përzierjen natyrore), që ka përqindjen e izotopit në përzierjen natyrore më shumë se 1%.

1	2	3	4	5
0	n	neutron	1
1	H	hidrogjeni	1-7	1 (99,986)
2	Ai	helium	3-10	4 (100)
3	Li	litium	3-12	6 (7,93); 7 (92,07)
4	Bëhuni	berilium	5-16	9 (100)
5	B	bor	6-19	10 (19,8); 11 (80,2)
6	C	karbonit	8-22	12 (98,9); 13 (1,1)
7	N	nitrogjenit	10-25	14 (99,62)
8	O	oksigjen	12-28	16 (99,76)
9	F	fluorin	14-31	19 (100)
10	Ne	neoni	16-34	20 (90,0); 22 (9,73)
11	Na	natriumi	18-37	23 (100)
12	Mg	magnezi	19-40	24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
13	Al	alumini	21-43	27 (100)
14	Si	silikoni	22-44	28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
15	P	fosforit	24-46	31 (100)
16	S	squfuri	26-49	32 (95,1); 34 (4,2)
17	Cl	klorin	28-51	35 (75,4); 37 (24,6)
18	Ar	argoni	30-53	40 (99,632)
19	K	kaliumi	32-55	39 (93,38); 41 (6,61)
20	Ca	kalciumit	34-57	40 (96,96); 44 (2,06)
21	Sc	skandali	36-60	45 (100)
22	Ti	titanium	38-63	46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
23	V	vanadium	40-65	51 (100)
24	Kr	krom	42-67	50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
25	Mn	mangani	44-69	55 (100)
26	Fe	hekuri	45-72	54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
27	Co	kobalt	50-75	59 (100)
28	Ni	nikelit	48-78	58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
29	Cu	bakri	52-80	63 (70,13); 65 (29,87)
30	Zn	zinku	54-83	64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
31	Ga	galium	56-86	69 (61,2); 71 (38,8)
32	Ge	germanium	58-89	70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
33	Si	arseniku	60-92	75 (100)
34	Se	selenium	64-94	76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
35	Br	bromin	67-97	79 (50,6); 80 (49,4)
36	Kr	kripton	69-100	80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
37	Rb	rubidiumi	71-101	85 (72,8); 87 (27,2)
38	Sr	stroncium	73-105	86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
39	Y	ittrium	76-108	89 (100)
40	Zr	zirkon	78-110	90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
41	Nb	niobium	81-113	93 (100)
42	Mo	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	teknetium	85-118
44	Ru	rutenium	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	rodium	89-122	103 (100)
46	Pd	palladiumi	91-124	104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
47	Ag	argjendi	93-130	107 (52,5); 109 (47,5)
48	Cd	kadmium	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	Në	indium	97-135	113 (4,5); 115 (95,5)
50	Sn	kallaj	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	antimoni	103-139	121 (56); 123 (44)
52	Te	teluri	105-142	122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0); 126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
53	Unë	jodit	108-144	127 (100)
54	Xe	ksenon	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	ceziumi	112-151	133 (100)
56	Ba	barium	114-153	134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81); 137 (11,32); 138 (71,66)
57	La	lantani	117-155	139 (100)
58	Ce	cerium	119-157	140 (89); 142 (11)
59	Pr	praseodymium	121-159	141 (100)
60	Nd	neodymium	124-161	142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150 (5,95)
61	pm	prometium	126-163
62	Sm	samarium	128-165	144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15); 150 (5); 152 (26); 154 (20)
63	Eu	europium	130-167	151 (49,1); 153 (50,9)
64	Gd	gadolinium	134-169	154 (1,5); 155 (21); 156 (22); 157 (17); 158 (22); 160 (16)
65	Tb	terbium	135-171	159 (100)
66	Dy	dysprosium	138-173	160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
67	Ho	holmium	140-175	165 (100)
68	Er	erbium	143-177	164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4); 168 (26,9); 170 (14,2)
69	Tm	thulium	144-179	169 (100)
70	Yb	yterbium	148-181	170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49); 173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
71	Lu	lutetium	150-184	175 (97,5); 176 (2,5)
72	Hf	hafnium	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	tungsteni	158-192	182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
75	Re	renium	159-194	185 (38,2); 187 (61,8)
76	Os	osmium	162-200	186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3); 189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
77	Ir	iridiumi	164-202	191 (38,5); 193 (61,5)
78	Pt	platini	166-203	194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
79	Au	ari	169-205	197 (100)
80	Hg	Mërkuri	171-210	198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3); 201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
81	Tl	talium	176-212	203 (29,1); 205 (70,9)
82	Pb	plumbi	178-215	204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
83	Bi	bismut	184-218	209 (100)
84	Po	polonium	188-220
85	Në	astatine	191-223
86	Rn	radonit	193-228
87	Fr	francium	199-232
88	Ra	radium	201-234
89	Ac	aktinium	206-236
90	Th	torium	208-238	232 (100)
91	Pa	protaktinium	212-240
92	U	Urani	217-242	238 (99,28)
93	Np	neptunium	225-244
94	Pu	plutonium	228-247
95	Jam	americium	230-249
96	Cm	kuriumi	232-252
97	Bk	berkelium	234-254
98	Cf	kaliforni	237-256
99	Es	einsteinium	240-258
100	Fm	fermi	242-260
101	Md	mendelevium	245-262
102	#	nobelium	248-264
103	Lr	Lawrence	251-266
104	Rf	rutherfordium	253-268
105	Db	dubnium	255-269
106	Sg	deti	258-273
107	Bh	borium	260-275
108	Hs	shasi	263-276
109	Mt	meitnerium	265-279
110	Ds	darmstadt	267-281
111	Rg	roentgenium	272-283
112	Cn	kopernicium	277-285
113	Uut		278-287
114	Uuq		286-289
115	Uup		287-291
116	Uuh		290-293
117	Uus		291-292
118	Uuo		294

Shembuj shoqërues të procesit të ezoosmozës, transmetimit dhe shpërndarjes së energjisë dhe informacionit

Përbërja e bërthamës së atomit. Llogaritja e protoneve dhe neutroneve

Formulat e reagimit që qëndrojnë në themel të shkrirjes termonukleare të kontrolluar

Përbërja e bërthamës së atomit. Llogaritja e protoneve dhe neutroneve

Sipas koncepteve moderne, një atom përbëhet nga një bërthamë dhe elektrone të vendosura rreth tij. Bërthama e një atomi, nga ana tjetër, përbëhet nga grimca elementare më të vogla - të një sasie të caktuar protonet dhe neutronet(emri i zakonshëm për të cilin është nukleone), të ndërlidhura nga forcat bërthamore.

Numri i protoneve në bërthamë përcakton strukturën e shtresës elektronike të atomit. A guaskë elektronike përcakton fizike - Vetitë kimike substancave. Numri i protoneve korrespondon me numrin rendor të atomit në tabelën periodike të elementeve kimike të Mendelejevit, emërtohen gjithashtu numri i ngarkesës, numri atomik dhe numri atomik. Për shembull, numri i protoneve në një atom helium është 2. Në tabelën periodike, ai numërohet 2 dhe shënohet si He 2 Simboli për numrin e protoneve është shkronja latine Z. Kur shkruani formula, shpesh numri që tregon numri i protoneve ndodhet poshtë simbolit të elementit, ose djathtas ose majtas: He 2/2 He.

Numri i neutroneve korrespondon me një izotop specifik të një elementi. Izotopet janë elementë me të njëjtin numër atomik ( të njëjtën sasi protone dhe elektrone), por me numra masiv të ndryshëm. Numri masiv- numri i përgjithshëm i neutroneve dhe protoneve në bërthamën e një atomi (shënohet shkronja latine A). Kur shkruani formula, numri i masës tregohet në krye të simbolit të elementit në njërën nga anët: He 4 2/4 2 He (izotopi i heliumit - Helium - 4)

Kështu, për të gjetur numrin e neutroneve në një izotop të caktuar, numri i protoneve duhet të zbritet nga numri i përgjithshëm i masës. Për shembull, ne e dimë se një atom i Helium-4 He 4 2 përmban 4 grimca elementare, pasi numri masiv i izotopit është 4. Ne gjithashtu e dimë se Ai 4 2 ka 2 protone. Duke zbritur 2 (numri i protoneve) nga 4 (numri i masës totale), marrim 2 - numrin e neutroneve në bërthamën e Helium-4.

PROCESI I LLOGARITJES SË NUMRIT TË PIKAVE FANTOMIKE NË BËRTHAMËN E NJË ATOMI. Si shembull, nuk kemi marrë rastësisht Helium-4 (He 4 2), bërthama e të cilit përbëhet nga dy protone dhe dy neutrone. Meqenëse bërthama e helium-4, e quajtur grimcë alfa (grimca alfa), është më efektive në reaksionet bërthamore, ajo përdoret shpesh për eksperimente në këtë drejtim. Duhet të theksohet se në formulat e reaksioneve bërthamore, simboli α përdoret shpesh në vend të He 4 2.

Ishte me pjesëmarrjen e grimcave alfa që E. Rutherford kreu të parën historia zyrtare reagimi fizik transformimi bërthamor... Gjatë reaksionit, grimcat α (He 4 2) "bombarduan" bërthamat e izotopit të azotit (N 14 7), si rezultat i të cilit u krijua një izotop i oksigjenit (O 17 8) dhe një proton (p 1 1). formuar

Ky reagim bërthamor duket si ky:

Le të llogarisim numrin e grimcave fantazmë Po para dhe pas këtij transformimi.

PËR TË LLOGARITUR NUMRIN E GRIÇIMEVE FANTOME ËSHTË E NEVOJSHME:
Hapi 1. Llogaritni numrin e neutroneve dhe protoneve në secilën bërthamë:
- numri i protoneve tregohet në treguesin më të ulët;
- e zbulojmë numrin e neutroneve duke zbritur numrin e protoneve (treguesi më i ulët) nga numri total i masës (treguesi i sipërm).

Hapi 2. Llogaritni numrin e grimcave fantazmë Po në bërthamën atomike:
- të shumëzojë numrin e protoneve me numrin e grimcave fantazmë Po që gjenden në 1 proton;
- të shumëzojë numrin e neutroneve me numrin e grimcave fantazmë Po që gjenden në 1 neutron;

Hapi 3. Shtoni numrin e grimcave fantazmë Po:
- të mbledhë sasinë e marrë të grimcave fantazmë Po në protone me sasinë e marrë në neutrone në bërthama para reaksionit;
- të mbledhë sasinë e marrë të grimcave fantazmë Po në protone me sasinë e marrë në neutrone në bërthama pas reaksionit;
- të krahasojë numrin e grimcave fantazmë Po para reaksionit me numrin e grimcave fantazmë Po pas reaksionit.

SHEMBULL I NJË LLOGARITJE TË DETAJSHME TË NUMRIT TË GRIÇIMEVE FANTOMIKE NË BËRTHAMËN ATOMIKE.
(Reaksioni bërthamor me pjesëmarrjen e një grimce α (He 4 2), i kryer nga E. Rutherford në 1919)

PARA REAGIMIT (N 14 7 + Ai 4 2)
N 14 7

Numri i protoneve: 7
Numri i neutroneve: 14-7 = 7
në 1 proton - 12 Po, që do të thotë në 7 protone: (12 x 7) = 84;
në 1 neutron - 33 Po, që do të thotë në 7 neutrone: (33 x 7) = 231;
Numri i përgjithshëm i grimcave fantazmë Po në bërthamë: 84 + 231 = 315

Ai 4 2
Numri i protoneve - 2
Numri i neutroneve 4-2 = 2
Numri i grimcave fantazmë Po:
në 1 proton - 12 Po, që do të thotë në 2 protone: (12 x 2) = 24
në 1 neutron - 33 Po, që do të thotë në 2 neutrone: (33 x 2) = 66
Numri i përgjithshëm i grimcave fantazmë Po në bërthamë: 24 + 66 = 90

Gjithsej, numri i grimcave fantazmë Po para reaksionit

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

PAS REAKSIONIT (O 17 8) dhe një proton (p 1 1):
O 17 8
Numri i protoneve: 8
Numri i neutroneve: 17-8 = 9
Numri i grimcave fantazmë Po:
në 1 proton - 12 Po, që do të thotë në 8 protone: (12 x 8) = 96
në 1 neutron - 33 Po, që do të thotë në 9 neutrone: (9 x 33) = 297
Numri i përgjithshëm i grimcave fantazmë Po në bërthamë: 96 + 297 = 393

f 1 1
Numri i protoneve: 1
Numri i neutroneve: 1-1 = 0
Numri i grimcave fantazmë Po:
Në 1 proton - 12 Po
Nuk ka neutrone.
Numri i përgjithshëm i grimcave fantazmë Po në bërthamë: 12

Gjithsej, numri i grimcave fantazmë Po pas reagimit
(O 17 8 + fq 1 1):
393 + 12 = 405

Le të krahasojmë numrin e grimcave fantazmë Po para dhe pas reagimit:

SHEMBULL I FORMËS SË REKOLUAR TË LLOGARITJES SË NUMRIT TË GRIÇIMEVE FANTOMIKE NË REAKSION BËRTHAMOR.

Të famshmit reaksion bërthamorështë reagimi i bashkëveprimit të grimcave α me izotopin e beriliumit, në të cilin fillimisht u zbulua neutroni, i cili u shfaq si një grimcë e pavarur si rezultat i transformimit bërthamor. Ky reagim u krye në vitin 1932 nga fizikani anglez James Chadwick. Formula e reagimit:

213 + 90 → 270 + 33 - numri i grimcave fantazmë Po në secilën prej bërthamave

303 = 303 - shuma totale grimcat fantazmë Po para dhe pas reaksionit

Sasitë e grimcave fantazmë Po para dhe pas reaksionit janë të barabarta.

Siç u përmend tashmë, një atom përbëhet nga tre lloje të grimcave elementare: protone, neutrone dhe elektrone. Bërthama atomike është pjesa qendrore e atomit, e përbërë nga protone dhe neutrone. Protonet dhe neutronet kanë emrin e përgjithshëm nukleon, në bërthamë ato mund të shndërrohen në njëri-tjetrin. Bërthama e atomit më të thjeshtë - atomi i hidrogjenit - përbëhet nga një grimcë elementare - një proton.

Diametri i bërthamës atomike është afërsisht 10 -13 - 10 -12 cm dhe është 0,0001 e diametrit të atomit. Megjithatë, pothuajse e gjithë masa e një atomi (99,95 - 99,98%) është e përqendruar në bërthamë. Nëse do të ishte e mundur të përftohej 1 cm 3 lëndë e pastër bërthamore, masa e saj do të ishte 100 - 200 milion ton. Masa e bërthamës së një atomi është disa mijëra herë më e madhe se masa e të gjithë elektroneve që përbëjnë atomin.

Proton – grimcë elementare, bërthama e një atomi hidrogjeni. Masa e një protoni është 1.6721x10 -27 kg, është 1836 herë më e madhe se masa e një elektroni. Ngarkesa elektrike është pozitive dhe e barabartë me 1.66x10 -19 C. Një varëse është një njësi e ngarkesës elektrike e barabartë me sasinë e energjisë elektrike që kalon nëpër seksionin kryq të një përcjellësi në një kohë prej 1 s me një forcë rryme konstante prej 1A (amper).

Çdo atom i çdo elementi përmban një numër të caktuar të protoneve në bërthamë. Ky numër është konstant për një element të caktuar dhe përcakton vetitë e tij fizike dhe kimike. Kjo do të thotë, varet nga numri i protoneve me çfarë element kimik kemi të bëjmë. Për shembull, nëse një proton në bërthamë është hidrogjen, nëse 26 protone janë hekur. Numri i protoneve në bërthamën atomike përcakton ngarkesën bërthamore (numrin e ngarkesës Z) dhe numrin rendor të elementit në tabelën periodike të D.I. Mendeleev (numri atomik i elementit).

Nneutron- një grimcë elektrike neutrale me një masë prej 1,6749 x10 -27 kg, 1839 herë më e madhe se masa e një elektroni. Një neuron në gjendje të lirë është një grimcë e paqëndrueshme; ai në mënyrë të pavarur shndërrohet në një proton me emetimin e një elektroni dhe një antineutrino. Gjysma e jetës së neutroneve (koha gjatë së cilës gjysma e numrit fillestar të neutroneve zbërthehet) është afërsisht 12 minuta. Megjithatë, në një gjendje të lidhur brenda bërthamave të qëndrueshme atomike, ajo është e qëndrueshme. Numri total nukleonet (protonet dhe neutronet) në bërthamë quhen numër masiv (masa atomike - A). Numri i neutroneve që përbëjnë bërthamën është i barabartë me diferencën midis numrit të masës dhe ngarkesës: N = A - Z.

Elektroni- një grimcë elementare, bartësi i masës më të vogël - 0,91095x10 -27 g dhe ngarkesa më e vogël elektrike - 1,6021x10 -19 C. Është një grimcë e ngarkuar negativisht. Numri i elektroneve në një atom është i barabartë me numrin e protoneve në bërthamë, d.m.th. atomi është elektrikisht neutral.

Pozitron- një grimcë elementare me ngarkesë elektrike pozitive, një antigrimcë në raport me një elektron. Masa e elektronit dhe pozitronit janë të barabarta, dhe ngarkesat elektrike janë të barabarta në vlerë absolute, por të kundërta në shenjë.

Llojet e ndryshme të bërthamave quhen nukleide. Nuklidi është një lloj atomesh me numër të caktuar të protoneve dhe neutroneve. Në natyrë ka atome të të njëjtit element me masë atomike të ndryshme (numër masiv): 17 35 Cl, 17 37 Cl, etj. Bërthamat e këtyre atomeve përmbajnë të njëjtin numër protonesh, por një numër të ndryshëm neutronesh. Shumëllojshmëri atomesh të të njëjtit element, që kanë të njëjtën ngarkesë bërthamash, por numra të ndryshëm në masë, quhen izotopet ... Duke poseduar të njëjtin numër protonesh, por të ndryshëm në numrin e neutroneve, izotopet kanë të njëjtën strukturë të predhave elektronike, d.m.th. veti kimike shumë të ngjashme dhe zënë të njëjtin vend në tabelën periodike të elementeve kimike.

Izotopet përcaktohen me simbolin e elementit kimik përkatës me indeksin A të vendosur lart majtas - numri i masës, ndonjëherë numri i protoneve (Z) jepet gjithashtu në pjesën e poshtme majtas. Për shembull, izotopet radioaktive të fosforit tregojnë përkatësisht 32 P, 33 P ose 15 32 P dhe 15 33 P. Kur caktoni një izotop pa specifikuar një simbol elementi, numri i masës jepet pas përcaktimit të elementit, për shembull, fosfor - 32, fosfor - 33.

Shumica e elementeve kimike kanë disa izotope. Përveç izotopit të hidrogjenit 1 H-protium, janë të njohur edhe hidrogjeni i rëndë 2H-deuterium dhe hidrogjeni tepër i rëndë 3H-tritium. Uraniumi ka 11 izotope, në përbërjet natyrore ka tre prej tyre (uranium 238, uranium 235, uranium 233). Secili prej tyre ka 92 protone dhe, përkatësisht, 146.143 dhe 141 neutrone.

Aktualisht njihen më shumë se 1900 izotope të 108 elementeve kimike. Prej tyre, të gjithë izotopet e qëndrueshme (janë rreth 280) dhe natyrore që bëjnë pjesë në familjet radioaktive (janë 46 të tilla) janë natyrore. Pjesa tjetër janë artificiale, ato përftohen artificialisht si rezultat i reaksioneve të ndryshme bërthamore.

Termi "izotope" duhet të përdoret vetëm kur vjen rreth atomeve të të njëjtit element, për shembull, izotopet e karbonit 12 C dhe 14 C. Nëse nënkuptohen atome të elementeve të ndryshëm kimikë, rekomandohet të përdoret termi "nuklide", për shembull, radionuklidet 90 Sr, 131 J, 137 Cs.