Изтегли

Report

Състав и основни характеристики на
атомните ядра
 Ядрени сили. Основни свойства
 Радиоактивност. Ядрени лъчения
Състав на атомните ядра
Атомните ядра са основна и
определяща част от нашата
природа. В ядрото е
съсредоточена почти цялата
маса на атома, макар то да заема
незначителна част от обема му.
Химическите и физическите
свойства на елементите се
определят от състава на техните
атомни ядра.
Атомните ядра на всички елементи се състоят от
протони и неутрони. Протонът (р) има положителен
заряд, по абсолютна стойност равен на елементарния
заряд, e = 1,6.10-19 C. Неутронът (n) няма електричен
заряд. Като елементарни частици, изграждащи атомното
ядро, протонът и неутронът имат общо название нуклеони (нуклони)- (“nucleus”-ядрени частици)
Масово число
Прието е броят на протоните в
ядрата да се означава със
символа Z, а на неутроните - с
N. Общият брой нуклони в
ядрото се нарича негово
масово число, A=Z+N. Ядрата
се означават със символа на
съответния химичен елемент,
пред който като долен ляв
индекс се записва броят на
протоните, а като горен ляв
индекс-масовото число:
A
Z
X

Например:
Хелий 24He
Z  2, A  4
2прот она
2неут рона
Кислород168 O
Z  8, A  16
8прот она
8неут рона
Изотопи
Броят Z на протоните в ядрото е
равен на броя на електроните в
електронната обвивка на атома и
определя химичните свойства на
атома. Тези свойства не зависят
от броя N на неутроните в ядрото.
В природата съществуват ядра с
еднакъв брой протони, но с
различен брой неутрони. Понеже
атомите с такива ядра имат
еднакви химични свойства, те
принадлежат към един и същ
химичен елемент и заемат едно и
също място в периодичната
система.
Атомите на един химичен
елемент, които се различават по
броя на неутроните в ядрата си,
се наричат изотопи на елемента.
Химичният елемент водород има три
изотопа: протий (единственият изотоп,
който няма неутрон в ядрото си);
деутерий (1 протон, 1 неутрон); тритий
(1 протон, 2 неутрона).

Атомите на ядрата-изотопи имат един и същ брой
електрони в обвивката си, следователно
притежават едни и същи химични свойства.

Тъй като масите на два атома от различни
изотопи на един елемент не са еднакви, това
предизвиква малки разлики във физичните им
свойства. Така например, тежката вода, в чиято
молекула вместо обикновен водород участва
деутерий, за разлика от обикновената вода ври
при 101,2 °С и замръзва при 3,8 °С. Подобни
разлики се използват за разделяне на изотопите.

Атомни ядра, които могат да съществуват
безкрайно дълго без изменение на състава им, се
наричат стабилни.
В природата има 270 стабилни изотопа.
Останалите са неустойчиви и самопроизволно се
превръщат в ядра на други елементи.
Основни характеристики
на атомните ядра:

Атомните ядра имат положителен
електричен заряд, големината на който
се определя от броя на протоните Z в
тях: q = Z.e.

Повечето ядра имат сферична или
близка до сферичната форма.
Установено е, че радиусите на ядрата
са десетки хиляди пъти по-малки от
радиусите на атомите.

• Масовият дефект
възниква в процеса на
образуване на ядрото: при
сближаване на нуклоните
ядрените сили на
Важна характеристика на ядрото е
привличане извършват
неговата маса. Резултатите от
положителна работа и
измерванията показват, че масата на
ядрото винаги е по-малка от сумата на началната енергия на
системата намалява- част
масите на протоните и неутроните в
него :
Мя< Zmp + Nmn.
от енергията се отнася в
Разликата
околното пространство
(например от излъчените при
∆m = (Zmр + Nmn ) – Mя
процеса -лъчи).
се нарича масов дефект.


Енергия на връзката (Ев) –
определя се като енергията,
необходима за разделянето на
ядрото на съставящите го
нуклеони. Между енергията на
връзката и масовия дефект
съществува връзка: Ев= Δm.с2 ,
където с е скоростта на
светлината във вакуум. Енергията
на връзката е мярка за
стабилността на ядрата-колкото
тя е по- голяма, толкова атомното
ядро е по-устойчиво.
Енергията на връзката, която се
пада на един нуклон в дадено
ядро, се нарича специфична
енергия на връзката. Тя се
определя с отношението:
2
m.c
A

Тази величина е различна за
различните ядра в зависимост от
масовото им число.

От графиката се вижда, че
специфичната енергия на
връзката (а и масовият
дефект) е най-голяма за
елементите от средата на
периодичната система – там,
където например се намира
желязото. При по-тежките ядра
все по-силно се проявява
взаимното отблъскване между
едноименните ел. заряди на
протоните.
Ядрени сили. Основни свойства
Стабилността на атомните ядра
се обяснява с действието на
сили от нов тип, наречени
ядрени сили. Въпросът за
природата на ядрените сили е
сложен и все още не е напълно
изучен. Експериментално са
установено основните свойства
на ядрените сили:

Ядрата са стабилни
образувания, от което следва, че
ядрените сили компенсират
силите на отблъскване между
протоните, т.е. те са сили на
привличане. При много малки
разстояния между протоните и
неутроните силите на
привличане се сменят с ядрени
сили на отблъскване.

Ядрените сили не зависят от
електричния заряд на частиците.
Положително заредените
протони и незаредените
неутрони взаимодействат с
еднакви сили.

Ядрените сили превишават по
абсолютна стойност другите сили,
действащи в природата - около
сто пъти електромагнитните и
около 1038 пъти гравитационните.

Радиусът на действие на
ядрените сили се ограничава в
рамките на атомното ядро (≈ 10 -15
m) . Всеки протон или неутрон не
взаимодейства с всички останали
протони и неутрони в ядрото, а
само с ограничен брой частици –
тези, които са разположени найблизо до него. Големината на
ядрените сили много бързо
намалява с разстоянието между
частиците. Затова ядрата на
тежките елементи са нестабилни.
Те могат самопроизволно да се
разпадат, като изпускат
радиоактивни лъчения, или да се
делят на по-леки ядра под
въздействието на някаква
частица.
Радиоактивност
Радиоактивност се нарича
способността на някои ядра
спонтанно да се превръщат в
други ядра (други химични
елементи), което се
съпровожда с изпускане на
микрочастици.
Думата радиоактивност
произлиза от латински- radio (
излъчвам) и activus (действен).
Международният знак за
радиоактивност е:
Анри Бекерел



Явлението е открито през
1896 г. от френския физик
Анри Бекерел при
изследване на уранови
проби.
Ърнест Ръдърфорд пръв
стигнал до заключението,
че явлението се
съпровожда с
превръщането на едни
химични елементи в други.
Особено големи заслуги за
изучаването на
радиоактивността имат
Мария и Пиер Кюри.
Мария и Пиер Кюри




Радиоактивността, която се наблюдава при
съществуващите в природата ядраизотопи, се нарича естествена.
Радиоактивността на ядра, получена в
резултат на ядрени реакции, се нарича
изкуствена.
Принципна разлика между двата вида
радиоактивност не съществува.
Радиоактивността е твърде
разпространено явление. Радиоактивни са
всички елементи след оловото в
Менделеевата таблица, т.е. с атомен
номер, по-голям от 82 (включително
бисмут). Радиоактивни изотопи има
навсякъде в природата – в атмосферата
(въглерод, радон), в земната кора (уран,
радий), в живите организми (калий) и др.
Закон за радиоактивното
разпадане

Установено е, че всеки радиоактивен
изотоп се разпада със специфична за него
скорост. За нейното характеризиране се
използва понятието период на
полуразпадане (Т1/2) – промеждутъкът от
време, в продължение на който началният
брой N0 на радиоактивните ядра намалява
два пъти.

Намаляването на
броя на
радиоактивните
ядра се отразява
от закона за
радиоактивното
разпадане, който
има вида:
N0
N t
2 T1 / 2
Период на полуразпадане на някои
радиоактивни изотопи:
Азот16
Натрий Злато- 24
195
Въглер
од-14
7,3 сек. 15 часа 183
5730
деноно години
щия
Уран238
4,5.109
години
Полоний216
0,15 сек.
Видове ядрени лъчения
Лъченията, изпускани от
атомните ядра при техните
радиоактивни превръщания
се наричат радиоактивни
лъчения.
 В изследванията на
Ръдърфорд и семейство
Кюри било установено
наличието на три вида ядрени
лъчения: алфа (), бета () и
гама ().
 Трите вида лъчения по различен начин се отклоняват в
магнитно поле: -лъчите са заредени положително, а лъчите-отрицателно, затова се отклоняват в
противоположни направления; -лъчите са
електронеутрални и магнитното поле не им въздейства.



-лъчите представляват хелиеви ядра с два протона и
два неутрона, които притежават голяма йонизираща
способност- в 1 сm3 въздух създават десетки хиляди
двойки йони. Затова имат малка прониквателна
способност-могат да се погълнат от един лист хартия.
-лъчите са поток от бързи електрони, които се движат
със скорост, близка до скоростта на светлината. Тъй
като масата им е няколко хиляди пъти по-малка от
тази на -частиците, отклонението им в магнитното
поле е по-голямо. Йонизационната им способност е помалка, а прониквателната - по-голяма. При лъчението един от неутроните чрез изпускане на
електрон се е превърнал в протон. Понеже масата на
електрона е пренебрежимо малка спрямо масата на
нуклоните, изпускането на електрон не променя
масовото число на ядрото, а само увеличава заряда
му с +е .


Измерванията показват, че в снопа -лъчи има
частици с различни енергии. Този факт дал основание
на австрийския физик Волфганг Паули през 1932 г. да
предскаже, че освен електрон при -разпадането се
изпуска и друга частица, която отнася недостигащата
на електрона енергия. Той нарекъл тази частица
неутрино (днес тя се нарича антинеутрино ).
Електричният заряд на неутриното е нула, а масата му
в покой – или нула, или много малка. Ако масата е
точно нула, то се движи със скоростта на светлината
във вакуум с, ако не е – със скорост, близка до с.
Поради извънредно слабото му взаимодействие с
веществото неутриното е открито експериментално
едва през 1956 г.
-лъчите представляват поток от фотони, които по
физическата си същност приличат на рентгеновите
лъчи, но притежават още по-голяма енергия. Те имат
голяма прониквателна способност като могат да
преминат през няколко сантиметра метален лист.

similar documents