Заряд, масса и размеры атомных ядер. Зарядовые и массовые числа. Механический момент импульса ядра и его магнитный момент. Состав ядра. Нуклоны.

Э. Резерфорд, исследуя прохождение α-частиц с энергией в несколько мегаэлектронвольт через тонкие пленки золота, пришел к выводу, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Проанализировав эти опыты, Э. Резерфорд также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10^-14-10^-15м. Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов. Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу

m_p= 1,6726•10^-27=1836 m_e,где m_e-масса электрона. Нейтрон (n) -нейтральная частица с массой m_n=1,6749•10^-27кг =1839 m_e. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А. Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , где X — символ химического элемента, Z — зарядовое число (число протонов в ядре), А —массовое число (число нуклонов в ядре). Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т. е. определяет число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля. Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т.е. с разными числами нейтронов N = А — Z) называются изотопами, а

ядра с одинаковыми А, но разными Z —изобарами. Например, водород (Z = 1)имеет три изотопа: — протий (Z = 1,N = 0), -дейтерий (Z = 1, N = 1), — тритий (Z = 1, N=2), олово —десять, и т.д. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Примером ядер-изобар могут служить ядра , , . В настоящее время известно более 2500 ядер, отличающихся либо Z, либо А, либо тем и другим. В первом приближении ядро можно считать шаром, причем радиус ядра задается эмпирической формулой. Радиус ядра имеет условный смысл, поскольку границы ядра размыты. Из формулы (251.1) вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (≈10¹⁷ кг/м3).

Электрон в атоме движется вокруг ядра. В классической физике движению точки по окружности соответствует момент импульса L=mvr, где m – масса частицы, v – её скорость, r – радиус траектории. В квантовой механике эта формула неприменима, так как неопределенны одновременно радиус и скорость. Из квантово-механической теории атома водорода следует, что модуль момента импульса электрона может принимать следующие дискретные значения: где l – так называемое орбитальное квантовое число, l = 0, 1, 2, … n- 1. Таким образом, момент импульса электрона, как и энергия, квантуется, т.е. принимает дискретные значения.

Заметим, что при больших значениях квантового числа l (l >> 1) уравнение (40) примет вид . Это не что иное, как один из постулатов Н. Бора. Из квантово-механической теории атома водорода следует еще один важный вывод: проекция момента импульса электрона на какое-либо заданное направление в пространстве z также квантуется по правилу:

где m = 0, ± 1, ± 2, …± l – так называемое магнитное квантовое число.

Электрон, движущийся вокруг ядра, представляет собой элементарный круговой электрический ток. Такому току соответствует магнитный момент p_m. Очевидно, что он пропорционален механическому моменту импульса L. Отношение магнитного момента p _m электрона к механическому моменту импульса L называется гиромагнитным отношением. Для электрона в атоме водорода

(42)

(знак минус показывает, что вектора магнитного и механического моментов направлены в противоположные стороны). Отсюда можно найти так называемый орбитальный магнитный момент электрона:

(43)

Эта величина,как видим, также квантуется.

В формуле (43) величина является константой. Обозначим её m_в и назовем магнетоном Бора. Магнетон Бора служит естественной единицей магнитного момента электрона, так как значения магнитного момента кратны величине m_в:

(44)

40.Радиоактивность.Закон радиоактивного распада. Закономерности происхождения α- β-и γ-излучения атомных ядер. Правила смещения.

Радиоактивность -способность которых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов

радиоактивных излучений. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы. Под радиоактивным распадом,

или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение

ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним. Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся статистическим законам. Закон радиоактивного распада:

1)в виде дифференциального уравнения:

2) -число ядер убывает со временем по экспоненциальному закону, где λ-постоянная радиоактивного распада

Правила смещения:

1) - для α распада

2) -для β распада.

Дата добавления: 2015-07-12