Какие элементарные частицы входят в состав ядра атома кратко

В 20 -х годах XX века сомнений насчет сложности строения открытых Резерфордом в 1911 году ядер атомов у физиков уже не оставалось. На данный факт указывало большое количество различных совершенных к тому времени время экспериментов, таких как:

  • открытие явления радиоактивности,
  • опытное доказательство ядерной модели атома,
  • измерение отношения e m для электрона, α -частицы и для H -частицы, представляющей собой ядро атома водорода,
  • открытие искусственной радиоактивности и ядерных реакций,
  • измерение зарядов атомных ядер и многие другие.

Протон

Из каких же частиц состоят ядра атомов? В наше время является фактом то, что ядра атомов различных элементов состоят из двух видов частиц, то есть из нейтронов и протонов. Вторая из этих частиц является лишившийся единственного своего электрона атомом водорода. Такая частица была замечена уже в опытах Дж. Томсона 1907 года. Ученый смог измерить у нее отношение e m .

Протон

Следовательно, опыт Резерфорда, открывший явление расщепления ядер азота и иных элементов таблицы Менделеева в условиях ударов быстрых α -частиц, также показал, что в состав атомных ядер входят протоны.

Вследствие открытия протонов у некоторых физиков появилось предположение, что новые частицы не просто входят в состав ядер атомов, а являются его единственными возможными элементами. Однако по причине того, что отношение заряда ядра к его массе не остается постоянным для разных ядер, как это было бы, если бы в состав ядер входили одни протоны, данное предположение было признано несостоятельным. Для более тяжелых ядер такое отношение оказывается меньше, чем для легких, из чего следует, что при переходе к более тяжелым ядрам масса ядра возрастает быстрее заряда.

Параграф 7 Вопрос 6 ГДЗ Рудзитис Фельдман 8 класс (Химия)

Изображение 6 Какие элементарные частицы входят в состав ядра атома?В состав ядра атома входят два типа элементарных частиц: нейтроны и протоны. Также их называют нуклонами (от.

В состав ядра атома входят два типа элементарных частиц: нейтроны и протоны. Также их называют нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Они обладают одинаковой массой, но различно заряжены: нейтроны не имеют заряда, протоны – положительны.

*Цитирирование задания со ссылкой на учебник производится исключительно в учебных целях для лучшего понимания разбора решения задания.

*размещая тексты в комментариях ниже, вы автоматически соглашаетесь с пользовательским соглашением

Строение атомного ядра. Ядерные силы

Ядерные Силы

Возникает вопрос – если протоны обеспечивают положительный заряд ядра, то почему существуют ядра элементов с зарядом больше единицы ? Ведь протоны, заряженные одинаково, должны отталкиваться друг от друга!

Нуклоны удерживает вместе особое Сильное (или ядерное) взаимодействие. Особенность ядерного взаимодействия в том, что его переносчики (глюоны и составленные из них пионы) – не только переносят сильное взаимодействие, но и сами в нем участвуют. Поэтому они не могут далеко удаляться друг от друга, и радиус действия ядерных сил не превышает размеры ядер. Эти силы значительно больше кулоновских сил отталкивания, и поэтому ядра, содержащие много положительных протонов стабильны.

Ядерные силы

Эти же силы определяют стабильность нейтрона в составе ядер. Свободный нейтрон – это нестабильная частица с периодом полураспада около 600 сек. Ядерные взаимодействия делают распад нейтрона в ядрах с малым их числом $N$ энергетически невыгодным.

Протонно-нейтронная модель ядра

Таким образом, в состав атомного ядра входят протоны и нейтроны, которые удерживаются вместе короткодействующим Сильным взаимодействием. Число протонов в ядре $Z$ соответствует номеру элемента в Периодической Системе Менделеева. Общее число нуклонов в ядре $A$ соответствует массовому числу элемента:

Протонно-нейтронная модель ядра

Чем больше протонов в ядре – тем больше силы кулоновского отталкивания, и тем менее стабильно ядро. Наличие $N$ нейтронов в ядре стабилизирует его.

Для тяжелых элементов, содержащих в ядре много протонов, число нейтронов должно быть еще больше. Так, например, ядро наиболее распространенного в природе свинца-208 содержит 82 протона и 126 нейтронов. Однако, если число нейтронов становится слишком большим, становится энергетически выгоден распад нейтрона, а с распадом нейтрона уменьшаются ядерные силы, и ядро распадается. Именно поэтому наиболее стабильными являются ядра со средним числом нейтронов и протонов.

Какие частицы входят в состав атома и в состав атомного ядра.

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

поделиться знаниями или
запомнить страничку

  • Все категории
  • экономические 43,679
  • гуманитарные 33,657
  • юридические 17,917
  • школьный раздел 612,672
  • разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

  • Обратная связь
  • Правила сайта

Атомное ядро. Элементарные частицы

Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Атомные ядра имеют размеры примерно 10 -14 … 10 -15 м (линейные размеры атома – 10 -10 м).

Атомное ядро состоит из элементарных частиц  протонов и нейтронов. Протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д. Д. Иваненко, а впоследствии развита В. Гейзенбергом.

Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоятp=1,6726∙10 -27 кг 1836me, гдеmeмасса электрона. Нейтрон (n)нейтральная частица с массой покояmn= 1,6749∙10 -27 кг 1839тe,.Массу протонов и нейтронов часто выражают в других единицах – в атомных единицах массы (а.е.м., единица массы, равная 1/12 массы атома углерода). Массы протона и нейтрона равны приблизительно одной атомной единице массы. Протоны и нейтроны называют­ся нуклонами(от лат.nucleusядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называ­ется массовым числомА).

Радиусы ядер возрастают с увеличением массового числа в соответствии с соотношением R = 1,4А 1/3 10 -13 см.

Эксперименты показывают, что ядра не имеют резких границ. В центре ядра существует определенная плотность ядерного вещества, и она постепенно уменьшается до нуля с увеличением расстояния от центра. Из-за отсутствия четко определенной границы ядра его «радиус» определяется как расстояние от центра, на котором плотность ядерного вещества уменьшается в два раза. Среднее распределение плотности материи для большинства ядер оказывается не просто сферическим. Большинство ядер деформировано. Часто ядра имеют форму вытянутых или сплющенных эллипсоидов

Атомное ядро характеризуется зарядомZe,где Z зарядовое числоядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , гдеX символ химического элемента,Zатомный номер (число протонов в ядре),А массовое число (число нуклонов в ядре). Массовое числоАприблизительно равно массе ядра в атомных единицах массы.

Так как атом нейтрален, то заряд ядра Z определяет и число электронов в атоме. От числа электронов зависит их распределение по состояниям в атоме. Заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т. е. определяет число электро­нов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутри­атомного электрического поля.

Ядра с одинаковыми зарядовыми числами Z, но с разными массовыми числамиА (т. е. с разными числами нейтронов N = A – Z), называются изотопами, а ядра с одинаковымиА,но разнымиZ –изобарами. Например, водород (Z = l) имеет три изотопа: Н – протий (Z= l,N = 0), Н – дейтерий (Z = l,N= 1), Н – тритий (Z = l,N = 2), олово – десять изотопов и т. д. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами.

и наблюдаемые переходы для ядра атома бора

Квантовая теория строго ограничивает значения энергий, которыми могут обладать составные части ядер. Совокупности протонов и нейтронов в ядрах могут находиться только в определенных дискретных энергетических состояниях, характерных для данного изотопа.

Когда электрон переходит из более высокого в более низкое энергетическое состояние, разность энергий излучается в виде фотона. Энергия этих фотонов имеет порядок нескольких электронвольт. Для ядер энергии уровней лежат в интервале примерно от 1 до 10 МэВ. При переходах между этими уровнями испускаются фотоны очень больших энергий (γ–кванты). Для иллюстрации таких переходов на рис. 6.1 приведены пять первых уровней энергии ядра .Вертикальными линиями указаны наблюдаемые переходы. Например, γквант с энергией 1,43 МэВ испускается при переходе ядра из состояния с энергией 3,58 МэВ в состояние с энергией 2,15 МэВ.

Физика атомного ядра. Состав ядра.

Атомное ядро — это центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (которые вместе называются нуклонами ).

Атомное ядро — это центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (которые вместе называются нуклонами).

Ядро было открыто Э. Резерфордом в 1911 г. при исследовании прохождения α-частиц через вещество. Оказалось, что почти вся масса атома (99,95%) сосредоточена в ядре. Размер атомного ядра имеет порядок величины 10 -1 3 -10 — 12 см, что в 10 000 раз меньше размера электронной оболочки.

Предложенная Э. Резерфордом планетарная модель атома и экспериментальное наблюдение им ядер водорода, выбитых α -частицами из ядер других элементов (1919-1920 гг.), привели уче­ного к представлению о протоне. Термин протон был введен в начале 20-х гг XX ст.

Протон (от греч. protons — первый, символ p) — стабильная элементарная частица, ядро ато­ма водорода.

Протон — положительно заряженная частица, заряд которой по абсолютной величине равен заряду электрона e= 1,6 · 10 -1 9 Кл. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Масса покоя протона mр= 1,6726231 · 10 -27 кг = 1,007276470 а.е.м.

Второй частицей, входящей в состав ядра, является нейтрон.

Нейтрон (от лат. neuter — ни тот, ви другой, символ n) — это эле­ментарная частица, не имеющая заряда, т. е. нейтральная.

Масса нейтрона в 1839 раз превышает массу электрона. Масса нейтрона почти равна (незначительно больше) массе протона: масса покоя свободного нейтрона mn = 1,6749286 · 10 -27 кг = 1,0008664902 а.е.м. и превосходит массу протона па 2,5 массы электрона. Нейтрон, наря­ду с протоном под общим названием нуклон входит в состав атомных ядер.

Физика атомного ядра Состав ядра

Нейтрон был открыт в 1932 г. учеником Э. Резерфорда Д. Чедвигом при бомбардировке бериллия α-частицами. Возникающее при этом излучение с большой проникающей способностью (преодолевало пре­граду из свинцовой пластины толщиной 10-20 см) усиливало свое действие при прохождении через парафиновую пластину (см. рисунок). Оценка энергии этих частиц по трекам в камере Вильсона, сделанная супругами Жолио-Кюри, и дополнительные наблюдения позволили исключить первоначальное предположение о том, что это γ-кванты. Большая проникающая способность новых частиц, названных ней­тронами, объяснялась их электронейтральностью. Ведь заряженные частицы активно взаимодействуют с веществом и быстро теряют свою энергию. Существование нейтронов было предсказано Э. Резерфордом за 10 лет до опытов Д. Чедвига. При попадании α-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:

Физика атомного ядра Состав ядра

Физика атомного ядра Состав ядра

Здесь — символ нейтрона; заряд его равен нулю, а относительная атомная масса прибли­зительно равна единице. Нейтрон — нестабильная частица: свободный нейтрон за время ~ 15 мин. распадается на протон, электрон и нейтрино — частицу, лишенную массы покоя.

После открытия Дж. Чедвиком нейтрона в 1932 г. Д. Иваненко и В. Гейзенберг независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную (нуклонную) модель ядра. Согласно этой моде­ли, ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов Z совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева.

Заряд ядра Q определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и кратен абсолютной величине заряда электрона e:

Число Z называется зарядовым числом ядра или атомным номером.

Массовым числом ядра А называется общее число нуклонов, т. е. протонов и нейтронов, содер­жащихся в нем. Число нейтронов в ядре обозначается буквой N. Таким образом, массовое число равно:

Нуклонам (протону и нейтрону) приписывается массовое число, равное единице, электрону — нулевое значение.

Представлению о составе ядра содействовало также открытие изотопов.

Изотопы (от греч. isos — равный, одинаковый и topoa — место) — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которых имеют одинаковое число прото­нов (Z) и различное число нейтронов (N).

Изотопами называются также ядра таких атомов. Изотопы являются нуклидами одного эле­мента. Нуклид (от лат. nucleus — ядро) — любое атомное ядро (соответственно атом) с заданными числами Z и N. Общее обозначение нуклидов имеет вид ……. где X — символ химического эле­мента, A = Z + N — массовое число.

Изотопы занимают одно и то же место в Периодической системе элементов, откуда и про­изошло их название. По своим ядерным свойствам (например, по способности вступать в ядерные реакции) изотопы, как правило, существенно отличаются. Химические (b почти в той же мере физические) свойства изотопов одинаковы. Это объясняется тем, что химические свойства элемен­та определяются зарядом ядра, поскольку именно он влияет на структуру электронной оболочки атома.

Исключением являются изотопы легких элементов. Изотопы водорода 1 Н — протий, 2 Н— дейтерий, 3 Н — тритий столь сильно отличаются по массе, что и их физические и хими­ческие свойства различны. Дейтерий стабилен (т.е. не радиоактивен) и входит в качестве неболь­шой примеси (1 : 4500) в обычный водород. При соединении дейтерия с кислородом образуется тяжелая вода. Она при нормальном атмосферном давлении кипит при 101,2 °С и замерзает при +3,8 ºС. Тритий β-радиоактивен с периодом полураспада около 12 лет.

У всех химических элементов имеются изотопы. У некоторых элементов имеются только нестабильные (радиоактивные) изотопы. Для всех элементов искусственно получены радиоактив­ные изотопы.

Изотопы урана. У элемента урана есть два изотопа — с массовыми числами 235 и 238. Изотоп Физика атомного ядра Состав ядрасоставляет всего 1/140 часть от более распространенного Физика атомного ядра Состав ядра.

Энергия связи ядра

Энергетической характеристикой атомного ядра является его энергия связи – минимальная энергия, которая необходима для расщепления ядра на свободные нуклоны:

E св = ( Z m p + N m n ) c 2 – M c 2 , E_ = (Zm_p + Nm_n)c^2 – Mc^2, E св ​ = ( Z m p ​ + N m n ​ ) c 2 – M c 2 , где M , M, M , m p , m_p, m p ​ , m n m_n m n ​ – масса ядра, протона и нейтрона соответственно, c c c – скорость света. E св E_ E св ​ ядра тем больше, чем больше A , A, A , а удельная энергия связи (энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон) для большинства ядер лежит в интервале энергий 7–9 МэВ (рис. 7). Такая особенность удельной энергии связи атомного ядра объясняется короткодействием ядерных сил: нуклон в ядре, как правило, взаимодействует лишь со своим ближайшим окружением.

Постоянство плотности и удельной энергии связи позволяет рассматривать атомное ядро как каплю заряженной жидкости, что привело к разработке капельной модели ядра . На основе этой модели немецкий физик К. Ф. фон Вайцзеккер в 1935 г. предложил полуэмпирическую формулу для энергии связи ядра, названную формулой Вайцзеккера :

E св = a 1 A – a 2 A 2 / 3 – a 3 Z ( Z – 1 ) A – 1 / 3 – a 4 ( N – Z ) 2 A – 1 + a 5 A – 3 / 4 , E_ = a_1A – a_2A^ – a_3Z(Z–1)A^ – a_4(N–Z)^2A^ + a_5A^, E св ​ = a 1 ​ A – a 2 ​ A 2/3 – a 3 ​ Z ( Z –1 ) A –1/3 – a 4 ​ ( N – Z ) 2 A –1 + a 5 ​ A –3/4 , где a 1 , a_1, a 1 ​ , a 2 , a_2, a 2 ​ , a 3 , a_3, a 3 ​ , a 4 , a_4, a 4 ​ , a 5 a_5 a 5 ​ – эмпирические коэффициенты, имеющие размерность энергии.

В дальнейшем были обнаружены ядра, у которых наблюдались значительные отклонения от формулы Вайцзеккера. Это магические ядра , проявляющие наибольшую устойчивость, т. е. имеющие аномально большую энергию связи по сравнению с близкими по составу нуклидами и повышенную распространённость в природе. Их форма близка к сферической, а число нейтронов и/или протонов в них равно 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Обнаружение и исследование магических ядер привело к созданию оболочечной модели ядра .

Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа

Рис. 7. Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа. Архив БРЭ. Рис. 7. Зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа. Архив БРЭ. Атомное ядро – потенциальный источник огромной энергии. Зависимость удельной энергии связи от числа нуклонов (рис. 7) имеет максимум при A ≈ Aapprox A ≈ 50–60, где располагаются наиболее устойчивые ядра. Поэтому существуют два возможных процесса, позволяющих извлечь ядерную энергию : деление тяжёлых ядер и синтез (слияние) лёгких ядер. В обоих процессах удельная энергия связи конечных ядер возрастает и возникающий при этом избыток энергии освобождается. Первый процесс, проходящий при возникновении неуправляемой цепной ядерной реакции деления, может привести к ядерному взрыву , а идущий в контролируемом режиме используется в ядерных реакторах . Второй процесс ( термоядерные реакции ) имеет место в звёздах и был реализован человечеством в термоядерном оружии (водородной бомбе). Предпринимаются попытки создания термоядерного реактора для использования этой самой большой (при расчёте на единицу массы топлива) энергии в мирных целях.

Энергетические состояния ядра

Атомные ядра могут находиться в различных энергетических состояниях: невозбуждённом (с наименьшей энергией) и возбуждённых состояниях . Возбуждённые состояния образуют спектр ядерных уровней, который дискретен до энергии возбуждения около 10 МэВ. При бóльших энергиях этот спектр становится непрерывным за счёт возрастающей плотности уровней и их ширины. Область ядерных возбуждений лежит в интервале 0–100 МэВ. Выше этой энергии в ядре начинают проявляться возбуждённые состояния отдельных нуклонов. Сведения о различных ядерных состояниях собраны в базах данных международных ядерных центров.

Несмотря на то что атомное ядро открыто более 100 лет назад, его изучение ещё далеко от завершения. Это связано с необычайной сложностью ядра, включающего до 300 нуклонов, которые также имеют сложную внутреннюю структуру. Причём нуклоны размером около 10 –15 м плотно сжаты в пространстве размером не более 10 –14 м, где они движутся со скоростями, достигающими 20 % скорости света, и испытывают самые сильные из известных взаимодействий. При теоретическом описании атомного ядра используют приближённые методы решения задачи многих тел; широко распространён феноменологический подход, в основе которого лежат ядерные модели, отражающие различные свойства атомного ядра. Обусловлено это тем, что в разных процессах атомное ядро проявляет различные и, на первый взгляд, несовместимые друг с другом свойства. Оно похоже на газ (вырожденный ферми-газ ), и в то же время большая плотность роднит его с ферми-жидкостью . В ряде случаев атомное ядро проявляет свойства, сближающие его и с плазмой , и с твёрдым телом . В нём присутствуют как одночастичные возбуждения, характерные для атомов, так и коллективные, присущие молекулам и макроскопическим объектам. Поэтому в физике атомного ядра часто используют идеи из других областей физики (атомной и молекулярной физики, гидродинамики, физики твёрдого тела и элементарных частиц). Теоретический аппарат ядерной физики также весьма разнообразен – от классической электродинамики и статистической физики до квантовой механики и квантовой теории поля .

Опубликовано 21 ноября 2022 г. в 12:47 (GMT+3). Последнее обновление 21 ноября 2022 г. в 12:47 (GMT+3). Связаться с редакцией

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий