Belkin I.K. Ładunek jądra atomowego i układ okresowy pierwiastków Mendelejewa // Kvant. - 1984. - nr 3. - S. 31-32.

Za specjalnym porozumieniem z redakcją i redakcją czasopisma „Kvant”

Współczesne idee dotyczące budowy atomu powstały w latach 1911-1913, po słynnych eksperymentach Rutherforda z rozpraszaniem cząstek alfa. W tych eksperymentach wykazano, że α - cząstki (ich ładunek jest dodatni), spadające na cienką metalową folię, są czasem odchylane pod dużym kątem, a nawet odrzucane. Można to wytłumaczyć jedynie faktem, że ładunek dodatni w atomie jest skoncentrowany w znikomej objętości. Jeśli wyobrazimy sobie to w postaci kuli, to, jak ustalił Rutherford, promień tej kuli powinien wynosić około 10 -14 -10 -15 m, czyli dziesiątki i setki tysięcy razy mniejsze rozmiary atom jako całość (~10 -10 m). Tylko w pobliżu tak małego ładunku dodatniego może być pole elektryczne zdolny do odrzucenia α - cząstka poruszająca się z prędkością około 20 000 km/s. Rutherford nazwał tę część atomu jądrem.

W ten sposób powstał pomysł, że atom dowolnej substancji składa się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów, których istnienie w atomach ustalono wcześniej. Oczywiście, ponieważ atom jako całość jest elektrycznie obojętny, ładunek jądra musi być liczbowo równy ładunkowi wszystkich elektronów obecnych w atomie. Jeśli oznaczymy moduł ładunku elektronu literą mi(ładunek elementarny), następnie ładunek q i rdzenie powinny być równe q ja = Ze, gdzie Z jest liczbą całkowitą równą liczbie elektronów w atomie. Ale jaka jest liczba? Z? Jaka jest opłata? q ja rdzeń?

Z eksperymentów Rutherforda, które pozwoliły określić wielkość jądra, w zasadzie można określić wartość ładunku jądra. W końcu pole elektryczne, które odrzuca α -cząsteczka, zależy nie tylko od wielkości, ale także od ładunku jądra. A Rutherford naprawdę oszacował ładunek jądra. Według Rutherforda ładunek jądra jednego lub drugiego atomu pierwiastek chemiczny w przybliżeniu równa połowie jego względnej masy atomowej ALE, pomnożone przez ładunek elementarny mi, tj

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

Ale, co dziwne, prawdziwy ładunek jądra został ustalony nie przez Rutherforda, ale przez jednego z czytelników jego artykułów i raportów, holenderskiego naukowca Van den Broeka (1870-1926). To dziwne, bo Van den Broek nie był fizykiem z wykształcenia i zawodu, ale prawnikiem.

Dlaczego Rutherford, oceniając ładunki jąder atomowych, skorelował je z masami atomowymi? Faktem jest, że kiedy w 1869 r. D. I. Mendelejew stworzył okresowy układ pierwiastków chemicznych, ułożył pierwiastki w kolejności zwiększania ich względnych mas atomowych. A w ciągu ostatnich czterdziestu lat wszyscy przyzwyczaili się do tego, że najważniejszą cechą pierwiastka chemicznego jest jego względna masa atomowa, że ​​to ona odróżnia jeden pierwiastek od drugiego.

Tymczasem to właśnie w tym czasie, na początku XX wieku, pojawiły się trudności z układem pierwiastków. W badaniu zjawiska radioaktywności odkryto szereg nowych pierwiastków promieniotwórczych. I wydawało się, że nie ma dla nich miejsca w systemie Mendelejewa. Wydawało się, że system Mendelejewa wymaga zmiany. Właśnie o to szczególnie martwił się Van den Broek. Na przestrzeni kilku lat proponował kilka wariantów rozbudowanego systemu elementów, w którym byłoby wystarczająco dużo miejsca nie tylko na nieodkryte jeszcze elementy stabilne (sam D. I. Mendelejew „zaopiekował się” dla nich miejscami), ale także również dla pierwiastków promieniotwórczych. Ostatnia wersja Van den Broeka została opublikowana na początku 1913 roku, miała 120 miejsc, a uran zajmował komórkę numer 118.

W tym samym 1913 roku opublikowano wyniki najnowszych badań nad rozpraszaniem. α - cząstki pod dużymi kątami, przeprowadzone przez współpracowników Rutherforda, Geigera i Marsdena. Analizując te wyniki, Van den Broek dokonał główne odkrycie. Odkrył, że liczba Z w formule q ja = Ze nie jest równa połowie względnej masy atomu pierwiastka chemicznego, ale jego numerowi seryjnemu. A ponadto liczba porządkowa pierwiastka w systemie Mendelejewa, a nie w jego, Van den Broek, 120-lokalnym systemie. Okazuje się, że system Mendelejewa nie wymagał zmiany!

Z idei Van den Broeka wynika, że ​​każdy atom składa się z jądra atomowego, którego ładunek jest równy numerowi porządkowemu odpowiedniego pierwiastka w układzie Mendelejewa, pomnożonemu przez ładunek elementarny i elektronów, liczbę których w atomie jest również równy numerowi seryjnemu pierwiastka. (Na przykład atom miedzi składa się z jądra o ładunku 29 mi i 29 elektronów.) Stało się jasne, że D. I. Mendelejew intuicyjnie ułożył pierwiastki chemiczne w porządku rosnącym nie według masy atomowej pierwiastka, ale ładunku jego jądra (chociaż o tym nie wiedział). W konsekwencji jeden pierwiastek chemiczny różni się od drugiego nie masą atomową, ale ładunkiem jądra atomowego. Ładunek jądra atomu wynosi główna cecha pierwiastek chemiczny. Istnieją atomy zupełnie różnych pierwiastków, ale o tych samych masach atomowych (mają specjalną nazwę - izobary).

To, co nie? masy atomowe określić położenie pierwiastka w układzie, można to również zobaczyć z układu okresowego pierwiastków: w trzech miejscach naruszona jest zasada zwiększania masy atomowej. Tak więc względna masa atomowa niklu (nr 28) jest mniejsza niż kobaltu (nr 27), potasu (nr 19) jest mniejsza niż argonu (nr 18), jodu (nr 53) jest mniejszy niż tellur (nr 52).

Założenie o związku między ładunkiem jądra atomowego a liczbą porządkową pierwiastka łatwo wyjaśniało reguły przemieszczeń dla przemian promieniotwórczych, odkryte w tym samym 1913 roku (Fizyka 10, § 103). Rzeczywiście, gdy są emitowane przez jądro α -cząstka, której ładunek jest równy dwóm ładunkom elementarnym, ładunek jądra, a co za tym idzie jego numer seryjny (teraz zwykle mówi się - liczba atomowa) powinien zmniejszyć się o dwie jednostki. Podczas emisji β -cząstka, czyli elektron naładowany ujemnie, musi wzrosnąć o jedną jednostkę. Na tym polegają zasady przemieszczeń.

Pomysł Van den Broeka bardzo szybko (dosłownie w tym samym roku) otrzymał pierwsze, choć pośrednie, eksperymentalne potwierdzenie. Nieco później jej poprawność dowiodły bezpośrednie pomiary ładunku jąder wielu pierwiastków. Oczywiste jest, że odegrała ważną rolę w dalszy rozwój fizyka atomu i jądra atomowego.

ŁADOWANIE PODSTAWOWE

Prawo Moseleya.Ładunek elektryczny jądra tworzą protony tworzące jego skład. Liczba protonów Z nazwał swój ładunek, co oznacza, że ​​bezwzględna wartość ładunku jądra jest równa Ze.Ładunek jądra jest taki sam jak numer seryjny Z element w układ okresowy elementy Mendelejewa. Po raz pierwszy ładunki jąder atomowych zostały określone przez angielskiego fizyka Moseleya w 1913 roku. Mierząc długość fali za pomocą kryształu λ Charakterystyka promieniowanie rentgenowskie dla atomów niektórych pierwiastków Moseley odkrył regularną zmianę długości fali λ dla pierwiastków następujących po sobie w układzie okresowym (rys. 2.1). Moseley zinterpretował tę obserwację jako zależność λ z jakiejś stałej atomowej Z, który zmienia się o jeden z elementu na element, oraz równy jeden dla wodoru:

gdzie i są stałymi. Z eksperymentów dotyczących rozpraszania kwantów promieniowania rentgenowskiego przez elektrony atomowe i α -cząstki przez jądra atomowe, wiedziano już, że ładunek jądra jest w przybliżeniu równy połowie masy atomowej, a zatem jest zbliżony do liczby porządkowej pierwiastka. Ponieważ emisja charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego jest konsekwencją procesów elektrycznych w atomie, Moseley doszedł do wniosku, że znaleziona w jego eksperymentach stała atomowa, która określa długość fali charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego i pokrywa się z numerem seryjnym pierwiastka , może być tylko ładunkiem jądra atomowego (prawo Moseleya).

Ryż. 2.1. Widma rentgenowskie atomów sąsiednich pierwiastków otrzymane przez Moseley

Pomiar długości fal rentgenowskich jest wykonywany z dużą precyzją, dzięki czemu na podstawie prawa Moseleya przynależność atomu do pierwiastka chemicznego jest ustalana absolutnie niezawodnie. Jednak fakt, że stała Z w ostatnim równaniu jest ładunek jądra, choć potwierdzają go eksperymenty pośrednie, ostatecznie opiera się na postulacie – prawie Moseleya. Dlatego po odkryciu Moseleya ładunki jąder były wielokrotnie mierzone w eksperymentach rozpraszania. α -cząstki oparte na prawie Coulomba. W 1920 Chadwig ulepszył metodę pomiaru proporcji rozproszonych α -cząstki i otrzymały ładunki jąder atomów miedzi, srebra i platyny (patrz tabela 2.1). Dane Chadwiga nie pozostawiają wątpliwości co do ważności prawa Moseleya. Oprócz wskazanych pierwiastków w eksperymentach oznaczono także ładunki jąder magnezu, glinu, argonu i złota.

Tabela 2.1. Wyniki eksperymentów Chadwicka

Definicje. Po odkryciu Moseleya stało się jasne, że główną cechą charakterystyczną atomu jest ładunek jądra, a nie jego masa atomowa, jak zakładali chemicy XIX wieku, ponieważ ładunek jądrowy określa liczbę elektrony atomowe, co znaczy Właściwości chemiczne atomy. Powodem różnicy między atomami pierwiastków chemicznych jest właśnie to, że ich jądra mają inny numer protony w swoim składzie. Wręcz przeciwnie, inna liczba neutronów w jądrach atomów o tej samej liczbie protonów w żaden sposób nie zmienia właściwości chemicznych atomów. Atomy różniące się tylko liczbą neutronów w swoich jądrach nazywamy izotopy pierwiastek chemiczny.

Instrukcja

W tabeli D.I. Mendelejewa, jak w wielopiętrowym apartamentowiec„” pierwiastki chemiczne, z których każdy ma swoje własne własne mieszkanie. Tak więc każdy z elementów ma określony numer seryjny wskazany w tabeli. Numeracja pierwiastków chemicznych zaczyna się od lewej do prawej i od góry. W tabeli poziome wiersze nazywane są kropkami, a pionowe kolumny nazywane są grupami. Jest to ważne, ponieważ za pomocą numeru grupy lub okresu można również scharakteryzować niektóre parametry. atom.

Atom jest chemicznie niepodzielnym, ale jednocześnie składającym się z mniejszych części składowe, które obejmują (cząstki naładowane dodatnio), (cząstki naładowane ujemnie) (cząstki neutralne). luzem atom w jądrze (dzięki protonom i neutronom), wokół którego krążą elektrony. Ogólnie atom jest elektrycznie obojętny, to znaczy liczba dodatnich opłaty pokrywa się z liczbą ujemną, a zatem liczbą protonów i jest taka sama. ładunek dodatni jądra atom odbywa się tylko kosztem protonów.

Przykład nr 1. Określ opłatę jądra atom węgiel (C). Zaczynamy analizować pierwiastek chemiczny węgiel, koncentrując się na stole D.I. Mendelejewa. Węgiel jest w „mieszkaniu” nr 6. W związku z tym jądra+6 dzięki 6 protonom (cząstkom naładowanym dodatnio), które znajdują się w jądrze. Biorąc pod uwagę, że atom jest elektrycznie obojętny, oznacza to, że będzie również 6 elektronów.

Przykład nr 2. Określ opłatę jądra atom aluminium (Al). Aluminium ma numer seryjny - nr 13. W związku z tym opłata jądra atom aluminium +13 (ze względu na 13 protonów). Będzie też 13 elektronów.

Przykład nr 3. Określ opłatę jądra atom srebro (Ag). Srebro ma numer seryjny – nr 47. Stąd opłata jądra atom srebro + 47 (z powodu 47 protonów). Jest też 47 elektronów.

Uwaga

W tabeli DI Mendelejewa w jednej komórce podano dwie wartości liczbowe dla każdego pierwiastka chemicznego. Nie myl liczby atomowej i względnej masy atomowej pierwiastka

Atom pierwiastka chemicznego składa się z jądra oraz powłoka elektronowa. Jądro jest centralną częścią atomu, w której skupiona jest prawie cała jego masa. W przeciwieństwie do powłoki elektronowej jądro ma dodatni opłata.

Będziesz potrzebować

• Liczba atomowa pierwiastka chemicznego, prawo Moseleya

Instrukcja

Zatem, opłata jądra równa liczbie protonów. Z kolei liczba protonów w jądrze jest równa liczbie atomowej. Na przykład liczba atomowa wodoru wynosi 1, to znaczy jądro wodoru składa się z jednego protonu ma opłata+1. Liczba atomowa sodu wynosi 11, opłata jego jądra równa się +11.

W rozpadzie alfa jądra jego liczba atomowa jest zmniejszona o dwa przez emisję cząstki alfa ( jądra atom). W ten sposób liczba protonów w jądrze, które uległo rozpadowi alfa, jest również zmniejszona o dwa.
Rozpad beta może wystąpić na trzy różne sposoby. W przypadku rozpadu „beta-minus” emitowany neutron zamienia się w antyneutrino. Następnie opłata jądra za sztukę.
W przypadku rozpadu beta-plus proton zamienia się w neutron, pozyton i neutrino, opłata jądra zmniejsza się o jeden.
W przypadku przechwytywania elektronicznego opłata jądra zmniejsza się również o jeden.

Opłata jądra można również wyznaczyć z częstotliwości linii widmowych charakterystyczne promieniowanie atom. Zgodnie z prawem Moseleya: sqrt(v/R) = (Z-S)/n, gdzie v jest charakterystycznym promieniowaniem widmowym, R jest stałą Rydberga, S jest stałą ekranowania, n jest główną liczbą kwantową.
Zatem Z = n*sqrt(v/r)+s.

Powiązane wideo

Źródła:

• Jak zmienia się ładunek jądrowy?

Atom to najmniejsza cząsteczka każdego pierwiastka, która ma swoje właściwości chemiczne. Zarówno istnienie, jak i budowa atomu były przedmiotem dyskusji i badań od czasów starożytnych. Stwierdzono, że budowa atomów jest podobna do budowy Układ Słoneczny: w centrum znajduje się jądro, które zajmuje bardzo mało miejsca, ale skupiło w sobie prawie całą masę; Wokół niego krążą "planety" - elektrony przenoszące ujemność opłaty. Jak znaleźć ładunek? jądra atom?

Instrukcja

Każdy atom jest elektrycznie obojętny. Ale ponieważ niosą negatywne opłaty muszą być zrównoważone przez przeciwstawne ładunki. I jest. Pozytywny opłaty przenosić cząstki zwane protonami znajdujące się w jądrze atomu. Proton jest znacznie masywniejszy niż elektron: waży aż 1836 elektronów!

Najprostszym przypadkiem jest atom wodoru pierwszego pierwiastka w układzie okresowym. Patrząc na tabelę, zobaczysz, że jest na pierwszej liczbie, a jej jądro składa się z jednego protonu, wokół którego krąży jedyny. Wynika, że jądra atom wodoru wynosi +1.

Jądra innych pierwiastków składają się już nie tylko z protonów, ale także z tak zwanych „neutronów”. Jak łatwo wywnioskować z samej nazwy, nie niosą one żadnego ładunku, ani ujemnego, ani dodatniego. Dlatego pamiętaj: bez względu na to, ile neutronów jest zawartych w atomie jądra wpływają tylko na jego masę, ale nie na jego ładunek.

Dlatego wielkość ładunku dodatniego jądra atom zależy tylko od tego, ile zawiera protonów. Ale ponieważ, jak już wskazano, atom jest elektrycznie obojętny, jego jądro musi zawierać taką samą liczbę protonów, krąży wokół jądra. Liczba protonów jest określona przez numer seryjny pierwiastka w układzie okresowym.

Rozważ kilka elementów. Na przykład sławny i witalny wymagany tlen znajduje się w „komórce” pod numerem 8. Dlatego jej jądro zawiera 8 protonów, a ładunek jądra będzie +8. Żelazo zajmuje „komórkę” o numerze 26, a zatem ma ładunek jądra+26. A metal - o numerze seryjnym 79 - będzie miał dokładnie taki sam ładunek jądra(79), ze znakiem +. W związku z tym atom tlenu zawiera 8 elektronów, atom - 26, a atom złota - 79.

Powiązane wideo

W normalnych warunkach atom jest elektrycznie obojętny. W tym przypadku jądro atomu składające się z protonów i neutronów jest dodatnie, a elektrony mają ładunek ujemny. Przy nadmiarze lub braku elektronów atom zamienia się w jon.

Instrukcja

Związki chemiczne może mieć charakter molekularny lub jonowy. Cząsteczki są również elektrycznie obojętne, a jony mają pewien ładunek. Tak więc cząsteczka amoniaku NH3 jest obojętna, ale jon amonowy NH4+ jest naładowany dodatnio. Wiązania w cząsteczce amoniaku utworzone przez typ wymiany. Czwarty atom wodoru jest dodawany zgodnie z mechanizmem donora-akceptora, to też jest wiązanie kowalencyjne. Amon powstaje, gdy amoniak reaguje z roztworami kwasów.

Ważne jest, aby zrozumieć, że ładunek jądra pierwiastka nie zależy od przemian chemicznych. Bez względu na to, ile elektronów dodasz lub zabierzesz, ładunek jądra pozostaje taki sam. Na przykład atom O, anion O- i kation O+ charakteryzują się tym samym ładunkiem jądrowym +8. W tym przypadku atom ma 8 elektronów, anion 9, kation - 7. Samo jądro można zmienić tylko poprzez przemiany jądrowe.

Najpopularniejszy typ reakcje jądrowe- rozpad radioaktywny, który może mieć miejsce w środowisko naturalne. Masę atomową pierwiastków ulegających takiemu rozpadowi ujęto w nawiasy kwadratowe. To znaczy, że Liczba masowa nietrwałe, zmieniające się w czasie.

W układzie okresowym pierwiastków D.I. Srebro Mendelejewa ma numer seryjny 47 i oznaczenie „Ag” (argentum). Nazwa tego metalu prawdopodobnie pochodzi od łacińskiego „argos”, co oznacza „biały”, „błyszczący”.

Instrukcja

Srebro było znane ludzkości już w IV tysiącleciu p.n.e. W Starożytny Egipt nazywano go nawet „białym złotem”. Metal ten występuje w naturze zarówno w postaci natywnej, jak i w postaci związków, na przykład siarczków. Samorodki srebra są ciężkie i często zawierają zanieczyszczenia złota, rtęci, miedzi, platyny, antymonu i bizmutu.

Właściwości chemiczne srebra.

Srebro należy do grupy metali przejściowych i posiada wszystkie właściwości metali. Jednak aktywność srebra jest niewielka – w elektrochemicznych szeregach napięć metali znajduje się ono na prawo od wodoru, prawie na samym końcu. W związkach srebro najczęściej wykazuje stopień utlenienia +1.

W normalnych warunkach srebro nie reaguje z tlenem, wodorem, azotem, węglem, krzemem, ale z siarką tworząc siarczek srebra: 2Ag+S=Ag2S. Po podgrzaniu srebro oddziałuje z halogenami: 2Ag+Cl2=2AgCl↓.

Rozpuszczalny azotan srebra AgNO3 służy do jakościowego oznaczania jonów halogenkowych w roztworze – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. Na przykład podczas interakcji z anionami chloru srebro daje nierozpuszczalny biały osad AgCl↓.

Dlaczego sztućce ciemnieją pod wpływem powietrza?

Powodem stopniowej produkcji wyrobów ze srebra jest to, że srebro reaguje z siarkowodorem zawartym w powietrzu. W efekcie na powierzchni metalu tworzy się warstwa Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

Atomy dowolnej substancji są cząstkami obojętnymi elektrycznie. Atom składa się z jądra i zbioru elektronów. Jądro niesie ładunek dodatni, którego całkowity ładunek jest równy sumie ładunków wszystkich elektronów atomu.

Ogólne informacje o ładunku jądra atomu

Ładunek jądra atomu określa położenie pierwiastka w układzie okresowym D.I. Mendelejewa i odpowiednio właściwości chemiczne substancji składającej się z tych atomów i związków tych substancji. Wartość ładunku jądrowego wynosi:

gdzie Z jest numerem pierwiastka w układzie okresowym, e jest wartością ładunku elektronu lub.

Elementy z te same liczby Z, ale różne masy atomowe nazywane są izotopami. Jeśli pierwiastki mają takie same Z, to ich jądro ma taką samą liczbę protonów, a jeśli masy atomowe są różne, to liczba neutronów w jądrach tych atomów jest inna. Na przykład wodór ma dwa izotopy: deuter i tryt.

Jądra atomów mają ładunek dodatni, ponieważ składają się z protonów i neutronów. Proton to stabilna cząstka należąca do klasy hadronów, która jest jądrem atomu wodoru. Proton to dodatnio naładowana cząstka. Jego ładunek jest równy modułowi ładunku elementarnego, to znaczy wielkości ładunku elektronu. Ładunek protonu jest często oznaczany jako , wtedy możemy napisać, że:

Masa spoczynkowa protonu () jest w przybliżeniu równa:

Możesz dowiedzieć się więcej o protonie czytając rozdział "Ładowanie protonu".

Eksperymenty z ładunkiem jądrowym

Moseley jako pierwszy zmierzył ładunki jądrowe w 1913 roku. Pomiary były pośrednie. Naukowiec określił zależność między częstotliwością promieniowania rentgenowskiego () a ładunkiem jądra Z.

gdzie C i B są stałymi niezależnymi od elementu dla rozważanego szeregu promieniowania.

Chadwick zmierzył ładunek jądrowy bezpośrednio w 1920 roku. Przeprowadził on rozpraszanie cząstek na foliach metalowych, w rzeczywistości powtarzając eksperymenty Rutherforda, które doprowadziły Rutherforda do budowy model jądrowy atom.

W tych eksperymentach cząstki przepuszczano przez cienką folię metalową. Rutherford stwierdził, że w większości przypadków cząstki przechodziły przez folię, odchylając się pod małymi kątami od pierwotnego kierunku ruchu. Tłumaczy się to tym, że - cząstki odchylają się pod wpływem sił elektrycznych elektronów, które mają znacznie mniejszą masę niż - cząstki. Czasami, dość rzadko, cząstki były odchylane pod kątem przekraczającym 90 o . Rutherford wyjaśnił ten fakt obecnością ładunku w atomie, który jest zlokalizowany w małej objętości, a ładunek ten jest związany z masą znacznie większą niż masa cząstki.

W celu matematycznego opisu wyników swoich eksperymentów Rutherford wyprowadził wzór określający rozkład kątowy - cząstek po ich rozproszeniu przez atomy. Wyprowadzając ten wzór, naukowiec wykorzystał prawo Coulomba dla ładunków punktowych i jednocześnie uważał, że masa jądra atomu jest znacznie większa niż masa cząstek. Wzór Rutherforda można zapisać jako:

gdzie n to liczba jąder rozpraszających na jednostkę powierzchni folii; N to liczba - cząstek, które w ciągu 1 sekundy przechodzą przez pojedynczy obszar, prostopadle do kierunku przepływu - cząstki; - liczba cząstek, które są rozproszone wewnątrz kąta bryłowego - ładunek centrum rozpraszania; - masa - cząstki; - kąt ugięcia - cząstki; v - prędkość - cząstki.

Wzór Rutherforda (3) można wykorzystać do wyznaczenia ładunku jądra atomu (Z), jeśli porównamy liczbę padających cząstek (N) z liczbą (dN) cząstek rozproszonych pod kątem, to funkcja będzie zależeć tylko od ładunku jądra rozpraszającego. Przeprowadzając eksperymenty i stosując wzór Rutherforda, Chadwick odkrył ładunki jąder platyny, srebra i miedzi.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenie	Naświetlana jest metalowa płyta - cząsteczkami o dużej prędkości. Część tych cząstek podczas elastycznego oddziaływania z jądrami atomów metali zmienia kierunek ich ruchu na przeciwny. Jaki jest ładunek jądra atomów metalu (q), jeśli minimalna odległość zbliżenie cząstki i jądra jest równe r. Masa cząstki jest równa jej prędkości v. Przy rozwiązywaniu problemu można pominąć efekty relatywistyczne. Cząstki są uważane za punktowe, jądro jest nieruchome i punktowe.
Decyzja	Zróbmy rysunek. Poruszając się w kierunku jądra atomu, cząsteczka pokonuje siłę Coulomba, która odpycha ją od jądra, ponieważ cząsteczka i jądro mają ładunki dodatnie. Energia kinetyczna poruszającej się cząstki jest przekształcana w energię potencjalną oddziaływania między jądrem atomu metalu a cząsteczką. Za podstawę rozwiązania problemu należy przyjąć prawo zachowania energii.: Energię potencjalną cząstek naładowanych punktowo znajdujemy jako: gdzie ładunek cząstek wynosi: , ponieważ i - cząstki są jądrem atomu helu, który składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów, ponieważ zakładamy, że eksperyment przeprowadza się w powietrzu. Energia kinetyczna - cząstki przed zderzeniem z jądrem atomu jest równa: Zgodnie z (1.1) przyrównujemy właściwe części wyrażeń (1.2) i (1.3), mamy: Ze wzoru (1.4) wyrażamy ładunek jądra:
Odpowiedź

Że wszystkie rzeczy są zrobione cząstki elementarne naukowcy założyli Starożytna Grecja. Ale w tamtych czasach nie było sposobu, aby ten fakt udowodnić lub obalić. Tak, a właściwości atomów w starożytności można było tylko zgadywać na podstawie własnych obserwacji różnych substancji.

Dopiero w XIX wieku, a potem pośrednio, można było udowodnić, że wszystkie substancje składają się z cząstek elementarnych. Jednocześnie fizycy i chemicy na całym świecie próbowali stworzyć ujednoliconą teorię cząstek elementarnych, opisującą ich budowę i wyjaśniającą różne właściwości, takie jak np. ładunek jądra.

Prace wielu naukowców poświęcone były badaniu molekuł, atomów i ich budowy. Fizyka stopniowo przeniosła się do badania mikroświata - cząstek elementarnych, ich interakcji i właściwości. Naukowcy zaczęli się zastanawiać, na czym polega stawianie hipotez i próba ich przynajmniej pośredniego udowodnienia.

W rezultacie za podstawową teorię przyjęto teorię planetarną zaproponowaną przez Ernesta Rutherforda i Nielsa Bohra. Zgodnie z tą teorią ładunek jądra dowolnego atomu jest dodatni, podczas gdy elektrony naładowane ujemnie krążą po swoich orbitach, ostatecznie czyniąc atom elektrycznie obojętnym. Z biegiem czasu teoria ta została wielokrotnie potwierdzona. różnego rodzaju eksperymenty, zaczynając od eksperymentów jednego z jej współautorów.

Nowoczesny Fizyka nuklearna uważa teorię Rutherforda-Bohra za fundamentalną, wszystkie badania atomów i ich pierwiastków są na niej oparte. Z drugiej strony większość hipotez, które pojawiły się w ciągu ostatnich 150 lat, nie została praktycznie potwierdzona. Okazuje się, że większość fizyki jądrowej jest teoretyczna ze względu na bardzo małe rozmiary badanych obiektów.

Oczywiście w nowoczesny świat określenie ładunku np. jądra aluminium (lub dowolnego innego pierwiastka) jest znacznie łatwiejsze niż w XIX wieku, a tym bardziej w starożytnej Grecji. Ale dokonując nowych odkryć w tej dziedzinie, naukowcy czasami dochodzą do zaskakujących wniosków. Próbując znaleźć rozwiązanie jednego problemu, fizyka napotyka nowe problemy i paradoksy.

Początkowo teoria Rutherforda mówi, że właściwości chemiczne substancji zależą od ładunku jądra jej atomu, a w rezultacie od liczby elektronów krążących po jej orbitach. Współczesna chemia i fizyka w pełni potwierdzają tę wersję. Pomimo faktu, że badanie struktury molekuł zostało początkowo odrzucone przez najprostszy model- atom wodoru, którego ładunek jądrowy wynosi 1, teoria w pełni odnosi się do wszystkich elementów układu okresowego pierwiastków, w tym do tych uzyskanych sztucznie pod koniec ostatniego tysiąclecia.

Ciekawe, że na długo przed badaniami Rutherforda angielski chemik, z wykształcenia lekarz, William Prout, zauważył, że środek ciężkości różne substancje jest wielokrotnością tego indeksu wodoru. Następnie zasugerował, że wszystkie inne pierwiastki składają się po prostu z wodoru na najprostszym poziomie. Że na przykład cząsteczka azotu to 14 takich minimalnych cząstek, tlen to 16 itd. Jeśli rozważymy tę teorię globalnie w nowoczesnej interpretacji, to na ogół jest ona poprawna.