Зарядът на ядрото на атома се определя от количеството. Атомно ядро: ядрен заряд

Ядрото charge() намира химичен елементв таблицата Д.И. Менделеев. Числото Z е броят на протоните в ядрото. Cl е зарядът на протона, който е равен по големина на заряда на електрона.

Още веднъж подчертаваме, че ядреният заряд определя броя на положителните елементарни заряди, пренасяни от протоните. И тъй като атомът обикновено е неутрална система, зарядът на ядрото също определя броя на електроните в атома. И ние помним, че електронът има отрицателен елементарен заряд. Електроните в атома се разпределят върху енергийни обвивки и подобвивки в зависимост от техния брой, следователно зарядът на ядрото има значителен ефект върху разпределението на електроните по техните състояния. Броят на електроните на последното енергийно ниво зависи от Химични свойстваатом. Оказва се, че зарядът на ядрото определя химичните свойства на веществото.

Вече е обичайно различните химични елементи да се обозначават, както следва: , където X е символът на химичен елемент в периодичната таблица, който съответства на заряда.

Елементи, които имат еднакъв Z, но различни атомни маси (A) (това означава, че в ядрото същия номерпротони, но различен брой неутрони) се наричат ​​изотопи. И така, водородът има два изотопа: 1 1 H-водород; 2 1 H-деутерий; 3 1 H-тритий

Има стабилни и нестабилни изотопи.

Ядра с еднакви маси, но различни заряди се наричат ​​изобари. Изобарите се срещат главно сред тежки ядра и по двойки или триади. Например и .

Първото непряко измерване на ядрения заряд е направено от Мозли през 1913 г. Той установява връзка между честотата на характеристиката рентгеново лъчение() и ядрен заряд (Z):

където C и B са константи, независими от елемента за разглежданата серия от излъчване.

Зарядът на ядрото е директно определен от Чадуик през 1920 г., докато изучава разсейването на ядрата на хелиевия атом върху метални филми.

Основен състав

Ядрото на водороден атом се нарича протон. Масата на протона е:

Ядрото се състои от протони и неутрони (наричани заедно нуклони). Неутронът е открит през 1932 г. Масата на неутрона е много близка до масата на протона. Неутрон електрически зарядне притежава.

Сборът от броя на протоните (Z) и броя на неутроните (N) в ядрото се нарича масово число A:

Тъй като масите на неутрона и протона са много близки, всяка от тях е равна на почти една атомна единица за маса. Масата на електроните в атома е много по-малка от масата на ядрото, така че се смята, че масово числоядрото е приблизително равно на относителната атомна маса на елемента, когато се закръгли до най-близкото цяло число.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Ядрата са много стабилни системи, следователно протоните и неутроните трябва да се задържат вътре в ядрото чрез някаква сила. Какво можете да кажете за тези сили?

Решение

Веднага може да се отбележи, че силите, които свързват нуклоните, не принадлежат към гравитационните, които са твърде слаби. Стабилността на ядрото не може да се обясни с наличието на електромагнитни сили, тъй като между протоните, като частици, носещи заряди от същия знак, може да има само електрическо отблъскване. Неутроните са електрически неутрални частици. Между нуклони действат специален видсили, които се наричат ​​ядрени сили. Тези сили са почти 100 пъти по-силни от електрическите сили. Ядрените сили са най-мощните от всички известни сили в природата. Взаимодействието на частиците в ядрото се нарича силно. Следващата особеност на ядрените сили е, че те са с малък обсег. Ядрените сили стават забележими само на разстояние от порядъка на cm, тоест на разстояние от размера на ядрото.

ПРИМЕР 2

Упражнение

Какво минимално разстояниеможе ли ядрото на хелиевия атом с кинетична енергия, равна на тази на челен сблъсък, да се приближи до неподвижното ядро ​​на оловен атом?

Решение

Нека направим рисунка. Помислете за движението на ядрото на хелиев атом (- частици) в електростатично поле, което създава неподвижно ядро ​​на оловен атом. - частицата се движи към ядрото на оловния атом със скорост, намаляваща до нула, тъй като между еднакво заредени частици действат отблъскващи сили. Кинетичната енергия, която притежава частицата, ще се превърне в потенциална енергия на взаимодействие - частици и полета (), което създава ядрото на оловния атом: Изразяваме потенциалната енергия на частица в електростатично поле като: където е зарядът на ядрото на хелиев атом; - напрежение електростатично поле, което създава ядрото на оловния атом. От (2.1) - (2.3) получаваме:

Инструкция

В таблицата на Д. И. Менделеев, като в многоетажна жилищен блок"" химически елементи, всеки от които заема своя собствена собствен апартамент. По този начин всеки от елементите има определен сериен номер, посочен в таблицата. Номерирането на химичните елементи започва отляво надясно и отгоре. В таблица хоризонталните редове се наричат ​​периоди, а вертикалните колони се наричат ​​групи. Това е важно, тъй като с номера на групата или периода можете също да характеризирате някои параметри. атом.

Атомът е химически неделим, но в същото време се състои от по-малки съставни части, които включват (положително заредени частици), (отрицателно заредени) (неутрални частици). Масата атомв ядрото (поради протони и неутрони), около което се въртят електроните. Като цяло атомът е електрически неутрален, тоест броят на положителните обвинениясъвпада с броя на отрицателните, следователно, броят на протоните и е същият. положителен заряд ядра атомстава само за сметка на протоните.

Пример № 1. Определете заряда ядра атомвъглерод (С). Започваме да анализираме химичния елемент въглерод, като се фокусираме върху таблицата на Д. И. Менделеев. Въглеродът е в „апартамент” № 6. Следователно то ядра+6 поради 6 протона (положително заредени частици), които се намират в ядрото. Като се има предвид, че атомът е електрически неутрален, това означава, че ще има и 6 електрона.

Пример № 2. Определете заряда ядра атомалуминий (Al). Алуминият има сериен номер - No 13. Следователно таксата ядра атомалуминий +13 (поради 13 протона). Ще има и 13 електрона.

Пример № 3. Определете заряда ядра атомсребро (Ag). Среброто има сериен номер - № 47. Оттук и зарядът ядра атомсребро + 47 (поради 47 протона). Има и 47 електрона.

Забележка

В таблицата на Д. И. Менделеев в една клетка за всеки химичен елемент са посочени две числови стойности. Не бъркайте атомния номер и относителната атомна маса на даден елемент

Атомът на химичен елемент е изграден от ядраи електронна обвивка. Ядрото е централната част на атома, в която е концентрирана почти цялата му маса. За разлика от електронната обвивка, ядрото има положително зареждане.

Ще имаш нужда

• Атомен номер на химичен елемент, закон на Мозли

Инструкция

По този начин, зареждане ядраравен на броя на протоните. От своя страна броят на протоните в ядрото е равен на атомния номер. Например, атомният номер на водорода е 1, тоест ядрото на водорода се състои от един протон има зареждане+1. Атомният номер на натрия е 11, зарежданенеговата ядраравно на +11.

При алфа разпад ядранеговият атомен номер се намалява с две от излъчването на алфа частица ( ядраатом). По този начин броят на протоните в ядрото, което е претърпяло алфа разпад, също се намалява с два.
Бета разпадането може да се случи по три различни начина. В случай на "бета-минус" разпад, неутронът се превръща в антинеутрино при излъчване. Тогава зареждане ядраза единица.
В случай на бета-плюс разпад, протонът се превръща в неутрон, позитрон и неутрино, зареждане ядранамалява с едно.
В случай на електронно заснемане зареждане ядрасъщо намалява с едно.

Зареждане ядраможе да се определи и от честотата на спектралните линии характерно излъчванеатом. Според закона на Мозли: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, където v е спектралното характеристично излъчване, R е константата на Ридберг, S е екраниращата константа, n е главното квантово число.
Така Z = n*sqrt(v/r)+s.

Подобни видеа

Източници:

• Как се променя ядреният заряд?

Атомът е най-малката частица от всеки елемент, която носи неговите химични свойства. Както съществуването, така и структурата на атома са били обект на обсъждане и изследване от древни времена. Установено е, че структурата на атомите е подобна на структурата слънчева система: в центъра е ядрото, което заема много малко място, но е съсредоточило в себе си почти цялата маса; около него се въртят "планети" - електрони, носещи отрицателно обвинения. Как можете да намерите заряд? ядраатом?

Инструкция

Всеки атом е електрически неутрален. Но тъй като те носят отрицателни обвинения, те трябва да бъдат балансирани от противоположни заряди. И има. Положителен обвиненияносят частици, наречени протони, разположени в ядрото на атома. Протонът е много по-масив от електрона: той тежи колкото 1836 електрона!

Най-простият случай е водородният атом на първия елемент в периодичната таблица. Поглеждайки към таблицата, ще видите, че тя е на първото число, а ядрото му се състои от един-единствен протон, около който се върти единственият. Следва, че ядраводороден атом е +1.

Ядрата на други елементи вече не се състоят само от протони, но и от така наречените "неутрони". Както можете лесно да разберете от самото име, те изобщо не носят заряд, нито отрицателен, нито положителен. Затова запомнете: без значение колко неутрони са включени в атома ядра, те засягат само неговата маса, но не и заряда.

Следователно, величината на положителния заряд ядраедин атом зависи само от това колко протона съдържа. Но тъй като, както вече беше посочено, атомът е електрически неутрален, неговото ядро ​​трябва да съдържа същия брой протони, да се върти около ядра. Броят на протоните се определя от поредния номер на елемента в периодичната таблица.

Помислете за няколко елемента. Например, известен и жизнен необходимият кислородсе намира в "клетката" под номер 8. Следователно ядрото й съдържа 8 протона, а зарядът ядраще бъде +8. Желязото заема „клетка“ с номер 26 и съответно има заряд ядра+26. И металът - със сериен номер 79 - ще има точно същия заряд ядра(79), със знак +. Съответно кислородният атом съдържа 8 електрона, атомът - 26, а атомът на златото - 79.

Подобни видеа

При нормални условия атомът е електрически неутрален. В този случай ядрото на атома, състоящо се от протони и неутрони, е положително, а електроните носят отрицателен заряд. При излишък или липса на електрони, атомът се превръща в йон.

Инструкция

Химични съединениямогат да бъдат молекулярни или йонни по природа. Молекулите също са електрически неутрални, а йоните носят известен заряд. И така, амонячната молекула NH3 е неутрална, но амониевият йон NH4+ е положително зареден. Връзки в амонячната молекула, образувани от обменния тип. Четвъртият водороден атом се добавя според донорно-акцепторния механизъм, това също ковалентна връзка. Амоният се образува, когато амонякът реагира с киселинни разтвори.

Важно е да се разбере, че зарядът на ядрото на елемент не зависи от химичните трансформации. Без значение колко електрона добавяте или отнемате, зарядът на ядрото остава същият. Например, О атом, О-анион и О+ катион се характеризират със същия ядрен заряд +8. В този случай атомът има 8 електрона, анионът 9, катионът - 7. Самото ядро ​​може да бъде променено само чрез ядрени трансформации.

Най-често срещаният тип ядрени реакции- радиоактивен разпад, който може да се случи в естествена среда. Атомната маса на елементите, подложени на такъв разпад, е затворена в квадратни скоби. Това означава, че масовото число не е постоянно и се променя с течение на времето.

В периодичната таблица на елементите D.I. Среброто на Менделеев има сериен номер 47 и обозначение "Ag" (argentum). Името на този метал вероятно идва от латинското "argos", което означава "бял", "лъскав".

Инструкция

Среброто е познато на човечеството още през 4-то хилядолетие пр.н.е. AT Древен Египетдори се наричаше "бяло злато". Този метал се среща в природата както в естествена форма, така и под формата на съединения, например сулфиди. Сребърните късове са тежки и често съдържат примеси от злато, живак, мед, платина, антимон и бисмут.

Химични свойства на среброто.

Среброто принадлежи към групата на преходните метали и притежава всички свойства на металите. Въпреки това, активността на среброто е ниска - в електрохимичния ред на напреженията на металите, то се намира вдясно от водорода, почти в самия край. В съединенията среброто най-често проявява степен на окисление +1.

При нормални условия среброто не реагира с кислород, водород, азот, въглерод, силиций, но взаимодейства със сяра, образувайки сребърен сулфид: 2Ag+S=Ag2S. При нагряване среброто взаимодейства с халогени: 2Ag+Cl2=2AgCl↓.

Разтворимият сребърен нитрат AgNO3 се използва за качествено определяне на халогенидни йони в разтвор – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. Например, когато взаимодейства с хлорни аниони, среброто дава неразтворим бяла утайка AgCl↓.

Защо сребърните прибори потъмняват, когато са изложени на въздух?

Причината за постепенното производство на сребърни продукти е, че среброто реагира със сероводород, съдържащ се във въздуха. В резултат на това върху металната повърхност се образува Ag2S филм: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

От планетарен моделструктура на атомите, ние знаем, че атомът е ядро ​​и облак от електрони, който се върти около него. Освен това разстоянието между електроните и ядрото е десетки и стотици хиляди пъти по-голямо от размера на самото ядро.

Какво е самото ядро? Малка твърда неделима топка ли е или е съставена от по-малки частици? Нито един микроскоп, който съществува в света, не е в състояние да ни покаже ясно какво се случва на това ниво. Всичко е твърде малко. Тогава как да бъде? Възможно ли е изобщо да се изучава физиката на атомното ядро? Как да разберем състава и характеристиките на атомното ядро, ако не е възможно да го проучим?

Зарядът на ядрото на атома

С голямо разнообразие от косвени експерименти, изразяващи хипотези и тестването им на практика, чрез опити и грешки, учените успяват да изследват структурата на атомното ядро. Оказа се, че ядрото се състои от още по-малки частици. Размерът на ядрото, неговият заряд и химичните свойства на веществото зависят от броя на тези частици. Освен това тези частици имат положителен заряд, който компенсира отрицателния заряд на електроните на атома. Тези частици се наричат ​​протони. Техният брой в нормално състояние винаги е равен на броя на електроните. Въпросът как да се определи заряда на ядрото вече не стои.Зарядът на ядрото на атом в неутрално състояние винаги е равен на броя на въртящите се около него електрони и е противоположен по знак на заряда на електроните. И физиците вече са се научили как да определят броя и заряда на електроните.

Структурата на атомното ядро: протони и неутрони

Въпреки това, в процеса на по-нататъшни изследвания възникна нов проблем. Оказа се, че протоните, имащи еднакъв заряд, в някои случаи се различават два пъти по маса. Това породи много въпроси и несъответствия. В крайна сметка беше възможно да се установи, че съставът на атомното ядро, освен протоните, включва и някои частици, които са почти равни по маса на протоните, но нямат никакъв заряд. Тези частици се наричат ​​неутрони. Откриването на неутрони разреши всички несъответствия в изчисленията. В резултат на това протоните и неутроните, като съставни елементи на ядрото, се наричат ​​нуклони. Изчисляването на всякакви стойности, свързани с характеристиките на ядрото, стана много по-лесно за разбиране. Неутроните не участват в образуването на ядрения заряд, следователно тяхното влияние върху химичните свойства на материята практически не се проявява, но неутроните участват в образуването на масата на ядрата, съответно влияят върху гравитационните свойства на атома ядро. По този начин има известно непряко влияние на неутроните върху свойствата на материята, но то е изключително незначително.

Белкин И.К. Зарядът на атомното ядро ​​и периодичната система от елементи на Менделеев // Квант. - 1984. - No 3. - С. 31-32.

По специално споразумение с редакционния съвет и редакцията на сп. "Квант"

Съвременните идеи за структурата на атома възникват през 1911-1913 г., след известните експерименти на Ръдърфорд върху разсейването на алфа частици. В тези експерименти беше показано, че α -частиците (зарядът им е положителен), попадайки върху тънко метално фолио, понякога се отклоняват под големи ъгли и дори се хвърлят назад. Това може да се обясни само с факта, че положителният заряд в атома е концентриран в пренебрежимо малък обем. Ако си го представим под формата на топка, тогава, както установи Ръдърфорд, радиусът на тази топка трябва да бъде приблизително 10 -14 -10 -15 m, което е десетки и стотици хиляди пъти по-малки размериатом като цяло (~10 -10 m). Само близо до такъв малък положителен заряд може да има електрическо полеспособни да изхвърлят α - частица, движеща се със скорост около 20 000 km/s. Ръдърфорд нарече тази част от атома ядрото.

Така възниква идеята, че атомът на всяко вещество се състои от положително заредено ядро ​​и отрицателно заредени електрони, чието съществуване в атомите е установено по-рано. Очевидно, тъй като атомът като цяло е електрически неутрален, зарядът на ядрото трябва да бъде числено равен на заряда на всички електрони, присъстващи в атома. Ако обозначим модула на заряда на електрона с буквата д(елементарно зареждане), след това таксата q i ядрата трябва да са равни q i = Ze, където Зе цяло число, равно на броя на електроните в атома. Но какъв е номерът З? Каква е таксата qаз ядро?

От експериментите на Ръдърфорд, които направиха възможно определянето на размера на ядрото, по принцип е възможно да се определи стойността на заряда на ядрото. В крайна сметка електрическото поле, което отхвърля α -частица, зависи не само от размера, но и от заряда на ядрото. И Ръдърфорд наистина оцени заряда на ядрото. Според Ръдърфорд, ядреният заряд на атом на химичен елемент е приблизително равен на половината от неговата относителна атомна маса НО, умножено по елементарния заряд д, т.е

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

Но колкото и да е странно, истинският заряд на ядрото е установен не от Ръдърфорд, а от един от читателите на неговите статии и доклади, холандския учен Ван ден Брук (1870-1926). Странно е, защото Ван ден Брук не е бил физик по образование и професия, а юрист.

Защо Ръдърфорд, когато оценява зарядите на атомните ядра, ги съпоставя с атомните маси? Факт е, че когато през 1869 г. Д. И. Менделеев създава периодична системахимически елементи, той подреди елементите във възходящ ред на относителните им атомни маси. И през последните четиридесет години всички свикнаха с факта, че най-важната характеристика на химичния елемент е неговият относителен атомна масаче това е това, което отличава един елемент от друг.

Междувременно по това време, в началото на 20-ти век, възникват трудности със системата от елементи. При изследването на явлението радиоактивност бяха открити редица нови радиоактивни елементи. И сякаш нямаше място за тях в системата на Менделеев. Изглежда, че системата на Менделеев трябва да се промени. Това беше нещото, за което Ван ден Брук беше особено загрижен. В продължение на няколко години той предлага няколко варианта за разширена система от елементи, в която да има достатъчно място не само за все още неоткрити стабилни елементи (самият Д. И. Менделеев се „погрижи“ за местата за тях), но и и за радиоактивни елементи. Последната версия на Ван ден Брук е публикувана в началото на 1913 г., има 120 места, а уранът заема клетка номер 118.

През същата 1913 г. са публикувани резултатите от най-новите изследвания на разсейването. α -частици под големи ъгли, извършени от сътрудниците на Ръдърфорд Гайгер и Марсдън. Анализирайки тези резултати, Ван ден Брук направи голямо откритие. Той установи, че номерът Звъв формула q i = Zeне е равна на половината от относителната маса на атом на химичен елемент, а на неговия пореден номер. И освен това поредният номер на елемента в системата на Менделеев, а не в неговата, Ван ден Брук, 120-местна система. Оказва се, че системата на Менделеев не е имала нужда от промяна!

От идеята на Ван ден Брук следва, че всеки атом се състои от атомно ядро, чийто заряд е равен на поредния номер на съответния елемент в системата на Менделеев, умножен по елементарния заряд, и електроните, броя от които в атома също е равно на поредния номер на елемента. (Атомът на медта, например, се състои от ядро ​​със заряд 29 д, и 29 електрона.) Стана ясно, че Д. И. Менделеев интуитивно е подредил химическите елементи във възходящ ред не на атомната маса на елемента, а на заряда на ядрото му (въпреки че не е знаел за това). Следователно един химичен елемент се различава от друг не по атомната си маса, а по заряда на атомното ядро. Зарядът на ядрото на атома е основна характеристикахимичен елемент. Има атоми от напълно различни елементи, но с еднакви атомни маси (те имат специално име - изобари).

Фактът, че не атомните маси определят позицията на елемент в системата, може да се види и от периодичната таблица: на три места е нарушено правилото за увеличаване на атомната маса. И така, относителната атомна маса на никела (№ 28) е по-малка от тази на кобалта (№ 27), за калия (№ 19) е по-малка от тази на аргона (№ 18), за йода (№ 18). 53) той е по-малък от този на телур (№ 52).

Предположението за връзката между заряда на атомното ядро ​​и атомния номер на елемента лесно обяснява правилата за изместване при радиоактивни трансформации, открити през същата 1913 г. („Физика 10“, § 103). Наистина, когато се излъчва от ядрото α -частица, чийто заряд е равен на два елементарни заряда, зарядът на ядрото, а оттам и неговият пореден номер (сега обикновено казват - атомен номер) трябва да намалее с две единици. При излъчване β -частица, тоест отрицателно зареден електрон, тя трябва да се увеличи с една единица. За това се отнасят правилата за изместване.

Идеята на Ван ден Брук много скоро (буквално през същата година) получи първото, макар и косвено, експериментално потвърждение. Малко по-късно неговата правилност беше доказана чрез директни измервания на заряда на ядрата на много елементи. Ясно е, че тя играе важна роля в по-нататъчно развитиефизика на атома и атомното ядро.

Че всички неща са съставени от елементарни частици, предполагат учените Древна Гърция. Но в онези дни нямаше начин да се докаже или опровергае този факт. Да, и за свойствата на атомите в древността можеше само да се гадае, въз основа на собствените си наблюдения на различни вещества.

Възможно е да се докаже, че всички вещества се състоят от елементарни частици едва през 19 век, и то косвено. В същото време физици и химици от цял ​​свят се опитват да създадат единна теория за елементарните частици, описвайки тяхната структура и обяснявайки различни свойства, като например заряда на ядрото.

Трудовете на много учени са посветени на изучаването на молекулите, атомите и тяхната структура. Физиката постепенно се насочи към изучаването на микросвета – елементарните частици, техните взаимодействия и свойства. Учените започнаха да се чудят какво се състои от издигане на хипотези и опити да ги докажат, поне косвено.

В резултат на това планетарната теория, предложена от Ърнест Ръдърфорд и Нилс Бор, беше приета като основна теория. Според тази теория зарядът на ядрото на всеки атом е положителен, докато отрицателно заредените електрони се въртят в орбитите му, което в крайна сметка прави атома електрически неутрален. С течение на времето тази теория е многократно потвърдена. различен видексперименти, като се започне с експериментите на един от нейните съавтори.

Модерен ядрена физикасчита теорията на Ръдърфорд-Бор за фундаментална, всички изследвания на атомите и техните елементи се основават на нея. От друга страна, повечето от хипотезите, които се появиха през последните 150 години, не са практически потвърдени. Оказва се, че повечето ядрена физика е теоретична поради свръхмалките размери на изследваните обекти.

Разбира се, в съвременен святопределянето на заряда на ядрото на алуминия, например (или който и да е друг елемент) е много по-лесно, отколкото през 19 век и още повече в древна Гърция. Но правейки нови открития в тази област, учените понякога стигат до изненадващи заключения. Опитвайки се да намери решение на един проблем, физиката се сблъсква с нови проблеми и парадокси.

Първоначално теорията на Ръдърфорд казва, че химичните свойства на веществото зависят от заряда на ядрото на неговия атом и в резултат на това от броя на електроните, които се въртят в орбитите му. Съвременната химия и физика напълно потвърждават тази версия. Въпреки факта, че изследването на структурата на молекулите първоначално беше отблъснато от най-простият модел- водороден атом, чийто ядрен заряд е 1, теорията се прилага напълно за всички елементи на периодичната таблица, включително тези, получени изкуствено в края на последното хилядолетие.

Любопитно е, че много преди изследванията на Ръдърфорд, английски химик, лекар по образование, Уилям Праут, забелязал, че специфично тегло различни веществае кратно на този водороден индекс. След това той предположи, че всички други елементи просто се състоят от водород на някакво най-просто ниво. Че, например, една азотна частица е 14 такива минимални частици, кислородът е 16 и т. н. Ако разгледаме тази теория глобално в съвременна интерпретация, тогава като цяло тя е вярна.