Масса и заряд протона электрона и нейтрона: столпотворение внутри материи / Хабр

Физики провели новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра

Международный коллектив учёных при участии группы физиков НИИЯФ МГУ провёл в лаборатории Томаса Джефферсона (JLAB) новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра. Исследователи наблюдали прямое выбивание электронами из ядер протонов и нейтронов, а также определяли импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Эксперимент показал, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Такой результат не укладывается в традиционные представления оболочечной модели ядра. Исследование опубликовано в престижном научном журнале Nature.

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Протон и нейтрон имеют практически одинаковую массу (mp = 938,3 МэВ,mn = 939,6 МэВ), но различаются величиной электрического заряда. Протон заряжен положительно Qp = |Qe|, а нейтрон не имеет электрического заряда. Ядерное взаимодействие не зависит от электрического заряда частицы, поэтому эти две частицы объединены одним словом — нуклон. При этом обычно предполагается, что свойства протонов и нейтронов в ядре совпадают со свойствами свободных протонов.

Однако исследования последних десятилетий в области ядерной физики опровергают этот тезис. Так, свободный протон является стабильной частицей, его время жизни больше 1033 лет. Эта величина на много порядков превосходит время существования Вселенной, и все попытки обнаружить распад протона до сих пор оказывались безуспешными. Нейтрон же — частица нестабильная. Время его жизни вне атомного ядра составляет лишь 880,0 ± 0,9 секунд (чуть меньше четверти часа).

Различия в свойствах протонов и нейтронов обусловлены их кварковым составом. Учитывать кварковую структуру нуклонов необходимо также и при описании свойств атомных ядер: протоны и нейтроны, находящиеся на внутренних оболочках атомных ядер, имеют достаточно высокую энергию и сближаются так, что начинает сказываться их внутренняя структура.

Для более детального описания атомных ядер необходимо учитывать кварковую структуру нуклонов, образующих атомное ядро. Для изучения структуры атомных ядер в JLAB была организована коллаборация CLAS, в которую входит 43 организации из 9 стран мира. От России в коллаборации участвуют сотрудники НИИЯФ МГУ и ИТЭФ.

Новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра выполнен в лаборатории Томаса Джефферсона (США) при участии группы физиков НИИЯФ МГУ. «В эксперименте наблюдалось прямое выбивание электронами из ядер не только протонов, но и нейтронов, и определялся импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Было показано, что, например, в ядре свинца, в котором число нейтронов (126) в полтора раза превышает число протонов (82), высокоимпульсных протонов и нейтронов одинаковое количество, как и в ядре углерода (6 протонов и 6 нейтронов). При этом низкоимпульсных нейтронов в ядре свинца, как и следовало ожидать, в полтора раза больше, чем протонов, а в ядре углерода их поровну, — описал исследование один из авторов исследования, главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ, заведующий кафедрой общей ядерной физики МГУ Борис Ишханов. — Это означает, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Данный результат, не укладывающийся в рамки традиционных представлений оболочечной модели ядра, меняет наши представления о внутренней области ядер и стимулирует исследования влияния кварковой структуры нуклонов на ядерные свойства».

Существующие модели атомного ядра несовершенны

Атомное ядро — это сложная связанная система протонов и нейтронов, которую невозможно описать простой формулой. Поэтому создаются модели атомных ядер, которые описывают их основные свойства. Одной из первых моделей атомного ядра была капельная модель, развитая в работах Бете и Вайцзеккера, которая успешно описала энергию связи ядра. В этой модели атомное ядро, состоящее из Zпротонов и Nнейтронов, уподоблялось капельке жидкости. В этой модели учитывались следующие факторы: взаимное притяжение между всеми протонами и нейтронами; кулоновское расталкивание между протонами; нахождение части нуклонов на поверхности ядра, что ослабляет их связь; одинаковое число протонов и нейтронов, образующих наиболее связанные ядра; дополнительное связывание в пары частиц одного типа — протоны или нейтроны, но это уже следовало не из свойств жидкой капли, а наблюдалось в экспериментах.

Такая относительно простая модель смогла описать экспериментально измеренные энергии связи ядер с точностью в несколько процентов. Однако по мере расширения знаний об атомных ядрах оказалось, что эта модель не может адекватно описать квантовые характеристики ядер, их возбужденные состояния.

На смену капельной модели пришла другая — оболочечная модель ядра. В этой модели протоны и нейтроны совместно создают квантовую потенциальную яму, в которой частицы размещаются в отдельных состояниях в соответствии принципом Паули. Появление такой модели было достаточно неожиданным, так как к этому времени было установлено, что размеры протона и нейтрона ≈ 0,8 Ферми (1 Ферми = 10‒13 см) и они довольно плотно упакованы в ядре. Расстояние между нуклонами в ядре всего лишь в 3-4 раза превышают их размер. Непонятно, как при этом нуклоны могли двигаться по устойчивым орбитам подобно планетам вокруг Солнца. Ввиду своих недостатков, учёные рассматривают оболочечную модель как полуэмпирическую схему, позволяющую понять некоторые закономерности в структуре ядер, но не способной последовательно количественно описать свойства ядра.

Законы мира квантовых частиц

Квантовый мир отличается от классического, описываемого законами Ньютона и Кеплера. Квантовые частицы подчиняются другим законам. В частности, в силу неопределенности Гайзенберга они не двигаются по каким-то траекториям, а имеют определенные квантовые числа, в соответствии с которыми они создают квантовые объекты. Все объекты квантового мира можно было построить из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона.

С появлением ускорителей мир частиц увеличился до нескольких сотен частиц. Стало известно, что протоны и нейтроны не являются элементарными частицами, а состоят из кварков двух типов u и d. Эти кварки имеют примерно одинаковые массы, но различаются величинами электрического заряда. Заряд u-кварка равен +2/3|Qe|, а заряд d-кварка равен ‒1/3|Qe|.

Впервые были обнаружены частицы, имеющие дробный электрический заряд. До сих пор удавалось получать частицы в свободном состоянии и исследовать их свойства. Кварки никакими усилиями не удавалось выбить из протона и нейтрона. Это было связано со свойствами сил, связывающих частицы. Обычно силы взаимодействия между частицами уменьшаются при увеличении расстояния между ними. Кварки внутри протонов и нейтронов связываются глюонами. И притяжение между кварками увеличивается при увеличении расстояние между кварками. Это явление называется конфайнментом (пленение).

В экспериментах, выполненных в JLAB(США), для изучения внутренней структуры протона и нейтрона использовалось рассеяние ускоренных до нескольких ГэВ электронов на протонах и нейтронах, входящих в состав различных ядер C, Al, Fe, Pb. В результате этих экспериментов было показано, что при описании свойств атомных ядер необходимо учитывать кварковую структуру протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны, находящиеся на внутренних оболочках атомных ядер, имеют достаточно высокую энергию и сближаются так, что начинает сказываться их внутренняя структура.

Исследование коллаборации CLAS, опубликованное в Nature, расширяет представление о влиянии кварковой структуры на взаимодействие нуклонов и устройство атомного ядра.

Нейтрон, заряд, масса — Справочник химика 21

    Масса нейтрона равна 1,008665 а.е.м., а масса протона и электрона в электронном облаке, нейтрализующего заряд протона, равна 1,007825 а. е. м. (В таблицах обычно приводятся массы нейтральных атомов, а не массы их ядер.) Указанный изотоп ртути имеет 80 протонов и 200 — 80 = 120 нейтронов. Суммарная масса всех элементарных частиц, из которых состоит этот атом, должна быть  [c.407]








    Поскольку протон — единственная положительно заряженная частица, обнаруженная в ядре, то порядковый номер элемента равен числу протонов ядра. В ядре алюминия, порядковый номер которого 13, должно содержаться 13 протонов, но так как его атомная масса равна 27, то в его ядре, как было установлено позднее, должно содержаться еще 14 нейтронов. Нейтроны изменяют массу ядра, но не влияют на его заряд. В ядре атома натрия, порядковый номер которого 11, атомная масса 23, должно сод жаться 11 протонов и 12 нейтронов. (И протоны, и нейтроны находятся в ядре, поэтому их называют нуклонами . ) [c.157]

    Ядро атома содержит протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны имеют почти одинаковые массы, но отличаются зарядом. У нейтрона нет электрического заряда, в то время как протон имеет положительный заряд, который точно компенсирует отрицательный заряд электрона. В табл. 1-1 указаны заряды трех перечисленных элементарных частиц, а также их массы, выраженные в атомных единицах массы. Атомная единица массы (а. е. м.) определяется как одна двенадцатая часть (точно) массы атома углерода, в ядре которого содержатся 6 протонов и 6 нейтронов. В такой шкале протоны и нейтроны обладают массами, которые близки к 1 а. е. м. каждая, но не равны точно этой величине. (Здесь уместно указать, что в [c.14]

    Во всех реакциях между частицами, в том числе и при распаде частиц, обязательно соблюдаются законы сохранения (энергии, заряда, массы, импульса, вращательного момента). Существует правило, что фермионы либо образуются парами при поглощении излучения с высокой энергией, либо такая пара аннигилирует с излучением энергии. Поскольку для незаряженных фермионов, например нейтронов, доказана возможность их аннигиляции, таким частицам также соответствует античастица. [c.32]

    Дайте характеристику электрона, протона и нейтрона (заряд, масса). [c.17]

    Нейтрон — частица нейтральная, не имеющая электрического заряда. Масса нейтрона равна 1 у. е. [c.40]

    Ядро атома. Ядерные реакции. Радиоактивность. Ядро атома состоит из протонов (относительная масса 1, относительный заряд +1) и нейтронов (относительная масса 1, заряд 0). Протоны и нейтроны относятся к элементарным частицам. [c.27]

    Строение атомных ядер. Изотопы. Согласно современным представлениям, атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Протон (от греч. нротос — первый)—элементарная частица, обладающая массой 1,00728 а. е. м. и положительным зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон также представляет собой элементарную частицу, но не обладающую электрическим зарядом масса нейтрона составляет 1,00867 а. е. м. Протон принято обозначать символом р, нен-трон — н. [c.103]

    Элементарные частицы характеризуются определенной массой и зарядом. Масса электрона равна / з, у. е., заряд —1. Масса протона 1 у. е., заряд +1. В 1932 г. была открыта новая элементарная частица — нейтрон. Масса нейтрона 1 у.е., заряд отсутствует — частица электрически нейтральна. [c.69]

    Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Носителем положительного заряда ядра являются протоны. Их число определяет величину аряда ядра, и следовательно, атомный (порядковый) номер химического элемента. Основные характеристики частиц, образующих атом — протона, нейтрона и электрона, приведены в табл. 1. Масса электрона почти в 1840 раз меньше массы протона и нейтрона. Поэтому масса атома практически равна массе ядра — сумме масс нуклонов (протонов и нейтронов). [c.6]

    Атомная масса нейтрона Заряд нейтрона Масса нейтрона [c.12]

    Распределение электронов и их поведение определяются зарядом атомного ядра. Атомный номер совпадает с числом протонов, входящих в состав данного атомного ядра, а атомы, обладающие ядрами с одинаковым числом протонов, представляют собой изотопы. Нейтрон имеет массу, примерно равную массе протона, поэтому общим числом нейтронов и протонов [c.39]

    Ядро атома состоит из протонов (р) и нейтронов (л) и характеризуется зарядом (2) ц массой. Протон имеет положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона (этот заряд принят за единицу), нейтрон не и.меет заряда, а его масса близка к массе протона. Таким образо.м, масса ядра зависит от числа протонов и нейтронов в ядре, а его заряд — только от числа протонов. Масса электрона много мень-ПJe массы протона и нейтрона, поэтому масса атома в целом определяется массой протонов и нейтронов в ядре. Сумму числа протонов н нейтронов в ядре называют массовым числом (А). Это всегда целое число. [c.19]

    Советские ученые Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон (1932 г.) впервые высказали и обосновали положение, что ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. При этом числом прогонов определяется заряд ядра и, следовательно, принадлежность данного атома к тому или иному элементу, а суммой числа протонов и числа нейтронов определяется масса ядра. Отсюда следует, что различные изотопы данного элемента отличаются друг от друга числом содержащихся в ядре нейтронов при одинаковом числе протонов. Оба вида частиц, образующих ядра атомов — протоны и нейтроны — объединяются общим названием нуклонов. [c.417]

    Ядерная модель атома. Атомы элементов имеют очень сложное строение. В недрах атома найдено множество (несколько сот) различных частиц, получивших название элементарных (субатомных). Некоторые из них стабильны, другие же существуют миллионные доли секунды. Из всей совокупности субатомных частиц для химии фундаментальное значение имеют три протон (заряд +1, масса приблизительно 1 у.е.), нейтрон (заряд = О, масса также приблизительно 1 у.е.) и электрон — дискретная частица отрицательного электричества. Заряд электрона равен 1,602 () Кл, это элементарный электрический заряд (меньшие заряды до сих пор не констатированы). Условно заряд электрона принят равным —1. [c.13]

    Запись ( п — полное обозначение нейтрона (заряд = О, масса = 1). [c.21]

    То обстоятельство, что при возникновении протона обязательно одновременно порождается и негатрон, связано с законом сохранения электрического заряда так как исходная частица (нейтрон) заряда не имела, суммарный заряд продуктов его распада должен быть равен нулю. Напишем равенство, изображающее превращение нейтрона, причем под символами частиц напишем их массы в невозбужденном и покоящемся состоянии  [c.199]

    Благодаря своей электрической нейтральности, нейтроны оказались мощным средством для осуществления различных ядерных реакций. Открытие нейтрона позволило Иваненко и Гейзенбергу в 1932 г. создать протонно-нейтронную теорию ядра. В соответствии с этой теорией ядро каждого атома состоит из определенного числа протонов и нейтронов, удерживающихся в ядре при помощи ядерных сил. Число протонов определяет заряд ядра, а сумма протонов и нейтронов — его массу. При этом возможны превращения  [c.20]

    Нейтрон — нейтральная частица (без заряда), масса которой приблизительно равна единице. [c.116]

    Советский ученый Д. Д. Иваненко создал теорию (1932), согласно которой атомные ядра построены из протонов и нейтронов. Протон имеет массу, равную единице заряд его тоже равен единице. Нейтрон имеет массу, как и протон, равную единице, но заряда нейтрон не несет (заряд его равен 0). [c.293]

    Нейтроны, имеющие массу, приблизительно равную 1 (1837 электронных масс), и нулевой заряд, впервые наблюдались при бомбардировке бериллия а-частицами полония. Вначале предполагали, что получающееся при этом излучение, имеющее очень высокую проникающую способность и не обладающее зарядом, носит электромагнитный характер, но Чадвиком (1932 г.) было показано, что оно состоит из нейтральных частиц с массой, немного большей, чем у водородного атома. Нейтроны не испускаются ядрами спонтанно, хотя в некоторых случаях они могут сопровождать излучение З-частиц. Их можно получить целым рядом способов 1) бомбардировкой бериллия а-частицами (первый метод) 2) бомбардировкой дейтерия дейтояами 3) бомбардировкой легких элементов, например лития, протонами или Дейтонами 4) взаимодействием — -излучения с дейтерием. Энергия связи дейтона равна примерно 2,2 Мэе, и облучение его 7-лучами с большей энергией дает моноэнергетические нейтроны с энергией, равной энергии 7-фотонов минус 2,2 Мэе. [c.27]

    Все атомы элемента имеют один и тот же заряд атома. Обладают ли все атомы элемента одинаковой массой Почти все атомы водорода действительно обладают одинаковой массой, равной сумме массы протона и массы электрона. Ядро этих атомов содержит единственный протон. Однако небольшое количество (0,016%) атомов водорода имеет ядра, масса которых примерно вдвое больше массы протона (сравните с ядром гелия). Мы объясняем это тем, что каждое из этих ядер состоит из одного нейтрона (заряд О, масса 1) и одного протона (заряд 1+, масса 1). Этот вид атомов водорода косит название водород-2, или дейтерий. Два вида атомов водорода (с одним порядковым номером, но с различными массами) называются изотопами. Изотоп определяется, во-первых, символом или названием соответствующего элемента и, во-вторых, общим числом протонов и нейтронов в его ядре. Это число называется массовым числом. Разумеется, массовое число всегда целое. [c.132]

    Большинство химических элементов представляет собой смесь изотопов. Кислород (порядковый номер 8) имеет три устойчивых изотопа. Изотоп с массовым числом 16 наиболее распространен. На его долю приходится примерно 99,76% атомов кислорода. Лишь 0,04% атомов кислорода имеют массовое число 17 и примерно 0,20% — массовое число 18. Ядро атома состоит из восьми протонов и восьми нейтронов — заряд 8+, масса 16. Ядро атома состоит из восьми протонов и девяти нейтронов — заряд 8+, масса 17. Ядро атома состоит из восьми протонов и десяти нейтронов — заряд 8+, масса 18. В табл. 6-П приведены данные о строении атомов некоторых известных изотопов. [c.133]

    Сумма числа протонов и числа нейтронов, содержащихся в ядре атома, называется массовым числом атома (ядра) Поскольку и протон, и нейтрон имеют массу, очень близкую к атомной единице массы, то массовое число атома приближенно выряжает его атомную массу. Но число протонов равно числу ноло> ситсльных зарядов, т. е. порядковому номеру элемента сле-ловатсльно, число нейтронов равняется разности между массовым числом и порядковым номером элемента. [c.104]

    Химические элементы, встречающиеся в природе, большей частью являются смесями изотопов. Их можно назвать многоизотопными элементами, в то время как изолированные изотопы представляют собой собственно чистые элементы. Изотопы эле-( мента занимают одно и то же место в периодической системе элементов, поэтому они обладают одинаковыми зарядами, но разными массами атомных ядер. Чистые элементы и различаются, например, только тем, что в первом случае атомное ядро содержит шесть, а во втором случае — семь нейтронов. Атомные массы, которыми оперируют в химии, представляют собой усредненные значения атомных масс отдельных изотопов. [c.219]

    В 1932 г. Дж. Чедвик открыл элементарную частицу, не обла-даюн1ую электрическим зарядом, в связи с чем она была названа нейтроном (от латинского слова neuter, что означает ни тот, ни другой ). Нейтрон обладает массой, немного превышающей массу протона (точно 1,008665 углеродных единиц). Вслед за этим открытием Д. Д. Иваненко, Е. И. Ганон и В. Гейзенберг, независимо дру1 от друга, предложили теорию состава атомных ядер, ставшую общепринятой. Согласно этой теории ядра атомов всех элементов [c.21]

    Заряд ядра тория 90, а атомная масса 232 у. е. При выбрасывании одного нейтрона п (масса — 1, заряд — 0) масса ядра атома тория уменьшается на единицу, заряд ядра остается прежним. При выбрасывании ядра ксенона масса уменьшаетсн еще на 139 единиц, а заряд— на 54. Второй осколок должен иметь массу 92 у. е., а заряд ядра 36. Это изотоп криптона збКг .  [c.107]

    Изучение свойств нейтрона показало, что он гфедстав-ляет собой частицу, которая не имеет электрического заряда. Масса его равна 1,00893 эта величина несколько больше массы ионизированного атома водорода, который с 1920 г. по предложению Резерфорда сгал называться протоном. Его масса равна 1,008123. [c.19]

    Ядра всех атомов химических элементов состоят из протонов и нейтронов. Каждый протон имеет положительный заряд,равный -Ь1,6-10 к, нейтрон заряда не имеет. Масса протона равна 1,679 10 г, масса нейтрона равна 1,675 10 2 г, т. е. немного меньше массы протона. Каждый атом химического элемента имеет строго постоянное и вполне определенное число протонов в ядре (это число равно атомному номеру элемента). Число же нейтронов в ядрах атомов одного и того же химического элемента может несколько разлит-чаться. Этому соответствует наличие в природе нескольких из10топов химических элементов. Так, например, хорошо известны три изотопа водорода протий, ядро которого состоит только из одного протона дейтерий с ядром из одного протона и одного нейтрона и тритий, в ядре которого содержится один протон и два нейтрона. Различные изотопы элементов отличаются, таким образом, друг от друга своими атомными весами. [c.165]

    Антипротон был открыт в 1955 г. Э. Сегре с сотрудниками при бомбардировке медной мишени на синхрофазотроне протонами с энергией в 6,3 Гэв. Свойства антипротонов — заряд, масса, спин, магнитный момент — соответствуют предсказаниям, сделанным учеными. Интересно, что при перезарядке антипротонов получаются антинейтроны — частицы, отличающиеся от нейтрона напра1влением магнитного момента, которое у антинейтрона совпадает с направлением спина (магнитный момент положителен). Антинейтроны образуются по следующей реакции  [c.216]

    Скорость света с Заряд электрона е Постоянная Планка к Постояин1я Больцмана к Универсальная газовая постоянная Р Число Авогадро Л о Объем 1 моля идеального газа при нормальных условиях У о Масса протона Мр Масса нейтрона Мп Масса электрона  [c.293]

    Помимо протонов, в ядрах атомов содержатся и нейтроны. Они электронейтральны. Следовательно, на заряд ядра они не влияют. Масса нейтрона равна массе протона. Таким образом, атомный вес элемента, как уже было отмечено, определяется суммой весов протонов и нейтронов, содержащихся в ядре атома данного элемента. Если два каких-либо атома имеют по одинаковому числу протонов в своих ядрах и, следовательно, одинаковые заряды ядер, то оба они принадлежат одном у и тому же определенному химическому элементу. Если при этом число нейтронов в их ядрах будет даже различное, то это отразится лишь на весе этих атомов (т. е. эти атомы будут иметь различный атомны11 вес), но не отразится на заряде их ядер и на их химических свойствах. [c.313]

    Нейтрон обладает массой 1,67470кг, на 0,14% превышающей массу протона. Подобно протону, он имеет спин со спиновым квантовым числом 5 = 2- Хотя нейтрон и не имеет заряда, он обладает магнитным моментом = —3,3137 ядерного магнетона (отрицательный знак свидетельствует о том, что магнитный момент этой частицы соответствует вращению отрицательного заряда). [c.90]

    Нам уже известно, что атомное ядро несет положительный заряд и окружено определенным числом отрицательно заряженных частиц, называемых электронами. Кроме того, предполагается, что в ядре сосредоточена основная масса атома и оно состоит из протонов и нейтронов, а масса каждого из них приблизительно в 2000 раз больше массы электрона. Как мы узнали, что атомы построены именно таким образом Как мы узнали, что существует такая частица, как электрон И снова основные доказательства дают Еессвые отношения, связанные с химическими реакциями. [c.351]

    В 90-х годах XIX в. Н. А. Морозов высказывает предположение, что атом — сложная система, структурными единицами которой могут являться частицы с. массой 4, частицы с массой 2, частицы с массой 1, а также отрицательный и положительный электрические заряды ( катодий и анодий ). Трудно не увидеть в этих намеченных им основных кирпичиках мироздания известные современной науке а-частицы (с массой = 4 ед. массы), дейтроны (с массой = 2 ед. массы), протоны или нейтроны (с массой — 1 ед. массы), электроны и позитроны. Интересно, что эти частицы Морозов наметил на основе анализа изменения атомных весов элементов в периодической системе. Основываясь на своем предположении, Морозов горячо отстаивал идею взаимопревращаемости элементов ( ). [c.103]

Урок 27. строение атомного ядра — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 27. Строение атомного ядра

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) строение атомного ядра;

2) особенности ядерных сил;

3) дефект масс;

4) энергия связи атомных ядер;

5) удельная энергия связи.

Глоссарий по теме:

Протон – стабильная элементарная частица, ядро атома водорода.

Нейтрон – элементарная частица, не имеющая заряда.

Протонно-нейтронная модель ядра Гейзенберга-Иваненко: ядро любого атома состоит из положительно-заряжённых протонов и электронейтральных нейтронов.

Массовое число – сумма числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре.

Нуклоны – протоны и нейтроны в составе атомного ядра.

Изотопы – разновидность данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер, т. е. числом нейтронов.

Ядерные силы – это силы притяжения между нуклонами в ядре.

Дефект масс – разность масс нуклонов, составляющих ядро, и массы ядра

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Просвещение, 2014. С. 299-307.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М.: Дрофа, 2009.

Савельев И.В. Курс общей физики, Т.3. М.: Наука, 1987. С. 231-244.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В 1919 году Резерфорд открыл протон при бомбардировке ядра атома азота α-частицами.

Это была первая ядерная реакция, проведённая человеком. Превращение одних атомных ядер в другие при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом называют ядерной реакцией.

Протон – стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. Свойства протона:

или – символ протона.

Нейтрон был открыт в 1932 г. Д. Чедвиком при облучении бериллия α-частицами. Нейтрон — элементарная частица, не имеющая заряда. Свободный нейтрон, который находится вне атомного ядра, живёт 15 минут. Потом он превращается в протон, испуская электрон и нейтрино – безмассовую нейтральную частицу.

Свойства нейтрона:

– символ нейтрона

В 1932 году советский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра. Справедливость этой гипотезы была доказана экспериментально. Согласно этой модели ядра состоят из протонов и нейтронов. Так как атом не имеет заряда, т.е. электрически нейтрален, число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке. Значит, число протонов в ядре равно порядковому номеру химического элемента Z в периодической таблице Менделеева.

Сумму числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А:

Ядерные частицы – протоны и нейтроны – называют нуклонами.

Радиус ядра находится по формуле:

Изотопы – разновидность данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер, т. е. числом нейтронов.

Устойчивость ядер зависит от отношения числа нейтронов к числу протонов.

Ядерные силы – это силы притяжения между нуклонами в ядре. Это самые мощные силы в природе, их ещё называют «богатырь с короткими рукавами». Они относятся к сильным взаимодействиям.

Свойства ядерных сил:

1) это силы притяжения;

2) примерно в 100 раз больше кулоновских сил;

3) зарядовая независимость;

4) короткодействующие, проявляются на расстояниях порядка 10^-12 -10^-13 см;

5) взаимодействуют с конечным числом нуклонов.

Масса любого атомного ядра всегда меньше, чем масса составляющих его частиц:

Дефект масс — разность масс нуклонов, составляющих ядро, и массы ядра:

Энергия связи – это минимальная энергия, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные частицы:

Удельная энергия связи – это полная энергия связи ядра, деленная на число нуклонов:

Это интересно…

Молодой физик Эрнест Резерфорд около ста лет назад разобрался в явлении ионизации газов только что открытыми радиоактивными веществами. В своих опытах в роли электроскопа, быстро разряжавшегося при ионизации воздуха, он использовал … шелковую кисточку. Резерфорд приводил её в рабочее состояние, поглаживая ее основания «теплым сухим кисетом» для табака. Вот это уровень экспериментальной техники всего лишь вековой давности!

Алхимикам не удалось преобразовать ядра атомов, т.е. из одного химического элемента получить другой, потому что энергия связи в ядрах (в расчете на одну частицу), примерно в миллион раз (!) превышает химическую энергию связи атомов между собой.

В 1915 году американский физик Уильям Харкино первым сделал предположение, что устойчивость атомных ядер обеспечивается энергией связи. Он также первым ввёл понятие «дефект масс».

Английский же ученый Фрэнсис Астон сконструировал масс-спектрограф. На нём он сделал точнейшие измерения. И в 1927 году построил кривую, которая описывает энергию связи. Более устойчивы к распаду и имеют большие значения энергии связи ядра атомов, которые содержат определенные, так называемые магические, числа протонов и нейтронов. В подмосковной Дубне был получен 114-й химический элемент при поисках таких стабильных ядер.

Примеры и разбор решения заданий

1. Заполните пропуски в таблице:

Решение:

Медь: N = 35, A = 64, Z = A – N, Z = 64 – 35 = 29;

Бор: Z = 5, A = 11, N = A – Z, N = 11 – 5 = 6;

Цинк: Z = 30, N = 35, A = Z + N, A = 30 + 35 = 65.

Ответ: медь: Z = 29; бор: N = 6; цинк: A = 65.

2. Соедините попарно элементы двух множеств:

Заряд частицы:

1) заряд протона;

2) заряд нейтрона;

3) заряд электрона.

Величина заряда:

1) 0;

2) 1,6 ∙ 10^-19 Кл;

3) 2 ∙ 10^-16 Кл;

4) — 1,6 ∙ 10^-19 Кл.

Правильный вариант:

заряд протона = 1,6 ∙ 10^-19 Кл;

заряд нейтрона = 0;

заряд электрона = — 1,6 ∙ 10^-19 Кл.

Физики уточнили максимальное значение заряда нейтрона

C. Siemensen et al. / Phys. Rev. D

Исследователи из Франции и Германии измерили заряд ультрахолодных нейтронов, помещая их в сильное электрическое поле и заставляя отражаться от цилиндрического зеркала. В результате физики получили значение q ≈ (−0,3 ± 3,7) × 10⁻²⁰e, которое сравнимо с другими экспериментами по определению заряда нейтрона и может быть легко уточнено в дальнейшем. Статья опубликована в Physical Review D.

В рамках школьного курса физики учат, что электрический заряд квантуется. Другими словами, заряд любой элементарной частицы и любого физического тела вообще должен быть кратен вполне определенному значению, равному одной трети от заряда электрона. При этом наименьшим возможным зарядом обладают кварки, которые не могут существовать в виде свободных частиц из-за конфайнмента, поэтому для удобства квантом электрического заряда можно считать заряд электрона, примерно равный e = −1,6 × 10⁻¹⁹ кулонов. 

Тем не менее, до сих пор физики не вполне понимают, с чем связано такое поведение. В 1948 году Поль Дирак предложил объяснить этот эффект, вводя в теорию магнитные монополи, однако ни в квантовой электродинамике, ни в Стандартной модели, нет механизмов, которые должны вызывать квантование заряда. Поэтому некоторые ученые считают, что в действительности заряд может меняться непрерывно, и проводят эксперименты по поиску таких изменений. В частности, наиболее чувствителен к таким изменениям будет нейтрон, который в обычных условиях зарядом не обладает, а потому не может вступать в электрические взаимодействия, — однако при отсутствии квантования частица может приобрести небольшой заряд, который удастся измерить на практике. На данный момент различные эксперименты ограничивают заряд нейтрона величиной порядка q ~ 10⁻²⁰e.

В этой статье группа ученых под руководством Кристиана Плонка (Christian Plonka) приводит результаты нового измерения заряда нейтрона, точность которого немного превышает точность предыдущих экспериментов. Чтобы измерить заряд, исследователи накладывали на систему внешнее электрическое поле и следили, как пучок ультрахолодных нейтронов — нейтронов с энергией не выше 300 наноэлектронвольт, то есть со скоростью не больше 7,6 метров в секунду — отражается от цилиндрического зеркала. Если бы частицы действительно имели небольшой электрический заряд, поле изменяло бы их траекторию, причем немного по-разному для частиц, отраженных от зеркала под различными углами. Поэтому по величине отклонений можно судить о величине заряда нейтронов.

Схема экспериментальной установки: пунктирными линиями отмечены траектории нейтронов, стрелками — направление электрического поля (f), красным — отражающее масляное зеркало (e). Нейтроны «впрыскиваются» в установку в дальней части (c) и отражаются от цилиндрического зеркала в ближней части (b)

C. Siemensen et al. / Phys. Rev. D

Схема экспериментальной установки, вид сверху

C. Siemensen et al. / Phys. Rev. D

Предложенная физиками схема экспериментальной установки выглядела следующим образом. Полученные на установке PF2 Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле ультрахолодные нейтроны запускались в установку вдоль ее оси, отражались от зеркала, возвращались и регистрировались детектором, расположенным поблизости от точки запуска. Из-за небольшой скорости на движении частиц сказывалась сила притяжения Земли, а потому исследователи налили внизу установки масло (liquid Fomblin), которое отражало вверх падающие нейтроны. Наконец, ученые накладывали на систему электрическое поле напряженностью около миллиона вольт на метр, и периодически изменяли его направление каждые 200 секунд, чтобы исключить систематические ошибки, которые приводили бы к смещению распределения зарегистрированных нейтронов. Кроме того, ученые откалибровали установку, прежде чем проводить измерения, чтобы снизить влияние фоновых частиц.

В результате после 840 циклов измерений исследователи получили, что среднее отклонение нейтронов составляет примерно Δx ≈ −5 ± 1 микрон, что отвечает заряду не более q ≈ (−2 ± 1) × 10⁻¹⁹e. Это ограничение оказалось слабее результатов предыдущих экспериментов. Тем не менее, в дальнейшем ученые заметили, что на это значение оказывают влияние систематические погрешности, возникающие из-за того, что при наложении сильного электрического поля свойства масляного зеркала изменяются, и это приводит к дополнительному горизонтальному смещению отраженных от поверхности частиц. Оценивая величину этого эффекта и учитывая его при обработке данных, ученые получили более точное ограничение на величину заряда нейтрона, которое составило примерно q ≈ (−0,3 ± 3,7) × 10⁻²⁰e. При этом чувствительность установки примерно равна δq ≈ 1 × 10⁻²¹e и должна повышаться со временем как корень квадратный от числа измерений, что позволяет в будущем получить гораздо более точный результат.

Результаты измерений заряда нейтронов, усредненные в течение 20 последовательных циклов измерений — первые 837 циклов

C. Siemensen et al. / Phys. Rev. D

Помимо исследований нейтронов, физика часто пытаются найти «новую физику», измеряя параметры протона и антипротона – например, массу или магнитный момент. В некоторых случаях такие измерения действительно приводят к неожиданным результатам: так, в июне 2010 года выяснилось, что радиусы протона, измеренные различными методами, отличаются на целых четыре процента, что противоречило Стандартной модели и поставило под сомнение «бесконечную точность» квантовой электродинамики. Впрочем, некоторые ученые списывают это расхождение на неучтенные особенности экспериментальной установки, которые исказили результаты.

Дмитрий Трунин

Official site of the Department of Theoretical Physics and Astronomy, Odessa National University, Ukraine

Заряд протона, теория и примеры задач

Определение и общие сведения о заряде протона

Ученые расходятся во мнении, какое и научных событий считать открытием протона. Важную роль в открытии протона сыграли:

1. создание Э. Резерфордом планетарной модели атома;
2. открытие изотопов Ф. Содди, Дж. Томсоном, Ф. Астоном;
3. наблюдения за поведением ядер атомов водорода при выбивании их альфа-частицами из ядер азота Э. Резерфордом.

Первые фотографии следов протона были получены П. Блэкеттом в камере Вильсона при исследовании процессов искусственного превращения элементов. Блэкетт исследовал процесс захвата альфа частиц ядрами азота. В этом процессе испускался протон и ядро азота превращалось в изотоп кислорода.

Протоны совместно с нейтронами входят в состав ядер всех химических элементов. Количество протонов в ядре определяет атомный номер элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

Протон – это положительно заряженная частица. Ее заряд равен по модулю элементарному заряду, то есть величине заряда электрона. Заряд протона часто обозначают как , тогда можно записать, что:

В настоящее время считают, что протон не является элементарной частицей. Он имеет сложную структуру и состоит из двух u- кварков и одного d – кварка. Электрический заряд u – кварка () положительный и он равен

Электрический заряд d – кварка () отрицательный и равен:

Кварки связывают обмен глюонами, которые являются квантами поля, они переносят сильное взаимодействие. То, что протоны имеют в своей структуре несколько точечных центров рассеяния подтверждено экспериментами по рассеянию электронов на протонах.

Протон имеет конечные размеры, о которых ученые до сих пор спорят. В настоящее время протон представляют как облако, которое имеет размытую границу. Такая граница состоит из постоянно возникающих и аннигилирующих виртуальных частиц. Но в большинстве простых задач протон, конечно можно считать точечным зарядом. Масса покоя протона () примерно равна:

Масса протона в 1836 раз больше, чем масса электрона.

Протоны принимают участие во всех фундаментальных взаимодействиях: сильные взаимодействия объединяют протоны и нейтроны в ядра, электроны и протоны при помощи электромагнитных взаимодействий соединяются в атомах. В качестве слабого взаимодействия можно привести, например, бета-распад нейтрона (n):

где p – протон; — электрон; — антинейтрино.

Распад протона получен пока еще не был. Это является одной из важных современных задач физики, так как это открытие стало бы существенным шагом в понимании единства сил природы.

Примеры решения задач

Заряд протона частицы элементарной — Энциклопедия по машиностроению XXL

Античастицы—это такие элементарные частицы, заряд которых противоположен заряду обычных частиц той же массы. Например, электрон заряжен отрицательно, античастица электрона — позитрон — положительно. Протон имеет положительный заряд, а антипротон — отрицательный. Нейтрон, не обладающий электрическим зарядом, отличается от антинейтрона направлением своего вращения. Вещество, состоящее из антипротонов, антинейтронов и позитронов, и будет антивеществом.  [c.192]











Между» элементарными частицами, образующими атомные ядра, — нейтронами и протонами — действуют специфические ядерные силы, которые не сводятся ни к электромагнитным, ни к гравитационным силам. Эти силы действуют между ядер-ными частицами независимо от того, обладают ли они электрическим зарядом (протоны) или являются нейтральными (нейтроны). О природе ядерных сил мы знаем в настоящее время очень мало. Хорошо известно лишь, что эти силы характеризуются очень малым радиусом действия и чрезвычайно большой интенсивностью.  [c.7]

Все элементарные частицы несут количество электричества, равное либо О, либо е. Заряд протона др= + 1 е Заряд нейтрона равен нулю.  [c.29]

Атомы, электроны и ионы. По современным понятиям вещество имеет атомное строение, т. е. состоит из мелких частиц — атомов. Атом в свою очередь является совокупностью еще более мелких, электрически заряженных и нейтральных частиц. Наиболее простую систему представляет атом водорода. В его центре находится тяжелое ядро с элементарным положительным зарядом — протон, в котором практически сосредоточена вся масса атома. Вокруг ядра, под влиянием его притяжения, вращаются отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. Ядро заряжено положительно, электроны имеют отрицательный заряд. Так как электроны обладают отрицательным зарядом, равным положительному заряду ядра, то атом электрически нейтрален.  [c.73]

В природе существует несколько законов сохранения некоторые из них следует считать точными, другие — приближенными. Обычно законы сохранения являются следствием свойств симметрии во Вселенной. Существуют законы сохранения энер ГИИ, импульса, момента импульса, заряда, числа барионов (протонов, нейтронов, и тяжелых элементарных частиц), странности и различных других величин.  [c.148]

В среднем (во времени) заряд элементарной частицы распределен по всей частице. Во всяком деликатном опыте, который сам по себе не разрывает частицу, измеримыми являются только средние значения величины, поскольку измерения не могут быть мгновенными. (Здесь опять именно квантовая механика ограничивает нащи возможности описания строения элементарной частицы.) Экспериментальные данные по распределению заряда для протона, нейтрона и электрона доставляют веское доказательство точечного характера заряда электрона, по крайней мере с точностью до 10- см, тогда как протон и нейтрон проявляют себя как более сложные структуры с зарядом, распределенным внутри сферы радиусом около 10 з см. У лептонов магнитный момент (определение которого будет дано в т. И) возрастает обратно пропорционально массе, за исключением v- и v-частиц, у которых нет измеримых собственных магнитных моментов. В принципе можно измерять не только напряженность магнитного поля, но и получать точное распределение образующих это поле токов. Одним из крупнейших достижений релятивистской квантовой теории является успешное предсказание величины напряженности (впоследствии измеренной) собственного магнитного поля электрона—предсказание, сделанное с точностью до 0,001%, т. е. с ошибкой, меньшей погрешности современных измерений.  [c.439]

До 932 г. в физике были известны только два сорта первичных, или элементарных, частиц электроны и протоны. Поэтому в те годы было сделано предположение, что атомные ядра построены из протонов и электронов (протонно-электронная гипотеза). При этом считалось, что в состав ядра с порядковым номером Z и массовым числом А входит А протонов и А—Z электронов. Входящие в состав ядра электроны как бы нейтрализуют электрический заряд А—Z протонов и остается действующим лишь заряд Z протонов. Ядерные электроны по этой гипотезе, кроме того, выполняют роль цементирующего средства, связывающего положительно заряженные протоны в ядре. Непосредственное подтверждение справедливости протонно-электронной гипотезы ее сторонники видели в существовании Р -радиоактивности, при которой ядро испускает Р -частицу (электрон).  [c.129]

Очень похожа на заряд странность, величина, появившаяся в физике элементарных частиц в середине пятидесятых годов. Подобно заряду странность S является величиной аддитивной и целочисленной. Но странность сохраняется не во всех, а лишь в сильных и электромагнитных взаимодействиях. В слабых взаимодействиях странность может меняться. Обычные частицы, такие как нуклоны, электроны, пионы, имеют странность, равную нулю. Частицы, обладающие ненулевой странностью, называются странными. К странным частицам относятся гипероны и каоны. Сохранение странности в сильных и электромагнитных взаимодействиях проявляется в процессах рождения и распадов странных частиц. Странные частицы с большой интенсивностью рождаются при достаточно высокоэнергичных столкновениях обычных «частиц. При этом рождаются странные частицы парами. Например, при столкновении двух протонов наблюдается рождение Л-гиперона и положительного каона К  [c.290]

Связанные заряды в микросистемах вещества — это в конечном итоге заряды элементарных частиц — протонов и электронов, входящих в состав атомов вещества. Структура атома и взаимодействие элементов этой структуры с внешним электромагнитным по-  [c.135]

В пользу этого говорило прежде всего то, что три первые известные элементарные частицы (электрон, фотон и протон), из которых можно было построить все атомы и объяснить их свойства, а уж из атомов строить весь остальной мир, были электромагнитного происхождения. Они либо несли на себе электрический заряд (электрон и протон), либо представляли собой частицы электромагнитного поля, или света (фотоны).  [c.457]

Атомное ядро состоит из пололэлементарных частиц — протонов и лишенных электрического заряда элементарных частиц — нейтронов.  [c.363]

А.С. Компанеец [35] симметрию ядерных сил в системе протон -нейтрон связывает с вращательным типом симметрии, рассматривая изотопический спин. Это позволило объединить две группы вращений -пространственную и изотопическую. Связь устойчивости симметрии ФЭЧ с обобщенным законом золотой пропорции вытекает из известной дробности электрического заряда ФЭЧ. Отмечено, что частицы имеют дробный заряд равный 1/3 и 2/3 элементарного электрического заряда. Нетрудно показать, что в первом случае при делении целого на две части реализуется линейная обратная связь Ат = Ai = 1/3 -0,324, а во втором — нелинейная А = 0,67 = 0,465 .  [c.87]

Атомный номер Z равен электрическому заряду ядра в единицах абсолютной величины заряда электрона. Электрический заряд является целочисленной ) величиной, строго сохраняющейся при любых (в том числе и при неэлектромагнитных) взаимодействиях. Совокупность имеющихся экспериментальных данных о взаимопревращениях атомных ядер и элементарных частиц показывает, что кроме закона сохранения электрического заряда существует аналогичный строгий закон сохранения барионного заряда. Именно, каждой частице можно приписать некоторое значение барионного заряда, причем алгебраическая сумма барионных зарядов всех частиц остается неизменной при каких угодно процессах. Барионные заряды всех частиц целочисленны. Барионный заряд электрона и v-кванта )авен нулю, а барионные заряды протона и нейтрона равны единице. Лоэтому массовое число А является барионным зарядом ядра. Закон сохранения барионного заряда обеспечивает стабильность атомных ядер. Например, этим законом запрещается выгодное энергетически и разрешенное всеми остальными законами сохранения превращение двух нейтронов ядра в пару легчайших частиц — v-квантов. Закон  [c.35]

Исторически первой открытой Э. ч. был электрон—носитель отрицательного элементарного электрич. заряда в атомах. В 1897 Дж. Дж. Томсон (J. J. Thomson) убедительно показал, что т. н. катодные лучи представляют собой поток заряж. частиц, к-рые впоследствии были названы электронами. В 1911 Э. Резерфорд (Е. Rutherford), пропуская альфа-частицы от естеств. радиоакт. источника через тонкие фольги разл. веществ, пришёл к выводу, что положит, заряд в атомах сосредоточен в компактных образованиях—ядрах, а в 1919 обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны—частицы с единичным положит, зарядом и массой, в 1840 раз превышающей массу электрона. Другая частица, входящая в состав ядра,— нейтрон—была открыта в 1932 Дж. Чедвиком (J. hadwi k) при исследованиях взаимодействия а-частиц с бериллием. Нейтрон имеет массу, близкую к массе протона, но не обладает электрич. зарядом. Открытием нейтрона завершилось выявление частиц, являющихся структурными элементами атомов и их ядер.  [c.596]

Di. часть эл.-.магн. взаимодействия нуклонов составляет кулоновское отталкивание между протонами. На больших расстояниях оно определяется только зарядами протонов. СВ приводит к тому, что электрич. заряд протона не является точечным, а распределён на расстояниях элементарной частицы). Электрич. взаимодействие на малых расстояниях зависит и от распределения заряда внутри протона. Это распределение совр. теория СВ не может надёжно рассчитать, но оно достаточно хорошо известно из эксперим. данных по рассеянию электронов на протонах. Нейтроны в целом электронейтраль-ны, но из-за СВ распределение заряда внутри нейтрона также существует, что приводит к электрич. взаимодействию между двумя нейтронами и между нейтроном и протоном. Магн. взаимодействие между нейтронами такого же порядка, что и между протонами, из-за большой величины аномального магнитного момента, обусловленного СВ, Менее ясна ситуация со слабым взаимодействием нуклонов. Хотя гамильтониан слабого взаимодействия известен хорошо, СВ приводит к перенормировке соответствующих констант взаимодействия (аналог аномального магн. момента) и возникновению формфакторов. Как и в случае эл.-магн. взаимодействия, эффекты слабого взаимодействия не могут быть достоверно рассчитаны, но в этом случае они не известны и экспериментально. Имеющиеся данные о величине эффектов несохранения чётности в 2-нуклонной системе позволяют установить интенсивность этого взаимодействия, но не его структуру. Существует неск, альтернативных моделей слабого взаимодействия нуклонов, к-рые одинаково хорошо описывают 2-нуклонные эксперименты, но приводят к разл. следствиям для атомных ядер.  [c.671]

Альфа-частица является ядром атома гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов, а следовательно, ее масса равна четырем единицам атомного веса, а положительный ее заряд равен двум элементарным зарядам электричества. Альфа-частица обозначается гНе или для краткости а. Покидая атомное ядро, альфа-частица уносит не только свою массу, но и заряд, поэтому заряд атомного ядра уменьшается на две единицы. Например, раций (На), имеющий заряд 88 и массу 226, распадаясь, испускает одну альфа-частицу, превращаясь при этом в радон (Кп)—радио-активны11 элемент с зарядом 86 и массой 222, т. е. в элемент, на два заряда и на четыре единицы массы меньший, чем у радия. I г радия испускает в 1 сек 3,7-10 альфа-частиц. Превращение радия-226 записывается так  [c.205]

Наименьшими устойчивыми частицами, которые обладают отрицательным (положительным) электрическим зарядом и входят в состав любого вещества, являются электроны (протоны). Электрический заряд протона и электрона по абсолютному значению равен 1,602-Ю- Кл=4,80х X 10″ ед. СГСЭ (VII.8). Массы протона и электрона равны соответственно 1,67кг и 9,1 10 кг. Электрический заряд протона и электрона называется элементарным зарядом.  [c.176]

Изменение свойств обусловлено тем, что внедряющиеся в кристаллическую решетку элементарные частицы, особенно нейтроны, не имеющие электрического заряда и поэтому электрически не взаимодействующие с электронами и протонами, выбивают из регулярных мест в решетке атомы, которые в свою очередь могут выбивать попадающиеся на пути другие атомы. Теория показывает, что один нейтрон может вывести из равновесного состояния при номош,и выбитых атомов до 300 атомов в алюминии. Такие сильные нарушения в кристаллической решетке создают в ней дефектные места.  [c.556]

Протон и нейтрон, так же как и электрон, являются ферми-евскими частицами (их спин 1/2), о в отличие от электрона они имеют аномальный магнитный момент. В связи с этим теория Дирака в ее первоначальном виде не может быть применена для описания свойств нуклона. Однако основной результат теории Дирака — получение решения для зарядовосопряженных частиц—сохраняется в теориях, построенных для описания других элементарных частиц. Соответствующая теория, развитая для нуклонов, цредсказывает существование частицы, зарядовосопряженной протону, т. е. имеющей массу, спин и время жизни протона (столь же стабильной, как и протон), отрицательный электрический заряд и равный по величине, но противоположный по направлению магнитный момент. Эта частица называется антипротоном р.  [c.621]

Авогадро Na и Больцмана к), элементарному электрическому заряду е, скорости света с, постоянной Планка h, константам физики элементарных частиц (массы покоя электрона т протона nif, и нейтрона т , константы сильного и слабого аяг взаимодействий). Понимание физического содержания и роли отдельных постоянных, входящих в качестве характеристических параметров в структуры различных физических теорий, невозможно без краткого изложения существа данной теории. Например, исторически первая константа физики—постоянная тяготения G— вводит нас в круг проблем теории гравитащш, крупнейшей и до сих пор еще не решенной проблемы современной физики. Изучение различных граней такой важнейшей физической постоянной, как скорость света с, нельзя представить без изложения основных идей специальной и общей теорий относительности А. Эйнштейна. Постоянная Планка А открывает нуть к познанию физики микромира. Физика элементарных частиц требует обсуждения современных теорий объединения различных взаимодействий. При этом на авансцену выходят связанные с классическими размерными физическими постоянными новые фундаментальные безразмерные величины— константы сильного а электромагнитного а слабого а г и гравитационного взаимодействий, размерность физического пространства N. Решение проблемы фундаментальных постоянных в целом требует анализа последних достижений физики элементарных частиц и космологии, синтеза успехов этих наук. Изучение физических постоянных с необходимостью превращается в связанный единым сюжетом рассказ о путях развития и проблемах физики. Сюжет весьма волнующ— возникновение и эволюция Вселенной, происхождение жизни и разума. Мировоззренческий аспект подобного рассмотрения проблемы постоянных очевиден.  [c.7]

Феномен электрического заряда. Электрический заряд является важнейшей характерисгикой элементарных частщ. Обратим внимание на то, что независимо от частиц он не ществует, обратное же возможно (наличие нейтронов, л°- и А -мезонов и т. n.j. Заряды большинства элементарных частиц равны по модулю и равны е, несмотря на то что многие частицы резко отличаются по другим физическим параметрам — массе, магнитным свойствам, наличию внутренней структуры и др. Наиболее известной иллюстрацией к этом> являются свойства электрона и протона (см. табл. l). Однако несмотря на все различия мехсду характеристиками многих элементарных частиц, равенство по величине их электрических зарядов наводит на мысль о том, что между ними должно быть нечто общее, обусловленное в первую очередь их пока не известной нам внутренней структурой, что определяет их электрические свойства. Это нечто обшее мы пока не знаем, оно представляется нам как свойства материи, обусловливающие ее организацию в электрически заряженные частицы. Представляется возможным, что именно эти пока неведомые свойства материи вкупе с остальными характеристиками элементарных частиц обусловливают их стабильносгь, а следовательно, в конечном счете создают условия для возникновения и существования жизни.  [c.107]

В результате вылета из ядра а-частицы заряд в ядре уменьшается на два элементарных заряда, а число частиц в ядре уменьшается на два протона и два нейтрона, которые входят в состав а-частицы и улетают вместе с ней. В результате а-распада образуется новое ядро, которое, в свою очередь, может быть радиоактивным. Совокупность ядер, обра-  [c.184]

Драматична история открытия позитрона и его аннигиляции. Началась с того, что Дирак в 1928 г. предложил для описания движения релятивистского квантового электрона замечательное уравнение, которое удивительно хорошо без всяких эмпирических констант описывало все известные тогда тонкие детали спектра атома водорода. Вскоре, однако, было подмечено, что уравнение Дирака имеет лишние решения, соответствующие отрицательным массам и энергиям электрона. Существование же отрицательных масс явно невозможно, так как в этом случае частица двигалась бы против силы и, например, диполь из двух частиц с разными по знаку массами саморазгонялся бы. Эти лишние решения не удавалось Очеркнуть, не портя уравнения и ряда проверенных на опыте выводов из него. Тогда Дирак в 1930 г. выдвинул идею, потрясшую его современников. Он воспользовался принципом Паули и принял, что вакуум — это такое состояние, в котором заполнены все состояния электрона с отрицательной энергией. В этом случае переход электрона в состояние с отрицательной энергией невозможен. Если же вырвать вакуумный электрон из состояния с отрицательной энергией, то образуется электрон с положительной энергией и дырка на бесконечном фоне заполненных состояний. Можно показать, что такая дырка будет вести себя как частица с положительной массой (энергией) и с положительным зарядом. Дирак поначалу отождествил эту дырку с протоном. Но ему вскоре указали, что, во-первых, масса дырки должна быть строго равной массе электрона, а, во-вторых, дырка будет аннигилировать при столкновении с электроном. Тогда Дирак объявил, что предсказываемая им дырка представляет собой новую еще не открытую элементарную частицу. В эпоху, когда элементарных частиц было известно всего три, такое предсказание было столь смелым, что в него не поверили даже авторы монографий того времени, посвященных уравнению Дирака. Но вскоре (С. Д. Андерсон, 1932) позитрон был открыт в космических лучах,  [c.338]

Дефекты после радиационного облучения. Из множества элементарных частиц и излучений, возникающих при распаде ядерного топлива (нейтроны, протоны, дейтроны, электроны, позитроны, а-частицы Р- и y-из-лучения), наибольшее влияние на свойства конструкционных материалов оказывают нейтроны. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают в кристаллическую решетку металла, вызывая в ней существенные изменения. Наиболее сильно влияют на свойства металлов быстрые нейтроны, нейтроны, обладающие энергией выше 0,5 эв, которые, попадая в кристаллическую решетку с энергией в несколько десятков тысяч электроно-вольт, упруго сталкиваются с ядром ионизированного атома. Атом, получив энергию, при смещении из узла решетки перемещается в междоузлие. Таким образом, в кристаллической решетке возникает вакансия и внедренный в междоузлии атом.  [c.38]

Изотопи еским спином называется оператор, устанавливающий связь между различными элементарными частицами в гипотетическом пространстве изотопического спина. Так, например, протон и нейтрон можно рассматривать как два состояния некоторой частицы нуклона с значениями изотопического спина V2 и —Va- Изотопический спин, являющийся обобщением понятия заряд частицы , можно рассматривать как инвариант представления группы вращений в трехмерном пространстве изотопического спина.  [c.912]

Вероятность столкновения частицы (например, нейтрона) с атомным ядром зависит от площади мишени, то есть от поперечного сечения ядра. Однако при определении вероятности возникновения ядерной реакции следует учитывать, что атомное ядро представляет собой специфический источник ядерных и электрических сил, и поэтому имеет смысл говорить об эффективном поперечном ядерном сечении, которое, конечно, зависит от различных свойств данного ядра. Далее мы эту величину будем называть просто ядерным сечением, помНя, естественно, что оно не является собственно поперечным сечением атомного ядра. Величина ядерного сечения зависит и от свойств элементарных частиц, участвующих в ядерной реакции. Поскольку радиус действия электрических сил теоретически бесконечен, то, следовательно, для заряженных частиц, таких, как протоны и электроны, атомное ядро, благодаря своему положительному заряду, будет иметь ядерноё сечение, отлич ное от того, которое характерно для случая взаимодействия ядра с нейтроном, так как сфера действия ядерных сил не превышает см. Величине ядерного сечения присущи и другие зависимости от энергии пролетающей частицы, от конкретного типа ядерной реакции. Так, например, нейтрон может различным способом взаимодействовать с ядром урана он способен вызвать расщепление ядра, но может и просто быть захвачен ядром (без последующего расщепления). Для каждого из этих случаев существуют различные ядерные сечения, то есть имеются различные вероятности возникновения каждого из этих ядерных взаимодействий.  [c.73]

Применение метода МСР. Исследования можно разделить на 2 группы изучение явлений, где анализируется поведение в веществе самого положит, мюона р+, рассматриваемого как лёгкий протон изучение проблем, где р рассматривается как простейший зонд в исследуемом веществе, сочетающий свойства пробного заряда и элементарного магнитометра. Часто в одном эксперименте оба аспекта тесно переплетаются. Примеры исследований 1-й группы — эксперименты по изучению электронной структуры мюония в полупроводниках и диффузии мюонов в металлах. Эти эксперименты дополняют исследования поведения водорода в материалах, позволяя получать наглядную картину процессов, в к-рых проявляется квантовая природа поведения лёгкой примесной частицы в тяжёлой кристаллич. решётке. Примерами исследований 2-й группы может служить изучение смешанного состояния сверхпроводников 2-го рода и фазовых переходов с изменением магн. порядка (см. Магнитный фазовый переход).  [c.226]

ЦВЕТОВОЙ ЗАРЯД — параметр, определяющий сильное взаимодействие кварков и глюонов в квантовой хромодинамике. Ц. 3. во многих отношениях аналогичен электрич. заряду. В час1 ности, благодаря калибровочной симметрии, с к-рой связано появление Ц. з., он может служить мерой нек-рой сохраняющейся величины. Величина эффективного Ц. 3. существенно зависит от расстояния до цветной частицы, однако, в отличие от электрического, он не может быть измерен на бесконечности , т. к. ввиду предполагаемого удержания цвета не существует статич. глюонного поля. Измерение Ц. з. в глубоко неупругих процессах на расстоянии порядка комптоновской длины волны протона приводит к значению, в 40—50 раз превышающему величину элементарного электрич. заряда. у4. В. Ефремов.  [c.422]

Нейтронное облучение. Как известно, ядерные реакции сопровождаются потоками элементарных частиц (у-кванты, р-лу-чи, потоки нейтронов и протонов и т. д.), энергия которых гораздо больше энергии связи атомов — твердого тела. Попадая в тело, они вызывают каскад других частиц и в итоге приводят к некоторым локальным нарушениям структуры тела. При достаточной интенсивности или продолжительности действия они могут привести к полной деструкции тела или к потере его работоспособности. Наибольшее влияние оказывают пучки нейтронов и Y-квантов, которые не несут электрического заряда и потому обладают наибольшим проникающим действием. Не имеющие массы Y-кванты воздействуют в основном на электронные оболочки при не слишком высоких энергиях и интенсивностях их действие сводится к нагреванию тела. Нейтроны способны искажать решетку, непосредственно воздействуя на ядро атомов. Нейтронное облучение вызывает ослабление пластических свойств тела, уменьшение вязкости разрушения /Сы и ведет к образованию дефектов, что также охрупчивает материал. Кроме того, в металлах важную роль играет тепловая диффузия протонов и нейтронов, вызывающих охрупчивание совершенно аналогично влиянию водорода (см. 1, 2 гл. VII) протоны могут попадать в тело через поверхность из внешних протонных пучков или же возникать в объеме тела при столкновении нейтронов с ядрами.  [c.512]

Атом — Электрон, протон и нейтрон

Атом

Наименьшая часть элемента, которая сохраняет свойства элемента.

ИЛИ

Атом — греческое слово и означает частица, поэтому атом — это самая маленькая частица материи, которая обладает свойствами элемента. Например. Железо, Al, Cu и т. Д.

АТОМНАЯ СТРУКТУРА

Атом — это самая маленькая частица элемента, которая сохраняет характеристики этого элемента. Согласно классической модели Бора атомы имеют структуру планетарного типа, состоящую из центрального ядра, окруженного вращающимися электронами.Ядро состоит из положительно заряженных частиц, называемых протонами, и незаряженных частиц, называемых нейтронами. Краткое описание этих частиц приводится ниже.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИЦЫ АТОМА

1. ЭЛЕКТРОН
2. ПРОТОН
3. НЕЙТРОН

ЭЛЕКТРОН

Это также фундаментальная частица атома. Электрон — это частица с отрицательным зарядом. Это отрицательный заряд. Величина заряда -1,6х10 ^-19 кулон.Масса электрона 9,11х10 ^-31 кг или 0,00054859 а.е.м. Поскольку у атома равное количество электронов и протонов, и они имеют равные и противоположные заряды, они отменяют свой эффект, и атом становится нейтральным. Он в 1836 раз легче протона. Он вращается вокруг ядра.

ПРОТОН

Протон — частица с положительным зарядом, находящаяся внутри ядра. Величина заряда 1,6х10 ^-19 кулонов. Масса протона 1,67х10 ^-27 кг или 1.0072766 а.е.м. Он в 1836 раз тяжелее электрона. Число протонов и электронов в атоме равно.

НЕЙТРОН

Нейтрон — нейтральная частица, поэтому у него нет заряда. Следовательно, название Neutron происходит от слова «нейтральный». Он тяжелее электрона. Его масса примерно равна массе протона, равной 1,6×10 ^-27 кг или 1,0086654 а.е.м. Он в 1842 раза тяжелее электрона. И протон, и нейтрон составляют атомную массу атома.Он находится в ядре.

ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

Мы знаем, что электрон вращается вокруг ядра в другом положении. Эти положения называются уровнями энергии, или электроны оболочки распределяются по оболочке в соответствии с формулой 2 (N) ² .

Число электронов в K-оболочке 2N ² = 2 (1) ² = 2

Число электронов в L-оболочке 2N ² = 2 (2) ² = 8

Число электронов в М-оболочке 2N ² = 2 (3) ² = 18 и т. Д. И т. Д.

Число электронов в самой внешней оболочке не распределяется по формуле 2 (N) 2.Самая внешняя оболочка называется валентной оболочкой, а электрон в ней называется валентным электроном.

ДЛЯ ПРИМЕРА (CU)

АТОМНОЕ ЧИСЛО = 29

Количество электронов в K-оболочке = 2 (1) = 2
Количество электронов в L-оболочке = 2 (2) ² = 8
Количество электронов в M-оболочке = 2 (3) ² = 18
Число электронов в N-оболочке = 1

протонов, нейтронов и электронов | Глава 4: Периодическая таблица и связь

Атомная структура | Группа Грандинетти

Атомная структура

Атом состоит из трех типов субатомных частиц: протон , нейтрон и электрон .

Частица	Масса / г	Заряд / $ q_e $
Протон	1,6727 x 10 -24	+1
Нейтрон.{-19} $ кулонов. Протроны и нейтронов имеют схожие массы, а электронов намного легче (более чем в 1000 раз легче). Протоны и электронов имеют равные и противоположные заряды, а нейтронов не имеют заряда. У нас есть следующее простое изображение атома . Атом состоит из положительно заряженного ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Это маленькое ядро ​​окружено вращающимися электронами.Поскольку протоны и нейтроны намного массивнее электронов, практически вся масса атома находится в ядре . Легкие отрицательно заряженные электроны движутся по орбите в пространстве вокруг ядра. Мы используем следующий символ для описания атома: A = Z + N, где N — количество нейтронов. Если вы добавите или вычтете из ядра протон , вы создадите новый элемент . Если вы добавите или вычтете из ядра нейтрон , вы создадите новый изотоп того же элемента, с которого вы начали. В нейтральном атоме количество положительно заряженных протонов в ядре равно количеству вращающихся вокруг электронов . Атом водорода Давайте посмотрим на простейший пример атома, атом водорода . Атом состоит из протона и электрона, удерживаемых вместе посредством электромагнитной силы между положительно заряженным протоном и отрицательно заряженным электроном. Электрон вращается вокруг протона, потому что это более легкая частица, вроде как Земля вращается вокруг Солнца. Однако есть большие различия в картине вращения Земли вокруг Солнца и вращения электрона вокруг ядра.1_1 $ H мы можем сделать изотопов водорода. Вот три распространенных изотопа водорода. Если мы добавим к ядру водорода протон , мы получим гелий (другой элемент). Вот два распространенных изотопа гелия. Другой пример — углерод. Поскольку символ элемента и атомный номер являются избыточными, вы часто будете видеть изотопы, написанные без атомного номера. Например, вы увидите только 12 C.{35} _ {17} $ Cl? Число протонов дается атомным номером , нижним числом, поэтому число протонов равно 17. Это нейтральный атом , поэтому будет равное количество отрицательно заряженных электронов, чтобы уравновесить положительно заряженных протонов, таким образом, число электронов также равно 17. Мы знаем, что атомная масса А = Я + Н где N — количество нейтронов. Переставляя уравнение, получаем N = А — Я Подставляя уже известные числа, получаем N = 35-17 = 18 = количество нейтронов Теперь вы можете подумать, что атомное ядро ​​с большим количеством протонов (например, 12 C) разлетится из-за электрического отталкивания между положительно заряженными протонами.Оказывается, эти силы электрического отталкивания преодолеваются силой притяжения между протонами и нейтронами, называемой сильной ядерной силой. На малых расстояниях внутри ядра эта сила сильнее электромагнитных сил отталкивания, но на больших расстояния становится намного слабее. Атомная масса грамма — не очень удобная единица измерения атомных масс, поэтому определена новая единица, называемая единицей атомной массы (u) . 1 u = 1.66053904 x 10 -24 г Повторно выразив массы субатомных частиц в атомных единицах массы, мы получим Частица Масса / г Масса / ед. протон 1.672621898 x 10 -24 1.007276467284985 нейтрон 1.008664915821552 электрон 9.10938356 x 10 -28 0,000548579 87202 Используя инструмент, называемый масс-спектрометром , мы можем очень точно измерить массу атомов и молекул. Вот некоторые измеренные массы изотопов с помощью масс-спектрометра . 9037 90 То, что 12 C имеет массу ровно 12,000000 u, не случайно. Масс-спектрометр может точно измерять только разность масс .Для решения этой проблемы определено, что изотоп 12 C имеет массу ровно 12 u. Тогда все остальное измеряется относительно 12 C. Как и следовало ожидать, разные изотопы одного и того же элемента будут иметь разные массы. Однако если вы посмотрите на таблицу Менделеева, вы заметите, что для массы каждого элемента указано только одно число. Как у вас может быть только одна масса, если существует более одного изотопа каждого элемента? Ответ заключается в том, что масса каждого элемента равна средневзвешенным массам всех изотопов этого элемента.В этом средневзвешенном значении веса представляют собой процентное содержание каждого изотопа, встречающегося в природе. Например, если вы проанализируете кусок чистого углерода с планеты Земля, вы обнаружите, что 98,89% всех атомов углерода на Земле составляют 12 атомов углерода и 1,11% всех атомов углерода на Земле составляют 13 атомов углерода. Итак, средневзвешенная масса углерода равна . (0,9889) (12,000000 u 12 C) + (0.0111) (13,0039 u 13 C) = 12,011 u Вполне возможно, что на планете в далекой галактике естественное содержание изотопов углерода может быть другим, и поэтому они будут иметь несколько другие числа под углеродом в их периодической таблице. Однако массы изотопов везде одинаковы. Природное содержание 63 Cu составляет 69,09%, а для 65 Cu — 30,19%. Если атомный вес 63 Cu равен 62,93 u, а атомный вес 65 Cu равен 64.93 ед., Каков средний атомный вес природной меди? (0,6909) (62,93 мкм 63 Cu) + (0,3091) (64,93 мкм 65 Cu) = 63,55 мкм Домашнее задание от Chemisty, The Central Science, 10-е изд. 2.15, 2.19, 2.21, 2.23, 2.25, 2.27, 2.33, 2.35, 2.37, 2.47, 2.49 Атомный калькулятор Атомный калькулятор — это инструмент для вычисления атомного номера и массового числа на основе количества компонентов атома — протонов, нейтронов и электронов (или наоборот).Кроме того, вы можете определить заряд ионов с известным количеством протонов и электронов. Эта статья предоставит вам определение атома, компонентов атома, атомного номера и массового числа, а также краткое пошаговое руководство по вычислению количества компонентов атома. Что такое атом? Атом — наименьшая составляющая единица вещества, сохраняющая свойства элемента. Типичный атом состоит из ядра и электронного облака . Компоненты атома представляют собой положительно заряженные протонов и электрически нейтральные нейтронов в ядре и отрицательно заряженные электронов , вращающиеся вокруг этого ядра. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Атомы электрически нейтральны, потому что они содержат равное количество электронов и протонов. Однако, когда у атома неравное количество протонов и электронов, он имеет электрический заряд , и они создают ионов .Если ион имеет на протонов больше, чем электронов , он на положительно заряжен и называется катионом . И наоборот, если ион имеет на электронов больше, чем электронов , он на отрицательно заряжен и называется анионом . Некоторые атомы могут расщепляться на более мелкие части (более легкие ядра). Если вы хотите узнать период полураспада, вы можете использовать Калькулятор Half Life, чтобы рассчитать количество ядер, оставшихся через определенное время. Атомный номер, атомная масса Атом однозначно идентифицируется с атомным номером (символ Z) .Атомный номер — это количество протонов, присутствующих в ядре. В случае незаряженных атомов атомный номер равен количеству электронов. Напротив, в ионах количество электронов — это разница между атомным номером и зарядом ионов. В катионах электронов меньше, чем протонов, а в анионах больше электронов, чем протонов. Однако количество нейтронов в данном элементе может варьироваться. Варианты одного и того же химического элемента с разным числом нейтронов называются изотопами.Протоны и нейтроны определяют массу атома. Массовое число (символ A) — это сумма чисел протонов и нейтронов. Как рассчитать атомный номер, атомную массу и заряд или количество протонов, нейтронов и электронов? Выберите свой элемент. Предположим, что это атом натрия (Na). Плата составляет 0. Найдите атомный номер (Z) и массовое число (A). Они равны 11 и 23 соответственно. Рассчитайте количество протонов, нейтронов и электронов, используя математические выражения (1-3): p = 11 n = 23 - 11 = 12 е = 11 - 0 = 11 4.Кроме того, вы также можете рассчитать атомный номер, атомную массу и заряд. 5. Выберите свой элемент. Предположим, что это сульфид-анион. 6. Найдите количество протонов, нейтронов и электронов. Они равны 16, 16 и 18 соответственно. 7. Рассчитайте атомный номер, атомную массу и заряд, используя математические выражения (4-6): Z = 16 А = 16 + 16 = 32 z = 16 - 18 = -2 Конечно, вам не обязательно выполнять все эти вычисления вручную! Введите любые три значения в этот атомный калькулятор и посмотрите, как он сделает всю работу за вас. Атомная структура — Годзимо Перво-наперво Атомы — это строительные блоки материи — мы это ясно понимаем. Однако даже атомы состоят из вещества, а вещество меньшего размера известно как субатомные частицы. В этом разделе мы сосредоточимся именно на этих субатомных частицах. Субатомные частицы состоят из протонов, нейтронов и электронов, которые удерживаются вместе сильными ядерными силами. Пока все хорошо! Неудивительно, что масса этих частиц очень мала — я имею в виду крошечные! И протоны, и нейтроны имеют массу, равную одной атомной единице массы.Все они вместе в ядре, но они не могут отталкивать друг друга из-за сильной ядерной силы, создаваемой протонами и нейтронами. Вы можете знать или не знать, но атомы обладают нейтральным зарядом, и это потому, что они несут одинаковое количество протонов и электронов, компенсирующих друг друга. Протоны несут один положительный заряд, а электроны несут один отрицательный заряд, поэтому в нейтральном атоме всегда одинаковое количество протонов и электронов. Электроны имеют единственный отрицательный заряд и весят всего около 0,005 атомной единицы массы. Итак, если вы думали, что нейтроны и протоны маленькие — электроны еще меньше! Ионы образуются, когда атомы теряют или приобретают электроны для достижения полной внешней оболочки. Неметаллы приобретают электроны и превращаются в отрицательные ионы. Атомы металла теряют электроны и становятся положительными ионами. Атомы также имеют то, что называется изотопами. Это атомы определенного элемента и имеют определенное количество нейтронов. Другими словами, изотопы — это атомы элемента, которые имеют разное количество нейтронов в ядре, но одинаковое количество протонов, т. Е. Они имеют одинаковый атомный номер, но разные атомные массовые числа. У большинства элементов есть несколько изотопов, некоторые из которых стабильны, а другие спонтанно распадаются, высвобождая радиоактивность. Чтобы найти массовое число атома, вы просто складываете количество протонов и электронов. Например, у атома семь нейтронов и семь протонов, его массовое число (A) равно 14. Чтобы найти атомный номер, мы смотрим на протоны в атоме. Например, посмотрите на хлор, он состоит из 17 протонов и поэтому имеет атомный номер (Z) 17. Вы также можете рассчитать количество протонов, электронов и нейтронов. Давайте возьмем натрий в качестве примера. Атомный номер, который представляет собой число протонов, равен 11. Число протонов равно числу электронов. Итак, у натрия 11 протонов и 11 электронов. Массовое число 23. Число нейтронов = массовое число — атомный номер.Количество нейтронов = 23 — 11 = 12. Связанные Атомный Структура A. Атомный номер равен электронам или протонам У каждого элемента есть атомный номер. Атомные номера перечислены вместе с названиями и символами элементов на внутренней стороне обложки текста. Атомный номер равен заряду ядра.Следовательно, он также равен количеству протонов в ядре, а также численно равен количеству электронов в нейтральном атоме. Атомный номер имеет символ Z. У разных элементов разные атомные номера; следовательно, атомы разных элементов содержат разное количество протонов (и электронов). Кислород имеет атомный номер 8; его атомы содержат 8 протонов и 8 электронов. Уран имеет атомный номер 92; его атомы содержат 92 протона и 92 электрона. Связь между атомным номером и числом протонов или электронов можно сформулировать следующим образом: Изотоп Масса / ед. 2 H 2.01410177785 4 He 4.00260325415 8 Be 8.005305103 12 C 12.000000 16 O 15.99491461956 Атомный номер = количество протонов на атом = количество электронов на нейтральный атом Б. Массовое число равно протонам и нейтронам У каждого атома также есть массовое число, обозначаемое символом A.Массовое число атома равно количеству протонов плюс количество нейтронов, которые он содержит. Другими словами, количество нейтронов в любом атоме — это его массовое число за вычетом атомного номера. Количество нейтронов = массовое число — атомный номер или Массовое число = количество протонов + количество нейтронов Атомный номер и массовое число атома элемента можно указать, написав перед символом элемента массовое число в качестве верхнего индекса и атомное число в качестве нижнего индекса: массовое число атомный номер Обозначение элемента или же А Z X Например, атом золота (символ Au) с атомным номером 79 и массовым числом 196 обозначается как: С.Изотопы Хотя все атомы данного элемента должны иметь один и тот же атомный номер, не обязательно, чтобы все они имели одно и то же массовое число. Например, некоторые атомы углерода (атомный номер 6) имеют массовое число 12, другие имеют массовое число 13, а третьи имеют массовое число 14. Эти разные виды одного и того же элемента называются изотопами. Изотопы — это атомы, которые имеют одинаковый атомный номер (и, следовательно, принадлежат к одному элементу), но разные массовые числа.Состав атомов встречающихся в природе изотопов углерода показан в Таблице 4.2. ТАБЛИЦА 4.2 Встречающиеся в природе изотопы углерода Изотоп Протоны Электронов Нейтроны 6 6 6 6 6 7 6 6 8 Различные изотопы элемента могут быть обозначены с помощью верхних и нижних индексов, чтобы показать массовое число и атомный номер.Их также можно идентифицировать по названию элемента с массовым числом конкретного изотопа. Например, как альтернатива мы можем писать углерод-12, углерод-13 и углерод-14. Около 350 изотопов встречаются на Земле в естественных условиях, а еще 1500 изотопов были произведены искусственно. Изотопы данного элемента ни в коем случае не одинаково многочисленны. Например, 98,89% всего углерода, встречающегося в природе, составляет углерод-12, 1,11% — углерод-13, и только следовые количества — углерод-14.Некоторые элементы содержат только один изотоп природного происхождения. В таблице 4.3 перечислены встречающиеся в природе изотопы нескольких общих элементов, а также их относительное содержание. ТАБЛИЦА 4.3 Относительное количество встречающихся в природе изотопов несколько элементов Изотоп Обилие (%) водород-1 99.985 водород-2 0,015 водород-3 след углерод-12 98,89 углерод-13 1.11 углерод-14 след азот-14 99,63 азот-15 0,37 кислород-16 99.76 кислород-17 0,037 кислород-18 0,204 Изотоп Обилие (%) кремний-28 92.21 кремний-29 4,70 кремний-30 3,09 хлор-35 75,53 хлор-37 24.47 фосфор-31 100 утюг-54 5,82 утюг-56 96,66 утюг-57 2.19 утюг-58 0,33 алюминий-27 100 D. Внутренняя структура атома До сих пор мы обсуждали электроны, протоны и нейтроны, а также способы определения сколько каждого конкретного атома содержит.Остается вопрос: это частицы, хаотично распределенные внутри атома, как черника в булочке, или у атома есть какая-то организованная внутренняя структура? В начале ХХ века ученые пытались ответить на этот вопрос. Различные теории был предложен, но ни один из них не был подтвержден экспериментально. В нашем обсуждении истории науки мы предположили, что на различных этапах ее развития наука отметила время, пока кто-нибудь не проведет ключевой эксперимент, который обеспечил новые идеи.В истории изучения атомов был проведен ключевой эксперимент. в 1911 году Эрнестом Резерфордом и его коллегами. 1. Силы между телами Наше понимание выводов, сделанных из эксперимента Резерфорда, зависит от знания сил, действующих между телами. Поэтому, прежде чем обсуждать его эксперимент, необходимо сделать краткий обзор этих сил. Во-первых, сила гравитация, существующая между всеми телами. Его величина зависит от соответствующих масс и от расстояния между центрами тяжести двух взаимодействующих тел.Вы знакомы с гравитацией; он действует, чтобы держать ваши ноги на земле, а луну на орбите. Электрические силы также существуют между заряженными частицами. Величина электрической силы между двумя заряженными телами зависит от заряда каждого тела и от расстояния между их центрами. Если заряды одного знака (положительные или отрицательные), тела отталкиваются друг от друга; если заряды противоположного знака, тела притягиваются друг к другу. Магнитные силы, третий тип, подобны электрическим силам.У каждого магнита два полюса — северный и южный. Когда два магнита сводятся вместе, возникает сила отталкивания между одинаковыми полюсами и сила притяжения между противоположными полюсами. В заряженном теле могут взаимодействовать магнитные и электрические силы. Эти три силы были известны в конце девятнадцатого века, когда структура атома стала предметом интенсивного изучения. 2. Эксперимент Резерфорда Опишем эксперимент Резерфорда: В 1911 году было общепризнано, что атом содержит электроны и протоны, но, вероятно, они не расположены в каком-либо определенном порядке.Резерфорд хотел установить, существует ли закономерность. Он надеялся получить эту информацию, изучая, как протоны в атоме отклоняют путь другой заряженной частицы, проходящей через атом. Для своей второй частицы он выбрал альфа () частицы. Альфа-частица содержит два протона и два нейтрона, что дает ей относительную массу 4 а.е.м. и заряд +2. Альфа-частица достаточно близка по массе и заряду к протону, поэтому ее путь изменится, если она пройдет близко к протону.В эксперименте луч альфа-частиц направлялся на кусок золотой фольги, такой тонкий, чтобы быть прозрачным и, что более важно для Резерфорда, толщиной всего в несколько атомов. Фольга была окружена экраном из сульфида цинка, который вспыхивал при каждом ударе альфа-частицы. Построив местоположение вспышек, можно было бы определить, как путь альфа-частиц через атом был изменен протонами в атоме. Три пути, показанные на рисунке 4.2 (пути A, B и C) представляют наблюдаемые. Большинство альфа-частиц следовали по пути A; они проходили прямо через фольгу, как будто ее и не было. Некоторые были слегка отклонены от их первоначального пути, как на пути B; и еще меньшее количество отскочило от фольги, как если бы они ударились о твердую стену (путь C). РИСУНОК 4.2 (a) Поперечное сечение аппарата Резерфорда. РИСУНОК 4.2 (b) Увеличенное поперечное сечение золотой фольги в приборе, показывающее отклонение альфа-частиц ядрами атомов золота. Хотя вы можете быть удивлены, что через золотую фольгу прошли какие-либо альфа-частицы, Резерфорд — нет. Он ожидал, что многие пройдут прямо (путь А). Он также ожидал, что из-за присутствия в атоме положительно заряженных протонов некоторые альфа-частицы будут следовать по слегка отклоненному пути (путь B).Тот факт, что некоторые альфа-частицы отскакивают (путь C), поразил Резерфорда и его сотрудников. Путь C предполагал, что частицы врезались в область плотной массы и отскочили обратно. Если использовать аналогию Резерфорда, возможность такого отскока была столь же маловероятна, как отскок пушечного ядра о кусок папиросной бумаги. 3. Результаты эксперимента. Тщательное рассмотрение результатов, и особенно пути C, убедило Резерфорда (и научное сообщество) в том, что атом содержит очень маленькое плотное ядро ​​и большой объем внеядерного пространства.Согласно теории Резерфорда, ядро ​​атома содержит всю массу атома и, следовательно, все протоны. Протоны придают ядру положительный заряд. Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, положительно заряженные альфа-частицы, проходящие близко к ядру, отклоняются (путь B). Ядро, содержащее все протоны и нейтроны, массивнее альфа-частицы; следовательно, альфа-частица, ударяющаяся о ядро ​​атома золота, отскакивает от столкновения, как и те, которые следовали по пути C. Вне ядра, в относительно огромном внеядерном пространстве атома, находятся крошечные электроны. Поскольку электроны настолько малы по сравнению с пространством, которое они занимают, внеядерное пространство атома по существу пусто. В эксперименте Резерфорда альфа-частицы, встречаясь с этой частью атомов в золотой фольге, проходили через фольгу без отклонения (путь A). Если ядро ​​содержит практически всю массу атома, оно должно быть чрезвычайно плотным.Его диаметр составляет примерно 10 -12 см, что составляет примерно 1/10 000 диаметра всего атома. Согласно этой модели, если бы ядро ​​было размером с мрамор, атом с его внеядерными электронами имел бы 300 м в диаметре. Если бы мрамор имел ту же плотность, что и ядро ​​атома, он бы весил 3,3 X 10 10 кг. Эта модель ядра требует введения силы, отличной от обсуждаемой ранее, такой силы, которая позволит протонам с их взаимно отталкивающими положительными зарядами плотно упаковываться в ядре, разделенных только незаряженными нейтронами.Эти ядерные силы, кажется, зависят от взаимодействий между протонами и нейтронами. Некоторые из них слабые, а некоторые очень сильные. Вместе они удерживают ядро, но они еще не поняты. Модель атома, основанная на работе Резерфорда, конечно, не более чем модель; мы не можем видеть эти субатомные частицы или их расположение внутри атома. Однако эта модель действительно дает нам представление об атоме, которое совпадает с наблюдениями, сделанными относительно его свойств.Теперь мы можем определить не только, какие субатомные частицы содержат конкретный атом, но и находятся ли они в его ядре. Например, атом углерода-12 содержит 6 протонов и 6 нейтронов в ядре и 6 электронов вне ядра. У нас есть две отдельные части атома — ядро ​​и внеядерное пространство. Ядро атома не играет никакой роли в химических реакциях, но участвует в радиоактивных реакциях.(Такие реакции обсуждаются позже в этой главе.) Химический состав атома зависит от его электронов — их количества и того, как они расположены во внеядерном пространстве. Назад & nbsp Домой & nbsp Далее Как элементы распадаются на протоны, электроны и нейтроны? Это объяснение предоставлено командой Стивена Рекрофта и Джона Д. Суэйна, профессоров факультета физики Северо-Восточного университета. Сначала, вероятно, неплохо было бы рассмотреть, из чего состоит атом.По сути, он содержит ядро, содержащее некоторое количество (назовем его N) положительно заряженных протонов, которое окружено облаком (N) отрицательно заряженных электронов. Сила, удерживающая электроны и протоны вместе, — это электромагнитная сила. Число N говорит вам, какой у вас элемент: для водорода N равно 1, для гелия 2 и так далее. Одна и та же электромагнитная сила, которая притягивает противоположно заряженные электроны и протоны, пытается оттолкнуть протоны (которые все имеют одинаковый заряд) друг от друга.Чтобы избежать этого разделения, в ядре задействуется другая частица: нейтрон. Подобно протону по массе, но без электрического заряда, нейтрон необходим для удержания ядра вместе. На коротких расстояниях (то есть внутри ядра) очень сильная сила, более мощная, чем электромагнетизм, берет верх и притягивает протоны и нейтроны. Для большинства элементов существует несколько возможностей относительно того, сколько нейтронов может поместиться в ядро, и каждый выбор соответствует разному изотопу этого элемента. Предположим, вы хотите разорвать атом на части. Первое, что вам нужно сделать, это избавиться от электронов. Есть много способов сделать это. Вы можете направить свет на атом или подвергнуть его другому виду электромагнитного излучения с еще более короткой длиной волны. Кроме того, вы можете поразить его частицами, такими как электроны или другие атомы. На самом деле свет состоит из маленьких кусочков, называемых фотонами, поэтому сияющий свет на атоме — это просто особый случай столкновения его с другими частицами. Heat тоже подойдет, но косвенно.Это заставляет атомы быстро двигаться и сталкиваться друг с другом. Первый электрон оторвется довольно легко, оставив объект с чистым положительным зарядом (так называемый ион). Каждый следующий электрон, как правило, сложнее отделить, поскольку он видит себя частью объекта с все более высоким положительным зарядом. После того, как все электроны исчезнут, у вас останется только ядро. Поскольку сильная сила, удерживающая протоны и нейтроны вместе, сильнее электромагнитной, разрушение ядра на части требует больше энергии, чем удаление электронов.Даже в этом случае принцип тот же: поразите его либо фотонами (но теперь с теми, которые имеют гораздо больше энергии, чем фотоны видимого света), либо любой из огромного зоопарка частиц, открытого физиками высоких энергий. Нейтроны особенно полезны, потому что у них нет электрического заряда. Таким образом, они могут лететь прямо в ядро, не испытывая препятствий со стороны электромагнитных сил. Обычно для того, чтобы извлечь вещество из ядра, требуется примерно в миллион раз больше энергии, чем для того, чтобы отделить электрон от атома. Хотя мы говорили о поэтапном разделении атома, вы, конечно, можете чем-нибудь поразить весь атом (электроны и ядро); если ударить достаточно сильно, вы получите кучу кусочков и кусочков. Возможно, стоит затронуть еще два момента. Во-первых, если вы достаточно сильно ударите по протонам и нейтронам, вы обнаружите, что они, в свою очередь, состоят из еще более мелких частей, называемых кварками. Кварки удерживаются вместе той же сильной силой, которая удерживает ядро ​​вместе (хотя детали того, как это работает в двух случаях, немного отличаются). Пока что у нас нет доказательств того, что внутри электронов гремит что-то меньшее. Второй момент заключается в том, что если вы ударяете по предметам с очень высокими энергиями, вы не просто получаете куски, но также создаете совершенно новые частицы, которых раньше не было! Теоретическая основа для описания этого процесса называется квантовой теорией поля, а область физики, которая специализируется на изучении создания и разрушения новых частиц, называется физикой высоких энергий.Есть надежда, что, достаточно глубоко заглянув внутрь материи — разбирая ее и создавая новые формы, — мы лучше поймем механизм, стоящий за вселенной, которую мы видим каждый день. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Таблица конденсаторов по емкости: Электроемкость. Емкость заряженного конденсатора (плоского, циллиндрического и коаксиального провода, сферического, двухпроводной линии). Энергия. 04.07.202123.11.2020 Гк энергоснабжение: Ст. 539 ГК РФ с Комментариями 2020-2021 года (новая редакция с последними изменениями) 26.01.197018.07.2021 Проверка водосчетчиков в москве бесплатно: Как произвести поверку счетчиков воды / Официальный сайт Мэра Москвы 03.09.202101.10.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт