Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Стабильные и метастабильные ядра. Радиоактивные превращения, PDF Печать E-mail
ОБЩАЯ ХИМИЯ - Периодический закон и строение атомов
Автор: AlexGreenEyes   
27.05.2008 00:36
Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Стабильные и метастабильные ядра. Радиоактивные превращения, деление ядер и ядерный синтез. Уравнение радиоактивного распада. Период полураспада.
 

К решению проблемы строения атома ученые подошли в начале XX века. К этому времени благодаря трудам великого английского физика М. Фарадея ученые уже знали, что электрический ток представляет собой поток дискретных единичных электрических зарядов. Был определен элементарный электрический заряд, равный 1,6•10-19 Кл. Носитель отрицательного элементарного заряда был назван электроном. В конце XIX века А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, заключающееся в самопроизвольном распаде некоторых элементов (Беккерель изучал уран, позже М. Склодовская-Кюри и П. Кюри открыли новые радиоактивные элементы радий и полоний), сопровождающемся испусканием излучения, способного засвечивать фотопластинку. Природа излучения была установлена Э. Резерфордом, который показал, что при радиоактивном распаде образуются три вида лучей (a, b, g-излучение). Он установил, что a-лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц с зарядом +2 и отношением массы к заряду, равным 2. При бомбардировке этими частицами серебряной фольги было установлено, что ядра атомов серебра имеют очень небольшой размер, даже в масштабах размеров атома (порядка 10-9 м). В 1919 г. Резерфорд открыл протон, а в 1932 г. Дж. Чедвиком был открыт нейтрон. Очень важными были опыты Дж. Франка и Г. Герца, показавшие дискретность, т.е. квантование, энергии электрона в атоме.
На основе этих экспериментов была предложена модель строения атома, учитывающая вышеперечисленные открытия. Вот ее положения:
1. Атом состоит из ядра и электронов.
2. Ядро заряжено положительно, а электроны отрицательно.
3. Ядро состоит из протонов и нейтронов.
4. Протон является носителем элементарного положительного заряда, равного по значению (1,6•10-19 Кл), но противоположного по знаку заряду электрона. Нейтрон заряда не имеет. Таким образом, заряд ядра (Z) равен числу протонов.
Z=Np.
5. Число протонов определяет порядковый номер элемента. Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.
6. Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковые массы (mp=mn=1 а.е.м.). Масса атома определяется суммарным числом протонов и нейтронов, поскольку масса электрона в 2000 раз меньше массы протона. Сумма чисел протонов (Np) и нейтронов (N) определяет массовое число атома (А).
7. Электроны вращаются вокруг ядра. Число электронов равно числу протонов (атом электронейтрален).

Свойства элементарных частиц, образующих атом



Принадлежность атома к какому-либо элементу определяется зарядом его ядра Z, т.е. числом протонов. При этом число нейтронов и, соответственно, массовое число у атомов одного и того же элемента может различаться. Такие атомы называются изотопами.

Изотопами называют атомы с одинаковым зарядом ядра, но имеющие разные массовые числа.

Таким образом, изотопы — это атомы одного элемента, имеющие разную массу.
Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: А (проставляется вверху слева от химического знака) и N (проставляется снизу слева от химического знака) и обозначается символом соответствующего элемента. Например: изотоп углерода 126C или словами: «углерод-12» Эта форма записи распространена на
элементарные частицы: электронов, нейтрон 10n, протон 11p, нейтрино 00vi. Изотопы известны для всех химических элементов: кислород имеет изотопы с массовыми числами 16, 17, 18: 168О, 178O, 188O. Изотопы аргона: 3618Ar, 3818Ar, 4018Ar; калия: 3919K, 4019K, 4119K.
Атомная масса элемента равна среднему значению из масс всех его природных изотопов с учетом распространенности их.
Например, средняя атомная масса природного лития, содержащего 92,48% 73Li и 7,52% 63Li, равна 6,94 и т.д.
Атомная масса элементов, приводимых в периодической системе Д. И. Менделеева, есть средние массовые числа природных смесей изотопов.
Наряду с термином «изотопы» используется термин «нуклид».

Нуклид -- атом со строго определенным значением массового числа, т.е. фикзированным значением числа протонов и нейтронов в ядре. Радионуклид -- радиоактивнуй нуклид. 

Например, нуклид 16О, радионуклид 14С и т.д. Термин «изотопы» следует применять только для стабильных и радиоактивных нуклидов одного элемента.
Ядерные реакции отличаются от химических, в которых атомы реагирующих веществ вступают в новые комбинации, образуя продукты реакции, но ядра атомов остаются неизменными.
В ядерных реакциях происходит перераспределение протонов и нейтронов в ядрах атомов, и образуются новые элементы.
У некоторых элементов атомы неустойчивы и самопроизвольно распадаются с образованием более легких атомов. Ядро расщепляется, и из его протонов и нейтронов образуется два новых ядра, а электроны исходного атома образуют электронные оболочки двух новых атомов. Иногда распад атома состоит в превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон. Такое превращение сопровождается образованием новых частиц, которые покидают атом. Атомы могут также самопроизвольно распадаться на два осколка, или ядро атома может испустить протон. Самопроизвольный распад атома называют радиоактивным распадом. Если все изотопы данного химического элемента радиоактивны, то такой элемент называют радиоактивным. Испускание частиц и выделение энергии — это признаки радиоактивности.
Распад радиоактивных веществ сопровождается испусканием излучения, которое получило название a- (альфа),)b- (бета) или g- (гамма) излучения. Каждое из них ионизирует атомы вещества, через которое оно проходит, а a-излучение, кроме того, способно вызывать свечение сульфида цинка. Их проникающая способность различна: например, g-излучение способно пройти слой воздуха в несколько десятков метров, b-излучение — на порядок меньше, а a-излучение — всего несколько сантиметров.
К основным видам радиоактивного распада относятся a-распад, b-распад, спонтанное деление атомных ядер и протонный распад. Часто эти виды радиоактивного распада сопровождаются испусканием g-лучей, т.е. жесткого (с малой длиной волы) электромагнитного излучения.
При a-распаде ядро атома испускает два протона и два нейтрона, связанные в ядро атома гелия 42Не; это приводит к уменьшению заряда исходного радиоактивного ядра на 2, а его массового числа на 4. Таким образом, в результате a-распада образуется атом элемента, смещенного на два места от исходного радиоактивного элемента к началу периодической системы.
Возможность b-распада связана с тем, что по современным представлениям протон и нейтрон представляют собой два состояния одной и той же элементарной частицы — нуклона (от лат. nucleus — ядро). При известных условиях (например, когда избыток нейтронов в ядре приводит к его неустойчивости) нейтрон может превращаться в протон, одновременно «рождая» электрон:
нейтрон ® протон + электрон или n ®р+ е-
Таким образом, при b-распаде один из нейтронов, входящих в состав ядра, превращается в протон; возникающий при этом электрон вылетает из ядра, положительный заряд которого на единицу возрастает.
Возможно также превращение протона в нейтрон:
протон ® нейтрон + позитрон или p® n + n+,
где n+ — позитрон — элементарная частица с массой, равной массе электрона, но несущая положительный электрический заряд; по абсолютной величине заряды электрона и позитрона одинаковы. Процесс превращения протона в нейтрон с образованием позитрона может происходить в тех соединениях, когда неустойчивость ядра вызвана избыточным содержанием в нем протонов. При этом один из протонов, входящих в состав ядра, превращается в нейтрон, возникающий позитрон вылетает за пределы ядра, а заряд ядра на единицу уменьшается. Такой вид радиоактивного распада называется позитронным b-распадом (или b+-распадом) в отличие от ранее рассмотренного электронного b-распада (b--распада). Этот вид радиоактивного распада наблюдается у некоторых искусственно полученных радиоактивных изотопов.
Изменение заряда ядра при b-распаде приводит к тому, что в результате b-распада образуется атом элемента, смещенного на одно место от исходного радиоактивного элемента к концу периодической системы (в случае b--распада) или к ее началу (в случае b+-распада).
К уменьшению заряда ядра на единицу приводит не только b+-распад, но и электронный, захват, при котором один из электронов атомной электронной оболочки захватывается ядром; взаимодействие этого электрона с одним из содержащихся в ядре протонов приводит к образованию нейтрона:
Электрон чаще всего захватывается из ближайшего к ядру К-слоя (.К-захват), реже из L или М-слоев.
Спонтанным делением называется самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов на два (иногда на три или четыре) ядра элементов середины периодической системы. Варианты такого деления очень разнообразны, так что общих правил смещения по периодической системе не существует; чаще всего происходит распад исходного ядра на тяжелый и легкий осколки, несущие, соответственно, около 60 и 40% заряда и массы исходного ядра. Относительное содержание нейтронов в ядрах тяжелых элементов выше, чем для ядер устойчивых изотопов середины периодической системы, поэтому при спонтанном делении распадающееся ядро испускает 2-4 нейтрона; образующиеся ядра все еще содержат избыток нейтронов, оказываются неустойчивыми и поэтому претерпевают ряд b--распадов.
Протонный распад представляет собой самопроизвольный распад ядер с дефицитом нейтронов, сопровождающийся испусканием одного или одновременно двух протонов. Образующееся ядро имеет заряд и массовое число меньше исходного на единицу в случае испускания одного протона и двух единиц при испускании двух протонов.
Элементы, расположенные в конце периодической системы (после висмута), не имеют стабильных изотопов. Подвергаясь радиоактивному распаду, они превращаются в другие элементы. Если вновь образовавшийся элемент радиоактивен, он тоже распадается, превращаясь в третий элемент, и так далее до тех пор, пока не получаются атомы устойчивого изотопа.
Ряд элементов, образующихся подобным образом один из другого, называют радиоактивным рядом.

Например, ряд урана:



Выше показана последовательность превращения продуктов распада изотопа 238U, составляющего преобладающую часть природного урана; для каждого превращения указан тип радиоактивного распада (над стрелкой) и период полураспада (под стрелкой) . Конечным продуктом распада является устойчивый изотоп свинца.
Два других естественных ряда — это ряд актиния, начинающийся с 23592U и заканчивающийся 20782Pb, и ряд тория, начинающийся с 23290Th и заканчивающийся 20882Pb.
Имеется и четвертый ряд радиоактивных изотопов, который не существует в природе и был получен искусственно.
Радиоактивность может быть вызвана искусственно
Помимо ядерных реакций, протекающих самопроизвольно, есть и такие, которые возникают при бомбардировке устойчивых изотопов различными частицами, например, a-частицами или нейтронами. Впервые ядерную реакцию осуществил Э. Резерфорд (1919 г.), бомбардируя атомы азота a-частицами в камере Вильсона.
147N + 42He®178O+p
Тем самым была экспериментально доказана возможность искусственного взаимопревращения элементов.
В 1933 г. Ирен Кюри и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые легкие элементы — бор, магний, алюминий — при бомбардировке их a-частицами испускают позитроны. Они же установили, что если убрать источник a-частиц, то испускание позитронов прекращается не сразу, а продолжается еще некоторое время. Это значит, что при бомбардировке a-частицами образуются какие-то радиоактивные атомы, обладающие определенной продолжительностью жизни, но испускающие не a-частицы и не электроны, а позитроны. Таким образом, была открыта искусственная радиоактивность.

Уравнения ядерных реакций
В уравнениях ядерных реакций суммы чисел нуклонов (массовых чисел) одинаковы в левой и правой частях, и суммы чисел протонов (атомных номеров) также одинаковы для обеих частей уравнения. В качестве примера запишем схему b-распада азота-16:
167N®nmO+0-1e
Приравнивая числа нуклонов, получим 16 =n+0, откуда n=16. Приравнивая числа протонов, получим 7=m+(-1), откуда m=8.
Таким образом, при распаде получается изотоп 168О.
Уравнение реакции выглядит следующим образом:
167N=168O+0-1e

Скорость радиоактивного распада пропорциональна числу не распавшихсярадиоактивных атомов.

Время, необходимое для того, чтобы число радиоактивных атомов  вследствие их распада уменьшилось от N0 до N0/2 называют периодом полураспада радиоактивного изотопа t 1/2 . Таким образом, период полураспада -- время необходимое для того, чтобы распалась половина имеющихся радиоактивных атомов.

Деление ядер
Первым, кто расщепил атом, был О. Ган (1939 г.). Он облучал уран-235 нейтронами. Атомы 23592U расщепляются на два более легких атома и два нейтрона с выделением энергии:


Если масса образца урана-235 меньше некоторого значения, называемого критической массой, то нейтроны вылетают за пределы образца. Если образец урана-235 достаточно велик, то вероятность столкновения образовавшихся при делении нейтронов с другими атомами урана-235, в результате чего происходит их деление, больше вероятности того, что нейтроны покинут образец.
Ядерный синтез
Теоретически показано, что синтез может служить источником ядерной энергии.
Когда два атома водорода-2 (дейтерия) сталкиваются при очень больших скоростях, то может произойти одна из двух реакций:



Для второй (2) из этих реакций:
— уменьшение массы
Dm = 3,01606+1,007825-2 •(2,001410)=0,00432 а.е.м.;
— выделившаяся энергия
mc2=0,004325•1,6661•10-27•(2,998•108)2 = 6,46•10-13 Дж= 3,89•1011 Дж на 1 моль частиц, входящих в уравнение реакции.
Это означает, что при синтезе с участием 4 кг дейтерия выделяется 389 ТДж=3,89•108 МДж
(1 МДж=1 мегаджоуль=106Дж).
Итак, для ядерного синтеза используют водород-2 (дейтерий). Для того чтобы произошел ядерный синтез, атомы 2Н нужно ускорить.
Синтез с участием атомов водорода-2 служит источником энергии Солнца и источником энергии при взрыве водородной бомбы.

LAST_UPDATED2
 

Комментарии  

 
0 #42 DouglasUtese 06.02.2017 18:44
It is good idea. It is ready to support you.


-----
read more|http://www.alledpills.com/
Цитировать
 
 
0 #41 MarvinFessy 06.02.2017 18:23
You are mistaken. I can prove it. Write to me in PM, we will communicate.You are not right. Write to me in PM, we will talk.You are mistaken. Write to me in PM, we will talk.You are not right. Let's discuss. Write to me in PM, we will talk.You are mistaken. Let's discuss. Write to me in PM, we will talk.


--------
otc ed pills | http://www.onlyedpills.com/
Цитировать
 
 
0 #40 KennethToogy 06.02.2017 17:46
It is remarkable, it is a valuable piece


-----
cheap ed pill | http://www.pillsfored.com/
Цитировать
 
 
0 #39 VaughnpiofT 06.02.2017 16:26
I advise to you to look a site on which there are many articles on this question.


-----
buy kamagra online|http://www.kamagra24h.com/
Цитировать
 
 
0 #38 Thomasfeshy 06.02.2017 16:00
It is doubtful.


------
cheap generic viagra | http://www.vgr100mg.com/
Цитировать
 
 
0 #37 Wilfredciz 06.02.2017 15:22
Between us speaking, in my opinion, it is obvious. I would not wish to develop this theme.


-----
buy ed pills|http://www.ed-pills.org/
Цитировать
 
 
0 #36 Catsnamesrams 04.02.2017 03:13
Нашла кошечку не знала как её назвать. Нашла здесь gray cat names http://allcatsnames.com/gray-cat-names-female полный список имен для котов.
Цитировать
 
 
0 #35 LeonardraW 01.02.2017 15:00
Китайский номер телефона
Цитировать
 
 
0 #34 legorlox 31.01.2017 18:38
Заработок в интернете официальное трудоустройство .
Цитировать
 
 
0 #33 rpavellox 29.01.2017 23:03
Официальная работа через интернет с обучением.
Цитировать
 
 
0 #32 AnnaCern 22.01.2017 00:01
http://allpiconline.com cobhr rmoscow
Цитировать
 
 
0 #31 Alfredritly 19.01.2017 16:23
Whom can I ask?


------
scam program
Цитировать
 
 
0 #30 AnthonyMaf 19.01.2017 16:13
It not absolutely that is necessary for me.


------
bitcoin mining fast
Цитировать
 
 
0 #29 StevenDywon 15.01.2017 11:30
co to jest dna moczanowa i jakie sa objawy objawy dny moczanowej u kobiet http://seeknet.pl/ dna moczanowa przyczyny powstania co oznacza dna
Цитировать
 
 
0 #28 JamesFlutt 09.01.2017 00:39
Старые бочки можно использовать по их прямому назначению, так и в качестве декора. Также их можно переоборудовать под что-нибудь другое, например, под кашпо для цветов. Бочки б/у идеально подойдут для тех кто ищет бондарные изделия и провести свой Hand-made. Ищите где купить старые или Б/у бочки? Купить бочки б/у вы можете на заводтары.рф.
Цитировать
 
 
0 #27 Georgefoelf 09.01.2017 00:30
Я думаю, что Вы допускаете ошибку. Давайте обсудим это. Пишите мне в PM, пообщаемся.


-----
http://onlyfilm.tv/serial/668-ostrov-nenuzhnyh-lyudey-2012.html
Цитировать
 
 
0 #26 VictorInhip 09.01.2017 00:18
Увольте меня от этого.


----
http://okna-sitystroy.ru/serv/25-plastikovye-pvh-okna-v-balashihe.html
Цитировать
 
 
0 #25 Thomasnem 08.01.2017 22:46
You are not right. Let's discuss. Write to me in PM, we will communicate.


-----
keyword search | http://trends-keyword.ru
Цитировать
 
 
0 #24 StevenKayag 08.01.2017 22:04
Информативный источник новостей со целого света по основным разряде, что описывают нашу работу, доступно радует Вас на указанном портале http://www.zaxvatu.net затейными плюс проверенных записей также новинок познавательных разделов. Читатели ресурса ежедневно получают шанс следить за всеми нововведение строительство, куплепродажа авто, селебрити, технологий, здоровье плюс мира, усваивать интересные объявления и консультации психологов. Определить материальные ценности местности также известных мест кругосветки, изучить народные советы терапии хвори, известные варианты также посещений, спроектировать дом, разработать модный стиль также развиваться образцовыми представителями ребенка также много чего иного можно результативно с поддержкой предложениях еще рекламы данного интернет-портала, какой посетители смогут пребывать к всякое период недели.
Цитировать
 
 
0 #23 Dustinhup 06.01.2017 20:13
Какая фраза... супер, отличная идея


------
защита от собак | http://ledpolice.ru
Цитировать
 
 
0 #22 Ronald18Rot 05.08.2014 23:55
Свободный труд вдохновляет надежда, у рабства надежды нет.


------
мытищи пластиковые окна
Цитировать
 
 
0 #21 Arnold32nege 05.08.2014 20:34
Хвалиться — значит без всякой учтивости говорить другим: я лучше вас.


________
md80 купить
Цитировать
 
 
0 #20 Gerardo8sag 05.08.2014 08:44
Унылые звуки органа, последние вздохи умирающего христианства.


------
смотреть онлайн граффити
Цитировать
 
 
0 #19 Darryl3Kep 05.08.2014 08:33
Мы предвидим трудности, связанные с осуществлением нашей затеи, но редко думаем о тех, что коренятся в нас самих.


------
марина дорошенко хабарова
Цитировать
 
 
0 #18 Samuel15jesy 05.08.2014 08:18
Всякая любовь продолжается столько, сколько заслуживает.


------
как правильно крутить педали в контактах
Цитировать
 
 
0 #17 Robert11tiz 05.08.2014 07:57
Ложь поэзии правдивее правды жизни.


------
семь лет какая свадьба и что дарят
Цитировать
 
 
0 #16 Emmett3Luh 04.08.2014 21:38
Искусство слушать почти равносильно искусству хорошо говорить.


------
автобусные туры в черногорию
Цитировать
 
 
0 #15 Justin21dusa 04.08.2014 18:40
Лучший пророк для будущего — прошлое.


______
магазин мебели
Цитировать
 
 
0 #14 Jeffery63Ol 03.08.2014 22:18
В Москве купить по ссылке КАО Biore Крем для рук с экстрактами меда и цитруса, 70 г
Цитировать
 
 
0 #13 Lenard11kn 03.08.2014 22:06
На портале http://dlya-android.org/widgets/402-vidzhet-pogody-otlichnaya-pogoda-dlya-android.html скачать виджет погоды Отличная Погода для Андроид
Цитировать
 
 
0 #12 Dwayne10Rox 03.08.2014 21:52
Передвижная штукатурная станция устройства и приспособления для производства штукатурных работ
Цитировать
 
 
0 #11 Michael12waks 03.08.2014 21:35
Твердое правительство — пустая надежда тех, кто не понимает, насколько сложно искусство управления.


------
купить видео шнуры
Цитировать
 
 
0 #10 Alberto3Symn 02.08.2014 14:19
Вас интересует мода, стиль и здоровый способ жизни - тогда рекомендую вам посетить http://vip-krasa.ru . Здесь подобраны статьи о самых разных сторонах жизни современной женщины.
Цитировать
 
 
-1 #9 21.04.2013 11:58
Спасибо, помогло ) доходчиво и интеесно
Цитировать
 
 
+1 #8 25.10.2011 08:20
Я нашла, прочла но не смогла сделать х.м.я . ф.з.ка увы не каждому понятна!!
Цитировать
 
 
-3 #7 16.05.2011 17:39
Нужно уметь читать, господа!
Цитировать
 
 
0 #6 17.03.2011 18:30
я не нашла то что надо(
Цитировать
 
 
+1 #5 16.02.2011 21:49
буээээ....
не нашла то чего искала.....

где стабильные ядра!!!!!!!!!
Цитировать
 
 
0 #4 12.01.2011 16:55
да нормальненько все!!!
Цитировать
 
 
-2 #3 28.12.2010 19:45
я тож ниче не нашел
Цитировать
 
 
-2 #2 10.11.2010 16:46
лажа ничего нужного не нашел(
Цитировать
 
 
0 #1 18.05.2010 13:09
блин,я не нашла что мне нужно..... :cry:
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить