Σύνθεση και μέγεθος πυρήνα

Ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από νουκλεόνια, τα οποία είναι πρωτόνια και νετρόνια. Συνδέονται μεταξύ τους με την ισχυρή δύναμη που προκύπτει από τα κουάρκ που ανταλλάσσουν γκλουόνια. Υπάρχουν πολλές ισχυρές δυνάμεις σε πυρήνες που έχουν πολλά νουκλεόνια και η ανταλλαγή μεσονίων (σωματίδια που δημιουργούνται από ζεύγη κουάρκ και αντικουάρκ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίησή τους (σωματίδια που αποτελούνται από ζεύγη κουάρκ και αντικουάρκ). Ένα κάτω κουάρκ και δύο επάνω κουάρκ συνθέτουν τις συντομότερες συνιστώσες του πεδίου ισχυρής δύναμης. Ένα νετρόνιο έχει ένα κουάρκ επάνω και δύο κουάρκ προς τα κάτω αντί για τρία κουάρκ κάτω και ένα κουάρκ επάνω, καθιστώντας το πανομοιότυπο με ένα πρωτόνιο. Ένα μόνο κουάρκ δεν έχει διαχωριστεί ποτέ στο εργαστήριο, παρά τη βεβαιότητα ότι τα νουκλεόνια αποτελούνται από κουάρκ. Γίνεται πιο δύσκολος ο διαχωρισμός των κουάρκ αν χρησιμοποιηθεί περισσότερη ενέργεια για να γίνει αυτό. Η προσθήκη ενέργειας δεν απελευθερώνει τα κουάρκ, αλλά δημιουργεί νέα σωματίδια σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο ενέργειας.

Ατομική μάζα και σύνθεση του πυρήνα:

Ένα γραμμάριο ή ένα κιλό χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς για τον προσδιορισμό του βάρους διαφόρων αντικειμένων. Είναι αλήθεια ότι τα άτομα είναι μικροσκοπικά σε σύγκριση με τα κιλά. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μάζα του άνθρακα 12C είναι 1,992647 × 10-26 kg. Ένα κιλό δεν είναι ο πιο βολικός τρόπος έκφρασης της μάζας ενός αντικειμένου. Ως αποτέλεσμα, πολλές μονάδες χρησιμοποιούνται για την έκφραση της ατομικής μάζας. Στο επόμενο μέρος, θα μάθουμε περισσότερα για τη δομή του πυρήνα.

Ισότοπα και ατομική μάζα:

Ορίζεται ως το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα (12C) για να έχει μονάδα ατομικής μάζας (u).

Ως αποτέλεσμα,

1u =(μάζα ενός ατόμου 12C)/12 =(1,992647 × 10–26)/12 =1,660539 10–27 kg … (1)

Η ατομική μάζα (u) είναι πλέον περίπου ισοδύναμη με τη μάζα του πυρήνα του υδρογόνου. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις σε αυτή τη γενίκευση.
Η επόμενη ερώτηση είναι, πώς μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε με ακρίβεια την ατομική μάζα; Η χρήση ενός φασματόμετρου μάζας είναι η απάντηση. Υπάρχουν πολλά άτομα του ίδιου στοιχείου με διάφορες μάζες αλλά τις ίδιες χημικές ιδιότητες, κάτι που είναι μια συναρπαστική ανακάλυψη που έγινε με τη μέτρηση ατομικών μαζών. «Ισότοπα» είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτά τα άτομα.
Τα ισότοπα σχεδόν σε όλα τα στοιχεία βρέθηκαν να αναμειγνύονται μεταξύ τους.

Το παρακάτω είναι ένα παράδειγμα του τρόπου λειτουργίας:

Τα ισότοπα του χλωρίου είναι 34,98u και 36,98u. Σχεδόν όλα αυτά είναι ίσα με το ατομικό βάρος ενός ατόμου υδρογόνου. Περίπου το 75,4 τοις εκατό και το 24,6 τοις εκατό αυτών των δύο ισοτόπων είναι παρόντα. Ως αποτέλεσμα, η σταθμισμένη μέση μάζα αυτών των δύο ισοτόπων χλωρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της μέσης μάζας χλωρίου.

={(75,4 x 34,98) + (24,6 x 36,98)}/100 =35,47u =ατομική μάζα χλωρίου.

2 ον Παράδειγμα:

Υπάρχουν τρία ισότοπα στον πυρήνα του υδρογόνου, όλα με μάζες 1,0160 u, 2,0141 u και 3,0160 u. Πρωτόνιο είναι το όνομα που δόθηκε στο ελαφρύτερο από αυτά τα ισότοπα, το οποίο έχει σχετική αφθονία 99,985 τοις εκατό. Τώρα, η μάζα του πρωτονίου είναι

mp =1,00727 u =1,67262 10– 27 kg … (2)

Η μάζα ενός ατόμου υδρογόνου είναι ίση με τη μάζα του μείον τη μάζα ενός ηλεκτρονίου.

1,00783u – 0,00055u =1,00728u =mp

Το ισότοπο δευτερίου έχει μάζα 2,0141 u, ενώ το ισότοπο τριτίου έχει μάζα 3,0160 u. Σημειώστε ότι πυρήνες τριτίου, οι οποίοι είναι ασταθείς, δεν βρίσκονται στη φύση. Κατασκευάζονται στο εργαστήριο τεχνητά.

Βασικοί παράγοντες:

Το θεμελιώδες φορτίο ενός πρωτονίου είναι μία μονάδα και είναι σταθερό. Το θετικό φορτίο του πυρήνα είναι υπεύθυνο για αυτό. Μια συναίνεση προέκυψε μετά την ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας ότι τα ηλεκτρόνια υπάρχουν έξω από τον πυρήνα (προηγουμένως υπήρχε πολλή συζήτηση σχετικά με το ότι ήταν μέσα στον πυρήνα). Το Z είναι ο ατομικός αριθμός του στοιχείου και ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος με αυτόν τον αριθμό.
Σαν αποτέλεσμα, το συνολικό φορτίο των ατομικών ηλεκτρονίων είναι -Ze. Ο πυρήνας ενός ατόμου είναι φορτισμένος με +Ze επειδή είναι ηλεκτρικά ουδέτερος. Εξαιτίας αυτού, μπορούμε να πούμε ότι ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα άτομο είναι ίδιος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχει, που είναι ίσος με τον ατομικό αριθμό Z.

Ανακάλυψη νετρονίων:

Τα ισότοπα του υδρογόνου είναι το δευτέριο και το τρίτιο. Ως αποτέλεσμα, καθένα από αυτά πρέπει να περιέχει ένα πρωτόνιο. Παρόλα αυτά, οι ατομικές τους μάζες διαφέρουν σαφώς. Το υδρογόνο, το δευτέριο και το τρίτιο έχουν ατομική μάζα 1:2:3. Δεδομένου ότι αυτά τα ισότοπα έχουν ατομικές μάζες, πρέπει να περιλαμβάνουν επιπλέον υλικό. Δεδομένου ότι τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε ισορροπία, η νέα ύλη πρέπει επίσης να είναι ηλεκτρικά ουδέτερη.

Η επιπλέον ύλη σε αυτήν την περίπτωση είναι πολλές φορές η μάζα του πρωτονίου (η επιπλέον ύλη σε δευτέριο και τρίτιο είναι ισοδύναμη με τη μάζα ενός πρωτονίου, αντίστοιχα). Το να συμπεράνουμε ότι οι πυρήνες των ατόμων αποτελούνται από υλικά που δεν είναι πρωτόνια, καθώς και από πρωτόνια, είναι ένα απλό συμπέρασμα.

Οι πυρήνες του βηρυλλίου ανατινάχτηκαν με σωματίδια άλφα το 1932 από τον James Chadwick, ο οποίος παρατήρησε την εκπομπή ουδέτερης ακτινοβολίας στη διαδικασία. Τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ήταν η μόνη γνωστή ουδέτερη ακτινοβολία εκείνη την εποχή. Υποθέτοντας ότι η ουδέτερη ακτινοβολία αποτελείται από πρωτόνια,

Η ενέργεια των φωτονίων>> Η ενέργεια των σωματιδίων άλφα που λαμβάνεται με βομβαρδισμό πυρήνων βηρυλλίου

Τα νετρόνια, σύμφωνα με τη θεωρία του Chadwick, είναι ένα νέο είδος ουδέτερου σωματιδίου.

Μπόρεσε να επαληθεύσει ότι η μάζα ενός νετρονίου είναι σχεδόν ισοδύναμη με τη μάζα ενός πρωτονίου με μεταγενέστερους υπολογισμούς. Τώρα που γνωρίζουμε τη μάζα του νετρονίου σε υψηλό βαθμό ακρίβειας, μπορεί να χαρακτηριστεί ως:

mn =1,00866 u =1,6749×10–27 kg ~ mp (μάζα πρωτονίου)

Η σύνθεση του πυρήνα:

Η σταθερότητα ενός νετρονίου που έχει ξεφύγει από τον περιορισμό έχει αμφισβητηθεί. Με τυπική διάρκεια ζωής περίπου 1000 δευτερολέπτων, διασπάται σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο (στοιχειώδες σωματίδιο). Μέσα στον πυρήνα όμως είναι σταθερός. Ως αποτέλεσμα, η σύνθεση του πυρήνα είναι η εξής:

Αυτή η εξίσωση είναι A =Z + N.

Πού,

Z-atomic number=συνολική ποσότητα πρωτονίων
N – νετρόνια =ο αριθμός των νετρονίων.
Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων σε ένα άτομο δίνεται από τον τύπο Α – μαζικός αριθμός.

Τα νουκλεόνια είναι ένα άλλο όνομα για τα πρωτόνια ή τα νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, ο μαζικός αριθμός ενός ατόμου (Α) είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεονίων που περιέχει. Το χημικό σύμβολο του ατόμου, X, αντιπροσωπεύεται από το νουκλίδιο AXZ.

Ισότονα και ισοβαρείς:

Isobars είναι εκείνα τα Νουκλίδια που έχουν τον ίδιο μαζικό αριθμό, δηλαδή το "A". Για παράδειγμα: 31H και 32H.
Νουκλίδια με τον ίδιο αριθμό νετρονίων (N) αλλά διαφορετικούς ατομικούς αριθμούς ονομάζονται ισότονα (Z). Μερικά παραδείγματα:198Hg80, 197Au79.

Συμπέρασμα:

Συνοψίζοντας, τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι τα δομικά στοιχεία κάθε πυρήνα. Τα νουκλεόνια είναι το όνομα που δίνεται στα δύο συστατικά που αποτελούν τον πυρήνα. Οι διάφορες μάζες πυρήνων ενός στοιχείου αναφέρονται ως ισότοπα και υποδηλώνονται με το όνομα του στοιχείου ακολουθούμενο από τη μάζα, όπως υδρογόνο-1 (όπου 1 σημαίνει ένα πρωτόνιο), υδρογόνο-2 (2 δηλώνει ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο), ή άνθρακα-12 (12 υποδηλώνει έξι πρωτόνια και έξι ηλεκτρόνια).

Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα εκφράζεται ως Z μεταφορικά. Αυτό είναι που δίνει στο στοιχείο το χημικό του σύμβολο. Ο συνολικός αριθμός νουκλεονίων στον πυρήνα αντιπροσωπεύεται συμβολικά με τον ατομικό μαζικό αριθμό Α. Ο αριθμός των νετρονίων στους πυρήνες ενός δεδομένου στοιχείου μπορεί να ποικίλλει, και ως αποτέλεσμα, μπορεί να ποικίλλει και το Α των πυρήνων. Είναι δυνατό να έχουμε έναν μαζικό αριθμό που δεν είναι ίσος με την ίδια την ακριβή μάζα.