ساختار اتم: هسته، نوترون، پروتون، الکترون. هسته اتمی: بار هسته ای

بلکین I.K. بار هسته اتم و سیستم تناوبی عناصر مندلیف // کوانتوم. - 1984. - شماره 3. - ص 31-32.

با توافق ویژه با هیئت تحریریه و سردبیران مجله "کوانت"

ایده های مدرن در مورد ساختار اتم در سال های 1911 - 1913 پس از آزمایش های معروف رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا به وجود آمد. در این آزمایشات نشان داده شد که α - ذرات (بار آنها مثبت است)، که روی یک ورقه فلزی نازک می افتند، گاهی اوقات در زوایای بزرگ منحرف می شوند و حتی به عقب پرتاب می شوند. این تنها با این واقعیت قابل توضیح است که بار مثبت در اتم در حجم بسیار ناچیزی متمرکز شده است. اگر آن را به شکل یک توپ تصور کنیم، همانطور که رادرفورد تشخیص داد، شعاع این توپ باید تقریباً 10-14-10-15 متر باشد که ده ها و صدها هزار بار است. اندازه های کوچکتراتم به عنوان یک کل (~10-10 متر). فقط در نزدیکی چنین بار مثبت کوچکی می تواند وجود داشته باشد میدان الکتریکی، قابلیت دور انداختن دارد α -ذره ای که با سرعت حدود 20000 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند. رادرفورد این قسمت از اتم را هسته اتم نامید.

این چنین بود که این ایده به وجود آمد که اتم هر ماده ای از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده است که وجود آنها در اتم ها قبلاً مشخص شده بود. بدیهی است که از آنجایی که اتم به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است، بار هسته باید از نظر عددی برابر با بار تمام الکترون های موجود در اتم باشد. اگر مدول بار یک الکترون را با حرف نشان دهیم ه(شارژ ابتدایی)، سپس شارژ qهسته i باید برابر باشد qمن = Ze، جایی که ز- یک عدد صحیح برابر با تعداد الکترون های یک اتم. اما عدد چیست ز? شارژ چیست؟ qآیا من هسته اصلی هستم؟

از آزمایش‌های رادرفورد، که تعیین اندازه هسته را ممکن می‌سازد، اصولاً می‌توان مقدار بار هسته‌ای را تعیین کرد. پس از همه، میدان الکتریکی که رد می کند α -ذرات نه تنها به اندازه، بلکه به بار هسته نیز بستگی دارد. و رادرفورد در واقع بار هسته را تخمین زد. به گفته رادرفورد، بار هسته یک اتم از یک یا آن عنصر شیمیاییتقریباً برابر با نیمی از جرم اتمی نسبی آن است آضرب در بار اولیه ه، به این معنا که

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

اما، به اندازه کافی عجیب، بار واقعی هسته نه توسط رادرفورد، بلکه توسط یکی از خوانندگان مقالات و گزارش های او - دانشمند هلندی ون دن بروک (1870-1926) ایجاد شد. عجیب است زیرا ون دن بروک از نظر تحصیلات و حرفه یک فیزیکدان نبود، بلکه یک وکیل بود.

چرا رادرفورد هنگام تخمین بارهای هسته های اتم، آنها را با جرم اتم مرتبط می کند؟ واقعیت این است که وقتی در سال 1869 D.I. مندلیف سیستم تناوبی عناصر شیمیایی را ایجاد کرد، عناصر را به ترتیب افزایش جرم اتمی آنها مرتب کرد. و در طول چهل سال گذشته همه به این واقعیت عادت کرده اند که بیشترین مشخصه مهمیک عنصر شیمیایی - جرم اتمی نسبی آن، که چیزی است که یک عنصر را از عنصر دیگر متمایز می کند.

در همین حال، در این زمان، در آغاز قرن بیستم بود که مشکلاتی با سیستم عناصر به وجود آمد. در طول مطالعه پدیده رادیواکتیویته، تعدادی عنصر رادیواکتیو جدید کشف شد. و به نظر می رسید جایی برای آنها در سیستم مندلیف وجود ندارد. به نظر می رسید که سیستم مندلیف نیاز به تغییراتی دارد. ون دن بروک به ویژه در این مورد نگران بود. در طی چندین سال، چندین گزینه برای یک سیستم گسترده از عناصر به آنها پیشنهاد شد، که در آن فضای کافی نه تنها برای عناصر پایدار کشف نشده وجود دارد (خود دی. آی. مندلیف از مکان های آنها مراقبت می کرد)، بلکه برای آنها نیز فضای کافی وجود دارد. عناصر رادیواکتیو نیز ون دن بروک آخرین نسخه را در اوایل سال 1913 منتشر کرد، این نسخه دارای 120 مکان بود و اورانیوم سلول شماره 118 را اشغال کرد.

همچنین در سال 1913 نتایج آخرین تحقیقات در مورد پراکندگی منتشر شد α -ذرات در زوایای بزرگ، توسط همکاران رادرفورد، گایگر و مارسدن انجام شد. با تجزیه و تحلیل این نتایج، ون دن بروک به یک کشف مهم دست یافت. او متوجه شد که شماره زدر فرمول qمن = Zeبرابر با نصف جرم نسبی یک اتم یک عنصر شیمیایی نیست، بلکه برابر با عدد اتمی آن است. و علاوه بر این، شماره سریال عنصر در سیستم مندلیف، و نه در سیستم 120 مکانی او، ون دن بروک. معلوم می شود که سیستم مندلیف نیازی به تغییر نداشته است!

از ایده ون دن بروک چنین بر می آید که هر اتم از یک هسته اتمی تشکیل شده است که بار آن برابر است با شماره سریال عنصر مربوطه در سیستم مندلیف ضرب در بار اولیه و الکترون هایی که تعداد آنها در اتم نیز برابر با شماره سریال عنصر است. (به عنوان مثال یک اتم مس از یک هسته با بار 29 تشکیل شده است هو 29 الکترون.) مشخص شد که D.I مندلیف به طور شهودی عناصر شیمیایی را نه بر اساس جرم اتمی عنصر، بلکه بر اساس بار هسته آن مرتب کرده است (اگرچه او از این موضوع اطلاعی نداشت). در نتیجه، یک عنصر شیمیایی با دیگری نه به دلیل جرم اتمی خود، بلکه با بار هسته اتم متفاوت است. بار هسته یک اتم است مشخصه اصلیعنصر شیمیایی. اتم های عناصر کاملاً متفاوت وجود دارد، اما با جرم اتمی یکسان (آنها نام خاصی دارند - ایزوبار).

این واقعیت که جرم اتمی نیست که موقعیت یک عنصر را در یک سیستم تعیین می کند از جدول تناوبی نیز مشهود است: در سه مکان قانون افزایش جرم اتمی نقض می شود. بنابراین، جرم اتمی نسبی نیکل (شماره 28) کمتر از کبالت (شماره 27)، پتاسیم (شماره 19) کمتر از جرم اتمی آرگون (شماره 18)، ید (شماره 18) است. 53) کمتر از تلوریم (شماره 52).

فرض در مورد رابطه بین بار هسته اتمی و عدد اتمی عنصر به راحتی قوانین جابجایی را در طول تبدیلات رادیواکتیو، که در همان سال 1913 کشف شد، توضیح داد ("فیزیک 10"، § 103). در واقع زمانی که توسط هسته ساطع می شود α -ذره ای که بار آن برابر با دو بار اولیه است، بار هسته و بنابراین شماره سریال آن (که اکنون معمولاً عدد اتمی نامیده می شود) باید دو واحد کاهش یابد. هنگام انتشار β -ذره، یعنی یک الکترون با بار منفی، باید یک واحد افزایش یابد. این دقیقا همان چیزی است که قوانین جابجایی وجود دارد.

ایده ون دن بروک خیلی زود (به معنای واقعی کلمه در همان سال) اولین تایید تجربی، البته غیرمستقیم خود را دریافت کرد. کمی بعد، درستی آن با اندازه گیری مستقیم بار هسته های بسیاری از عناصر ثابت شد. معلومه که بازی کرده نقش مهم V پیشرفتهای بعدیفیزیک اتم و هسته اتم

بار هسته ای () مکان یک عنصر شیمیایی را در جدول D.I تعیین می کند. مندلیف. عدد Z تعداد پروتون های موجود در هسته است. Cl بار یک پروتون است که از نظر قدر با بار یک الکترون برابر است.

اجازه دهید یک بار دیگر تأکید کنیم که بار هسته تعیین کننده تعداد بارهای اولیه مثبت است که حامل آنها پروتون هستند. و از آنجایی که اتم یک سیستم به طور کلی خنثی است، بار هسته نیز تعداد الکترون های اتم را تعیین می کند. و ما به یاد داریم که یک الکترون دارای بار اولیه منفی است. الکترون‌ها در یک اتم بسته به تعدادشان بین پوسته‌های انرژی و زیر پوسته‌ها توزیع می‌شوند، بنابراین، بار هسته تأثیر قابل‌توجهی بر توزیع الکترون‌ها بین حالات آنها دارد. تعداد الکترون ها در آخرین سطح انرژی بستگی دارد خواص شیمیاییاتم معلوم می شود که بار هسته تعیین کننده خواص شیمیایی ماده است.

در حال حاضر، مرسوم است که عناصر شیمیایی مختلف را به شرح زیر تعیین می کنند: که در آن X نماد یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است که مربوط به بار است.

عناصری که دارای Z برابر اما جرم اتمی متفاوت هستند (A) (این بدان معناست که هسته تعداد پروتون های یکسانی دارد، اما مقادیر مختلفنوترون ها) ایزوتوپ نامیده می شوند. بنابراین، هیدروژن دارای دو ایزوتوپ است: 1 1 H-هیدروژن. 2 1 H-دوتریوم; 3 1 H-تریتیوم

ایزوتوپ های پایدار و ناپایدار وجود دارد.

هسته هایی با جرم یکسان اما بارهای متفاوت ایزوبار نامیده می شوند. ایزوبارها عمدتاً در میان هسته های سنگین و به صورت جفت یا سه تایی یافت می شوند. به عنوان مثال، و.

اولین اندازه گیری غیر مستقیمبار هسته ای توسط موزلی در سال 1913 ساخته شد. او بین فرکانس تشعشعات پرتو ایکس () و بار هسته ای (Z) ارتباط برقرار کرد:

که در آن C و B برای سری تابش در نظر گرفته شده ثابت مستقل از عنصر هستند.

بار هسته ای به طور مستقیم توسط چادویک در سال 1920 هنگام مطالعه پراکندگی هسته های اتم هلیوم بر روی لایه های فلزی تعیین شد.

ترکیب هسته

هسته اتم هیدروژن پروتون نامیده می شود. جرم پروتون برابر است با:

هسته از پروتون و نوترون (با هم نوکلئون نامیده می شود) تشکیل شده است. نوترون در سال 1932 کشف شد. جرم نوترون بسیار نزدیک به جرم پروتون است. یک نوترون بار الکتریکی ندارد.

به مجموع تعداد پروتون ها (Z) و تعداد نوترون ها (N) در هسته، عدد جرمی A می گویند:

از آنجایی که جرم نوترون و پروتون بسیار نزدیک است، هر یک از آنها تقریباً برابر با یک واحد جرم اتمی است. جرم الکترون‌ها در یک اتم بسیار کمتر از جرم هسته است، بنابراین اعتقاد بر این است که اگر به نزدیک‌ترین عدد کامل گرد شود، عدد جرمی هسته تقریباً برابر با جرم اتمی نسبی عنصر است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش

هسته‌ها سیستم‌های بسیار پایداری هستند، بنابراین، پروتون‌ها و نوترون‌ها باید توسط نیرویی در داخل هسته نگه داشته شوند. در مورد این نیروها چه می توانید بگویید؟

راه حل

فوراً می توان متوجه شد که نیروهایی که نوکلئون ها را به هم متصل می کنند گرانشی نیستند و بسیار ضعیف هستند. پایداری هسته را نمی توان با حضور نیروهای الکترومغناطیسی توضیح داد، زیرا بین پروتون ها، به عنوان ذرات حامل بارهای یک علامت، فقط دافعه الکتریکی می تواند وجود داشته باشد. نوترون ها ذرات خنثی الکتریکی هستند. بین نوکلئون ها عمل کنید نوع خاصنیروهایی به نام نیروهای هسته ای. این نیروها تقریباً 100 برابر قویتر از نیروهای الکتریکی هستند. نیروهای هسته ای قوی ترین نیروهای شناخته شده در طبیعت هستند. برهم کنش ذرات در هسته قوی نامیده می شود. ویژگی بعدی نیروهای هسته ای کوتاه برد بودن آنهاست. نیروهای هسته ای فقط در فاصله ای به اندازه سانتی متر، یعنی در فاصله ای به اندازه یک هسته قابل توجه می شوند.

مثال 2

ورزش

حداقل فاصله ای که هسته اتم هلیوم با انرژی جنبشی برابر با برخورد رو به رو می تواند به هسته ساکن اتم سرب نزدیک شود چقدر است؟

راه حل

بیایید یک نقاشی بکشیم. اجازه دهید حرکت هسته یک اتم هلیوم (- ذره) را در یک میدان الکترواستاتیکی در نظر بگیریم که یک هسته ثابت اتم سرب را ایجاد می کند. - ذره با سرعت کاهش به صفر به سمت هسته اتم سرب حرکت می کند، زیرا نیروهای دافعه بین ذرات باردار مشابه عمل می کنند. انرژی جنبشی ذره به انرژی پتانسیل برهمکنش بین ذره و میدان () تبدیل می شود که هسته اتم سرب را ایجاد می کند: انرژی پتانسیل یک ذره در میدان الکترواستاتیک را به صورت زیر بیان می کنیم: بار هسته اتم هلیوم کجاست. - قدرت میدان الکترواستاتیکی که توسط هسته اتم سرب ایجاد می شود. از (2.1) - (2.3) به دست می آوریم:

اتم های هر ماده ای از نظر الکتریکی ذرات خنثی هستند. یک اتم از یک هسته و مجموعه ای از الکترون ها تشکیل شده است. هسته حامل بار مثبتی است که بار کل آن برابر با مجموع بارهای تمام الکترون های اتم است.

اطلاعات کلی در مورد بار هسته اتم

بار هسته یک اتم مکان عنصر را در جدول تناوبی تعیین می کند D.I. مندلیف و بر این اساس، خواص شیمیایی ماده ای متشکل از این اتم ها و ترکیبات این مواد. بار هسته ای برابر است با:

که در آن Z تعداد عنصر در جدول تناوبی است، e مقدار بار الکترون یا .

عناصری با عدد Z یکسان اما جرم اتمی متفاوت را ایزوتوپ می نامند. اگر عناصر دارای Z یکسان باشند، هسته آنها دارای تعداد پروتون مساوی است و اگر جرم های اتمی متفاوت باشد، تعداد نوترون های هسته این اتم ها متفاوت است. بنابراین، هیدروژن دو ایزوتوپ دارد: دوتریوم و تریتیوم.

هسته اتم ها دارای بار مثبت هستند زیرا از پروتون و نوترون تشکیل شده اند. پروتون یک ذره پایدار متعلق به کلاس هادرون ها است که هسته اتم هیدروژن است. پروتون یک ذره با بار مثبت است. بار آن از نظر بزرگی برابر با بار اولیه است، یعنی مقدار بار الکترون. بار یک پروتون اغلب به صورت نشان داده می شود، پس می توانیم بنویسیم که:

جرم بقیه پروتون () تقریباً برابر است با:

با مطالعه بخش "شارژ پروتون" می توانید درباره پروتون بیشتر بدانید.

آزمایش هایی برای اندازه گیری بار هسته ای

موزلی اولین کسی بود که بارهای هسته ای را در سال 1913 اندازه گیری کرد. این اندازه گیری ها غیر مستقیم بود. این دانشمند رابطه بین فرکانس تابش اشعه ایکس () و بار هسته Z را تعیین کرد.

که در آن C و B برای سری تابش در نظر گرفته شده ثابت مستقل از عنصر هستند.

چادویک بار هسته‌ای را مستقیماً در سال 1920 اندازه‌گیری کرد. او ذرات را روی لایه‌های فلزی پراکنده کرد و اساساً آزمایش‌های رادرفورد را تکرار کرد که رادرفورد را به ساخت مدل هسته‌ای از اتم سوق داد.

در این آزمایش ها، ذرات از ورق فلزی نازک عبور داده شدند. رادرفورد دریافت که در بیشتر موارد ذرات از فویل عبور می‌کنند و در زوایای کوچکی از جهت اصلی حرکت منحرف می‌شوند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که - ذرات تحت تأثیر نیروهای الکتریکی الکترون ها منحرف می شوند که جرم آنها به طور قابل توجهی کمتر از - ذرات است. گاهی اوقات، به ندرت، ذرات در زوایای بیش از 90 درجه منحرف می شوند. رادرفورد این واقعیت را با وجود باری در اتم توضیح داد که در حجم کمی موضعی است و این بار با جرمی بسیار بزرگتر از ذره y مرتبط است.

رادرفورد برای توصیف ریاضی نتایج آزمایش‌های خود، فرمولی به دست آورد که توزیع زاویه‌ای ذرات را پس از پراکنده شدن توسط اتم‌ها تعیین می‌کند. هنگام استخراج این فرمول، دانشمند از قانون کولن برای بارهای نقطه ای استفاده کرد و معتقد بود که جرم هسته اتم بسیار بیشتر از جرم ذره است. فرمول رادرفورد را می توان به صورت زیر نوشت:

که در آن n تعداد هسته های پراکنده در واحد سطح فویل است. N تعداد ذراتی است که در عرض 1 ثانیه از یک ناحیه عمود بر جهت جریان ذرات عبور می کنند. - تعداد ذراتی که در داخل زاویه جامد پراکنده شده اند - بار مرکز پراکندگی. - جرم - ذرات؛ - زاویه انحراف - ذرات؛ v - سرعت - ذرات.

از فرمول رادرفورد (3) می توان برای یافتن بار هسته یک اتم (Z) استفاده کرد، اگر تعداد ذرات فرودی (N) را با تعداد (dN) ذرات پراکنده در یک زاویه مقایسه کنیم، تابع خواهد شد. فقط به بار هسته پراکنده بستگی دارد. چادویک با انجام آزمایش‌ها و استفاده از فرمول رادرفورد بارهای هسته‌های پلاتین، نقره و مس را یافت.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	یک صفحه فلزی با ذرات دارای سرعت بالا تابش می شود. برخی از این ذرات در حین برهمکنش کشسان با هسته اتم های فلز، جهت حرکت خود را برعکس تغییر می دهند. بار هسته اتم های فلز چقدر است (q)، اگر حداقل فاصله بین ذره و هسته برابر با r باشد. جرم یک ذره برابر است با سرعت آن v. هنگام حل مشکل، اثرات نسبیتی را می توان نادیده گرفت. ذرات را نقطه مانند، هسته بی حرکت و نقطه مانند در نظر بگیرید.
راه حل	بیایید یک نقاشی بکشیم. با حرکت در جهت هسته اتم، ذره بر نیروی کولن غلبه می کند، که آن را از هسته دفع می کند، زیرا ذره و هسته دارای بارهای مثبت هستند. انرژی جنبشی یک ذره متحرک به انرژی پتانسیل برهمکنش بین هسته یک اتم فلز و ذره تبدیل می شود. قانون بقای انرژی باید به عنوان مبنای حل مسئله در نظر گرفته شود: انرژی پتانسیل ذرات باردار نقطه ای را به صورت زیر می یابیم: که در آن بار ذره برابر است با:، زیرا و از ذره هسته اتم هلیوم است که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است، زیرا فرض می کنیم که آزمایش در هوا انجام شده است. انرژی جنبشی یک ذره قبل از برخورد با هسته اتم برابر است با: مطابق با (1.1)، سمت راست عبارات (1.2) و (1.3) را برابر می کنیم، داریم: از فرمول (1.4) بار هسته را بیان می کنیم:
پاسخ

ساختار اتم- این یکی از مباحث اساسی درس شیمی است که بر اساس دانش استفاده از جدول "جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. اینها نه تنها عناصر شیمیایی طبقه بندی و مرتب شده بر اساس قوانین خاص هستند، بلکه انباری از اطلاعات، از جمله اطلاعات در مورد ساختار هستند. اتم. دانستن ویژگی های خواندن این منحصر به فرد مواد مرجع، مجاز است که یک ترکیب کیفی و کمی کامل به اتم بدهد.

شما نیاز خواهید داشت

• جدول D.I. مندلیف

دستورالعمل ها

1. در جدول D.I. مندلیف، مانند یک داستان چند طبقه ساختمان آپارتمانعناصر شیمیایی "زنده" که همه آنها آپارتمان خود را اشغال می کنند. بنابراین، هر یک از عناصر دارای شماره سریال مشخصی است که در جدول نشان داده شده است. شماره گذاری عناصر شیمیایی از چپ به راست و از بالا به پایین شروع می شود. در جدول به سطرهای افقی نقطه و به ستون های عمودی گروه می گویند. این مهم است، زیرا با شماره گروه یا دوره نیز می توان برخی از پارامترها را جمع کرد اتم .

2. اتم یک ذره شیمیایی غیرقابل تقسیم است، اما در عین حال از اجزای ترکیبی کوچکتری تشکیل شده است که شامل پروتون ها (ذرات باردار منظم)، الکترون ها (با بار منفی) و نوترون ها (ذرات خنثی) می شود. عمده اتممتمرکز در هسته (به دلیل پروتون ها و نوترون ها) که الکترون ها به دور آن می چرخند. در مجموع، اتم از نظر الکتریکی خنثی است، یعنی حاوی تعداد صحیح است اتهاماتمنطبق با تعداد منفی است، بنابراین، تعداد پروتون ها و الکترون ها یکسان است. شارژ هسته ای صحیح اتمدقیقاً به دلیل پروتون ها اتفاق می افتد.

3. باید به خاطر داشته باشید که عدد اتمی یک عنصر شیمیایی از نظر کمی با بار هسته منطبق است. اتم. در نتیجه، به منظور تعیین بار هسته اتمباید ببینید این عنصر شیمیایی زیر چه عددی قرار دارد.

4. مثال شماره 1. بار هسته ای را تعیین کنید اتمکربن (C). ما شروع به بررسی عنصر شیمیایی کربن می کنیم، با تمرکز بر جدول D.I. کربن در "آپارتمان" شماره 6 قرار دارد. در نتیجه، به دلیل وجود 6 پروتون (ذره باردار صحیح) که در هسته قرار دارند، بار هسته ای 6+ دارد. با توجه به اینکه اتم از نظر الکتریکی خنثی است، به این معنی است که 6 الکترون نیز وجود خواهد داشت.

5. مثال شماره 2. بار هسته ای را تعیین کنید اتمآلومینیوم (Al). آلومینیوم دارای شماره سریال - شماره 13 است. در نتیجه، شارژ هسته اتمآلومینیوم +13 (به دلیل 13 پروتون). همچنین 13 الکترون وجود خواهد داشت.

6. مثال شماره 3. بار هسته را تعیین کنید اتمنقره (Ag). نقره دارای شماره سریال - شماره 47. این بدان معنی است که شارژ هسته اتمنقره + 47 (به دلیل 47 پروتون). همچنین 47 الکترون وجود دارد.

اتم یک عنصر شیمیایی شامل هسته هاو پوسته الکترونیکی هسته است قسمت مرکزیاتمی که تقریباً هر جرم آن در آن متمرکز است. بر خلاف لایه الکترونی، هسته درست است شارژ .

شما نیاز خواهید داشت

• عدد اتمی یک عنصر شیمیایی، قانون موزلی

دستورالعمل ها

1. هسته یک اتم از 2 نوع ذره تشکیل شده است - پروتون و نوترون. نوترون ها از نظر الکتریکی ذرات خنثی هستند، یعنی الکتریسیته آنها شارژبرابر با صفر است. پروتون ها ذرات با بار مثبت و الکتریکی آنها هستند شارژبرابر با 1 است.

2. بدین ترتیب، شارژ هسته ها برابر عددپروتون ها به نوبه خود، تعداد پروتون های هسته برابر با عدد هسته ای عنصر شیمیایی است. به عنوان مثال، عدد هسته ای هیدروژن 1 است، یعنی هسته هیدروژن از یک پروتون تشکیل شده است و دارای شارژ+1. عدد هسته ای سدیم 11 است، شارژخود هسته هابرابر با 11+ است.

3. در طول واپاشی آلفا هسته هاتعداد هسته آن به دلیل انتشار یک ذره آلفا دو کاهش می یابد. هسته هااتم هلیوم). بنابراین، تعداد پروتون‌های موجود در هسته‌ای که دچار فروپاشی آلفا شده‌اند نیز می‌توانند در 3 مورد کاهش پیدا کنند انواع متفاوت. در واپاشی بتا منهای، یک نوترون با گسیل یک الکترون و یک پادنوترینو به پروتون تبدیل می شود. سپس شارژ هسته هادر صورت واپاشی بتا پلاس، پروتون به نوترون، پوزیترون و نیترینو تبدیل می شود. شارژ هسته هادر مورد ضبط الکترونیکی یک کاهش می یابد شارژ هسته هانیز یک کاهش می یابد.

4. شارژ هسته هاهمچنین می توان با فرکانس خطوط طیفی تابش مشخصه یک اتم تعیین کرد. طبق قانون موزلی: sqrt(v/R) = (Z-S)/n، که در آن v فرکانس طیفی تابش مشخصه است، R ریدبرگ پیوسته، S نمایشگر پیوسته، n عدد کوانتومی اساسی است. Z = n*sqrt(v/r)+s.

ویدیو در مورد موضوع

اتم کوچکترین ذره یک عنصر کامل است که دارای خواص شیمیایی آن است. هم وجود و هم ساختار اتم از دوران باستان موضوع حدس و گمان و درک بوده است. مشخص شد که ساختار اتم ها مشابه ساختار سیستم شفاف است: در مرکز هسته ای قرار دارد که فضای بسیار کمی را اشغال می کند، اما تقریباً کل جرم را در خود متمرکز می کند. "سیاره ها" به دور آن می چرخند - الکترون های حامل منفی اتهامات. چگونه می توان شارژ را تشخیص داد؟ هسته هااتم؟

دستورالعمل ها

1. هر اتمی از نظر الکتریکی خنثی است. اما، با توجه به این واقعیت که الکترون ها حامل منفی هستند اتهامات، آنها باید با بارهای مخالف متعادل شوند. درست است. مثبت اتهاماتحامل ذرات به نام "پروتون" واقع در هسته یک اتم است. یک پروتون بسیار حجیم تر از یک الکترون است: وزن آن به 1836 الکترون می رسد!

2. ابتدایی ترین مورد، اتم هیدروژن اولین عنصر جدول تناوبی است. با نگاهی به جدول، خواهید دید که رتبه اول را دارد و هسته آن از یک پروتون استثنایی تشکیل شده است که یک الکترون استثنایی به دور آن می چرخد. از این نتیجه می شود که اتهام هسته هااتم هیدروژن +1 است.

3. هسته سایر عناصر نه تنها از پروتون ها، بلکه از به اصطلاح "نوترون" نیز تشکیل شده است. همانطور که از نام خود به راحتی می توانید متوجه شوید، نوترون ها اصلاً باری ندارند - نه منفی و نه صحیح. بنابراین، به یاد داشته باشید: مهم نیست که چه تعداد نوترون در هسته وجود دارد هسته ها، آنها فقط بر جرم آن تأثیر می گذارند، اما بر بار آن تأثیر نمی گذارند.

4. در نتیجه، مقدار بار مثبت هسته هایک اتم فقط به تعداد پروتون های آن بستگی دارد. اما با توجه به این واقعیت که همانطور که قبلاً اشاره شد، اتم از نظر الکتریکی خنثی است، هسته آن باید همان تعداد پروتون را داشته باشد که الکترون هایی که به دور آن می چرخند. هسته ها. تعداد پروتون ها با عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی تعیین می شود.

5. به چند عنصر نگاه کنید. فرض کنید اکسیژن معروف و ضروری در سلول شماره 8 است. در نتیجه، هسته آن حاوی 8 پروتون و بار است. هسته ها+8 خواهد بود. فولاد "سلول" شماره 26 را اشغال می کند و بر این اساس دارای شارژ است هسته ها+26. و یک فلز مناسب - طلا، با شماره سریال 79 - دقیقاً همان شارژ را خواهد داشت هسته ها(79)، با علامت +. بر این اساس، یک اتم اکسیژن دارای 8 الکترون، یک اتم آهن حاوی 26 الکترون و یک اتم طلا حاوی 79 الکترون است.

ویدیو در مورد موضوع

که در تحت شرایط عادیاتم از نظر الکتریکی خنثی است. در این حالت هسته اتم متشکل از پروتون ها و نوترون ها دارای بار مثبت است و الکترون ها بار منفی دارند. هنگامی که الکترون بیش از حد یا کمبود وجود داشته باشد، یک اتم به یون تبدیل می شود.

دستورالعمل ها

1. هر عنصر شیمیایی بار هسته ای منحصر به فرد خود را دارد. این بار است که عدد عنصر را در جدول تناوبی تعیین می کند. بنابراین، هسته هیدروژن دارای بار 1+، هلیوم +2، لیتیوم +3، بریلیم +4 و غیره است. بنابراین، اگر به یک عنصر نگاه کنیم، بار هسته اتم آن را می توان از جدول تناوبی تعیین کرد.

2. از آنجایی که در شرایط عادی یک اتم از نظر الکتریکی خنثی است، تعداد الکترون ها با بار هسته اتم مطابقت دارد. بار منفی الکترون ها با بار مثبت هسته جبران می شود. نیروهای الکترواستاتیک ابرهای الکترونی را در نزدیکی اتم نگه می دارند که پایداری آن را تضمین می کند.

3. هنگامی که در معرض شرایط خاصی قرار می‌گیرید، می‌توان الکترون‌ها را از یک اتم برداشت یا الکترون‌های دیگری را به آن اضافه کرد. هنگامی که یک الکترون را از یک اتم حذف می کنید، اتم به یک کاتیون تبدیل می شود، یک یون با بار مناسب. با تعداد زیاد الکترون، یک اتم به یک آنیون تبدیل می شود، یک یون با بار منفی.

4. ترکیبات شیمیایی می توانند ماهیت مولکولی یا یونی داشته باشند. مولکول ها نیز از نظر الکتریکی خنثی هستند و یون ها بار مشخصی را حمل می کنند. بنابراین، مولکول آمونیاک NH3 خنثی است، اما یون آمونیوم NH4+ به درستی شارژ می شود. پیوندهای بین اتم ها در مولکول آمونیاک کووالانسی هستند که بر اساس نوع تبادلی تشکیل می شوند. چهارمین اتم هیدروژن از طریق یک مکانیسم دهنده - گیرنده اضافه می شود، این نیز یک پیوند کووالانسی است. آمونیوم زمانی تشکیل می شود که آمونیاک با محلول های اسیدی واکنش می دهد.

5. نکته اصلی برای درک این است که بار هسته یک عنصر به تبدیلات شیمیایی بستگی ندارد. مهم نیست که چقدر الکترون اضافه یا حذف کنید، بار روی هسته ثابت می ماند. برای مثال، یک اتم O، یک آنیون O- و یک کاتیون O+ با بار هسته ای یکسان 8+ مشخص می شوند. در این حالت، اتم دارای 8 الکترون، آنیون دارای 9 و کاتیون دارای 7 الکترون است. خود هسته فقط از طریق دگردیسی هسته ای قابل تغییر است.

6. یک نوع خاص واکنش هسته ای، واپاشی رادیواکتیو است که می تواند در محیط طبیعی رخ دهد. توده هسته‌ای عناصری که در طبیعت دچار چنین فروپاشی می‌شوند در براکت‌های مربع محصور شده‌اند. این بدان معناست که عدد جرمی ثابت نیست و در طول زمان تغییر می کند.

در جدول تناوبی عناصر D.I. نقره مندلیف دارای شماره سریال 47 و نام "Ag" (argentum) است. نام این فلز ممکن است از کلمه لاتین "argos" گرفته شده باشد که به معنای "سفید"، "درخشنده" است.

دستورالعمل ها

1. نقره در هزاره چهارم قبل از میلاد برای جامعه شناخته شده بود. در مصر باستان حتی به آن "طلای سفید" می گفتند. این فلز گران قیمت در طبیعت هم به صورت بومی و هم به صورت ترکیباتی، مثلاً سولفیدها، یافت می شود. قطعات نقره وزن بسیار زیادی دارند و اغلب حاوی ناخالصی هایی از طلا، جیوه، مس، پلاتین، آنتیموان و بیسموت هستند.

2. خواص شیمیایی نقره نقره از گروه فلزات واسطه است و تمام خواص فلزات را دارد. با این حال، فعالیت شیمیایی نقره کم است - در سری الکتروشیمیایی ولتاژهای فلزی، در سمت راست هیدروژن، تقریباً در انتهای آن قرار دارد. در ترکیبات، نقره اغلب حالت اکسیداسیون +1 را نشان می دهد.

3. در شرایط عادی، نقره با اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، کربن، سیلیکون واکنش نمی دهد، اما با گوگرد برهمکنش می کند و سولفید نقره را تشکیل می دهد: 2Ag+S=Ag2S. هنگامی که نقره گرم می شود، با هالوژن ها تعامل می کند: 2Ag+Cl2=2AgCl?.

4. نیترات نقره محلول AgNO3 برای تعیین مطمئن یون های هالید در محلول - (Cl-)، (Br-)، (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal? استفاده می شود. به عنوان مثال، هنگام تعامل با آنیون های کلر، نقره یک رسوب سفید نامحلول AgCl? می دهد.

5. چرا محصولات نقره در هوا محو می شوند دلیل تیره شدن تدریجی محصولات نقره با این واقعیت توضیح داده می شود که نقره با سولفید هیدروژن موجود در هوا واکنش می دهد. در نتیجه یک فیلم Ag2S روی سطح فلز تشکیل می شود: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O.

6. چگونه نقره با اسیدها برهمکنش می کند نقره مانند مس با اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق برهمکنش نمی کند زیرا فلزی با فعالیت کم است و نمی تواند هیدروژن را از آنها جابجا کند؟ اسیدهای اکسید کننده، نیتریک و اسیدهای سولفوریک غلیظ، نقره را حل می کنند: 2Ag+2H2SO4(conc.)=Ag2SO4+SO2?+2H2O; Ag+2HNO3(conc.)=AgNO3+NO2?+H2O; 3Ag+4HNO3(dil.)=3AgNO3+NO؟+2H2O.

7. اگر قلیایی را به محلول نیترات نقره اضافه کنید، یک رسوب شاه بلوط تیره از اکسید نقره Ag2O بدست می آورید: 2AgNO3+2NaOH=Ag2O?+2NaNO3+H2O.

8. مانند ترکیبات مس تک ظرفیتی، رسوبات نامحلول AgCl و Ag2O قادر به حل شدن در محلول های آمونیاک هستند و ترکیبات پیچیده ای را ایجاد می کنند: AgCl+2NH3=Cl. Ag2O+4NH3+H2O=2OH. اتصال دوم اغلب در استفاده می شود شیمی ارگانیکدر واکنش "آینه نقره" - یک واکنش خوب به گروه آلدئید.

کربن یکی از عناصر شیمیایی است که در جدول تناوبی نماد C را دارد، شماره سریال آن 6، جرم هسته آن 12.0107 گرم بر مول و شعاع اتمی آن 91 pm است. کربن نام خود را مدیون شیمیدانان روسی است که در ابتدا نام "کربنات" را به عنصر اختصاص دادند و سپس به نام فعلی آن تبدیل شد.

دستورالعمل ها

1. کربن از زمان های قدیم در صنعت استفاده می شده است، زمانی که آهنگرها از آن برای ذوب فلزات استفاده می کردند. دو تغییر آلوتروپیک عنصر شیمیایی بسیار معروف هستند - الماس که در صنایع جواهرسازی و صنعتی استفاده می شود و همچنین گرافیت که اخیراً جایزه ای برای کشف آنها اعطا شد. جایزه نوبل. حتی آنتوان لاووازیه اولین مهارت ها را با به اصطلاح زغال سنگ خالص انجام داد، پس از آن خواص آن توسط گروهی از دانشمندان - Guiton de Morveau، خود Lavoisier، Berthollet و Fourcroix که مهارت خود را در کتاب «روش نامگذاری شیمیایی».

2. کربن آزاد اولین بار توسط مستأجر بریتانیایی کشف شد که بخار فسفر را روی گچ داغ عبور داد و فسفات کلسیم را همراه با کربن به دست آورد. گیتون دو موروی فرانسوی به مهارت های کارکنان بریتانیایی ادامه داد. او با دقت الماس را گرم کرد و در نهایت آن را به گرافیت و سپس به اسید کربنیک تبدیل کرد.

3. کربن دارای تنوع بسیار زیادی است مشخصات فیزیکیبه دلیل تشکیل پیوندهای شیمیایی انواع متفاوت. قبلاً مشخص شده است که این عنصر شیمیایی به طور مداوم در لایه های زیرین استراتوسفر تشکیل می شود و خواص آن از دهه 50 باعث شده است که کربن در نیروگاه های هسته ای و بمب های هیدروژنی هسته ای جای بگیرد.

4. فیزیکدانان چندین شکل یا ساختار کربن را تشخیص می دهند: تتریک، مثلثی و مورب. همچنین دارای چندین تنوع کریستالی است - الماس، گرافن، گرافیت، کاربین، لونسدالیت، نانوالماس، فولرن، فولریت، فیبر کربن، نانوالیاف و نانولوله‌ها. کربن آمورف نیز دارای اشکال است: فعال و زغال چوبیزغال سنگ فسیلی یا آنتراسیت، زغال سنگ یا کک نفتی، کربن شیشه ای، کربن سیاه، دوده و نانوفیلم کربنی. فیزیکدانان همچنین بین تغییرات کولاستر-آسترالن ها، دی کربن ها و نانومخروط های کربنی تمایز قائل می شوند.

5. کربن در غیاب دماهای شدید کاملاً بی اثر است و هنگامی که آستانه بالایی آنها می رسد، می تواند با سایر عناصر شیمیایی ترکیب شود و خواص کاهشی قوی از خود نشان دهد.

6. شاید یکی از کاربردهای معروف کربن در صنعت مدادسازی باشد، جایی که آن را با خاک رس مخلوط می کنند تا شکنندگی کمتری داشته باشد. همچنین به عنوان روان کننده در بسیار بالا یا دمای پایین، آ حرارتذوب باعث می شود تا بوته های قوی از کربن برای ریختن فلزات تولید شود. گرافیت نیز هدایت جذابی دارد برق، که چشم اندازهای زیادی برای استفاده از آن در الکترونیک می دهد.

ویدیو در مورد موضوع

توجه داشته باشید!
در جدول D.I. مندلیف، دو مقدار عددی در یک سلول برای کل عنصر شیمیایی نشان داده شده است. شماره سریال و نسبی را اشتباه نگیرید جرم هسته ایعنصر

اتم کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. یک اتم از هسته ای تشکیل شده است که دارای مثبت است شارژ الکتریکیو الکترون های با بار منفی. بار هسته هر عنصر شیمیایی برابر است با حاصل ضرب Z و e که Z شماره سریال این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی است، e مقدار بار الکتریکی اولیه است.

الکترونکوچکترین ذره یک ماده با بار الکتریکی منفی e=1.6·10 -19 کولن است که به عنوان بار الکتریکی اولیه در نظر گرفته می شود. الکترون‌هایی که به دور هسته می‌چرخند، در لایه‌های الکترونی K، L، M و غیره قرار دارند. K نزدیک‌ترین پوسته به هسته است. اندازه یک اتم با اندازه پوسته الکترونی آن تعیین می شود. یک اتم می تواند الکترون ها را از دست بدهد و به یون مثبت تبدیل شود یا الکترون به دست آورد و تبدیل به یون منفی شود. بار یک یون تعداد الکترون های از دست رفته یا به دست آمده را تعیین می کند. فرآیند تبدیل اتم خنثی به یون باردار را یونیزاسیون می نامند.

هسته اتمی(بخش مرکزی اتم) از ذرات هسته ای بنیادی - پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. شعاع هسته تقریباً صد هزار بار کوچکتر از شعاع اتم است. چگالی هسته اتم بسیار زیاد است. پروتون ها- اینها ذرات بنیادی پایدار با یک بار الکتریکی مثبت و جرمی 1836 برابر بیشتر از جرم یک الکترون هستند. پروتون هسته خود اتم است عنصر سبک- هیدروژن تعداد پروتون های هسته Z است. نوترونیک ذره بنیادی خنثی (بدون بار الکتریکی) با جرم بسیار نزدیک به جرم یک پروتون است. از آنجایی که جرم هسته از جرم پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است، تعداد نوترون ها در هسته یک اتم برابر با A - Z است که در آن A تعداد جرمی یک ایزوتوپ معین است (نگاه کنید به). پروتون و نوترون تشکیل دهنده هسته را نوکلئون می نامند. در هسته، نوکلئون ها توسط نیروهای هسته ای ویژه به هم متصل می شوند.

هسته اتم دارای ذخیره عظیمی از انرژی است که در طی واکنش های هسته ای آزاد می شود. واکنش‌های هسته‌ای زمانی رخ می‌دهند که هسته‌های اتمی با ذرات بنیادی یا با هسته‌های عناصر دیگر برهمکنش می‌کنند. در نتیجه واکنش های هسته ای، هسته های جدیدی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، یک نوترون می تواند به یک پروتون تبدیل شود. در این حالت، یک ذره بتا، یعنی یک الکترون، از هسته خارج می شود.

انتقال یک پروتون به یک نوترون در هسته می تواند به دو روش انجام شود: یا ذره ای با جرم از هسته ساطع می شود. جرم مساویالکترون، اما با بار مثبت، به نام پوزیترون (واپاشی پوزیترون)، یا هسته یکی از الکترون‌ها را از پوسته K نزدیک‌ترین به خود می‌گیرد (K-capture).

گاهی اوقات هسته به دست آمده دارای انرژی اضافی است (در حالت برانگیخته است) و به داخل می رود وضعیت عادی، انرژی اضافی را در فرم آزاد می کند تابش الکترومغناطیسیبا طول موج بسیار کوتاه - . انرژی آزاد شده در طی واکنش های هسته ای عملاً در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

اتم (به یونانی atomos - غیر قابل تقسیم) کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که خواص شیمیایی خود را دارد. هر عنصر از نوع خاصی از اتم ساخته شده است. اتم از یک هسته تشکیل شده است که حامل بار الکتریکی مثبت است و الکترون هایی با بار منفی (نگاه کنید به) که لایه های الکترونی آن را تشکیل می دهند. بزرگی بار الکتریکی هسته برابر با Z-e است، که e بار الکتریکی اولیه برابر با بار الکترون (4.8·10-10 واحد الکتریکی)، و Z عدد اتمی این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی (نگاه کنید به .). از آنجایی که یک اتم غیریونیزه خنثی است، تعداد الکترون های موجود در آن نیز برابر با Z است. ترکیب هسته (به هسته اتمی مراجعه کنید) شامل نوکلئون ها، ذرات بنیادی با جرم تقریباً 1840 برابر بیشتر از جرم الکترون است. (برابر با 9.1 10 - 28 گرم)، پروتون ها (نگاه کنید به)، دارای بار مثبت، و نوترون های بدون بار (نگاه کنید به). تعداد نوکلئون‌های هسته را عدد جرمی می‌گویند و با حرف A مشخص می‌شود. تعداد پروتون‌های هسته برابر با Z، تعداد الکترون‌های وارد شده به اتم، ساختار لایه‌های الکترونی و مواد شیمیایی را تعیین می‌کند. خواص اتم تعداد نوترون های هسته A-Z است. ایزوتوپ‌ها انواعی از یک عنصر هستند که اتم‌های آن‌ها از نظر عدد جرمی با یکدیگر تفاوت دارند، اما Z یکسان دارند. بنابراین، در هسته‌های اتم‌های ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر، تعداد نوترون‌های متفاوتی با یک عنصر وجود دارد. تعداد پروتون ها هنگام نشان دادن ایزوتوپ ها، عدد جرمی A بالای نماد عنصر و عدد اتمی در زیر نوشته می شود. به عنوان مثال، ایزوتوپ های اکسیژن مشخص می شوند:

ابعاد یک اتم با ابعاد لایه های الکترونی تعیین می شود و برای تمام Z مقداری از مرتبه 8-10 سانتی متر است زیرا جرم همه الکترون های یک اتم چندین هزار بار کمتر از جرم هسته است ، جرم اتم با عدد جرمی متناسب است. جرم نسبییک اتم از یک ایزوتوپ معین نسبت به جرم یک اتم ایزوتوپ کربن C12 که 12 واحد در نظر گرفته می شود، تعیین می شود و جرم ایزوتوپ نامیده می شود. معلوم می شود که به عدد جرمی ایزوتوپ مربوطه نزدیک است. وزن نسبی یک اتم یک عنصر شیمیایی میانگین (با در نظر گرفتن فراوانی نسبی ایزوتوپ های یک عنصر معین) مقدار وزن ایزوتوپی است و وزن اتمی (جرم) نامیده می شود.

اتم یک سیستم میکروسکوپی است و ساختار و ویژگی‌های آن را فقط می‌توان با استفاده از نظریه کوانتومی که عمدتاً در دهه 20 قرن بیستم ایجاد شد و برای توصیف پدیده‌هایی در مقیاس اتمی ایجاد شد، توضیح داد. آزمایش ها نشان داده اند که ریزذرات - الکترون ها، پروتون ها، اتم ها و غیره - علاوه بر ذرات جسمی، دارای خواص موج، در پراش و تداخل آشکار می شود. در تئوری کوانتومی، برای توصیف وضعیت ریز اشیاء، از یک میدان موج خاصی استفاده می‌شود که با یک تابع موج مشخص می‌شود (تابع-Ψ). این تابع احتمالات حالت های ممکن یک میکرو شی را تعیین می کند، به عنوان مثال، احتمالات بالقوه برای تجلی برخی از ویژگی های آن را مشخص می کند. قانون تغییر تابع Ψ در فضا و زمان (معادله شرودینگر) که به فرد امکان می دهد این تابع را پیدا کند، همان نقشی را در نظریه کوانتومی ایفا می کند که قوانین حرکت نیوتن در مکانیک کلاسیک. حل معادله شرودینگر در بسیاری از موارد منجر به گسسته می شود حالت های ممکنسیستم های. بنابراین، به عنوان مثال، در مورد یک اتم، یک سری توابع موج برای الکترون ها مربوط به مقادیر مختلف انرژی (کوانتیزه) به دست می آید. سیستم سطوح انرژی اتمی که با روش‌های تئوری کوانتومی محاسبه می‌شود، تأیید درخشانی در طیف‌سنجی دریافت کرده است. انتقال یک اتم از حالت پایه مربوط به پایین ترین سطح انرژی E 0 به هر یک از حالت های برانگیخته E i با جذب بخش خاصی از انرژی Ei - E 0 رخ می دهد. یک اتم برانگیخته معمولاً با گسیل یک فوتون به حالت کمتر برانگیخته یا پایه می رود. در این حالت، انرژی فوتون hv برابر است با اختلاف انرژی های اتم در دو حالت: hv = E i - E k که در آن h ثابت پلانک است (6.62·10 -27 erg·sec)، v فرکانس است. از نور

علاوه بر طیف اتمی، نظریه کوانتومی امکان توضیح سایر خواص اتم ها را نیز فراهم کرد. به طور خاص، ظرفیت، ماهیت پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول ها توضیح داده شد و تئوری جدول تناوبی عناصر ایجاد شد.