Atom, bir kimyasal elementin tamamını koruyan en küçük parçacığıdır kimyasal özellikler. Bir atom, pozitif elektrik yüküne sahip bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşur. Herhangi bir kimyasal elementin çekirdeğinin yükü ürüne eşit Z'ye e, burada Z seri numarası bu elementin periyodik tabloda kimyasal elementler, e - temel değerin değeri elektrik yükü.
Elektron- Bu en küçük parçacık Temel elektrik yükü olarak alınan, negatif elektrik yükü e=1,6·10 -19 coulomb olan maddeler. Çekirdeğin etrafında dönen elektronlar K, L, M vb. elektron kabuklarında bulunur. K, çekirdeğe en yakın kabuktur. Bir atomun boyutu, elektron kabuğunun boyutuna göre belirlenir. Bir atom elektron kaybedip pozitif iyon haline gelebilir veya elektron kazanıp iyon haline gelebilir. negatif iyon. Bir iyonun yükü, kaybedilen veya kazanılan elektronların sayısını belirler. Nötr bir atomun yüklü bir iyona dönüştürülmesi işlemine iyonlaşma denir.
Atom çekirdeği (orta kısım atom) temel nükleer parçacıklardan oluşur - protonlar ve nötronlar. Çekirdeğin yarıçapı atomun yarıçapından yaklaşık yüz bin kat daha küçüktür. Atom çekirdeğinin yoğunluğu son derece yüksektir. Protonlar- bunlar tek bir pozitif elektrik yüküne sahip ve bir elektronun kütlesinden 1836 kat daha büyük bir kütleye sahip kararlı temel parçacıklardır. Proton, en hafif element olan hidrojenin atomunun çekirdeğidir. Çekirdekteki proton sayısı Z'dir. Nötron protonun kütlesine çok yakın bir kütleye sahip, nötr (elektrik yükü olmayan) bir temel parçacıktır. Çekirdeğin kütlesi proton ve nötronların kütlesinden oluştuğundan, bir atomun çekirdeğindeki nötronların sayısı A - Z'ye eşittir; burada A, belirli bir izotopun kütle numarasıdır (bkz.). Çekirdeği oluşturan proton ve nötronlara nükleon denir. Çekirdekte nükleonlar özel nükleer kuvvetlerle bağlanır.
Atom çekirdeği, nükleer reaksiyonlar sırasında açığa çıkan büyük bir enerji rezervi içerir. Nükleer reaksiyonlar şu durumlarda meydana gelir: atom çekirdeği temel parçacıklarla veya diğer elementlerin çekirdekleriyle. Nükleer reaksiyonlar sonucunda yeni çekirdekler oluşur. Örneğin bir nötron protona dönüşebilir. Bu durumda çekirdekten bir beta parçacığı yani bir elektron fırlatılır.
Çekirdekte bir protonun nötrona geçişi iki şekilde gerçekleştirilebilir: ya çekirdekten kütlesi olan bir parçacık yayılır, eşit kütle Elektron, ancak pozitif yüklüdür, buna pozitron adı verilir (pozitron bozunması) veya çekirdek, elektronlardan birini kendisine en yakın K kabuğundan yakalar (K yakalama).
Bazen ortaya çıkan çekirdek aşırı enerjiye sahiptir (uyarılmış durumdadır) ve normal durum formundaki fazla enerjiyi serbest bırakır elektromanyetik radyasyonçok kısa dalga boyuna sahip - . Nükleer reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji pratik olarak kullanılır. çeşitli endüstriler endüstri.
Bir atom (Yunanca atomos - bölünmez), kimyasal özelliklerine sahip bir kimyasal elementin en küçük parçacığıdır. Her element atomlardan oluşur belirli tip. Atom, pozitif bir elektrik yükü taşıyan bir çekirdekten ve elektron kabuklarını oluşturan negatif yüklü elektronlardan (bkz.) oluşur. Çekirdeğin elektrik yükünün büyüklüğü Z-e'ye eşittir; burada e, elektronun yüküne eşit büyüklükteki temel elektrik yüküdür (4.8·10-10 elektrik birimi) ve Z, bu elementin atom numarasıdır. kimyasal elementlerin periyodik sisteminde (bkz.). İyonize olmayan bir atom nötr olduğundan, içerdiği elektronların sayısı da Z'ye eşittir. Çekirdeğin bileşimi (bkz. Atom çekirdeği), elektronun kütlesinden yaklaşık 1840 kat daha büyük bir kütleye sahip temel parçacıklar olan nükleonları içerir. (9,1 × 10 - 28 g'ye eşit), pozitif yüklü protonlar (bkz.) ve yüksüz nötronlar (bkz.). Çekirdekteki nükleonların sayısına kütle numarası denir ve A harfiyle gösterilir. Çekirdekteki Z'ye eşit olan proton sayısı, atoma giren elektron sayısını, elektron kabuklarının yapısını ve kimyasal maddeyi belirler. atomun özellikleri. Çekirdekteki nötron sayısı A'dan Z'ye kadardır. İzotoplar, atomları kütle numarası A bakımından birbirinden farklı olan ancak aynı Z'ye sahip olan aynı elementin çeşitleridir. Böylece, aynı elementin farklı izotoplarının atomlarının çekirdeğinde farklı numara proton sayıları aynı olan nötronlar. İzotopları belirtirken element sembolünün üstüne kütle numarası A, altına ise atom numarası yazılır; örneğin, oksijenin izotopları belirtilmiştir: 
Bir atomun boyutları, elektron kabuklarının boyutlarına göre belirlenir ve tüm Z'ler için 10-8 cm civarında bir değerdir. Bir atomun tüm elektronlarının kütlesi, çekirdeğin kütlesinden birkaç bin kat daha azdır. atomun kütlesi kütle numarasıyla orantılıdır. Bağıl kütle Belirli bir izotopun bir atomunun kütlesi, karbon izotopu C12'nin bir atomunun 12 birim olarak alınan kütlesine göre belirlenir ve izotop kütlesi olarak adlandırılır. Karşılık gelen izotopun kütle numarasına yakın olduğu ortaya çıktı. Bir kimyasal elementin bir atomunun bağıl ağırlığı, izotop ağırlığının ortalama (belirli bir elementin izotoplarının göreceli bolluğu dikkate alınarak) değeridir ve atom ağırlığı (kütle) olarak adlandırılır.
Atom mikroskobik bir sistemdir ve yapısı ve özellikleri yalnızca 20. yüzyılın 20'li yıllarında oluşturulan ve atom ölçeğindeki olayları tanımlamayı amaçlayan kuantum teorisi kullanılarak açıklanabilir. Deneyler, parçacık parçacıklara ek olarak mikro parçacıkların (elektronlar, protonlar, atomlar vb.) de bulunduğunu göstermiştir. dalga özellikleri kırınım ve girişimde kendini gösterir. Kuantum teorisinde, mikro nesnelerin durumunu tanımlamak için, bir dalga fonksiyonu (Ψ-fonksiyonu) ile karakterize edilen belirli bir dalga alanı kullanılır. Bu fonksiyon, bir mikro nesnenin olası durumlarının olasılıklarını belirler, yani onun bazı özelliklerinin ortaya çıkması için potansiyel olasılıkları karakterize eder. Bu fonksiyonu bulmayı mümkün kılan Ψ fonksiyonunun uzay ve zamandaki değişim yasası (Schrödinger denklemi), kuantum teorisinde olduğu gibi aynı rolü oynar. klasik mekanik Newton'un hareket yasaları. Çoğu durumda Schrödinger denklemini çözmek ayrık sonuçlara yol açar olası durumlar sistemler. Yani örneğin bir atom durumunda seriyi elde ederiz. dalga fonksiyonları farklı (kuantumlanmış) enerji değerlerine karşılık gelen elektronlar için. Sistem enerji seviyeleri Kuantum teorisi yöntemleriyle hesaplanan atom, spektroskopide parlak bir onay aldı. Bir atomun, en düşük enerji seviyesi E 0'a karşılık gelen temel durumdan herhangi bir uyarılmış durum E i'ye geçişi, E i - E 0 enerjisinin belirli bir kısmının emilmesi üzerine meydana gelir. Uyarılmış bir atom, genellikle bir foton yayarak daha az uyarılmış veya temel duruma geçer. Bu durumda foton enerjisi hv, atomun iki durumdaki enerjileri farkına eşittir: hv= E i - E k burada h - Planck sabiti(6,62·10 -27 erg·sn), v ışığın frekansıdır.
Atomik spektrumlara ek olarak, kuantum teorisi atomun diğer özelliklerini açıklamayı mümkün kıldı. Özellikle değerlik, kimyasal bağların doğası ve moleküllerin yapısı anlatılarak bir teori oluşturuldu. periyodik tablo unsurlar.
Atom çekirdeği proton ve nötronlardan oluşan bir atomun merkezi kısmıdır (birlikte denir) nükleonlar).
Çekirdek, E. Rutherford tarafından 1911 yılında iletim üzerinde çalışırken keşfedildi. α -madde yoluyla parçacıklar. Atomun neredeyse tüm kütlesinin (%99,95) çekirdekte yoğunlaştığı ortaya çıktı. Atom çekirdeğinin büyüklüğü 10 -1 3 -10 - 12 cm büyüklüğündedir, yani 10.000 katıdır. daha küçük boyut elektronik kabuk.
E. Rutherford tarafından önerilen atomun gezegen modeli ve hidrojen çekirdeğine ilişkin deneysel gözlemi geçersiz kılındı α -diğer elementlerin çekirdeklerinden gelen parçacıklar (1919-1920), bilim adamını şu düşünceye yönlendirdi: proton. Proton terimi XX yüzyılın 20'li yıllarının başında tanıtıldı.
Proton (Yunanca'dan. protonlar- ilk olarak sembol P) kararlı bir temel parçacıktır, bir hidrojen atomunun çekirdeğidir.
Proton- yükü pozitif yüklü bir parçacık mutlak değer şarja eşit elektron e= 1,6 · 10 -1 9 Cl. Protonun kütlesi elektronun kütlesinden 1836 kat daha fazladır. Proton dinlenme kütlesi bay= 1,6726231 · 10 -27 kg = 1,007276470 akb
Çekirdeğe dahil olan ikinci parçacık nötron.
Nötron (lat. doğal- ne biri ne de diğeri N) yükü olmayan, yani nötr bir temel parçacıktır.
Nötronun kütlesi elektronun kütlesinden 1839 kat daha fazladır. Bir nötronun kütlesi, bir protonun kütlesine neredeyse eşittir (biraz daha büyüktür): serbest bir nötronun geri kalan kütlesi m n= 1,6749286 · 10 -27 kg = 1,0008664902 a.m.u. ve protonun kütlesi elektronun kütlesinin 2,5 katı kadar fazladır. Nötron, protonla birlikte aşağıda ortak ad nükleon atom çekirdeğinin bir parçasıdır.
Nötron, 1932 yılında berilyum bombardımanı sırasında E. Rutherford'un öğrencisi D. Chadwig tarafından keşfedildi. α -partiküller. Yüksek nüfuz etme kabiliyetine sahip ortaya çıkan radyasyon (10-20 cm kalınlığındaki kurşun plakadan yapılmış bir bariyerin üstesinden geldi), parafin plakadan geçerken etkisini yoğunlaştırdı (şekle bakın). Joliot-Curie çifti tarafından bir bulut odasındaki izlerden bu parçacıkların enerjisinin değerlendirilmesi ve ek gözlemler, bunun olduğu ilk varsayımın dışlanmasını mümkün kıldı. γ -kuantum. Nötron adı verilen yeni parçacıkların daha büyük nüfuz etme yeteneği, elektriksel nötrlükleriyle açıklandı. Sonuçta yüklü parçacıklar maddeyle aktif olarak etkileşime girer ve enerjilerini hızla kaybederler. Nötronların varlığı, D. Chadwig'in deneylerinden 10 yıl önce E. Rutherford tarafından tahmin edilmişti. Vurulduğunda α -partiküllerin berilyum çekirdeğine girmesiyle aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:
İşte nötronun sembolü; şarj et sıfıra eşit ve göreceli atom kütlesi yaklaşık olarak birliğe eşittir. Nötron kararsız bir parçacıktır: serbest nötron~ 15 dakika süreyle. bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya (dinlenme kütlesinden yoksun bir parçacık) bozunur.
Nötronun 1932'de J. Chadwick tarafından keşfedilmesinden sonra, D. Ivanenko ve V. Heisenberg bağımsız olarak şunu önerdiler: çekirdeğin proton-nötron (nükleon) modeli. Bu modele göre çekirdek proton ve nötronlardan oluşur. Proton sayısı Z D.I. Mendeleev'in tablosundaki öğenin sıra numarasına karşılık gelir.
Çekirdek şarjı Q proton sayısına göre belirlenir Z, çekirdeğe dahildir ve elektron yükünün mutlak değerinin bir katıdır e:
S = +Ze.
Sayı Z isminde nükleer yük numarası veya atom numarası .
Çekirdeğin kütle numarası A isminde toplam sayı nükleonlar, yani içinde bulunan protonlar ve nötronlar. Çekirdekteki nötronların sayısı harfle gösterilir N. Yani kütle numarası:
A = Z + N.
Nükleonlara (proton ve nötron) bir kütle numarası atanır, bire eşit, elektron - sıfır değeri.
Çekirdeğin bileşimi fikri de keşifle kolaylaştırıldı izotoplar.
İzotoplar (Yunanca'dan. ISO'lar- eşit, aynı ve topoa- yer), atom çekirdeği olan aynı kimyasal elementin atom çeşitleridir. aynı numara proto-kasım ( Z) Ve farklı numara nötronlar ( N).
Bu tür atomların çekirdeklerine izotoplar da denir. İzotoplar çekirdekler bir unsur. Nüklit (lat. çekirdek- çekirdek) - herhangi bir atom çekirdeği (sırasıyla atom) verilen sayılar Z Ve N. Nüklitlerin genel tanımı ……. Nerede X- kimyasal bir elementin sembolü, bir = Z + N- kütle numarası.
İzotoplar Periyodik Element Tablosunda aynı yeri işgal eder ve adları da buradan gelir. Nükleer özelliklerine göre (örneğin, içine girme yeteneği) nükleer reaksiyonlar) izotoplar kural olarak önemli ölçüde farklılık gösterir. İzotopların kimyasal (ve hemen hemen aynı ölçüde fiziksel) özellikleri aynıdır. Bu, bir elementin kimyasal özelliklerinin çekirdeğin yükü tarafından belirlenmesiyle açıklanmaktadır, çünkü atomun elektron kabuğunun yapısını etkileyen bu yüktür.
Bunun istisnası hafif elementlerin izotoplarıdır. Hidrojenin izotopları 1 N — protiyum, 2 N— döteryum, 3 N — trityum Kütleleri o kadar farklıdır ki fiziksel ve kimyasal özellikleri de farklıdır. Döteryum kararlıdır (yani radyoaktif değildir) ve sıradan hidrojende küçük bir yabancı madde (1: 4500) olarak bulunur. Döteryum oksijenle birleştiğinde ağır su oluşur. O normal atmosferik basınç 101,2 °C'de kaynar ve +3,8 °C'de donar. Trityum β -yarılanma ömrü yaklaşık 12 yıl olan radyoaktiftir.
Tüm kimyasal elementlerin izotopları vardır. Bazı elementlerin yalnızca kararsız (radyoaktif) izotopları vardır. Tüm elementler için yapay olarak radyoaktif izotoplar elde edilmiştir.
Uranyum izotopları. Uranyum elementinin kütle numaraları 235 ve 238 olan iki izotopu vardır. İzotop, daha yaygın olanın yalnızca 1/140'ı kadardır.
Atom evrenin eşsiz bir parçacığıdır. Bu makale, maddenin bu unsuru hakkında okuyucuya bilgi aktarmaya çalışacaktır. Burada şu soruları ele alacağız: Bir atomun çapı ve boyutları nedir, hangi niteliksel parametrelere sahiptir, Evrendeki rolü nedir.
Atoma Giriş
Atom, maddelerin bileşik bir parçacığıdır. mikroskobik boyut ve kütle. Bu elementlerin en küçük kısmıdır kimyasal doğa inanılmaz derecede küçük boyut ve ağırlığa sahip.
Atomlar iki temel parçadan oluşur yapısal elemanlar yani elektronlardan ve sırasıyla protonlar ve nötronlardan oluşan atom çekirdeğinden. Proton sayısı nötron sayısından farklı olabilir. Hem kimyada hem de fizikte proton sayısı elektron sayısıyla karşılaştırılabilir olan atomlara elektriksel olarak nötr denir. Proton sayısı daha fazla veya daha azsa atom pozitif veya daha düşük hale gelir. negatif yük, bir iyon haline gelir.
Fizikte atomlar ve moleküller uzun zamandır Evrenin inşa edildiği en küçük "yapı taşları" olarak kabul edildi ve hatta daha küçük bileşenlerin keşfinden sonra bile aralarında kaldı. en önemli keşifler insanlık tarihinde. Molekülleri oluşturan atomlar arası bağlarla bağlanan atomlardır. Atomun kütlesinin büyük kısmı çekirdekte, yani toplam değerin yaklaşık %99,9'unu oluşturan protonların ağırlığında yoğunlaşmıştır.
Geçmiş veriler
Bilimin fizik ve kimya alanındaki başarıları sayesinde atomun doğası, yapısı ve yetenekleri hakkında birçok keşif yapılmıştır. Bir kişinin şu soruları yanıtlayabildiği çok sayıda deney ve hesaplama gerçekleştirildi: bir atomun çapı nedir, boyutu ve çok daha fazlası.
İlk kez filozoflar tarafından keşfedildi ve formüle edildi. Antik Yunanistan ve Roma. İÇİNDE XVII-XVIII yüzyıllar kimyagerler atom fikrini kanıtlamak için deneyleri kullanabildiler en küçük parçacık maddeler. Birçok maddenin tekrar tekrar parçalanabileceğini gösterdiler. kimyasal yöntemler. Ancak gelecekte fizikçiler tarafından keşfedildi bir atomun bile bölünebileceğini ve atom altı bileşenlerden oluştuğunu gösterdi.
1860 yılında Almanya'nın Karlsruhe kentinde düzenlenen Uluslararası Kimya Bilimcileri Kongresi, atomun kimyasal elementlerin en küçük parçası olarak kabul edildiği atom ve molekül kavramı üzerinde karara vardı. Sonuç olarak, aynı zamanda basit ve karmaşık türdeki maddelerin de bir parçasıdır.
Hidrojen atomunun çapı incelenen ilklerden biriydi. Ancak hesaplamalar birçok kez yapıldı ve 2010'da yayınlanan sonuncusu, bunun daha önce varsayılandan (10 -8) %4 daha az olduğunu gösterdi. Gösterge genel anlam Atom çekirdeğinin büyüklüğü 10 -13 -10 -12 sayısına karşılık gelir ve tüm çapın büyüklük sırası 10 -8'dir. Hidrojenin kendisi haklı olarak ana gruba ait olduğundan, bu birçok çelişkiye ve soruna neden oldu. bileşenler gözlemlenebilir Evrenin tamamı ve böyle bir tutarsızlık, temel ifadelerle ilgili birçok yeniden hesaplamayı zorlar.
Atom ve modeli
Şu anda, her şeyden önce zaman çerçevesi ve yapısı hakkındaki fikirler açısından kendi aralarında farklılık gösteren beş ana atom modeli bilinmektedir. Doğrudan modellere bakalım:
- Onu oluşturan parçalar önemlidir. Demokritos, maddelerin herhangi bir özelliğinin şekli, kütlesi ve diğer serileri tarafından belirlenmesi gerektiğine inanıyordu. pratik özellikler. Örneğin ateş, atomlarının keskin olması nedeniyle yanabilir. Demokritos'a göre ruh bile atomlardan oluşmuştur.
- Thomson'ın atom modeli, 1904'te J. J. Thomson'un kendisi tarafından yaratıldı. Atomun, elektronların içinde yer alan pozitif yüklü bir cisim olarak alınabileceğini öne sürdü.
- Nagaoka'nın 1904'te yarattığı ilk gezegensel atom modeli, atom yapısının Satürn'ünkine benzer olduğuna inanıyordu. Çekirdek boyutu küçüktür ve olumlu gösterge yük, halkalar boyunca hareket eden elektronlarla çevrilidir.
- Bohr ve Rutherford tarafından keşfedilen atomik gezegen modeli. 1911'de E. Rutherford, yönettikten sonra bütün bir seri deneyler atomun benzer olduğuna inanmaya başladı gezegen sistemi Elektronların çekirdeğin etrafında hareket ettikleri yörüngeleri vardır. Ancak bu varsayım verilerle çelişiyordu klasik elektrodinamik. Bu teorinin geçerliliğini kanıtlamak için Niels Bohr, elektronun belirli, özel bir enerji durumunda olduğundan enerji harcamasına gerek olmadığını ileri süren ve gösteren varsayımlar kavramını tanıttı. Atomun incelenmesi daha sonra ortaya çıkmasına yol açtı kuantum mekaniği bu gözlemlenebilecek çelişkilerin çoğunu açıklayabildi.
- Kuantum mekaniksel atom modeli, söz konusu parçacığın merkezi çekirdeğinin, protonlardan oluşan bir çekirdeğin yanı sıra onun etrafında hareket eden nötronlar ve elektronlardan oluştuğunu belirtmektedir.
Yapısal özellikler
Atomun büyüklüğü önceden belirlenmişti bölünmez parçacık. Ancak birçok deneyim ve deney bize onun aşağıdakilerden oluştuğunu göstermiştir. atom altı parçacıklar. Herhangi bir atom, ikincisini içermeyen hidrojen - 1 hariç, elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan oluşur.
Standart Model, protonların ve nötronların kuarklar arasındaki etkileşimler yoluyla oluştuğunu göstermektedir. Leptonlarla birlikte fermiyonlara aittirler. Şu anda 6 çeşit kuark bulunmaktadır. Protonlar oluşumunu iki u-kuark ve bir d-kuarktan, nötron ise bir u-kuark ve iki d-kuarktan almaktadır. Nükleer etkileşim güçlü tip Kuarkları bağlayan gluonlar kullanılarak iletilir.
Elektronların atom uzayındaki hareketi, çekirdeğe yakın olma, yani çekilme “arzusu” ile belirlendiği gibi, Coulomb kuvvetleri aralarındaki etkileşimler. Aynı türdeki kuvvetler her elektronu çekirdeği çevreleyen potansiyel bir bariyer içinde tutar. Elektron hareketinin yörüngesi, dairenin bir noktasından diğerine ve merkezden geçen düz bir çizgiye eşit olan atomun çapını belirler.
Bir atomun kendi momentumu ile temsil edilen ve anlaşılması güç bir spini vardır. genel doğa konu. Kuantum mekaniği kullanılarak açıklanmıştır.
Boyutlar ve ağırlık
Bir atomun her çekirdeği aynı gösterge Proton sayısı ortak bir kimyasal elementi ifade eder. İzotoplar, aynı elementin atomlarının temsilcilerini içerir ancak nötron miktarında farklılık gösterir.
Fizikte bir atomun yapısı kütlesinin büyük kısmının proton ve nötronlardan oluştuğunu gösterdiğine göre, o zaman toplam tutar bu parçacıkların bir kütle numarası vardır. Sakin bir durumda atom kütlesinin ifadesi, dalton (Da) olarak da adlandırılan atomik kütle birimlerinin (a.m.u.) kullanılmasıyla gerçekleşir.
Bir atomun boyutunun açıkça tanımlanmış sınırları yoktur. Bu nedenle birbirine kimyasal olarak bağlı olan aynı tür atomların çekirdekleri arasındaki mesafe ölçülerek belirlenir. Çekirdekten bir sonraki mevcut olana kadar olan yolun süresini hesaplarken başka bir ölçüm yöntemi mümkündür. elektron yörüngeleri istikrarlı Tür. D.I.'nin unsurları Mendeleev, atomları en küçükten en büyüğe, sütun yönünde yukarıdan aşağıya doğru düzenler, soldan sağa hareket de boyutlarındaki azalmaya dayanır.
Çürüme süresi
Hepsi kimya. Elementlerin bir ve daha yüksek izotopları vardır. Radyoaktif bozunmaya maruz kalan, parçacıkların veya elektromanyetik radyasyonun yayılmasına neden olan kararsız bir çekirdek içerirler. Radyoaktif yarıçapı olan izotoptur güçlü etkileşimçapın en uzak noktalarının ötesine uzanır. Aurum örneğini düşünürsek, izotop, çapının ötesinde yayılan parçacıkların her yöne "uçtuğu" Au atomu olacaktır. Başlangıçta bir altın atomunun çapı, her biri 144 pc'ye eşit olan iki yarıçapın değerine karşılık gelir ve çekirdekten bu mesafenin ötesine uzanan parçacıklar izotop olarak kabul edilecektir. Üç tür bozunma vardır: alfa, beta ve gama radyasyonu.
Değerlik kavramı ve enerji seviyelerinin varlığı
Atomun çapı nedir, boyutu nedir, atomik bozunma kavramına aşina olduk gibi soruların cevaplarına zaten aşina olduk. Ancak buna ek olarak atomların da bu gibi özellikleri var. enerji seviyelerinin ve değerliklerin boyutu olarak.
Atom çekirdeğinin etrafında hareket eden elektronlar potansiyel enerji ve içeride kal bağlı durum, heyecanlı bir seviyede bulunur. Buna göre kuantum modeli Elektron yalnızca belirli sayıda enerji seviyesini işgal eder.
Değerlik: genel yetenek olan atomlar elektron kabuğu mevcut boş alan, bağlantılar kur kimyasal türü diğer atom birimleriyle Atomlar kimyasal bağlar kurarak dış değerlik kabuğundaki katmanlarını doldurmaya çalışırlar.
İyonizasyon
Maruz kalmanın bir sonucu olarak yüksek değer atom başına gerilim, elektronik ayrılmanın eşlik ettiği geri dönüşü olmayan deformasyona uğrayabilir.
Bu, atomların iyonlaşmasıyla sonuçlanır; bu sırada elektron(lar)ı bırakırlar ve kararlı bir durumdan pozitif yüklü iyonlara (katyonlar olarak da bilinir) dönüşürler. Bu işlem iyonlaşma potansiyeli adı verilen belirli bir enerji gerektirir.
Özetlemek
Yapı, etkileşimin özellikleri, niteliksel parametreler, atomun çapı ve hangi boyutlara sahip olduğu ile ilgili soruların incelenmesi tüm bunları mümkün kıldı. insan aklına etrafımızdaki tüm maddenin yapısını daha iyi anlamamıza ve anlamamıza yardımcı olacak inanılmaz çalışmalar yapmak. Aynı sorular insanın atomun elektronegatifliği, onun dağınık çekiciliği kavramlarını keşfetmesine olanak sağladı. değerlik olasılıkları, radyoaktif bozunmanın süresini ve çok daha fazlasını belirleyin.
Çekirdek şarjı
Herhangi bir atomun çekirdeği pozitif yüklüdür. Taşıyıcı pozitif yük bir protondur. Bir protonun yükü sayısal olarak bir elektronun $e$ yüküne eşit olduğundan, çekirdeğin yükünün $+Ze$'a eşit olduğunu yazabiliriz ($Z$, bir kimyasalın seri numarasını gösteren bir tamsayıdır) D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki element). $Z$ sayısı aynı zamanda çekirdekteki proton sayısını ve atomdaki elektron sayısını da belirler. Bu nedenle çekirdeğin atom numarası denir. Elektrik yükü, atomların optik, kimyasal ve diğer özelliklerinin bağlı olduğu atom çekirdeğinin temel özelliklerinden biridir.
Çekirdek kütlesi
Çekirdeğin bir diğer önemli özelliği de kütlesidir. Atomların ve çekirdeklerin kütlesi genellikle atomik kütle birimleri (amu) cinsinden ifade edilir. için atom birimi Kütlenin genellikle $^(12)_6C$ karbon çekirdeğinin kütlesinin $1/12$ olduğu kabul edilir:
burada $N_A=6.022\cdot 10^(23)\ mol^-1$ Avogadro sayısıdır.
Einstein'ın $E=mc^2$ ilişkisine göre atomların kütlesi de enerji birimleriyle ifade edilir. Çünkü:
- proton kütlesi $m_p=1.00728\ amu=938.28\ MeV$,
- nötron kütlesi $m_n=1.00866\ amu=939.57\ MeV$,
- elektron kütlesi $m_e=5,49\cdot 10^(-4)\ amu=0,511\ MeV$,
Gördüğünüz gibi elektronun kütlesi, çekirdeğin kütlesine kıyasla ihmal edilebilecek kadar küçüktür, bu durumda çekirdeğin kütlesi neredeyse atomun kütlesine denk gelir.
Kütle tam sayılardan farklıdır. Amu cinsinden ifade edilen nükleer kütle. ve tam sayıya yuvarlanan kütle numarası denir, $A$ harfiyle gösterilir ve çekirdekteki nükleonların sayısını belirler. Çekirdekteki nötronların sayısı $N=A-Z$'dır.
Çekirdekleri belirtmek için $^A_ZX$ sembolü kullanılır; burada $X$ şu anlama gelir: kimyasal sembol bu elementin. Proton sayıları aynı fakat kütle sayıları farklı olan atom çekirdeklerine izotop denir. Bazı elementlerde kararlı ve kararsız izotopların sayısı onlarcaya ulaşır; örneğin, uranyumun 14$ izotopu vardır: $^(227)_(92)U\ $'dan $^(240)_(92)U$'a kadar.
Doğada bulunan kimyasal elementlerin çoğu çeşitli izotopların karışımıdır. Bazılarının olduğu gerçeğini açıklayan izotopların varlığıdır. doğal unsurlar tam sayılardan farklı bir kütleye sahiptir. Örneğin, doğal klor $75\%$ $^(35)_(17)Cl$ ve $24\%$ $^(37)_(17)Cl$'dan oluşur ve atom kütlesi $35,5$ a.u. Hidrojen hariç çoğu atomda izotoplar hemen hemen aynı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Ancak yalnızca nükleer özelliklerinin ardında izotoplar önemli ölçüde farklılık gösterir. Bazıları kararlı olabilir, bazıları ise radyoaktif olabilir.
Kütle sayıları aynı olan çekirdekler farklı anlamlar$Z$ izobar olarak adlandırılır, örneğin $^(40)_(18)Ar$, $^(40)_(20)Ca$. Nötron sayısı aynı olan çekirdeklere izoton denir. Hafif çekirdekler arasında “ayna” çekirdek çiftleri adı verilen çekirdekler vardır. Bunlar, $Z$ ve $A-Z$ sayılarının yer değiştirdiği çekirdek çiftleridir. Bu tür çekirdeklerin örnekleri $^(13)_6C\ $ ve $^(13_7)N$ veya $^3_1H$ ve $^3_2He$ olabilir.
Atom çekirdeği boyutu
Atom çekirdeğinin yaklaşık olarak küresel olduğunu varsayarak, yarıçapı $R$ kavramını ortaya koyabiliriz. Bazı çekirdeklerde elektrik yükünün dağılımında simetriden hafif bir sapma olduğuna dikkat edin. Ayrıca atom çekirdekleri statik değil, dinamik sistemler ve çekirdek yarıçapı kavramı bir topun yarıçapı olarak temsil edilemez. Bu nedenle çekirdeğin büyüklüğü nükleer kuvvetlerin kendini gösterdiği alan olarak alınmalıdır.
Oluştururken miktar teorisi$\alpha $ - parçacıklarının saçılması E. Rutherford, atom çekirdeği ile $\alpha $ - parçacığının Coulomb yasasına göre etkileşime girdiği varsayımından yola çıktı; çekirdeğin etrafındaki elektrik alanının küresel simetriye sahip olduğu. Bir $\alpha $ parçacığının saçılması, Rutherford'un formülüne tamamen uygun olarak gerçekleşir:
Bu, enerjisi $E$ oldukça küçük olan $\alpha $ parçacıkları için meydana gelir. Bu durumda parçacık Coulomb'u aşamaz. potansiyel bariyer ve daha sonra kapsama ulaşmaz nükleer kuvvetler. Parçacık enerjisi belirli bir sınır değerine yükseldikçe $E_(gr)$ $\alpha $ -- parçacık bu sınıra ulaşır. Daha sonra $\alpha $ - parçacıklarının saçılmasında Rutherford formülünden bir sapma vardır. ilişkiden
Deneyler, çekirdeğin yarıçapının $R$ çekirdeğe giren nükleon sayısına bağlı olduğunu göstermektedir. Bu bağımlılık ampirik formülle ifade edilebilir:
burada $R_0$ bir sabittir, $A$ bir kütle numarasıdır.
Çekirdeklerin boyutları deneysel olarak proton saçılmasıyla belirlenir. hızlı nötronlar veya elektronlar yüksek enerjiler. Çekirdeklerin boyutunu belirlemek için bir dizi başka dolaylı yöntem vardır. Bunlar, radyoaktif çekirdekler olan $\alpha $'ın ömrü ile onlar tarafından salınan $\alpha $ parçacıklarının enerjisi arasındaki bağlantıya dayanmaktadır; Açık optik özellikler bir elektronun geçici olarak bir müon tarafından yakalandığı mezoatomlar olarak adlandırılan; bir çift ayna atomunun bağlanma enerjisini karşılaştırarak. Bu yöntemler ampirik bağımlılığı $R=R_0A^(1/3)$ doğrular ve bu ölçümler kullanılarak $R_0=\left(1.2-1.5\right)\cdot 10^(-15) sabitinin değeri belirlenir \ m$.
Ayrıca birim mesafe başına atom fiziği ve fizik temel parçacıklar$(10)^(-15)\ m$ (1 f=$(10)^(-15)\ m)$'a eşit olan “Fermi” ölçü birimini alın.
Atom çekirdeklerinin yarıçapları kütle numaralarına bağlıdır ve $2\cdot 10^(-15)\ m\ ila\\ 10^(-14)\ m$ aralığındadır. $R_0$'ı $R=R_0A^(1/3)$ formülünden ifade edersek ve $\left(\frac(4\pi R^3)(3A)\right)=const$ biçiminde yazarsak, o zaman her nükleonun yaklaşık olarak aynı hacmi içerdiğini görebiliriz. Bu, nükleer maddenin yoğunluğunun tüm çekirdekler için yaklaşık olarak aynı olduğu anlamına gelir. Atom çekirdeğinin boyutlarına ilişkin mevcut verilere dayanarak, nükleer madde yoğunluğunun ortalama değerini buluyoruz:
Görüldüğü gibi nükleer maddenin yoğunluğu oldukça yüksektir. Bunun nedeni nükleer kuvvetlerin etkisidir.
İletişim enerjisi. Nükleer kütle kusuru
Çekirdeği oluşturan nükleonların geri kalan kütlelerinin toplamı çekirdeğin kütlesiyle karşılaştırıldığında, tüm kimyasal elementler için aşağıdaki eşitsizliğin doğru olduğu fark edildi:
burada $m_p$ protonun kütlesidir, $m_n$ nötronun kütlesidir, $m_я$ çekirdeğin kütlesidir. Çekirdeği oluşturan nükleonların kütlesi ile çekirdeğin kütlesi arasındaki kütle farkını ifade eden $\triangle m$ değerine nükleer kütle kusuru denir.
Çekirdeğin özellikleri hakkında önemli bilgiler, enerjinin korunumu yasasına ve kütle ve enerjinin orantılılık yasasına dayanarak çekirdeğin nükleonları arasındaki etkileşimin ayrıntılarına girmeden elde edilebilir. $\triangle m$ kütlesindeki herhangi bir değişikliğin sonucu olarak enerjide $\triangle E$ ($\triangle E=\triangle mc^2$) karşılık gelen bir değişikliğin ne kadar olduğuna bağlı olarak, o zaman bir çekirdeğin oluşumu sırasında belli bir miktar enerji açığa çıkar. Enerjinin korunumu yasasına göre, çekirdeği kendisini oluşturan parçacıklara bölmek için aynı miktarda enerjiye ihtiyaç vardır; Nükleonları, aralarında hiçbir etkileşimin olmadığı aynı mesafelerde birbirlerinden hareket ettirin. Bu enerjiye çekirdeğin bağlanma enerjisi denir.
Çekirdeğin $Z$ protonları ve kütle numarası $A$ varsa, bağlanma enerjisi şuna eşittir:
Not 1
Bu formülün kullanımının tamamen uygun olmadığını unutmayın, çünkü Tablolarda çekirdeklerin kütleleri değil, nötr atomların kütlelerini belirleyen kütleler listeleniyor. Bu nedenle hesaplamaların kolaylığı için formül, çekirdekleri değil atom kütlelerini içerecek şekilde dönüştürülür. Bu amaçla formülün sağ tarafına $Z$ elektronun $(m_e)$ kütlesini ekleyip çıkarıyoruz. Daha sonra
\c^2==\leftc^2.\]
$m_(()^1_1H)$ hidrojen atomunun kütlesidir, $m_a$ atomun kütlesidir.
İÇİNDE nükleer fizik Enerji genellikle megaelektron volt (MeV) cinsinden ifade edilir. Eğer hakkında konuşuyoruz O pratik uygulama nükleer enerji joule cinsinden ölçülür. İki çekirdeğin enerjisinin karşılaştırılması durumunda, enerjinin kütle birimi kullanılır; kütle ve enerji arasındaki oran ($E=mc^2$). Kütle enerji birimi ($le$), bir amu'luk kütleye karşılık gelen enerjiye eşittir. Bu, 931.502$ MeV'ye eşittir.
Şekil 1.
Enerjinin yanı sıra önemli belirli bir bağlanma enerjisine sahiptir - bir nükleona düşen bağlanma enerjisi: $w=E_(st)/A$. Bu miktar, $A$ kütle numarasındaki değişimle karşılaştırıldığında nispeten yavaş değişir; neredeyse sabit değer$8,6$ MeV periyodik tablonun orta kısmındadır ve kenarlarına doğru azalır.
Örnek olarak bir helyum atomunun çekirdeğinin kütle kusurunu, bağlanma enerjisini ve spesifik bağlanma enerjisini hesaplayalım.
Kütle kusuru
MeV cinsinden bağlanma enerjisi: $E_(bv)=\triangle m\cdot 931.502=0.030359\cdot 931.502=28.3\ MeV$;
Spesifik bağlanma enerjisi: $w=\frac(E_(st))(A)=\frac(28,3\ MeV)(4\approx 7,1\ MeV).$
Atom çekirdeğinin bileşimi ve özellikleri.
En basit atomun (hidrojen atomu) çekirdeği proton adı verilen temel bir parçacıktan oluşur. Diğer tüm atomların çekirdekleri iki tür temel parçacıktan oluşur: protonlar ve nötronlar. Bu parçacıklara nükleon denir.
Proton . Proton (p) +e yüküne ve kütleye sahiptir
m p = 938,28 MeV
Karşılaştırma için elektron kütlesinin şuna eşit olduğunu belirtelim:
m e = 0,511 MeV
Karşılaştırmadan şu sonuç çıkıyor: m p = 1836m e
Protonun bir dönüşü vardır yarıya eşit(s= ) ve içsel manyetik moment
Nükleer magneton adı verilen manyetik moment birimi. Bir proton ve bir elektronun kütlelerinin karşılaştırılmasından, μ i'nin Bohr magneton μ b'den 1836 kat daha az olduğu sonucu çıkar. Sonuç olarak protonun kendi manyetik momenti, elektronun manyetik momentinden yaklaşık 660 kat daha azdır.
Nötron . Nötron (n), 1932'de İngiliz bir fizikçi tarafından keşfedildi.
D. Chadwick. Bu parçacığın elektrik yükü sıfırdır ve kütlesi
mn = 939,57 MeV
protonun kütlesine çok yakındır. Nötron ve proton arasındaki kütle farkı (m n –m p)
1,3 MeV'dir, yani 2,5 m e.
Nötronun yarıya (s=) eşit bir dönüşü vardır ve (elektrik yükünün olmamasına rağmen) kendi dönüşü vardır. manyetik moment
μ n = - 1,91μ ben
(Eksi işareti, içsel mekanik ve manyetik momentlerin yönlerinin zıt olduğunu gösterir). Bunun için açıklama inanılmaz gerçek daha sonra verilecektir.
Deneysel değerlerin μ p ve μ n oranının büyük ölçüde doğruluk - 3/2'ye eşittir. Bu ancak teorik olarak böyle bir değer elde edildikten sonra fark edildi.
Serbest durumda, bir nötron kararsızdır (radyoaktiftir) - kendiliğinden bozunur, bir protona dönüşür ve bir elektron (e -) ve antinötrino adı verilen başka bir parçacık yayar. 
. Yarı ömür (yani orijinal nötron sayısının yarısının bozunduğu süre) yaklaşık 12 dakikadır. Bozunma şeması aşağıdaki gibi yazılabilir:
Bir antinötrinonun geri kalan kütlesi sıfırdır. Nötronun kütlesi protonun kütlesinden 2,5 m daha büyüktür. Sonuç olarak nötronun kütlesi, denklemin sağ tarafında görünen parçacıkların toplam kütlesini 1,5 m e kadar aşar, yani. 0,77 MeV kadar. Bu enerji, bir nötronun bozunması sırasında ortaya çıkan parçacıkların kinetik enerjisi biçiminde açığa çıkar.
Atom çekirdeğinin özellikleri . Atom çekirdeğinin en önemli özelliklerinden biri yük numarası Z'dir. Çekirdeği oluşturan ve +Z e'ye eşit olan yükünü belirleyen proton sayısına eşittir. Z sayısı bir kimyasal elementin seri numarasını belirler. periyodik tablo Mendeleev. Bu nedenle çekirdeğin atom numarası olarak da adlandırılır.
Çekirdekteki nükleonların sayısı (yani proton ve nötronların toplam sayısı) A harfi ile gösterilir ve çekirdeğin kütle numarası olarak adlandırılır. Çekirdekteki nötron sayısı N=A–Z'dir.
Çekirdekleri belirtmek için kullanılan sembol
burada X, elementin kimyasal sembolünü belirtir. Kütle numarası sol üst köşeye, atom numarası sol alt köşeye yerleştirilir (son simge genellikle atlanır). Bazen kütle numarası bir kimyasal elementin sembolünün soluna değil sağına yazılır. 
Aynı Z'ye sahip fakat farklı A'ya sahip çekirdeklere denir. izotoplar. Çoğu kimyasal elementin birkaç kararlı izotopu vardır. Örneğin oksijenin üç kararlı izotopu vardır:
, kalay için - on vb.
Hidrojenin üç izotopu vardır:
– sıradan hidrojen veya protium (Z=1, N=0),
– ağır hidrojen veya döteryum (Z=1, N=1),
– trityum (Z=1, N=2).
Protium ve döteryum stabildir, trityum ise radyoaktiftir.
Kütle numarası aynı olan çekirdeklere A denir. izobarlar. Bir örnek: 
Ve 
. Nötron sayısı aynı olan çekirdeklere N = A – Z denir. izotonlar
(
,
).Son olarak, aynı Z ve A'ya sahip, yarı ömürleri farklı olan radyoaktif çekirdekler vardır. Onlar denir izomerler. Örneğin çekirdeğin iki izomeri vardır 
Bunlardan birinin yarı ömrü 18 dakika, diğerinin ise 4,4 saattir.
Z veya A veya her ikisinde farklılık gösteren yaklaşık 1500 çekirdek bilinmektedir. Bu çekirdeklerin yaklaşık 1/5'i kararlı, geri kalanı ise radyoaktiftir. Pek çok çekirdek, nükleer reaksiyonlar kullanılarak yapay olarak üretildi.
Teknesyum (Tc, Z = 43) ve prometyum (Pm, Z = 61) hariç, atom numarası 1'den 92'ye kadar Z olan elementler doğada bulunur. Yapay olarak elde edilen plütonyum (Pu, Z = 94), doğal mineral - reçine karışımında ihmal edilebilir miktarlarda bulunmuştur. Geriye kalan transuranyum (yani suburanyum) elementleri (cZ 93'ten 107'ye) çeşitli nükleer reaksiyonlar yoluyla yapay olarak elde edildi.
Transuranik elementler küryum (96 Cm), aynştaynyum (99 Es), fermiyum (100 Fm) ve mendelevyum (101 Md), seçkin bilim adamları II'nin onuruna adlandırılmıştır. ve M. Curie, A. Einstein, Z. Fermi ve D.I. Mendeleev. Lawrence (103 Lw), adını siklotron mucidi E. Lawrence'tan almıştır. Kurchatovy (104 Ku), adını seçkin fizikçi I.V.'nin onuruna aldı. Kurçatova.
Kurchatovium ile 106 ve 107 numaralı elementlerin de aralarında bulunduğu bazı transuranik elementler, bilim adamları tarafından Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nün Nükleer Reaksiyonlar Laboratuvarı'nda elde edildi.
N.N. Flerov ve ekibi.
Çekirdek boyutları . İlk yaklaşıma göre çekirdek, yarıçapı formülle oldukça kesin olarak belirlenen bir top olarak düşünülebilir.
(Fermi, nükleer fizikte kullanılan uzunluk biriminin adıdır.
10-13cm). Formülden çekirdeğin hacminin çekirdekteki nükleonların sayısıyla orantılı olduğu anlaşılmaktadır. Dolayısıyla tüm çekirdeklerdeki madde yoğunluğu yaklaşık olarak aynıdır.
Nükleer dönüş . Nükleonların dönüşleri çekirdeğin ortaya çıkan dönüşünü oluşturur. Bir nükleonun spini 1/2'dir. Bu nedenle nükleer spin kuantum sayısı yarı tamsayı olacaktır. tek sayı A nükleonları ve çift A için tamsayı veya sıfır. Nükleer dönüşler birkaç birimi aşmaz. Bu, çekirdekteki çoğu nükleonun dönüşlerinin antiparalel olarak birbirini iptal ettiğini gösterir. Tüm çift-çift çekirdeklerin (yani, çift sayıda proton ve çift sayıda nötron içeren bir çekirdeğin) spini sıfırdır.
M J çekirdeğinin mekanik momenti elektron kabuğunun momentine eklenir 
F kuantum sayısı ile belirlenen M F atomunun toplam açısal momentumunda.
Elektronların ve çekirdeğin manyetik momentlerinin etkileşimi, atomun durumlarının farklı karşılıklı yönelimlere (MJ) karşılık gelmesine yol açar. 
(yani farklı F) biraz farklı enerjiye sahiptir. μ L ve μ S momentlerinin etkileşimi spektrumun ince yapısını belirler. Etkileşimμ J ve 
atom spektrumunun aşırı ince yapısı belirlenir. Aşırı ince yapıya karşılık gelen spektral çizgilerin bölünmesi o kadar küçüktür ki (bir angstromun birkaç yüzde biri düzeyinde), yalnızca en yüksek çözünürlüklü cihazlar kullanılarak gözlemlenebilir.