что такое зарядовое число ядра атома

Исследуя прохождение α-частицы через тонкую золотую фольгу (см. п. 6.2), Э. Резерфорд пришёл к выводу о том, что атом состоит из тяжёлого положительного заряженного ядра и окружающих его электронов.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд.

Заряд ядра равен Ze, где e – заряд протона, Z– зарядовое число, равное порядковому номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, т.е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N. Как правило Z > N.

В настоящее время известны ядра с Z = 1 до Z = 107 – 118.

Число нуклонов в ядре A = Z + N называется массовым числом. Ядра с одинаковым Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом A имеют разные Z, называются изобарами.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом , где X – символ химического элемента. Например: водород Z = 1 имеет три изотопа: – протий (Z = 1, N = 0), – дейтерий (Z = 1, N = 1), – тритий (Z = 1, N = 2), олово имеет 10 изотопов и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Ещё Э. Резерфорд, анализируя свои опыты, показал, что размер ядра примерно равен 10 –15 м (размер атома равен 10 –10 м). Существует эмпирическая формула для расчета радиуса ядра:

где R₀ = (1,3 – 1,7)·10 –15 м. Отсюда видно, что объём ядра пропорционален числу нуклонов.

Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10 17 кг/м 3 и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

Протоны и нейтроны являются фермионами, т.к. имеют спин ħ/2.

Ядро атома имеет собственный момент импульса – спин ядра:

где I – внутреннее (полное) спиновое квантовое число.

Число I принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т.д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин (в единицах ħ) и подчиняются статистике Бозе–Эйнштейна (бозоны). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин (в единицах ħ) и подчиняются статистике Ферми–Дирака (т.е. ядра – фермионы).

Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетонμ_яд:

Ядерный магнетон в m_p/m_e = 1836,5 раз меньше магнетона Бора, отсюда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.

Между спином ядра и его магнитным моментом имеется соотношение:

где γ_яд – ядерное гиромагнитное отношение.

Нейтрон имеет отрицательный магнитный момент μ_n ≈ – 1,913μ_яд так как направление спина нейтрона и его магнитного момента противоположны. Магнитный момент протона положителен и равен μ_р ≈ 2,793μ_яд. Его направление совпадает с направлением спина протона.

Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадрупольный электрический момент ядра Q. Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра. Так, для эллипсоида вращения

где b – полуось эллипсоида вдоль направления спина, а – полуось в перпендикулярном направлении. Для ядра, вытянутого вдоль направления спина, b > а и Q > 0. Для ядра, сплющенного в этом направлении, b

Источник

Зарядовое число

Из Википедии — свободной энциклопедии

Термин «атомный» или «порядковый» номер обычно используется в атомной физике и в химии, тогда как эквивалентный термин «зарядовое число» — в ядерной физике. В неионизированном атоме количество электронов в электронных оболочках совпадает с зарядовым числом.

Ядра с одинаковым зарядовым числом, но различным массовым числом A (которое равно сумме числа протонов Z и числа нейтронов N) являются различными изотопами одного и того же химического элемента, поскольку именно заряд ядра определяет структуру электронной оболочки атома и, следовательно, его химические свойства. Более трёх четвертей химических элементов существует в природе в виде смеси изотопов (см. Моноизотопный элемент), и средняя изотопная масса изотопной смеси элемента (называемая относительной атомной массой) в определённой среде на Земле определяет стандартную атомную массу элемента (ранее использовалось название «атомный вес»). Исторически именно эти атомные веса элементов (по сравнению с водородом) были величинами, которые измеряли химики в XIX веке.

Поскольку протоны и нейтроны имеют приблизительно одинаковую массу (масса электронов пренебрежимо мала по сравнению с их массой), а дефект массы нуклонного связывания всегда мал по сравнению с массой нуклона, значение атомной массы любого атома, выраженной в атомных единицах массы, находится в пределах 1 % от целого числа А.

Источник

ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО

Смотреть что такое «ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО» в других словарях:

Зарядовое число — атомного ядра (синонимы: атомный номер, атомное число, порядковый номер химического элемента) количество протонов в атомном ядре. Зарядовое число равно заряду ядра в единицах элементарного заряда и одновременно равно порядковому номеру… … Википедия

зарядовое число — atominis skaičius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Cheminio elemento eilės numeris periodinėje elementų sistemoje. Apibūdina atomo branduolio protonų skaičių, taip pat atitinkamo neutraliojo atomo elektronų skaičių.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

зарядовое число — atominis skaičius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Protonų skaičius atomo branduolyje. atitikmenys: angl. atomic number; charge number; ordinal number; proton number vok. Atomnummer, f; Atomzahl, f; Kernladungszahl, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

зарядовое число — atominis skaičius statusas T sritis chemija apibrėžtis Protonų skaičius atomo branduolyje. santrumpa( os) Z atitikmenys: angl. atomic number; charge number; ordinal number; proton number rus. атомное число; атомный номер; зарядовое число;… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

зарядовое число — atominis skaičius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. atomic number; charge number; ordinal number vok. Atomnummer, f; Atomzahl, f; Kernladungszahl, f; Ordnungszahl, f rus. атомное число, n; атомный номер, m; зарядовое число, n;… … Fizikos terminų žodynas

ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО — атомный номе р, порядковый номер Z хим. элемента в периодической системе элементов Менделеева. Определяет число протонов в атомном ядре и его электрич. заряд, равный Ze, где е заряд протона (численно равный заряду электрона), а также число… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Число (значения) — Число Число (лингвистика) Число система налогообложения, действовавшая в XIII XV веках на территориях, захваченных Золотой Ордой. Название связано с сутью налога его размер зависел от «числа» людей, подчиненных плательщику[1][2] … Википедия

ЗАРЯДОВОЕ СОПРЯЖЕНИЕ — (С), операция замены всех ч ц, участвующих в к. л. вз ствии, на соответствующие им античастицы. Опыт показывает, что сильное и эл. магн. вз ствия не меняются при З. с., то есть сильные и эл. магн. вз ствия ч ц и античастиц, находящихся в тех же… … Физическая энциклопедия

Массовое число — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение) … Википедия

атомное число — atominis skaičius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Cheminio elemento eilės numeris periodinėje elementų sistemoje. Apibūdina atomo branduolio protonų skaičių, taip pat atitinkamo neutraliojo atomo elektronų skaičių.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник

Состав атомного ядра. Ядерные силы

На этом уроке вам необходимо ознакомиться с представленным материалом по теме и пройти проверочный тест в конце.

Практически сразу после открытия нейтрона советским физиком Дмитрием Иваненко и немецким учёным Вернером Гейзенбергом была предложена протонно-нейтронная модель атомного ядра. Согласно ей, ядра всех химических элементов (за исключением водорода) состоят из двух видов частиц: протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны называют нуклонами (от латинского «нуклеус» — ядро), а ядра атомов — нуклидами.

Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А. Оно ставится вверху перед буквенным обозначением химического элемента.

Например, массовое число кислорода равно 16, а углерода — 12.

Мы уже говорили о том, что массовое число принято выражать в атомных единицах массы (сокращённо, а. е. м.) и округлять до целых чисел. Напомним также, что атомную единицу массы выражают через массу атома углерода; она равна 1/12 части массы атома углерода:

Число протонов в ядре соответствует порядковому или атомному номеру элемента в таблице Менделеева и называется зарядовым числом, поскольку оно определяет заряд ядра. Обозначается зарядовое число буквой Z.

В наших примерах, зарядовое число кислорода равно восьми, а углерода — 6.

Как видно из приведённых примеров, зарядовое число ставится внизу перед буквенным обозначением элемента.

Напомним, что заряд протона положителен и равен элементарному электрическому заряду. Следовательно, зарядовое число численно равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах.

Так как атом в целом электрически нейтрален, то зарядовое число определяет одновременно и число электронов в атоме.

Число нейтронов в ядре обозначают большой буквой N. Нетрудно догадаться, что оно равно разнице между массовым и зарядовым числом:

Таким образом, ядро любого атома обозначается буквенным символом элемента. Вверху указывается значение его массового числа, а внизу — зарядового.

В общем случае любой химический элемент периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева можно представить в виде:

где под X подразумевается символ химического элемента.

Ещё раз уточним, каким образом определяется число протонов, электронов и нейтронов в ядре атома любого химического элемента. Во-первых, необходимо посмотреть в таблице Менделеева порядковый номер интересующего нас химического элемента. Таким образом мы найдём зарядовое число, то есть количество протонов и электронов в ядре. Затем, всё в той же таблице, необходимо посмотреть атомную массу этого элемента и округлить её до целых. Тем самым мы найдём массовое число, то есть общее количество нуклонов в ядре. И наконец, чтобы определить количество нейтронов в ядре атома, мы должны будем вычесть из массового числа зарядовое.

На основе новой, протонно-нейтронной модели строения атомных ядер, было дано объяснение многим экспериментальным фактам. Так, например, ещё в 1906—1907 годах учёными было выявлено, что продукт радиоактивного распада урана — ионий и продукт радиоактивного распада тория — радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, но отличаются от него атомной массой и характеристиками радиоактивного распада. При этом атомы обладали одинаковыми химическими свойствами, а отделить их друг от друга было невозможно никакими химическими методами. Впервые, на существование таких атомов обратил внимание Фредерик Содди в 1910 году. Он предложил называть такие разновидности атомов одного и того же химического элемента изотопами (что по-гречески означает «равноместные»), так как по своим химическим свойствам они должны быть помещены в одну и ту же клетку таблицы Менделеева.

На основании многих экспериментов, было установлено, что изотопы одинаково вступают в химические реакции и образуют одинаковые соединения. Это говорило о том, что число электронов в электронных оболочках, а, значит, и заряд ядра у изотопов одинаковы. Следовательно, ядра изотопов различаются только числом нейтронов. Иными словами, химические свойства элементов определяются не атомной массой, а зарядовым числом ядра. Действительно, например, нуклиды водорода-три и гелия-три имеют близкие по величине атомные массы, но принципиально разные химические свойства.

Из всех известных на сегодняшний день изотопов (а они есть у всех химических элементов) только изотопы водорода имеют названия:

Протий является самым распространённым изотопом в природе, а его ядро содержит только один протон. Изотоп дейтерия (его ещё называют тяжёлой водой), содержит в своём ядре один протон и один нейтрон. Соответственно, у трития — один протон и два нейтрона. В настоящее время в лабораториях получены изотопы водорода и с большим числом нейтронов: тремя, четырьмя, пятью и даже шестью.

Следует отметить, что у разных атомов существует разное количество изотопов. Например, у урана их 26, но самыми распространёнными в природе являются два — это уран-235 (около 0,7 %), и уран-238 (чуть более 99 %). Вы, наверное, обратили внимание на то, что мы не называли зарядового числа изотопов урана. Дело в том, что обычно изотопы называют по их массовым числам, так как зарядовые числа у них одинаковые.

Отметим, что изотопы бывают устойчивые (или стабильные) и неустойчивые (то есть радиоактивные). Стабильные изотопы сохраняются сколь угодно долго.

А нестабильные изотопы со временем превращаются в другие химические элементы в результате радиоактивных превращений.

В настоящее время известно около 280 стабильных изотопов химических элементов и более 2 тыс. радиоактивных изотопов.

Как правило, природные элементы представляют собой смесь нескольких изотопов, поэтому возникает задача их разделения. Как мы уже знаем, магнитное поле искривляет траекторию движения заряженных частиц. На этом свойстве магнитного поля основано действие устройства, называемого масс-спектрографом, который используется для разделения изотопов по массовому числу.

В заключении отметим, что предложенная Иваненко и Гейзенбергом протонно-нейтронная модель строения ядра впоследствии полностью была подтверждена экспериментально. Однако оставался нерешённым ещё один вопрос: почему ядра атомов не распадаются на отдельные нуклоны? Действительно, ведь мы знаем, что ядра атомов являются весьма устойчивыми образованиями, хотя в их состав входят одинаково заряженные частицы — протоны. А поскольку размеры ядер очень малы, то между протонами должны существовать огромные силы электрического отталкивания — порядка 230 ньютонов, что для частиц с массой порядка 10 –27 степени килограмм является очень большой силой. Поэтому возникает вопрос: какое взаимодействие препятствует взаимному отталкиванию между одноимённо заряженными частицами?

Мы знаем, что, кроме электромагнитных сил, в природе существуют также гравитационные силы. Может быть, стабилизирующую роль в ядрах играет именно гравитационное взаимодействие между нуклонами?

Другой особенностью ядерных сил является то, что они очень быстро убывают с увеличением расстояния между ядерными частицами. Проще говоря, они действуют на расстояниях, сравнимыми с размерами самих ядер.

На прохождение теста у Вас есть 1 попытка, последующие результаты учитываться не будут!

Источник

• ← что такое лишай у человека и как его лечить фото
• чем закрасить осветленные волосы в темный цвет →