원자핵의 전하는 양에 의해 결정됩니다. 원자핵: 핵전하

커널 charge() 위치 찾기 화학 원소테이블 D.I. 멘델레예프. Z 번호는 핵에 있는 양성자의 수입니다. Cl은 전자의 전하와 크기가 동일한 양성자의 전하입니다.

우리는 핵의 전하가 양성자가 운반하는 양의 기본 전하의 수를 결정한다는 것을 다시 한 번 강조합니다. 그리고 원자는 일반적으로 중성계이기 때문에 핵의 전하는 또한 원자의 전자 수를 결정합니다. 그리고 우리는 전자가 음의 기본 전하를 띤다는 것을 기억합니다. 원자의 전자는 그 수에 따라 에너지 껍질과 하위 껍질에 분포되어 있으므로 핵의 전하는 상태에 대한 전자 분포에 중요한 영향을 미칩니다. 마지막 에너지 준위에서 전자의 수는 화학적 특성원자. 핵의 전하가 물질의 화학적 성질을 결정한다는 것이 밝혀졌습니다.

이제 다양한 화학 원소를 다음과 같이 나타내는 것이 일반적입니다. 여기서 X는 전하에 해당하는 주기율표의 화학 원소 기호입니다.

Z는 같지만 원자량(A)이 다른 원소(즉, 핵에서 같은 숫자양성자이지만 중성자의 수가 다름)을 동위원소라고 합니다. 따라서 수소에는 2개의 동위원소가 있습니다. 1 1 H-수소; 2 1 H-중수소; 3 1 H-트리튬

안정 동위 원소와 불안정 동위 원소가 있습니다.

질량은 같지만 전하가 다른 핵을 등압선(isobar)이라고 합니다. 등압선은 주로 무거운 핵과 쌍 또는 트라이어드에서 발견됩니다. 예를 들어, .

핵 전하의 첫 번째 간접 측정은 1913년 Moseley에 의해 이루어졌습니다. 그는 특성의 주파수 사이의 관계를 확립했습니다. 엑스레이 방사선() 및 핵전하 (Z):

여기서 C와 B는 고려 중인 일련의 방사선에 대한 요소와 무관한 상수입니다.

핵의 전하는 1920년에 채드윅이 금속 필름에 대한 헬륨 원자의 핵 산란을 연구하면서 직접적으로 결정되었습니다.

핵심 구성

수소 원자의 핵을 양성자라고 합니다. 양성자의 질량은 다음과 같습니다.

핵은 양성자와 중성자로 구성됩니다(집합적으로 핵자라고 함). 중성자는 1932년에 발견되었습니다. 중성자의 질량은 양성자의 질량에 매우 가깝습니다. 중성자 전하이 없습니다.

핵의 양성자 수(Z)와 중성자 수(N)의 합을 질량 수 A라고 합니다.

중성자와 양성자의 질량은 매우 가깝기 때문에 각각은 거의 원자 질량 단위와 같습니다. 원자에 있는 전자의 질량은 핵의 질량보다 훨씬 작으므로 다음과 같이 믿어진다. 질량수핵은 가장 가까운 정수로 반올림할 때 원소의 상대 원자 질량과 거의 같습니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동

핵은 매우 안정적인 시스템이므로 양성자와 중성자는 일종의 힘에 의해 핵 내부에 유지되어야 합니다. 이 힘에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?

해결책

핵자를 묶는 힘은 너무 약한 중력에 속하지 않는다는 것을 즉시 알 수 있습니다. 핵의 안정성은 전자기력의 존재로 설명할 수 없습니다. 양성자 사이에는 같은 부호의 전하를 띠는 입자로서 전기적 반발만 있을 수 있기 때문입니다. 중성자는 전기적으로 중성인 입자입니다.

핵자 사이에 작용 특별한 종류핵력이라고 하는 힘. 이 힘은 전기력보다 거의 100배 더 강합니다. 핵력은 자연에서 알려진 모든 힘 중 가장 강력합니다. 핵에서 입자의 상호 작용을 강하다고합니다.

핵력의 다음 특징은 단거리라는 것입니다. 핵력은 cm 정도의 거리, 즉 핵 크기의 거리에서만 눈에 띄게됩니다.

실시예 2

운동

뭐 최소 거리정면 충돌과 같은 운동 에너지를 가진 헬륨 원자의 핵이 납 원자의 움직이지 않는 핵에 접근할 수 있습니까?

해결책

그림을 그려봅시다.

납 원자의 움직이지 않는 핵을 생성하는 정전기장에서 헬륨 원자의 핵(-입자)의 운동을 고려하십시오. - 같은 전하를 띤 입자 사이에 반발력이 작용하기 때문에 입자는 0으로 감소하는 속도로 납 원자의 핵을 향해 이동합니다. 입자가 소유 한 운동 에너지는 상호 작용의 위치 에너지로 바뀔 것입니다 - 입자와 납 원자의 핵을 생성하는 필드 () :

우리는 정전기장에서 입자의 위치 에너지를 다음과 같이 표현합니다.

헬륨 원자의 핵 전하는 어디에 있습니까? - 긴장 정전기장, 납 원자의 핵을 생성합니다.

(2.1) - (2.3)에서 우리는 다음을 얻습니다.

지침

D.I. Mendeleev의 테이블에서, 다층 구조에서와 같이 아파트"" 화학 원소, 각각은 자신을 차지합니다. 자신의 아파트. 따라서 각 요소에는 표에 표시된 특정 일련 번호가 있습니다. 화학 원소의 번호 매기기는 왼쪽에서 오른쪽으로, 위에서부터 시작합니다. 표에서 가로 행을 마침표라고 하고 세로 열을 그룹이라고 합니다. 이는 그룹 또는 기간의 수로 일부 매개변수를 특성화할 수도 있기 때문에 중요합니다. 원자.

원자는 화학적으로 나눌 수 없지만 동시에 더 작은 단위로 구성됩니다. 구성 부품, (양전하 입자), (음전하 입자) (중성 입자). 대부분 원자전자가 회전하는 핵 (양성자와 중성자 때문에). 일반적으로 원자는 전기적으로 중성입니다. 요금음수와 일치하므로 양성자의 수와 동일합니다. 양전하 핵 원자양성자를 희생시키면서 발생합니다.

예 1. 요금 결정 핵 원자탄소(C). 우리는 D.I. Mendeleev의 표에 초점을 맞춰 화학 원소 탄소를 분석하기 시작합니다. 탄소는 "아파트"No. 6에 있습니다. 따라서 핵핵에 위치한 6개의 양성자(양전하 입자)로 인해 +6. 원자가 전기적으로 중성이라는 것을 감안할 때, 그것은 또한 6개의 전자가 있다는 것을 의미합니다.

예 2. 요금 결정 핵 원자알루미늄(알루미늄). 알루미늄에는 일련 번호가 있습니다-No. 13. 따라서 요금 핵 원자알루미늄 +13(13개의 양성자 때문에). 또한 13개의 전자가 있을 것입니다.

예 3. 요금 결정 핵 원자은(Ag). Silver에는 일련 번호가 있습니다-No. 47. 따라서 요금 핵 원자은 + 47(47개의 양성자 때문에). 전자도 47개 있습니다.

노트

D.I. Mendeleev의 표에서 각 화학 원소에 대해 하나의 셀에 두 개의 숫자 값이 표시됩니다. 원소의 원자 번호와 상대 원자 질량을 혼동하지 마십시오.

화학 원소의 원자는 다음으로 구성됩니다. 핵그리고 전자 껍질. 핵은 거의 모든 질량이 집중되어 있는 원자의 중심 부분입니다. 전자 껍질과 달리 핵은 양의 요금.

필요할 것이예요

화학 원소의 원자 번호, Moseley의 법칙

지침

이런 식으로, 요금 핵양성자의 수와 같습니다. 차례로, 핵의 양성자 수는 원자 번호와 같습니다. 예를 들어, 수소의 원자 번호는 1, 즉 수소의 핵은 하나의 양성자로 구성되어 있습니다. 요금+1. 나트륨의 원자번호는 11번, 요금그의 핵+11과 같습니다.

알파 붕괴에서 핵그것의 원자 번호는 알파 입자의 방출에 의해 2만큼 감소합니다 ( 핵원자). 따라서 알파 붕괴를 겪은 핵의 양성자 수도 2로 감소합니다.
베타 붕괴는 세 가지 다른 방식으로 발생할 수 있습니다. "베타-마이너스" 붕괴의 경우 중성자는 방출될 때 반중성미자로 변합니다. 그 다음에 요금 핵유닛 당.
베타 플러스 붕괴의 경우 양성자는 중성자, 양전자 및 중성미자로 변하고, 요금 핵 1씩 감소합니다.
전자 캡처의 경우 요금 핵도 1씩 감소합니다.

요금 핵스펙트럼 라인의 주파수에서 결정될 수도 있습니다. 특성 방사선원자. Moseley의 법칙에 따르면: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, 여기서 v는 스펙트럼 특성 복사, R은 리드버그 상수, S는 스크리닝 상수, n은 주요 양자수입니다.
따라서 Z = n*sqrt(v/r)+s입니다.

원자핵의 전하

다양한 간접 실험, 가설 표현 및 실제 테스트를 통해 과학자들은 시행착오를 통해 원자핵의 구조를 조사할 수 있었습니다. 핵은 훨씬 더 작은 입자로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. 핵의 크기, 전하 및 물질의 화학적 특성은 이러한 입자의 수에 따라 다릅니다. 또한, 이러한 입자는 원자 전자의 음전하를 보상하는 양전하를 가지고 있습니다. 이러한 입자를 양성자라고 합니다. 정상 상태에서 그들의 수는 항상 전자의 수와 같습니다. 핵의 전하를 결정하는 방법에 대한 질문은 더 이상 존재하지 않았습니다.중성 상태에서 원자핵의 전하는 항상 그 주위를 도는 전자의 수와 같으며 전자의 전하와 부호가 반대입니다. 그리고 물리학자들은 이미 전자의 수와 전하를 결정하는 방법을 배웠습니다.

원자핵의 구조: 양성자와 중성자

그러나 추가 연구 과정에서 새로운 문제가 발생했습니다. 동일한 전하를 가진 양성자는 어떤 경우에는 질량이 두 배 차이가 나는 것으로 나타났습니다. 이로 인해 많은 질문과 불일치가 발생했습니다. 결국, 원자핵의 구성은 양성자 외에 양성자와 질량이 거의 같지만 전하를 띠지 않는 일부 입자도 포함한다는 것을 확립하는 것이 가능했습니다. 이러한 입자를 중성자라고 합니다. 중성자의 검출은 계산의 모든 불일치를 해결했습니다. 그 결과 핵을 구성하는 원소인 양성자와 중성자를 핵자(nucleon)라고 불렀다. 코어의 특성과 관련된 모든 값의 계산이 훨씬 더 이해하기 쉬워졌습니다. 중성자는 핵 전하 형성에 참여하지 않으므로 물질의 화학적 특성에 대한 영향은 실질적으로 나타나지 않지만 중성자는 핵 질량 형성에 각각 참여하여 원자의 중력 특성에 영향을 미칩니다 핵. 따라서 중성자가 물질의 특성에 미치는 간접적인 영향은 있지만 극히 미미합니다.

벨킨 I.K. 원자핵의 전하와 멘델레예프의 주기율표 요소 // Kvant. - 1984. - 3번. - S. 31-32.

편집위원회 및 저널 "Kvant"의 편집자들과의 특별한 합의에 의해

원자 구조에 대한 현대적인 아이디어는 알파 입자의 산란에 대한 Rutherford의 유명한 실험 이후 1911-1913년에 나타났습니다. 이 실험에서 다음과 같은 것으로 나타났습니다. α - 얇은 금속 호일에 떨어지는 입자(전하가 양수임)는 때때로 큰 각도로 휘어지고 심지어 뒤로 던져집니다. 이것은 원자의 양전하가 무시할 수 있는 부피에 집중되어 있다는 사실로만 설명할 수 있습니다. 공의 형태로 상상한다면 러더퍼드가 설정한 것처럼 이 공의 반지름은 약 10 -14 -10 -15 m가 되어야 합니다. 더 작은 크기원자 전체(~10 -10 m). 그러한 작은 양전하 근처에서만 존재할 수 있습니다. 전기장버릴 수 있는 α - 약 20,000km/s의 속도로 움직이는 입자. Rutherford는 원자의 이 부분을 핵이라고 불렀습니다.

이것이 모든 물질의 원자가 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자로 구성되어 있다는 생각이 시작된 이유이며 원자의 존재는 이전에 확립되었습니다. 분명히, 원자 전체는 전기적으로 중성이므로 핵의 전하는 원자에 존재하는 모든 전자의 전하와 수치적으로 같아야 합니다. 전자 전하 계수를 문자로 표시하면 이자형(기본 요금), 다음 요금 큐 i 코어는 같아야 합니다. 큐나는 = 제, 어디 지원자의 전자 수와 같은 정수입니다. 근데 번호가 뭐야 지? 요금은 얼마입니까 큐나는 코어?

핵의 크기를 결정할 수 있게 한 Rutherford의 실험에서 원칙적으로 핵의 전하 값을 결정할 수 있습니다. 결국, 거부하는 전기장은 α -입자는 크기뿐만 아니라 핵의 전하에 따라 달라집니다. 그리고 Rutherford는 실제로 핵의 전하를 추정했습니다. Rutherford에 따르면 화학 원소 원자의 핵 전하는 상대 원자 질량의 약 절반과 같습니다. 하지만, 기본 요금을 곱한 값 이자형, 그건

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

그러나 이상하게도, 핵의 진정한 전하는 Rutherford가 아니라 그의 기사와 보고서의 독자 중 한 명인 네덜란드 과학자 Van den Broek(1870-1926)에 의해 확립되었습니다. Van den Broek이 학력과 직업을 가진 물리학자가 아니라 변호사였기 때문에 이상합니다.

러더퍼드가 원자핵의 전하를 평가할 때 원자 질량과 연관시킨 이유는 무엇입니까? 사실은 1869년 D. I. Mendeleev가 주기율표화학 원소, 그는 상대적 원자 질량의 오름차순으로 원소를 배열했습니다. 그리고 지난 40년 동안 모든 사람은 화학 원소의 가장 중요한 특성이 상대적이라는 사실에 익숙해졌습니다. 원자 질량그것은 한 요소를 다른 요소와 구별하는 것입니다.

한편 20세기 초 이 시기에 원소계에 어려움이 생겼다. 방사능 현상 연구에서 많은 새로운 방사성 원소가 발견되었습니다. 그리고 멘델레예프의 시스템에는 그들이 설 자리가 없는 것 같았습니다. 멘델레예프의 시스템을 바꿔야 할 것 같았다. 이것은 Van den Broek이 특히 우려했던 것입니다. 몇 년 동안 그는 확장된 요소 시스템에 대한 몇 가지 옵션을 제안했는데, 여기에는 아직 발견되지 않은 안정적인 요소(D. I. Mendeleev 자신이 장소를 "관리"했습니다)를 위한 충분한 공간이 있을 뿐만 아니라 방사성 원소에 대해서도. Van den Broek의 마지막 버전은 1913년 초에 출판되었으며 120개소에 우라늄이 118번 셀을 차지했습니다.

같은 해인 1913년에 산란에 관한 최신 연구 결과가 발표되었습니다. α - Rutherford의 공동 작업자인 Geiger와 Marsden이 수행한 큰 각도의 입자. 이러한 결과를 분석하여 Van den Broek은 주요 발견. 그는 그 숫자가 지공식에서 큐나는 = 제화학 원소 원자의 상대 질량의 절반이 아니라 일련 번호입니다. 또한, 그의 Van den Broek, 120-local 시스템이 아닌 Mendeleev 시스템에 있는 요소의 서수입니다. Mendeleev의 시스템은 변경할 필요가 없는 것으로 나타났습니다!

Van den Broek의 아이디어에서 모든 원자는 원자핵으로 구성되며, 그 전하는 멘델레예프 시스템의 해당 요소의 일련 번호에 기본 전하를 곱한 값과 전자 수, 그 중 원자에서 요소의 일련 번호와 동일합니다. (예를 들어, 구리 원자는 29의 전하를 갖는 핵으로 구성됩니다. 이자형, 그리고 29개의 전자.) D. I. Mendeleev가 직관적으로 화학 원소를 원소의 원자 질량이 아니라 핵 전하의 오름차순으로 정렬했음이 분명해졌습니다. 결과적으로, 한 화학 원소는 원자 질량이 아니라 원자핵의 전하에 의해 다른 화학 원소와 다릅니다. 원자핵의 전하량은 주요 특징화학 원소. 완전히 다른 원소의 원자가 있지만 원자 질량은 동일합니다(특별한 이름인 등압선이 있습니다).

시스템에서 원소의 위치를 결정하는 것이 원자 질량이 아니라는 사실은 주기율표에서도 볼 수 있습니다. 세 곳에서 원자 질량 증가 규칙을 위반합니다. 따라서 니켈(28번)의 상대 원자 질량은 코발트(27번)보다 작고, 칼륨(19번)은 아르곤(18번), 요오드(1번)는 상대적으로 적습니다. 53) 텔루르보다 적습니다( 52번).

원자핵의 전하와 원소의 원자 번호 사이의 관계에 대한 가정은 같은 1913년에 발견된 방사성 변환 동안의 변위 규칙을 쉽게 설명했습니다("물리학 10", § 103). 실제로 핵에서 방출되면 α - 입자, 그 전하가 2개의 기본 전하와 동일한 핵의 전하, 따라서 일련 번호(지금은 일반적으로 원자 번호라고 함)는 2단위 감소해야 합니다. 방출할 때 β -입자, 즉 음전하를 띤 전자는 한 단위 증가해야합니다. 이것이 변위 규칙에 관한 것입니다.

Van den Broek의 아이디어는 (말 그대로 같은 해에) 간접적이기는 하지만 첫 번째 실험적 확인을 받았습니다. 얼마 후, 많은 요소의 핵 전하를 직접 측정하여 그 정확성이 입증되었습니다. 그녀가 중요한 역할을 한 것은 분명하다. 추가 개발원자와 원자핵의 물리학.

모든 것이 구성되어 있다는 것을 소립자, 과학자들은 가정 고대 그리스. 그러나 그 당시에는 이 사실을 증명하거나 반증할 방법이 없었습니다. 예, 고대 원자의 특성은 다양한 물질에 대한 자체 관찰을 바탕으로 추측할 수 있었습니다.

모든 물질이 소립자로 구성되어 있다는 것은 19세기에만 증명할 수 있었고 그 다음에는 간접적으로 증명할 수 있었습니다. 동시에 전 세계의 물리학자와 화학자들은 소립자의 구조를 설명하고 예를 들어 핵의 전하와 같은 다양한 특성을 설명하는 통일된 소립자의 이론을 만들려고 했습니다.

많은 과학자들의 연구는 분자, 원자 및 그 구조 연구에 전념해 왔습니다. 물리학은 점차 소립자, 상호 작용 및 속성과 같은 미시 세계의 연구로 옮겨갔습니다. 과학자들은 가설을 제시하고 최소한 간접적으로 증명하려고 하는 것이 무엇으로 구성되어 있는지 궁금해하기 시작했습니다.

그 결과 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)와 닐스 보어(Niels Bohr)가 제안한 행성 이론이 기본 이론으로 채택되었습니다. 이 이론에 따르면 모든 원자의 핵 전하는 양전하를 띠고 음전하를 띤 전자는 궤도에서 회전하여 결국 원자를 전기적으로 중성으로 만듭니다. 시간이 지남에 따라 이 이론은 반복적으로 확인되었습니다. 다른 종류의그녀의 공동 저자 중 한 사람의 실험으로 시작하는 실험.

현대의 핵 물리학 Rutherford-Bohr 이론을 기본으로 간주하며 원자와 그 요소에 대한 모든 연구는 이를 기반으로 합니다. 한편, 지난 150년 동안 제기된 대부분의 가설은 실질적으로 확인되지 않았다. 대부분의 핵 물리학은 연구 대상의 초소형 크기로 인해 이론적인 것으로 밝혀졌습니다.

물론 에서 현대 세계예를 들어 (또는 다른 요소) 알루미늄의 핵 전하를 결정하는 것은 19세기보다 훨씬 쉽고 고대 그리스에서는 훨씬 더 쉽습니다. 그러나 이 분야에서 새로운 발견을 하면서 과학자들은 때때로 놀라운 결론에 도달합니다. 한 문제에 대한 해결책을 찾으려고 하는 물리학은 새로운 문제와 역설에 직면합니다.

처음에 Rutherford의 이론에 따르면 물질의 화학적 특성은 원자핵의 전하에 따라 달라지며 결과적으로 궤도를 돌고 있는 전자의 수에 따라 달라집니다. 현대 화학과 물리학은 이 버전을 완전히 확인합니다. 분자 구조에 대한 연구는 처음에는 가장 단순한 모델- 핵 전하가 1인 수소 원자, 이론은 지난 천년 말에 인위적으로 얻은 것을 포함하여 주기율표의 모든 요소에 완전히 적용됩니다.

Rutherford의 연구 이전에 영국의 화학자이자 교육을 받은 의사인 William Prout이 비중 다양한 물질이 수소 지수의 배수입니다. 그런 다음 그는 다른 모든 요소가 가장 단순한 수준의 수소로 구성되어 있다고 제안했습니다. 예를 들어 질소 입자는 최소 입자 14개, 산소 16개 등입니다. 이 이론을 현대적인 해석으로 전체적으로 고려하면 일반적으로 맞습니다.

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