ประจุของนิวเคลียสของอะตอมถูกกำหนดโดยปริมาณ นิวเคลียสของอะตอม: ประจุนิวเคลียร์

ค่าเคอร์เนล () ตั้งอยู่ องค์ประกอบทางเคมีในตาราง D.I. เมนเดเลเยฟ. ค่า Z คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส Cl คือประจุของโปรตอนซึ่งมีขนาดเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน

เราเน้นย้ำอีกครั้งว่าประจุนิวเคลียร์เป็นตัวกำหนดจำนวนประจุบวกพื้นฐานที่เป็นประจุบวกของโปรตอน และเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วอะตอมเป็นระบบที่เป็นกลาง ประจุของนิวเคลียสจึงกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมด้วย และเราจำได้ว่าอิเล็กตรอนมีประจุพื้นฐานเป็นลบ อิเล็กตรอนในอะตอมมีการกระจายไปทั่วเปลือกพลังงานและเปลือกย่อยขึ้นอยู่กับจำนวน ดังนั้นประจุของนิวเคลียสจึงมีผลอย่างมากต่อการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในสภาวะของอิเล็กตรอน จำนวนอิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานสุดท้ายขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติทางเคมีอะตอม. ปรากฎว่าประจุของนิวเคลียสกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของสาร

ปัจจุบันเป็นธรรมเนียมที่จะต้องระบุองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ดังนี้ โดยที่ X เป็นสัญลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุซึ่งสอดคล้องกับประจุ

องค์ประกอบที่มี Z เหมือนกัน แต่มีมวลอะตอมต่างกัน (A) (หมายความว่าในนิวเคลียส เบอร์เดียวกันโปรตอนแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน) เรียกว่าไอโซโทป ดังนั้นไฮโดรเจนจึงมีไอโซโทปสองไอโซโทป: 1 1 H-ไฮโดรเจน; 2 1 H-ดิวเทอเรียม; 3 1 H-ไอโซโทป

มีไอโซโทปที่เสถียรและไม่เสถียร

นิวเคลียสที่มีมวลเท่ากันแต่ประจุต่างกันเรียกว่าไอโซบาร์ ไอโซบาร์ส่วนใหญ่พบในนิวเคลียสหนักและเป็นคู่หรือสามกลุ่ม ตัวอย่างเช่น และ .

การวัดประจุนิวเคลียร์ทางอ้อมครั้งแรกเกิดขึ้นโดย Moseley ในปี 1913 เขาได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของลักษณะเฉพาะ รังสีเอกซ์() และประจุนิวเคลียร์ (Z):

โดยที่ C และ B เป็นค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นกับองค์ประกอบสำหรับชุดการแผ่รังสีที่พิจารณา

ประจุของนิวเคลียสถูกกำหนดโดย Chadwick โดยตรงในปี 1920 ในขณะที่ศึกษาการกระเจิงของนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมบนแผ่นฟิล์มโลหะ

องค์ประกอบหลัก

นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเรียกว่าโปรตอน มวลของโปรตอนคือ:

นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน (เรียกรวมกันว่านิวคลีออน) นิวตรอนถูกค้นพบในปี 1932 มวลของนิวตรอนอยู่ใกล้กับมวลของโปรตอนมาก นิวตรอน ค่าไฟฟ้าไม่ได้มี.

ผลรวมของจำนวนโปรตอน (Z) และจำนวนนิวตรอน (N) ในนิวเคลียสเรียกว่ามวล A:

เนื่องจากมวลของนิวตรอนและโปรตอนอยู่ใกล้กันมาก แต่ละตัวจึงมีหน่วยมวลอะตอมเกือบเท่ากัน มวลของอิเล็กตรอนในอะตอมนั้นน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสมาก ดังนั้นจึงเชื่อกันว่า เลขมวลนิวเคลียสจะเท่ากับมวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุโดยประมาณเมื่อปัดเศษเป็นจำนวนเต็มที่ใกล้เคียงที่สุด

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

งาน

นิวเคลียสเป็นระบบที่เสถียรมาก ดังนั้น โปรตอนและนิวตรอนจึงต้องอยู่ภายในนิวเคลียสด้วยแรงบางอย่าง คุณจะพูดอะไรเกี่ยวกับกองกำลังเหล่านี้ได้บ้าง?

สารละลาย

สามารถสังเกตได้ทันทีว่าแรงที่ยึดนิวคลีออนไม่ได้เป็นของแรงโน้มถ่วงซึ่งอ่อนเกินไป ความเสถียรของนิวเคลียสไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากระหว่างโปรตอน เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุที่มีเครื่องหมายเดียวกัน จึงมีได้เพียงการผลักไฟฟ้าเท่านั้น นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ระหว่างนิวคลีออนกระทำ ชนิดพิเศษแรงที่เรียกว่าแรงนิวเคลียร์ แรงเหล่านี้แรงกว่าแรงไฟฟ้าเกือบ 100 เท่า แรงนิวเคลียร์เป็นกองกำลังที่มีอำนาจมากที่สุดในธรรมชาติ ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในนิวเคลียสเรียกว่าแรง คุณลักษณะต่อไปของแรงนิวเคลียร์คือระยะสั้น แรงนิวเคลียร์สามารถสังเกตได้เฉพาะที่ระยะห่างของหน่วยซม. นั่นคือที่ระยะห่างของขนาดของนิวเคลียส

ตัวอย่าง 2

งาน

อะไร ระยะทางขั้นต่ำนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมซึ่งมีพลังงานจลน์เท่ากับการชนกันแบบตัวต่อตัว สามารถเข้าใกล้นิวเคลียสที่ไม่เคลื่อนที่ของอะตอมตะกั่วได้หรือไม่

สารละลาย

มาวาดรูปกันเถอะ พิจารณาการเคลื่อนที่ของนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ( - อนุภาค) ในสนามไฟฟ้าสถิต ซึ่งสร้างนิวเคลียสที่ไม่เคลื่อนที่ของอะตอมตะกั่ว - อนุภาคเคลื่อนที่เข้าหานิวเคลียสของอะตอมตะกั่วด้วยความเร็วลดลงเป็นศูนย์ เนื่องจากแรงผลักกระทำระหว่างอนุภาคที่มีประจุคล้ายคลึงกัน พลังงานจลน์ที่อนุภาคมีอยู่จะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ - อนุภาคและสนาม () ซึ่งสร้างนิวเคลียสของอะตอมตะกั่ว: เราแสดงพลังงานศักย์ของอนุภาคในสนามไฟฟ้าสถิตดังนี้: ประจุของนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมอยู่ที่ไหน - ความเครียด สนามไฟฟ้าสถิตซึ่งสร้างนิวเคลียสของอะตอมตะกั่ว จาก (2.1) - (2.3) เราได้รับ:

การเรียนการสอน

ในตารางของ D.I. Mendeleev เช่นเดียวกับในอาคารหลายชั้น อาคารอพาร์ทเม้น"" องค์ประกอบทางเคมีซึ่งแต่ละส่วนมีส่วนประกอบเป็นของตัวเอง อพาร์ทเมนต์ของตัวเอง. ดังนั้นแต่ละองค์ประกอบจึงมีหมายเลขซีเรียลที่ระบุในตาราง การนับองค์ประกอบทางเคมีเริ่มจากซ้ายไปขวาและจากด้านบน ในตาราง แถวแนวนอนเรียกว่าจุด และคอลัมน์แนวตั้งเรียกว่ากลุ่ม นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะด้วยจำนวนของกลุ่มหรือช่วงเวลา คุณสามารถกำหนดพารามิเตอร์บางตัวได้ อะตอม.

อะตอมเป็นสารเคมีที่แบ่งแยกไม่ได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ประกอบด้วยอะตอมที่เล็กกว่า ส่วนประกอบซึ่งรวมถึง (อนุภาคที่มีประจุบวก), (ประจุลบ) (อนุภาคที่เป็นกลาง) จำนวนมาก อะตอมในนิวเคลียส (เนื่องจากโปรตอนและนิวตรอน) ซึ่งอิเล็กตรอนโคจรรอบ โดยทั่วไป อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือ จำนวนของบวก ค่าใช้จ่ายเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนลบ ดังนั้น จำนวนโปรตอนจึงเท่ากัน ประจุบวก นิวเคลียส อะตอมเกิดขึ้นเพียงค่าใช้จ่ายของโปรตอน

ตัวอย่างที่ 1 กำหนดค่าใช้จ่าย นิวเคลียส อะตอมคาร์บอน (C) เราเริ่มวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของคาร์บอนโดยเน้นที่ตารางของ D.I. Mendeleev คาร์บอนอยู่ใน “อพาร์ตเมนต์” ลำดับที่ 6 ดังนั้นมัน นิวเคลียส+6 เนื่องจาก 6 โปรตอน (อนุภาคที่มีประจุบวก) ที่อยู่ในนิวเคลียส เนื่องจากอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า หมายความว่าจะมีอิเล็กตรอน 6 ตัวด้วย

ตัวอย่างที่ 2 กำหนดค่าใช้จ่าย นิวเคลียส อะตอมอะลูมิเนียม (อัล) อลูมิเนียมมีหมายเลขซีเรียล - ลำดับที่ 13 ดังนั้นประจุ นิวเคลียส อะตอมอลูมิเนียม +13 (เนื่องจาก 13 โปรตอน) จะมีอิเลคตรอน 13 ตัว

ตัวอย่างที่ 3 กำหนดค่าใช้จ่าย นิวเคลียส อะตอมเงิน (Ag). เงินมีหมายเลขซีเรียล - เลขที่ 47 ดังนั้นค่าใช้จ่าย นิวเคลียส อะตอมเงิน + 47 (เนื่องจาก 47 โปรตอน) นอกจากนี้ยังมีอิเล็กตรอน 47 ตัว

บันทึก

ในตารางของ D.I. Mendeleev ค่าตัวเลขสองค่าจะถูกระบุในเซลล์เดียวสำหรับแต่ละองค์ประกอบทางเคมี อย่าสับสนระหว่างเลขอะตอมกับมวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วย นิวเคลียสและ เปลือกอิเล็กตรอน. นิวเคลียสเป็นศูนย์กลางของอะตอมซึ่งมีมวลเกือบทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ นิวเคลียสมีค่าเป็นบวกต่างจากเปลือกอิเล็กตรอน ค่าใช้จ่าย.

คุณจะต้องการ

• เลขอะตอมของธาตุเคมี กฎของโมสลีย์

การเรียนการสอน

ทางนี้, ค่าใช้จ่าย นิวเคลียสเท่ากับจำนวนโปรตอน ในทางกลับกัน จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเท่ากับเลขอะตอม ตัวอย่างเช่น เลขอะตอมของไฮโดรเจนคือ 1 นั่นคือ นิวเคลียสของไฮโดรเจนประกอบด้วยหนึ่งโปรตอน has ค่าใช้จ่าย+1 เลขอะตอมของโซเดียมคือ 11, ค่าใช้จ่ายของเขา นิวเคลียสเท่ากับ +11

ในการสลายตัวของอัลฟา นิวเคลียสเลขอะตอมของมันลดลงสองเท่าโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา ( นิวเคลียสอะตอม). ดังนั้นจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสที่มีการสลายตัวของอัลฟาก็ลดลงเช่นกัน
การสลายตัวของเบต้าสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี ในกรณีของการสลายตัวของ "เบต้า-ลบ" นิวตรอนจะเปลี่ยนเป็นแอนตินิวตริโนเมื่อถูกปล่อยออกมา แล้ว ค่าใช้จ่าย นิวเคลียสต่อหน่วย.
ในกรณีของการสลายตัวของเบต้าบวก โปรตอนจะกลายเป็นนิวตรอน โพซิตรอน และนิวตริโน ค่าใช้จ่าย นิวเคลียสลดลงหนึ่ง
กรณีจับอิเล็กทรอนิกส์ ค่าใช้จ่าย นิวเคลียสก็ลดลงไปหนึ่งด้วย

ค่าใช้จ่าย นิวเคลียสนอกจากนี้ยังสามารถกำหนดได้จากความถี่ของเส้นสเปกตรัม รังสีลักษณะเฉพาะอะตอม. ตามกฎของ Moseley: sqrt(v/R) = (Z-S)/n โดยที่ v คือรังสีลักษณะสเปกตรัม R คือค่าคงที่ Rydberg S คือค่าคงที่การคัดกรอง n คือเลขควอนตัมหลัก
ดังนั้น Z = n*sqrt(v/r)+s

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

ที่มา:

• ประจุนิวเคลียร์เปลี่ยนแปลงอย่างไร?

อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของแต่ละองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติทางเคมี ทั้งการดำรงอยู่และโครงสร้างของอะตอมเป็นหัวข้อของการอภิปรายและการศึกษาตั้งแต่สมัยโบราณ พบว่าโครงสร้างของอะตอมมีความคล้ายคลึงกันกับโครงสร้าง ระบบสุริยะ: ตรงกลางคือนิวเคลียสซึ่งใช้พื้นที่น้อยมาก แต่มีความเข้มข้นในตัวเองเกือบทั้งมวล "ดาวเคราะห์" โคจรรอบมัน - อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ค่าใช้จ่าย. คุณสามารถหาค่าใช้จ่ายได้อย่างไร? นิวเคลียสอะตอม?

การเรียนการสอน

อะตอมใดๆ ก็ตามที่มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่เนื่องจากพวกมันติดลบ ค่าใช้จ่ายจะต้องสมดุลด้วยประจุที่ตรงกันข้าม นี่เป็นเรื่องจริง เชิงบวก ค่าใช้จ่ายนำอนุภาคที่เรียกว่าโปรตอนซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม โปรตอนมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนมาก โดยมีน้ำหนักมากถึง 1836 อิเล็กตรอน!

กรณีที่ง่ายที่สุดคืออะตอมไฮโดรเจนของธาตุแรกในตารางธาตุ เมื่อมองดูตารางจะเห็นว่าเป็นตัวเลขแรก และนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียวซึ่งมีเพียงตัวเดียวที่หมุนรอบ เป็นไปตามนั้น นิวเคลียสอะตอมไฮโดรเจนคือ +1

นิวเคลียสของธาตุอื่นๆ ไม่ได้มีเพียงโปรตอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึง "นิวตรอน" ที่เรียกว่า "นิวตรอน" ด้วย อย่างที่คุณบอกได้ง่าย ๆ จากชื่อของมันเอง พวกมันไม่มีค่าธรรมเนียมใดๆ เลย ไม่ว่าจะเป็นค่าลบหรือค่าบวก ดังนั้น จำไว้ว่า ไม่ว่าอะตอมจะรวมนิวตรอนกี่ตัวก็ตาม นิวเคลียสพวกมันส่งผลกระทบต่อมวลของมันเท่านั้น แต่ไม่ส่งผลต่อประจุของมัน

ดังนั้น ขนาดของประจุบวก นิวเคลียสอะตอมขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนเท่านั้น แต่เนื่องจากตามที่ระบุไว้แล้ว อะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า นิวเคลียสของมันต้องมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน หมุนรอบ นิวเคลียส. จำนวนโปรตอนถูกกำหนดโดยหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบในตารางธาตุ

พิจารณาองค์ประกอบหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น มีชื่อเสียงและมีความสำคัญ ออกซิเจนที่จำเป็นตั้งอยู่ใน "เซลล์" ที่หมายเลข 8 ดังนั้นนิวเคลียสของมันมี 8 โปรตอนและประจุ นิวเคลียสจะเป็น +8 เหล็กครอบครอง "เซลล์" ที่มีหมายเลข 26 และมีค่าใช้จ่าย นิวเคลียส+26. และโลหะ - ด้วยหมายเลข 79 - จะมีประจุเหมือนกันทุกประการ นิวเคลียส(79) พร้อมเครื่องหมาย + ดังนั้น อะตอมออกซิเจนจึงมีอิเล็กตรอน 8 ตัว อะตอม - 26 และอะตอมสีทอง - 79

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

ภายใต้สภาวะปกติ อะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า ในกรณีนี้ นิวเคลียสของอะตอม ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนเป็นค่าบวก และอิเล็กตรอนมีประจุลบ เมื่อมีอิเล็กตรอนมากเกินไปหรือขาดหายไป อะตอมจะเปลี่ยนเป็นไอออน

การเรียนการสอน

สารประกอบเคมีอาจเป็นโมเลกุลหรือไอออนิกในธรรมชาติ โมเลกุลยังเป็นกลางทางไฟฟ้าและไอออนก็มีประจุอยู่บ้าง ดังนั้น โมเลกุลแอมโมเนีย NH3 จึงเป็นกลาง แต่แอมโมเนียมไอออน NH4+ นั้นมีประจุบวก พันธะในโมเลกุลแอมโมเนียที่เกิดขึ้นจากชนิดแลกเปลี่ยน อะตอมไฮโดรเจนที่สี่ถูกเติมตามกลไกการรับผู้บริจาค นี่ก็เช่นกัน พันธะโควาเลนต์. แอมโมเนียมเกิดขึ้นเมื่อแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าประจุของนิวเคลียสของธาตุไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ไม่ว่าคุณจะเพิ่มหรือถอดอิเล็กตรอนกี่ตัว ประจุของนิวเคลียสก็ยังคงเท่าเดิม ตัวอย่างเช่น อะตอม O ไอออน O- และไอออนบวก O+ มีลักษณะเฉพาะด้วยประจุนิวเคลียร์ +8 เดียวกัน ในกรณีนี้ อะตอมมีอิเล็กตรอน 8 ตัว แอนไอออน 9 ไอออนบวก - 7 นิวเคลียสสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยผ่านการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์เท่านั้น

ประเภทที่พบบ่อยที่สุด ปฏิกิริยานิวเคลียร์- การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นใน สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ. มวลอะตอมของธาตุที่ผ่านการสลายตัวดังกล่าวจะอยู่ในวงเล็บเหลี่ยม ซึ่งหมายความว่าจำนวนมวลไม่คงที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

ในตารางธาตุ D.I. Mendeleev silver มีหมายเลข 47 และชื่อ "Ag" (argentum) ชื่อของโลหะนี้อาจมาจากภาษาละตินว่า "argos" ซึ่งแปลว่า "สีขาว" "แวววาว"

การเรียนการสอน

มนุษย์รู้จักเงินตั้งแต่ช่วงสหัสวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช ใน อียิปต์โบราณมันถูกเรียกว่า "ทองคำขาว" โลหะชนิดนี้พบได้ในธรรมชาติทั้งในรูปแบบดั้งเดิมและในรูปของสารประกอบ เช่น ซัลไฟด์ นักเก็ตเงินมีน้ำหนักมากและมักมีสิ่งเจือปนของทองคำ ปรอท ทองแดง ทองคำขาว พลวง และบิสมัท

คุณสมบัติทางเคมีของเงิน

เงินเป็นกลุ่มของโลหะทรานซิชันและมีคุณสมบัติทั้งหมดของโลหะ อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของเงินมีน้อย - ในชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ มันตั้งอยู่ทางด้านขวาของไฮโดรเจน เกือบจะในตอนท้ายสุด ในสารประกอบ เงินส่วนใหญ่มักแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +1

ภายใต้สภาวะปกติ เงินจะไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน คาร์บอน ซิลิกอน แต่ทำปฏิกิริยากับกำมะถัน ทำให้เกิดซิลเวอร์ซัลไฟด์: 2Ag+S=Ag2S เมื่อถูกความร้อน เงินจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน: 2Ag+Cl2=2AgCl↓

ซิลเวอร์ไนเตรตที่ละลายน้ำได้ AgNO3 ใช้สำหรับการกำหนดคุณภาพของไอออนเฮไลด์ในสารละลาย – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓ ตัวอย่างเช่น เมื่อทำปฏิกิริยากับคลอรีนแอนไอออน เงินจะให้สารที่ไม่ละลายน้ำ ตกตะกอนสีขาว AgCl↓.

ทำไมเครื่องเงินถึงมืดเมื่อสัมผัสกับอากาศ?

สาเหตุของการผลิตผลิตภัณฑ์เงินอย่างค่อยเป็นค่อยไปนั้นเป็นเพราะเงินทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่มีอยู่ในอากาศ เป็นผลให้เกิดฟิล์ม Ag2S ขึ้นบนพื้นผิวโลหะ: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O

จาก แบบจำลองดาวเคราะห์โครงสร้างของอะตอม เรารู้ว่าอะตอมเป็นนิวเคลียส และมีเมฆอิเล็กตรอนหมุนรอบมัน ยิ่งไปกว่านั้น ระยะห่างระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสนั้นมากกว่าขนาดของนิวเคลียสเองหลายหมื่นเท่า

แกนกลางคืออะไร? เป็นลูกบอลขนาดเล็กที่แบ่งแยกไม่ได้หรือประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าหรือไม่? ไม่มีกล้องจุลทรรศน์สักตัวเดียวในโลกที่สามารถแสดงให้เราเห็นได้ชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับนี้ ทุกอย่างเล็กเกินไป แล้วจะเป็นยังไง? เป็นไปได้ไหมที่จะศึกษาฟิสิกส์ของนิวเคลียสของอะตอม? จะค้นหาองค์ประกอบและลักษณะของนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างไรหากไม่สามารถศึกษาได้?

ประจุของนิวเคลียสของอะตอม

ด้วยการทดลองทางอ้อมที่หลากหลาย การแสดงสมมติฐานและการทดสอบในทางปฏิบัติ ผ่านการลองผิดลองถูก นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถตรวจสอบโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมได้ ปรากฎว่านิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่า ขนาดของนิวเคลียส ประจุ และคุณสมบัติทางเคมีของสารขึ้นอยู่กับจำนวนของอนุภาคเหล่านี้ นอกจากนี้ อนุภาคเหล่านี้มีประจุบวก ซึ่งชดเชยประจุลบของอิเล็กตรอนของอะตอม อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าโปรตอน จำนวนของพวกเขาในสถานะปกติจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนเสมอ คำถามเกี่ยวกับวิธีการตรวจสอบประจุของนิวเคลียสไม่ได้อยู่อีกต่อไปประจุของนิวเคลียสของอะตอมในสถานะเป็นกลางจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่หมุนรอบตัวเสมอและอยู่ตรงข้ามกับประจุของอิเล็กตรอน และนักฟิสิกส์ได้เรียนรู้วิธีการกำหนดจำนวนและประจุของอิเล็กตรอนแล้ว

โครงสร้างของนิวเคลียสอะตอม: โปรตอนและนิวตรอน

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการวิจัยเพิ่มเติม ปัญหาใหม่ก็เกิดขึ้น ปรากฎว่าโปรตอนซึ่งมีประจุเท่ากันในบางกรณีมีมวลต่างกันสองเท่า สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามและความไม่สอดคล้องกันมากมาย ในท้ายที่สุด เป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม นอกเหนือไปจากโปรตอน ยังรวมถึงอนุภาคบางตัวที่มีมวลเกือบเท่ากับโปรตอน แต่ไม่มีประจุใดๆ อนุภาคเหล่านี้เรียกว่านิวตรอน การตรวจจับนิวตรอนแก้ไขความไม่สอดคล้องกันทั้งหมดในการคำนวณ เป็นผลให้โปรตอนและนิวตรอนซึ่งเป็นองค์ประกอบของนิวเคลียสถูกเรียกว่านิวคลีออน การคำนวณค่าใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะของแกนกลางนั้นเข้าใจง่ายขึ้นมาก นิวตรอนไม่ได้มีส่วนร่วมในการก่อตัวของประจุนิวเคลียร์ดังนั้นอิทธิพลของพวกมันต่อคุณสมบัติทางเคมีของสสารจึงไม่ปรากฏในทางปฏิบัติอย่างไรก็ตามนิวตรอนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของมวลของนิวเคลียสตามลำดับส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติความโน้มถ่วงของอะตอม นิวเคลียส. ดังนั้นจึงมีอิทธิพลทางอ้อมของนิวตรอนต่อคุณสมบัติของสสาร แต่ไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่ง

เบลกิ้น ไอ.เค. ประจุของนิวเคลียสอะตอมและระบบธาตุของเมนเดเลเยฟ // Kvant - พ.ศ. 2527 - ลำดับที่ 3 - ส. 31-32.

โดยข้อตกลงพิเศษกับกองบรรณาธิการและบรรณาธิการวารสาร "Kvant"

แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมเกิดขึ้นในปี 2454-2456 หลังจากการทดลองที่มีชื่อเสียงของรัทเธอร์ฟอร์ดเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคแอลฟา ในการทดลองนี้พบว่า α -อนุภาค (ประจุเป็นบวก) ที่ตกลงมาบนแผ่นฟอยล์โลหะบาง ๆ บางครั้งก็เบี่ยงเบนไปจากมุมที่กว้างและถูกเหวี่ยงกลับ สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าประจุบวกในอะตอมนั้นมีความเข้มข้นในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น หากเราจินตนาการว่าเป็นลูกบอล ดังที่รัทเธอร์ฟอร์ดกำหนด รัศมีของลูกบอลนี้ควรอยู่ที่ประมาณ 10 -14 -10 -15 ม. ซึ่งเท่ากับหลายหมื่นครั้ง ขนาดเล็กลงอะตอมโดยรวม (~10 -10 ม.) จะมีประจุบวกเพียงเล็กน้อยใกล้ๆ เท่านั้น สนามไฟฟ้าทิ้งได้ α - อนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 20,000 กม./วินาที รัทเทอร์ฟอร์ดเรียกส่วนนี้ของอะตอมว่านิวเคลียส

นี่คือที่มาของแนวคิดที่ว่าอะตอมของสสารใดๆ ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ซึ่งการดำรงอยู่ของอะตอมนั้นเกิดขึ้นก่อนหน้านี้ เห็นได้ชัดว่า เนื่องจากอะตอมโดยรวมเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุของนิวเคลียสจึงต้องเป็นตัวเลขเท่ากับประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่มีอยู่ในอะตอม ถ้าเราแสดงโมดูลัสประจุอิเล็กตรอนด้วยตัวอักษร อี(ค่าประถม) แล้วก็ค่า qฉันแกนควรจะเท่ากัน qผม = เซ, ที่ไหน Zเป็นจำนวนเต็มเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอม แต่เลขอะไร Z? ค่าใช้จ่ายคืออะไร qฉันหลัก?

จากการทดลองของ Rutherford ซึ่งทำให้สามารถกำหนดขนาดของนิวเคลียสได้ โดยหลักการแล้ว เป็นไปได้ที่จะกำหนดค่าของประจุของนิวเคลียส ในที่สุดสนามไฟฟ้าที่ปฏิเสธ α -อนุภาคไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับขนาด แต่ยังขึ้นกับประจุของนิวเคลียสด้วย และรัทเทอร์ฟอร์ดประมาณการประจุของนิวเคลียส ตาม Rutherford ประจุนิวเคลียร์ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลอะตอมสัมพัทธ์โดยประมาณ แต่, คูณด้วยค่าใช้จ่ายเบื้องต้น อี, เช่น

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

แต่ที่น่าแปลกก็คือ ภาระที่แท้จริงของนิวเคลียสไม่ได้เกิดขึ้นโดย Rutherford แต่โดยหนึ่งในผู้อ่านบทความและรายงานของเขา นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Van den Broek (1870-1926) เป็นเรื่องแปลกเพราะ Van den Broek ไม่ใช่นักฟิสิกส์ด้านการศึกษาและวิชาชีพ แต่เป็นนักกฎหมาย

ทำไมรัทเทอร์ฟอร์ดเมื่อทำการประเมินประจุของนิวเคลียสของอะตอม มีความสัมพันธ์กับมวลอะตอม? ความจริงก็คือเมื่อในปี 1869 D. I. Mendeleev สร้างขึ้น ระบบเป็นระยะองค์ประกอบทางเคมี เขาจัดองค์ประกอบในลำดับจากน้อยไปมากของมวลอะตอมสัมพัทธ์ของพวกมัน และตลอดสี่สิบปีที่ผ่านมานี้ ทุกคนต่างเคยชินกับความจริงที่ว่าคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีคือสัมพัทธ์ มวลอะตอมว่าเป็นสิ่งที่แยกความแตกต่างจากองค์ประกอบอื่น

ในขณะเดียวกัน ณ เวลานี้ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ความยากลำบากได้เกิดขึ้นกับระบบธาตุ ในการศึกษาปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี ได้ค้นพบธาตุกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่จำนวนหนึ่ง และดูเหมือนว่าจะไม่มีที่สำหรับพวกเขาในระบบของ Mendeleev ดูเหมือนว่าระบบของ Mendeleev จะต้องมีการเปลี่ยนแปลง นี่คือสิ่งที่ Van den Broek กังวลเป็นพิเศษ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เขาเสนอทางเลือกหลายทางสำหรับระบบองค์ประกอบที่ขยายออกไป ซึ่งจะมีพื้นที่เพียงพอ ไม่เพียงแต่สำหรับองค์ประกอบที่มั่นคงที่ยังไม่ถูกค้นพบ (DI Mendeleev เองก็ "ดูแล" สถานที่สำหรับพวกมันด้วย) แต่ยัง สำหรับธาตุกัมมันตรังสีด้วย ฉบับล่าสุดของ Van den Broek เผยแพร่เมื่อต้นปี พ.ศ. 2456 มี 120 แห่งและเซลล์ยูเรเนียมครอบครองหมายเลข 118

ในปีเดียวกันนั้นเอง พ.ศ. 2456 ได้มีการตีพิมพ์ผลงานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการกระเจิง α -อนุภาคขนาดใหญ่ ดำเนินการโดย Geiger และ Marsden ผู้ร่วมงานกันของ Rutherford จากการวิเคราะห์ผลลัพธ์เหล่านี้ Van den Broek ทำ การค้นพบครั้งสำคัญ. เขาพบว่าจำนวน Zในสูตร qผม = เซไม่เท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลสัมพัทธ์ของอะตอมของธาตุเคมี แต่เป็นเลขลำดับ และยิ่งไปกว่านั้น หมายเลขลำดับขององค์ประกอบในระบบ Mendeleev และไม่ใช่ใน Van den Broek ซึ่งเป็นระบบ 120 ท้องถิ่นของเขา ระบบของ Mendeleev ปรากฎว่าไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน!

ตามแนวคิดของ Van den Broek ที่ว่าทุกอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีประจุเท่ากับหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องในระบบ Mendeleev คูณด้วยประจุพื้นฐานและอิเล็กตรอนจำนวน ซึ่งในอะตอมก็เท่ากับหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบด้วย (เช่น อะตอมของทองแดง ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุ 29 อีและอิเล็กตรอน 29 ตัว) เป็นที่ชัดเจนว่า D. I. Mendeleev จัดองค์ประกอบทางเคมีอย่างสังหรณ์ใจในลำดับจากน้อยไปมาก ไม่ใช่มวลอะตอมของธาตุ แต่เป็นประจุของนิวเคลียสของมัน (แม้ว่าเขาจะไม่ทราบเรื่องนี้ก็ตาม) ดังนั้น องค์ประกอบทางเคมีหนึ่งจึงแตกต่างจากอีกองค์ประกอบหนึ่ง ไม่ใช่โดยมวลอะตอม แต่โดยประจุของนิวเคลียสของอะตอม ประจุของนิวเคลียสของอะตอมคือ ลักษณะเด่นองค์ประกอบทางเคมี มีอะตอมขององค์ประกอบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่มีมวลอะตอมเท่ากัน (มีชื่อพิเศษ - ไอโซบาร์)

ความจริงที่ว่าไม่ใช่มวลอะตอมที่กำหนดตำแหน่งของธาตุในระบบยังสามารถเห็นได้จากตารางธาตุ: ในสามแห่งกฎของการเพิ่มมวลอะตอมจะถูกละเมิด ดังนั้นมวลอะตอมสัมพัทธ์ของนิกเกิล (หมายเลข 28) จะน้อยกว่าของโคบอลต์ (หมายเลข 27) สำหรับโพแทสเซียม (หมายเลข 19) จะน้อยกว่าของอาร์กอน (หมายเลข 18) สำหรับไอโอดีน (หมายเลข 53) น้อยกว่าเทลลูเรียม (หมายเลข 52)

ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างประจุของนิวเคลียสของอะตอมและเลขลำดับของธาตุนั้นอธิบายได้ง่าย ๆ เกี่ยวกับกฎการกระจัดของการแปลงกัมมันตภาพรังสี ซึ่งค้นพบในปี 1913 เดียวกัน (ฟิสิกส์ 10, § 103) แท้จริงแล้วเมื่อปล่อยออกมาจากนิวเคลียส α -อนุภาคซึ่งมีประจุเท่ากับประจุพื้นฐานสองประจุ ประจุของนิวเคลียสและด้วยเหตุนี้หมายเลขซีเรียล (ตอนนี้พวกเขามักจะพูดว่า - เลขอะตอม) ควรลดลงสองหน่วย เมื่อเปล่งแสง β -อนุภาค นั่นคือ อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ จะต้องเพิ่มขึ้นหนึ่งหน่วย นี่คือสิ่งที่กฎการกระจัดเป็นเรื่องเกี่ยวกับ

แนวคิดของ Van den Broek ในไม่ช้า (ตามตัวอักษรในปีเดียวกัน) ได้รับการยืนยันจากการทดลองครั้งแรกแม้ว่าจะเป็นทางอ้อมก็ตาม ในเวลาต่อมา ความถูกต้องได้รับการพิสูจน์โดยการวัดประจุของนิวเคลียสของธาตุหลายชนิดโดยตรง เห็นได้ชัดว่าเธอมีบทบาทสำคัญใน พัฒนาต่อไปฟิสิกส์ของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม

ที่ทุกสิ่งประกอบขึ้นจาก อนุภาคมูลฐานนักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า กรีกโบราณ. แต่ในสมัยนั้นไม่มีทางพิสูจน์ความจริงข้อนี้หรือหักล้างได้ ใช่แล้ว และคุณสมบัติของอะตอมในสมัยโบราณทำได้เพียงคาดเดาตามการสังเกตของสารต่างๆ

เป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ว่าสารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานในศตวรรษที่ 19 เท่านั้นและโดยอ้อม ในเวลาเดียวกัน นักฟิสิกส์และนักเคมีทั่วโลกพยายามสร้างทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวของอนุภาคมูลฐาน โดยอธิบายโครงสร้างและอธิบายคุณสมบัติต่างๆ เช่น ประจุของนิวเคลียส

ผลงานของนักวิทยาศาสตร์หลายคนทุ่มเทให้กับการศึกษาโมเลกุล อะตอม และโครงสร้างของพวกมัน ฟิสิกส์ค่อย ๆ ย้ายไปศึกษาไมโครเวิร์ล - อนุภาคมูลฐาน ปฏิสัมพันธ์ และคุณสมบัติ นักวิทยาศาสตร์เริ่มสงสัยว่าการเสนอสมมติฐานและพยายามพิสูจน์ อย่างน้อยก็ทางอ้อมประกอบด้วยอะไรบ้าง

ด้วยเหตุนี้ ทฤษฎีดาวเคราะห์ที่เสนอโดยเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด และนีลส์ บอร์ จึงถูกนำมาใช้เป็นทฤษฎีพื้นฐาน ตามทฤษฎีนี้ ประจุของนิวเคลียสของอะตอมใดๆ ก็ตามเป็นค่าบวก ในขณะที่อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะหมุนในวงโคจรของมัน ทำให้อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าในที่สุด เมื่อเวลาผ่านไป ทฤษฎีนี้ได้รับการยืนยันซ้ำแล้วซ้ำเล่า ชนิดที่แตกต่างการทดลอง โดยเริ่มจากการทดลองของหนึ่งในผู้เขียนร่วมของเธอ

ทันสมัย ฟิสิกส์นิวเคลียร์ถือว่าทฤษฎี Rutherford-Bohr เป็นพื้นฐาน การศึกษาอะตอมและองค์ประกอบของอะตอมทั้งหมดขึ้นอยู่กับมัน ในทางกลับกัน สมมติฐานส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นในช่วง 150 ปีที่ผ่านมายังไม่ได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติ ปรากฎว่าฟิสิกส์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่เป็นทฤษฎีเนื่องจากวัตถุที่อยู่ภายใต้การศึกษามีขนาดเล็กมาก

แน่นอนใน โลกสมัยใหม่การกำหนดประจุของนิวเคลียสของอะลูมิเนียม เช่น (หรือองค์ประกอบอื่นใด) นั้นง่ายกว่าในศตวรรษที่ 19 มาก และยิ่งกว่านั้นในกรีกโบราณ แต่การค้นพบใหม่ๆ ในพื้นที่นี้ บางครั้งนักวิทยาศาสตร์ก็ได้ข้อสรุปที่น่าประหลาดใจ ฟิสิกส์กำลังเผชิญกับปัญหาและความขัดแย้งใหม่ๆ ในการพยายามหาทางแก้ไข

ในขั้นต้น ทฤษฎีของรัทเทอร์ฟอร์ดกล่าวว่าคุณสมบัติทางเคมีของสารขึ้นอยู่กับประจุของนิวเคลียสของอะตอม และเป็นผลให้จำนวนอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ในวงโคจรของมัน เคมีและฟิสิกส์สมัยใหม่ยืนยันเวอร์ชันนี้อย่างเต็มที่ แม้ว่าการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลจะถูกขับไล่ในขั้นต้นโดย รุ่นที่ง่ายที่สุด- อะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีประจุนิวเคลียร์เท่ากับ 1 ทฤษฎีนี้ใช้กับองค์ประกอบทั้งหมดของตารางธาตุอย่างสมบูรณ์ รวมถึงธาตุที่ได้จากการเทียมเมื่อสิ้นสุดสหัสวรรษที่แล้ว

เป็นเรื่องน่าแปลกที่นานก่อนที่การวิจัยของ Rutherford นักเคมีชาวอังกฤษ แพทย์จากการศึกษา William Prout สังเกตว่า แรงดึงดูดเฉพาะ สารต่างๆเป็นทวีคูณของดัชนีไฮโดรเจนนี้ จากนั้นเขาก็แนะนำว่าองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดประกอบด้วยไฮโดรเจนในระดับที่ง่ายที่สุด ตัวอย่างเช่น อนุภาคไนโตรเจนคือ 14 อนุภาคที่น้อยที่สุด ออกซิเจนคือ 16 เป็นต้น หากเราพิจารณาทฤษฎีนี้ทั่วโลกในการตีความสมัยใหม่ โดยทั่วไปแล้วจะถูกต้อง