Atoms ir mazākā daļiņa ķīmiskais elements, saglabājot visas tā ķīmiskās īpašības. Atoms sastāv no kodola, kuram ir pozitīvs elektriskais lādiņš, un negatīvi lādētiem elektroniem. Jebkura ķīmiskā elementa kodola lādiņš ir vienāds ar Z un e reizinājumu, kur Z ir šī elementa kārtas numurs ķīmisko elementu periodiskajā sistēmā, e ir elementārā elektriskā lādiņa vērtība.
Elektrons ir mazākā vielas daļiņa ar negatīvu elektrisko lādiņu e=1,6·10 -19 kuloni, ņemot par elementāru elektrisko lādiņu. Elektroni, kas rotē ap kodolu, atrodas elektronu apvalkos K, L, M utt. K ir kodolam vistuvāk esošais apvalks. Atoma izmēru nosaka tā elektronu apvalka lielums. Atoms var zaudēt elektronus un kļūt par pozitīvu jonu vai iegūt elektronus un kļūt negatīvs jons. Jona lādiņš nosaka zaudēto vai iegūto elektronu skaitu. Procesu, kurā neitrāls atoms pārvērš par lādētu jonu, sauc par jonizāciju.
Atomu kodols(atoma centrālā daļa) sastāv no elementārām kodoldaļiņām - protoniem un neitroniem. Kodola rādiuss ir aptuveni simts tūkstošus reižu mazāks par atoma rādiusu. Blīvums atoma kodolsārkārtīgi liels. Protoni- tie ir stabili elementārdaļiņas, kam ir vienība pozitīvs elektriskais lādiņš un masa 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Protons ir vieglākā elementa, ūdeņraža, atoma kodols. Protonu skaits kodolā ir Z. Neitrons ir neitrāla (bez elektriskā lādiņa) elementārdaļiņa, kuras masa ir ļoti tuvu protona masai. Tā kā kodola masu veido protonu un neitronu masa, tad neitronu skaits atoma kodolā ir vienāds ar A - Z, kur A ir dotā izotopa masas skaitlis (sk.). Protonus un neitronus, kas veido kodolu, sauc par nukleoniem. Kodolā nukleonus savieno īpaši kodolspēki.
Atomu kodols satur milzīgu enerģijas rezervi, kas izdalās kodolreakciju laikā. Kodolreakcijas notiek, kad atomu kodoli mijiedarbojas ar elementārdaļiņām vai citu elementu kodoliem. Kodolreakciju rezultātā veidojas jauni kodoli. Piemēram, neitrons var pārveidoties par protonu. Šajā gadījumā no kodola tiek izmesta beta daļiņa, t.i., elektrons.
Protona pāreju uz neitronu kodolā var veikt divos veidos: vai nu daļiņa, kuras masa ir vienāda ar elektrona masu, bet ar pozitīvu lādiņu, ko sauc par pozitronu (pozitronu sabrukšana) kodols jeb kodols uztver vienu no elektroniem no tam tuvākā K-čaulas (K -tveršana).
Dažreiz iegūtajam kodolam ir enerģijas pārpalikums (atrodas satrauktā stāvoklī) un, nonākot iekšā normāls stāvoklis, atbrīvo lieko enerģiju elektromagnētiskā starojuma veidā ar ļoti īsu viļņa garumu -. Kodolreakciju laikā izdalītā enerģija tiek praktiski izmantota dažādās nozarēs.
Atoms (grieķu atomos — nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļiņa, kurai ir savas ķīmiskās īpašības. Katrs elements sastāv no atomiem noteikta veida. Atoms sastāv no kodola, kas nes pozitīvu elektrisko lādiņu, un negatīvi lādētiem elektroniem (sk.), veidojot tā elektronu apvalkus. Kodola elektriskā lādiņa lielums ir vienāds ar Z-e, kur e ir elementārais elektriskais lādiņš, kas vienāds ar elektrona lādiņu (4,8·10 -10 elektriskās vienības), un Z ir šī elementa atomskaitlis ķīmisko elementu periodiskā tabula (sk. .). Tā kā nejonizēts atoms ir neitrāls, tad arī tajā iekļauto elektronu skaits ir vienāds ar Z. Kodola sastāvā (sk. Atoma kodols) ietilpst nukleoni, elementārdaļiņas, kuru masa ir aptuveni 1840 reizes lielāka par elektrona masu. (vienāds ar 9,1 10 - 28 g), protoni (skatīt), pozitīvi lādēti un neitroni bez lādiņa (sk.). Nukleonu skaitu kodolā sauc par masas skaitli un apzīmē ar burtu A. Protonu skaits kodolā, kas vienāds ar Z, nosaka elektronu skaitu, kas nonāk atomā, elektronu apvalku struktūru un ķīmisko vielu. atoma īpašības. Neitronu skaits kodolā ir A-Z. Izotopi ir viena un tā paša elementa šķirnes, kuru atomi atšķiras viens no otra pēc masas skaita A, bet tiem ir vienāds Z. Tādējādi viena un tā paša elementa dažādu izotopu atomu kodolos ir atšķirīgs numurs neitroni ar tādu pašu protonu skaitu. Apzīmējot izotopus, virs elementa simbola raksta masas skaitli A, bet zemāk – atomskaitli; piemēram, skābekļa izotopus apzīmē: 
Atoma izmērus nosaka elektronu apvalku izmēri un tie visiem Z ir 10 -8 cm lielums. Tā kā atoma visu elektronu masa ir vairākus tūkstošus reižu mazāka par kodola masu. , atoma masa ir proporcionāla masas skaitlim. Dotā izotopa atoma relatīvo masu nosaka attiecībā pret oglekļa izotopa C12 atoma masu, ko ņem kā 12 vienības, un to sauc par izotopa masu. Izrādās, ka tas ir tuvu atbilstošā izotopa masas skaitlim. Ķīmiskā elementa atoma relatīvais svars ir vidējā (ņemot vērā dotā elementa izotopu relatīvo pārpilnību) izotopa svara vērtību, un to sauc par atomsvaru (masu).
Atoms ir mikroskopiska sistēma, un tā uzbūvi un īpašības var izskaidrot tikai, izmantojot kvantu teoriju, kas radīta galvenokārt 20. gadsimta 20. gados un paredzēta, lai aprakstītu parādības atomu mērogā. Eksperimenti ir parādījuši, ka mikrodaļiņām – elektroniem, protoniem, atomiem u.c. – papildus korpuskulārajām piemīt viļņu īpašības, kas izpaužas difrakcijā un interferencēs. Kvantu teorijā, lai aprakstītu mikroobjektu stāvokli, tiek izmantots noteikts viļņu lauks, ko raksturo viļņa funkcija (Ψ-funkcija). Šī funkcija nosaka mikroobjekta iespējamo stāvokļu varbūtības, t.i., raksturo potenciālās iespējas atsevišķu tā īpašību izpausmei. Funkcijas Ψ variācijas likumam telpā un laikā (Šrodingera vienādojums), kas ļauj atrast šo funkciju, kvantu teorijā ir tāda pati loma kā Ņūtona kustības likumiem klasiskajā mehānikā. Šrēdingera vienādojuma atrisināšana daudzos gadījumos noved pie diskrēta iespējamie stāvokļi sistēmas. Tātad, piemēram, atoma gadījumā tiek iegūta virkne viļņu funkciju elektroniem, kas atbilst dažādām (kvantētām) enerģijas vērtībām. Atomu enerģijas līmeņu sistēma, kas aprēķināta ar kvantu teorijas metodēm, ir guvusi spožu apstiprinājumu spektroskopijā. Atoma pāreja no pamata stāvokļa, kas atbilst zemākajam enerģijas līmenim E 0 uz jebkuru no satraukti stāvokļi E i rodas, kad tiek absorbēta noteikta enerģijas daļa E i - E 0. Ierosināts atoms pāriet uz mazāk ierosinātu vai pamata stāvokli, parasti izstarojot fotonu. Šajā gadījumā fotona enerģija hv ir vienāda ar atoma enerģiju starpību divos stāvokļos: hv = E i - E k kur h Planka konstante (6,62·10 -27 erg·sek), v ir frekvence. gaismas.
Papildus atomu spektriem kvantu teorija ļāva izskaidrot arī citas atomu īpašības. Jo īpaši tika izskaidrota valence, ķīmiskās saites būtība un molekulu struktūra, un tika izveidota teorija. periodiskā tabula elementi.
Ievads
Šobrīd pastāvošā atomu uzbūves teorija neatbild uz daudziem jautājumiem, kas rodas dažādu praktisku un eksperimentāls darbs. Jo īpaši elektriskās pretestības fiziskā būtība vēl nav noteikta. Augstas temperatūras supravadītspējas meklēšana var būt veiksmīga tikai tad, ja jūs zināt elektriskās pretestības būtību. Zinot atoma uzbūvi, var saprast elektriskās pretestības būtību. Apskatīsim atoma uzbūvi, ņemot vērā zināmās lādiņu un magnētisko lauku īpašības. Razerforda piedāvātais atoma planetārais modelis ir vistuvāk realitātei un atbilst eksperimentālajiem datiem. Tomēr šis modelis atbilst tikai ūdeņraža atomam.
PIRMĀ NODAĻA
PROTONS UN ELEKTRONS
1. ŪDEŅDEŅŠ
Ūdeņradis ir mazākais no atomiem, tāpēc tā atomam jāsatur gan ūdeņraža atoma, gan atlikušo atomu stabila bāze. Ūdeņraža atomam ir protons un elektrons, un elektrons griežas ap protonu. Tiek uzskatīts, ka elektrona un protona lādiņi ir vienības lādiņi, t.i., minimāli. Ideju par elektronu kā virpuļgredzenu ar mainīgu rādiusu ieviesa V. F. Mitkevičs (L. 1). Turpmākie Vu un dažu citu fiziķu darbi parādīja, ka elektrons uzvedas kā rotējošs virpuļgredzens, kura spins ir vērsts pa tā kustības asi, t.i., fakts, ka elektrons ir virpuļgredzens, tika apstiprināts eksperimentāli. Miera stāvoklī elektrons, kas rotē ap savu asi, magnētiskos laukus nerada. Tikai kustībā elektrons veido magnētiskas spēka līnijas.
Ja protona lādiņš ir sadalīts pa virsmu, tad, griežoties kopā ar protonu, tas griezīsies tikai ap savu asi. Šajā gadījumā, tāpat kā elektronam, protona lādiņš neveido magnētisko lauku.
Eksperimentāli ir noskaidrots, ka protonam ir magnētiskais lauks. Lai protonam būtu magnētiskais lauks, tā lādiņam uz tā virsmas jābūt plankuma veidā. Šajā gadījumā, kad protons griežas, tā lādiņš pārvietosies pa apli, t.i., tam būs lineārs ātrums, kas nepieciešams protona magnētiskā lauka iegūšanai.
Papildus elektronam ir arī pozitrons, kas no elektrona atšķiras tikai ar to, ka tā lādiņš ir pozitīvs, tas ir, pozitrona lādiņš ir vienāds ar protona lādiņu gan pēc zīmes, gan pēc lieluma. Citiem vārdiem sakot, protona pozitīvais lādiņš ir pozitrons, bet pozitrons ir elektrona antidaļiņa un līdz ar to ir virpuļgredzens, kas nevar izplatīties pa visu protona virsmu. Tādējādi protona lādiņš ir pozitrons.
Kustoties elektronam ar negatīvu lādiņu, protona pozitronam Kulona spēku ietekmē jāatrodas uz protona virsmas minimālā attālumā no elektrona (1. att.). Tādējādi veidojas pretēju lādiņu pāris, kurus savstarpēji savieno maksimālais Kulona spēks. Tieši tāpēc, ka protona lādiņš ir pozitrons, tā lādiņš absolūtā vērtībā ir vienāds ar elektronu. Kad viss protona lādiņš mijiedarbojas ar elektrona lādiņu, tad nav protona “papildu” lādiņa, kas radītu elektriskus atgrūdošus spēkus starp protoniem.
Kad elektrons pārvietojas ap protonu virzienā, kas parādīts attēlā. 1, pozitīvais lādiņš pārvietojas sinhroni ar to Kulona spēka dēļ. Ap sevi veidojas kustīgi lādiņi magnētiskie lauki(1. att.). Šajā gadījumā ap elektronu veidojas magnētiskais lauks pretēji pulksteņrādītāja virzienam, bet ap pozitronu - pulksteņrādītāja virzienā. Rezultātā starp lādiņiem veidojas kopējais lauks no diviem lādiņiem, kas neļauj elektronam “uzkrist” uz protonu.
Visos attēlos protoni un neitroni ir attēloti kā sfēras, lai vienkāršotu ilustrāciju. Patiesībā tiem vajadzētu būt ētera toroidālu virpuļu veidojumiem (L. 3).
Tādējādi ūdeņraža atoms izskatās kā attēls. 2 A). Atoma magnētiskā lauka forma atbilst tora formas magnētam ar magnetizāciju pa lādiņu rotācijas asi (2. att. b).
Vēl 1820. gadā Ampere atklāja strāvu mijiedarbību - paralēlu vadītāju piesaisti ar strāvu, kas plūst vienā virzienā. Vēlāk eksperimentāli tika noteikts, ka viena nosaukuma elektriskie lādiņi, kas pārvietojas vienā virzienā, tiek piesaistīti viens otram (L. 2).
Saspiešanas efekts norāda arī uz to, ka lādiņiem vajadzētu tuvoties viens otram, t.i., piesaistīt viens otru. Saspiešanas efekts ir izlādes pašsavilkšanās efekts, elektriskās strāvas kanāla īpašība saspiežamā vadošā vidē samazināt tā šķērsgriezumu sava magnētiskā lauka ietekmē, ko rada pati strāva (L. 4).
Jo elektrība- jebkura sakārtota elektrisko lādiņu kustība telpā, tad elektronu un pozitronu un protonu trajektorijas ir strāvas kanāli, kas var tuvoties viens otram pašu lādiņu radītā magnētiskā lauka ietekmē.
Līdz ar to, diviem ūdeņraža atomiem apvienojoties molekulā, tāda paša nosaukuma lādiņi apvienosies pāros un turpinās griezties vienā virzienā, bet starp protoniem, kas novedīs pie to lauku apvienošanās.
Elektronu un protonu tuvošanās notiek līdz brīdim, kad līdzīgu lādiņu atgrūšanas spēks kļūst vienāds ar spēku, kas velk kopā lādiņus no dubultā magnētiskā lauka.
Attēlā 3 a), b), Un V) parāda ūdeņraža atomu elektronu un protonu lādiņu mijiedarbību, kad tie apvienojas, veidojot ūdeņraža molekulu.
Attēlā 4. attēlā parādīta ūdeņraža molekula ar magnētiskā lauka līnijām, ko veido divu ūdeņraža atomu lauka ģeneratori. Tas nozīmē, ka ūdeņraža molekulai ir viens dubultā lauka ģenerators un kopējā magnētiskā plūsma, kas ir 2 reizes lielāka.
Mēs skatījāmies, kā ūdeņradis apvienojas molekulā, bet ūdeņraža molekula nereaģē ar citiem elementiem, pat sajaucoties ar skābekli.
Tagad apskatīsim, kā ūdeņraža molekula tiek sadalīta atomos (5. att.). Kad ūdeņraža molekula mijiedarbojas ar elektromagnētiskais vilnis elektrons iegūst papildu enerģiju, un tas nostāda elektronus pa orbitālajām trajektorijām (5. att. G).
Mūsdienās ir zināmi supravadītāji, kuriem ir nulle elektriskā pretestība. Šie vadītāji ir izgatavoti no atomiem un var būt supravadītāji tikai tad, ja to atomi ir supravadītāji, t.i., tādi ir arī protoni. Jau sen ir zināma supravadītāja levitācija virs pastāvīgā magnēta, ko tajā izraisa pastāvīga magnēta indukcija strāvai, kura magnētiskais lauks ir vērsts pret pastāvīgā magnēta lauku. Kad ārējais lauks tiek noņemts no supravadītāja, strāva tajā pazūd. Protonu mijiedarbība ar elektromagnētisko viļņu izraisa virpuļstrāvu indukciju uz to virsmām. Tā kā protoni atrodas viens otram blakus, virpuļstrāvas virza magnētiskos laukus viens pret otru, kas palielina strāvas un to laukus, līdz ūdeņraža molekula sadalās atomos (5. att. G).
Elektronu izdalīšanās orbītas trajektorijās un strāvu rašanās, kas sadala molekulu, notiek vienlaikus. Kad ūdeņraža atomi lido viens no otra, virpuļstrāvas pazūd, un elektroni paliek uz orbītas trajektorijām.
Tādējādi, pamatojoties uz zināmiem fizikāliem efektiem, mēs esam ieguvuši ūdeņraža atoma modeli. Kurā:
1. Pozitīvie un negatīvie lādiņi atomā kalpo magnētiskā lauka līniju radīšanai, kuras, kā zināms no klasiskās fizikas, veidojas tikai lādiņiem kustoties. Magnētiskā lauka līnijas nosaka visas intraatomiskās, starpatomiskās un molekulārās saites.
2. Viss protona pozitīvais lādiņš - pozitrons - mijiedarbojas ar elektrona lādiņu, rada elektronam maksimālo Kulona pievilkšanas spēku, un lādiņu vienādība absolūtajā vērtībā izslēdz protonam no atgrūšanas spēkiem blakus. protoni.
3. Praksē ūdeņraža atoms ir protonu-elektronu magnētiskais ģenerators (PEMG), kas darbojas tikai tad, kad protons un elektrons ir kopā, t.i., protonu-elektronu pārim vienmēr jābūt kopā.
4. Kad veidojas ūdeņraža molekula, elektroni savienot pārī un rotēt kopā starp atomiem, radot kopīgu magnētisko lauku, kas tos uztur pārī. Savienojas arī protonu pozitroni savu magnētisko lauku ietekmē un savelk kopā protonus, veidojot ūdeņraža molekulu vai jebkuru citu molekulu. Sapāroti pozitīvie lādiņi ir galvenais molekulārās saites noteicošais spēks, jo pozitroni ir tieši saistīti ar protoniem un nav atdalāmi no protoniem.
5. Visu elementu molekulārās saites notiek līdzīgi. Atomu savienošanos ar citu elementu molekulām nodrošina valences protoni ar to elektroniem, t.i., valences elektroni ir iesaistīti gan atomu savienošanā par molekulām, gan molekulāro saišu pārraušanā. Tādējādi katru atomu savienojumu molekulā nodrošina viens protonu-elektronu valences pāris (VPEP) no katra atoma uz vienu molekulāro saiti. VPES vienmēr sastāv no protona un elektrona.
6. Kad molekulārā saite ir pārrauta galvenā loma elektrons spēlē, jo, ieejot orbitālajā trajektorijā ap savu protonu, tas izvelk protona pozitronu no pāra, kas atrodas starp protoniem līdz protona "ekvatoram", tādējādi nodrošinot molekulārās saites pārrāvumu.
7. Veidojot ūdeņraža molekulu un citu elementu molekulas, veidojas dubultā PEMG.
Atomu izmēri un masas ir mazas. Atomu rādiuss ir 10 -10 m, bet kodola rādiuss ir 10 -15 m. Atoma masu nosaka, elementa viena mola atomu masu dalot ar atomu skaitu 1 molā. (NA = 6,02·10 23 mol -1). Atomu masa svārstās robežās no 10-27 ~ 10-25 kg. Parasti atomu masu izsaka atomu masas vienībās (amu). Par a.u.m. Ņem 1/12 no oglekļa izotopa 12 C atoma masas.
Galvenās atoma īpašības ir tā kodola lādiņš (Z) un masas skaitlis (A). Elektronu skaits atomā ir vienāds ar tā kodola lādiņu. Atomu īpašības nosaka to kodolu lādiņš, elektronu skaits un stāvoklis atomā.
Kodola pamatīpašības un struktūra (atomu kodolu sastāva teorija)
1. Visu elementu (izņemot ūdeņradi) atomu kodoli sastāv no protoniem un neitroniem.
2. Protonu skaits kodolā nosaka tā pozitīvā lādiņa vērtību (Z). Z- ķīmiskā elementa sērijas numurs Mendeļejeva periodiskajā sistēmā.
3. Kopējais protonu un neitronu skaits ir tā masas vērtība, jo atoma masa galvenokārt ir koncentrēta kodolā (99,97% no atoma masas). Kodoldaļiņas- protoni un neitroni - ir apvienoti ar vispārēju nosaukumu nukleoni(no latīņu vārda nucleus, kas nozīmē “kodolu”). Kopējais nukleonu skaits atbilst masas skaitlim, t.i. tā atommasa A noapaļota līdz tuvākajam veselajam skaitlim.
Serdes ar to pašu Z, bet savādāk A tiek saukti izotopi. Serdes, ka, ar to pašu A ir dažādi Z, tiek saukti izobāri. Kopumā ir zināmi aptuveni 300 stabili ķīmisko elementu izotopi un vairāk nekā 2000 dabiski un mākslīgi ražoti radioaktīvie izotopi.
4. Neitronu skaits kodolā N var atrast no starpības starp masas skaitli ( A) un sērijas numuru ( Z):
5. Tiek raksturots kodola izmērs serdes rādiuss, kam ir nosacīta nozīme kodola robežas izplūšanas dēļ.
Kodolvielas blīvums ir 10 17 kg/m 3 un ir nemainīgs visiem kodoliem. Tas ievērojami pārsniedz blīvāko parasto vielu blīvumu.
Protonu-neitronu teorija ļāva atrisināt iepriekš radušās pretrunas priekšstatos par atomu kodolu sastāvu un tā saistību ar atomu skaitu un atommasu.
Kodolenerģija To nosaka darba apjoms, kas jāpaveic, lai kodolu sadalītu tā sastāvā esošajos nukleonos, nepiešķirot tiem kinētisko enerģiju. No enerģijas nezūdamības likuma izriet, ka kodola veidošanās laikā ir jāatbrīvojas tādai pašai enerģijai, kāda jāiztērē kodola sadalīšanas laikā to veidojošos nukleonos. Kodola saistīšanas enerģija ir starpība starp visu brīvo nukleonu enerģiju, kas veido kodolu, un to enerģiju kodolā.
Kad veidojas kodols, tā masa samazinās: kodola masa ir mazāka par to veidojošo nukleonu masu summu. Kodola masas samazināšanās tā veidošanās laikā ir izskaidrojama ar saistīšanas enerģijas izdalīšanos. Ja W sv ir enerģijas daudzums, kas izdalās kodola veidošanās laikā, tad atbilstošā masa Dm, vienāda ar
sauca masas defekts un raksturo kopējās masas samazināšanos, veidojoties kodolam no tā sastāvā esošajiem nukleoniem. Viena atommasas vienība atbilst atomu enerģijas vienība(a.u.e.): a.u.e.=931,5016 MeV.
Īpatnējā kodolenerģija w Saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu sauc: w sv= 
. Lielums w vidēji 8 MeV/nukleons. Palielinoties nukleonu skaitam kodolā, īpatnējā saistīšanās enerģija samazinās.
Atomu kodolu stabilitātes kritērijs ir attiecība starp protonu un neitronu skaitu stabilā kodolā dotajiem izobāriem. ( A= const).
Kodolspēki
1. Kodolmijiedarbība norāda, ka pastāv īpašas kodolspēki, kas nav reducējams ne uz vienu no spēku veidiem, kas zināmi klasiskā fizika(gravitācijas un elektromagnētiskā).
2. Kodolspēki ir maza darbības rādiusa spēki. Tie parādās tikai ļoti nelielos attālumos starp nukleoniem kodolā 10-15 m. Garumu (1,5 x 2,2)10-15 m sauc kodolspēku diapazons.
3. Tiek atklāti kodolspēki maksas neatkarība: Pievilcība starp diviem nukleoniem ir vienāda neatkarīgi no nukleonu lādiņa stāvokļa - protona vai nukleona. Kodolspēku lādiņu neatkarība ir redzama, salīdzinot saistošās enerģijas iekšā spoguļu serdeņi. Tas ir nosaukums, kas dots kodoliem, kuros tas pats kopējais skaits nukleoni, bet protonu skaits vienā ir vienāds ar neitronu skaitu otrā. Piemēram, hēlija kodoli 
smagais tritija ūdeņradis - .
4. Kodolspēkiem piemīt piesātinājuma īpašība, kas izpaužas faktā, ka kodolā esošais nukleons mijiedarbojas tikai ar ierobežotu skaitu tam tuvāko blakus esošu nukleonu. Tāpēc pastāv lineāra kodolu saistīšanas enerģijas atkarība no to masas skaitļiem (A). Gandrīz pilnīgs kodolspēku piesātinājums tiek sasniegts a-daļiņā, kas ir ļoti stabils veidojums.
Radioaktivitāte, g-starojums, a un b - sabrukšana
1.Radioaktivitāte ir viena ķīmiskā elementa nestabilu izotopu pārvēršanās par cita elementa izotopiem, ko pavada elementārdaļiņu, kodolu vai cieto rentgenstaru emisija. Dabiskā radioaktivitāte sauc par radioaktivitāti, kas novērota dabā sastopamos nestabilos izotopos. Mākslīgā radioaktivitāte sauc par izotopu radioaktivitāti, kas iegūta kodolreakciju rezultātā.
2. Parasti visu veidu radioaktivitāti pavada gamma starojuma - cietā, īsviļņu elektrisko viļņu starojuma - emisija. Gamma starojums ir galvenais radioaktīvo pārveidojumu ierosināto produktu enerģijas samazināšanas veids. Tiek saukts kodols, kurā notiek radioaktīvā sabrukšana mātes; parādās meitasuzņēmums kodols, kā likums, izrādās satraukts, un tā pāreju uz pamatstāvokli pavada g-fotona emisija.
3. Alfa sabrukšana ko sauc par a-daļiņu emisiju, ko veic noteiktu ķīmisko elementu kodoli. Alfa sabrukšana ir smago kodolu ar masas skaitļiem īpašība A>200 un kodollādiņi Z>82. Šādos kodolos veidojas izolētas a-daļiņas, kas katra sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem, t.i. veidojas elementa atoms, nobīdīts elementu periodiskās sistēmas tabulā D.I. Mendeļejeva (PSE) divas šūnas pa kreisi no sākotnējā radioaktīvā elementa, kura masas skaitlis ir mazāks par 4 vienībām(Soddy-Faience likums): 
4. Termins beta sabrukšana attiecas uz trīs veidu kodolpārveidojumiem: elektroniski(b-) un pozitronika(b+) sadalās, kā arī elektroniskā uztveršana.
b-sabrukšana notiek galvenokārt kodolos, kas ir salīdzinoši bagāti ar neitroniem. Šajā gadījumā kodola neitrons sadalās protonā, elektronā un antineutrīnā () ar nulles lādiņu un masu.
B sabrukšanas laikā izotopa masas skaitlis nemainās, jo tiek saglabāts kopējais protonu un neitronu skaits, un lādiņš palielinās par 1. Tāpēc iegūtā ķīmiskā elementa atomu PSE nobīda vienu šūnu pa labi no sākotnējā elementa, bet tā masas numurs nemainās(Soddy-Faience likums):
b+- sabrukšana notiek galvenokārt ar protoniem salīdzinoši bagātos kodolos. Šajā gadījumā kodola protons sadalās neitronos, pozitronos un neitrīnos ().
.
B+ sabrukšanas laikā izotopa masas skaitlis nemainās, jo tiek saglabāts kopējais protonu un neitronu skaits, un lādiņš samazinās par 1. Tāpēc iegūtā ķīmiskā elementa atomu PSE nobīda vienu šūnu pa kreisi no sākotnējā elementa, bet tā masas numurs nemainās(Soddy-Faience likums):
5. Elektronu satveršanas gadījumā transformācija sastāv no viena no elektroniem pazušanas slānī, kas ir vistuvāk kodolam. Protons, pārvēršoties par neitronu, “tver” elektronu; No šejienes nāk termins “elektroniskā uztveršana”. Elektroniskā uztveršana, atšķirībā no b± uztveršanas, tiek pavadīta ar raksturīgu rentgena starojumu.
6. b-sabrukšana notiek dabiski radioaktīvos, kā arī mākslīgi radioaktīvos kodolos; b+ sabrukšana ir raksturīga tikai mākslīgās radioaktivitātes fenomenam.
7. g-starojums: ierosinot, atoma kodols izstaro elektromagnētisko starojumu ar īsu viļņa garumu un augsta frekvence, kam ir lielāka stingrība un iespiešanās spēja nekā rentgena stariem. Rezultātā kodola enerģija samazinās, bet kodola masas skaitlis un lādiņš paliek nemainīgs. Tāpēc ķīmiskā elementa transformācija citā netiek novērota, un atoma kodols pāriet mazāk satrauktā stāvoklī.
Atom. Priekšstats par atoma uzbūvi. Elektroni, protoni, neitroni
Atom - vielas elementārdaļiņa (ķīmiskais elements), kas sastāv no noteikta protonu un neitronu kopuma (atoma kodols) un elektroniem.
Atoma kodols sastāv no protoniem (p+) un neitroniem (n0).Protonu skaits N(p+) vienāds ar kodola lādiņu(Z) Un elementa sērijas numurs dabiskajā elementu virknē (un periodiskajā elementu tabulā). Neitronu skaita N(n0), ko apzīmē vienkārši ar burtu N, un protonu skaita Z summu sauc par masas skaitli un apzīmē ar burtu A. Atoma elektronu apvalks sastāv no elektroniem, kas pārvietojas ap kodolu(e-). Elektronu skaits N(e-) neitrāla atoma elektronu apvalkā ir vienāds ar protonu skaits Z tās pamatā.
Ideja par moderno atoma kvantu mehānisko modeli. Elektronu stāvokļa raksturojums atomā, izmantojot kvantu skaitļu kopu, to interpretācija un pieļaujamās vērtības
Atom – mikrokosmoss, kurā darbojas kvantu mehānikas likumi.
Elektronu kustības viļņu process atomā ap kodolu tiek aprakstīts, izmantojot viļņu funkciju psi (ψ), kurai jābūt trim kvantēšanas parametriem (3 brīvības pakāpes).
Fiziskā nozīme – trīsdimensiju amplitūda el. viļņi.
n – galvenais kvantu skaitlis, rakstzīme. enerģisks līmenis atomā.
l – sekundārais (orbitālais skaitlis) l=0…n-1, raksturo enerģiju. apakšlīmeņi atomā un atoma orbitāles forma.
m l – magnētiskais skaitlis ml= -l… +l, raksturo elementa orientāciju l.p.
ms ir griešanās skaitlis. spāņu valoda Jo katram elektronam ir savs kustības moments
Enerģijas līmeņu un apakšlīmeņu piepildīšanas secība ar elektroniem daudzelektronu atomos. Pauli princips. Hunda likums. Minimālās enerģijas princips.
utt. Gunda: aizpildīšana notiek secīgi tā, lai griešanās skaitļu summa (kustības impulss) būtu maksimāla.
Pauli princips: atomā nevar būt 2 elementi, kuriem ir visi 4 kvanti. Skaitļi būtu tādi paši
Xn– maksimālais el. par enerģiju ur.
Sākot ar 3. periodu, tiek novērots lag efekts, kas izskaidrojams ar principu zemākā enerģija: atoma elektronu apvalka veidošanās notiek tā, ka el. ieņem enerģētiski labvēlīgu stāvokli, kad saistīšanās enerģija ar kodolu ir maksimāli iespējama, bet paša elektrona enerģija ir minimālā iespējamā.
utt. Kļičevskis– enerģētiski visizdevīgākie ir kaķiem. kvantu skaitļu n un l summai ir tendence uz min.
Jonizācijas enerģija un elektronu afinitātes enerģija. To izmaiņu raksturs pa D.I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas periodiem un grupām. Metāli un nemetāli.
Atomu jonizācijas enerģija- Enerģiju, kas nepieciešama elektrona noņemšanai no neuzbudināta atoma, sauc par pirmo jonizācijas enerģiju (potenciālu).
Elektronu afinitāte- Enerģētisko efektu, kas rodas, pievienojot elektronu neitrālam atomam, sauc par elektronu afinitāti (E).
Jonizācijas enerģija palielinās periodos no sārmu metāliem līdz cēlgāzēm un samazinās grupās no augšas uz leju.
Galveno apakšgrupu elementiem palielinās elektronu afinitāte periodos no kreisās puses uz labo un samazinās grupās no augšas uz leju.
Ķīmisko elementu elektronegativitāte. Elektronegativitātes izmaiņu raksturs pa D.I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas periodiem un grupām. Oksidācijas stāvokļa jēdziens.
Elektronegativitāte– atomu ķīmiskās spējas el. savienojumā piesaista elektronus sev
Novērtēšanas metodes:
EO=I+E(kJ/mol) — puse no jonizācijas un afinitātes enerģijas summas (saskaņā ar Malikenu)
Paulinga relatīvā skala
Izmantojot relatīvo mērogu e.o. un pieņēmusi e.o. F= 4 periodā ar pieaugošu kodollādiņu e.o. palielināt un palieliniet klusumu. Sv.
Grupā kodollādiņa palielināšanos pavada e.o. samazināšanās. un palielināts met. Sv.
Oksidācijas stāvoklis (oksidācijas numurs)– elektroniska savienojuma atoma iedomātais lādiņš, ko nosaka no pieņēmuma, ka savienojums sastāv no joniem
S.o. vienkāršas vielas =0
С.о skābeklis = -2 (izņemot peroksīdus H2O2(-1) un savienojumus ar fluoru)
S.o. ūdeņradis un sārmu metāli = +1
Netrit S.o. ir tikai kluss un tikai viens
Jebkurā jonā algebriskā summa visu s.o. = jonu lādiņš un neitrālās molekulās = 0
Ja ķīmiskais savienojums sastāv no met un nemet, tad met +, non-met –
Ja ķīmiskā kombinācija 2x ir neitrāla, tad negatīva s.o. ir tas ar kaķi > e.o.
Periodiskais likums un periodiskā elementu sistēma D.I. Mendeļejevs. Periodiskās sistēmas periodi, grupas un apakšgrupas. Periodiskās sistēmas un atomu uzbūves saistība. Elektroniskās elementu saimes.
formulējums periodiskais likums vai šis:
"ķīmisko elementu īpašības (t.i., to veidoto savienojumu īpašības un forma) periodiski ir atkarīgas no ķīmisko elementu atomu kodola lādiņa."
Mendeļejeva periodiskā tabula sastāv no 8 grupām un 7 periodiem.
Tabulas vertikālās kolonnas sauc par grupām. Katras grupas elementiem ir līdzīgas ķīmiskās un fizikālās īpašības. Tas izskaidrojams ar to, ka vienas grupas elementiem ir līdzīga ārējā slāņa elektroniskā konfigurācija, uz kuras esošo elektronu skaits ir vienāds ar grupas numuru. Kurā grupa ir sadalīta galvenajā un sekundārajā apakšgrupā.
Uz galveno apakšgrupās ietilpst elementi, kuru valences elektroni atrodas ārējā ns- un np-apakšlīmenī. Sidā apakšgrupās ietilpst elementi, kuru valences elektroni atrodas ārējā ns-apakšlīmenī un iekšējā (n - 1) d-apakšlīmenī (vai (n - 2) f-apakšlīmenī).
Visi periodiskās tabulas elementi atkarībā no tā, kurš apakšlīmenis(s-, p-, d- vai f-) valences elektroni tiek klasificēti: s-elementi (I un II grupas galveno apakšgrupu elementi), p-elementi (III galvenās apakšgrupas elementi - VII grupas), d-elementi (sānu apakšgrupu elementi), f-elementi (lantanīdi, aktinīdi).
Tabulas horizontālās rindas sauc par periodiem. Elementi periodos atšķiras viens no otra, taču tiem ir kopīgs tas, ka pēdējie elektroni atrodas vienā enerģijas līmenī (galvenais kvantu skaitlis n ir vienāds).
Nosaukums "atoms" ir tulkots no grieķu valodas kā "nedalāms". Viss ap mums – cietās vielas, šķidrumi un gaiss – ir veidots no miljardiem šo daļiņu.
Versijas izskats par atomu
Atomi pirmo reizi kļuva zināmi 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, kad grieķu filozofs Demokrits ierosināja, ka matērija sastāv no sīkām kustīgām daļiņām. Bet tad nebija iespējams pārbaudīt versiju par viņu esamību. Un, lai gan neviens nevarēja redzēt šīs daļiņas, ideja tika apspriesta, jo tikai tā zinātnieki varēja izskaidrot procesus, kas notiek reālajā pasaulē. Tāpēc viņi ticēja mikrodaļiņu esamībai ilgi pirms laika, kad viņi varēja pierādīt šo faktu.
Tikai 19. gs. tos sāka analizēt kā ķīmisko elementu mazākās sastāvdaļas, kurām piemīt specifiskas atomu īpašības - spēja stingri noteiktā daudzumā nonākt savienojumos ar citiem. 20. gadsimta sākumā tika uzskatīts, ka atomi ir mazākās matērijas daļiņas, līdz tika pierādīts, ka tās sastāv no vēl mazākām vienībām.
No kā sastāv ķīmiskais elements?
Ķīmiskā elementa atoms ir vielas mikroskopisks būvmateriāls. Šīs mikrodaļiņas noteicošā iezīme bija molekulmasa atoms. Tikai Mendeļejeva periodiskā likuma atklāšana pierādīja, ka to veidi pārstāv dažādas vienas matērijas formas. Tie ir tik mazi, ka tos nevar redzēt, izmantojot parastos mikroskopus, tikai visspēcīgākos. elektroniskās ierīces. Salīdzinājumam, mati uz cilvēka rokas ir miljons reižu platāki.
Atoma elektroniskajā struktūrā ir kodols, kas sastāv no neitroniem un protoniem, kā arī elektroniem, kas riņķo ap centru pastāvīgās orbītās, piemēram, planētas ap savām zvaigznēm. Tos visus kopā satur elektromagnētiskais spēks, viens no četriem galvenajiem Visumā. Neitroni ir daļiņas ar neitrālu lādiņu, protoniem ir pozitīvs lādiņš, un elektroniem ir negatīvs lādiņš. Pēdējos piesaista pozitīvi lādēti protoni, tāpēc tie mēdz palikt orbītā.
Atomu struktūra
Centrālajā daļā atrodas kodols, kas aizpilda minimālu daļu no visa atoma. Bet pētījumi liecina, ka tajā atrodas gandrīz visa masa (99,9%). Katrs atoms satur protonus, neitronus un elektronus. Rojošo elektronu skaits tajā ir vienāds ar pozitīvo centrālo lādiņu. Daļiņas ar vienādu kodollādiņu Z, bet atšķirīgu atommasu A un neitronu skaitu kodolā N sauc par izotopiem, bet ar vienādu A un atšķirīgu Z un N sauc par izobāriem. Elektrons ir minimāla matērijas daļiņa ar negatīvu elektrisko lādiņu e=1,6·10-19 kuloni. Jona lādiņš nosaka zaudēto vai iegūto elektronu skaitu. Neitrāla atoma metamorfozes procesu par lādētu jonu sauc par jonizāciju.
Jauna atoma modeļa versija
Fiziķi tagad ir atklājuši daudzas citas elementārdaļiņas. Atoma elektroniskajai struktūrai ir jauna versija.
Tiek uzskatīts, ka protoni un neitroni neatkarīgi no tā, cik mazi tie ir, sastāv no mazākajām daļiņām, ko sauc par kvarkiem. Tie veido jaunu atoma uzbūves modeli. Tāpat kā agrāk zinātnieki vāca pierādījumus par iepriekšējā modeļa esamību, šodien viņi cenšas pierādīt kvarku esamību.
RTM - nākotnes ierīce
Mūsdienu zinātnieki datora monitorā var redzēt vielas atomu daļiņas, kā arī pārvietot tās pa virsmu, izmantojot īpašu instrumentu, ko sauc par skenējošo tunelēšanas mikroskopu (RTM).
Šis datorizēti instruments ar galu, kas ļoti maigi pārvietojas materiāla virsmas tuvumā. Galam kustoties, elektroni pārvietojas pa spraugu starp galu un virsmu. Lai gan materiāls šķiet pilnīgi gluds, tas patiesībā ir raupjš atomu līmenī. Dators veido vielas virsmas karti, veidojot tās daļiņu attēlu, un tādējādi zinātnieki var redzēt atoma īpašības.
Radioaktīvās daļiņas
Negatīvi lādēti joni riņķo ap kodolu diezgan lielā attālumā. Atoma struktūra ir tāda, ka viss tas ir patiesi neitrāls un tam nav elektriskā lādiņa, jo visas tā daļiņas (protoni, neitroni, elektroni) ir līdzsvarā.
Radioaktīvs atoms ir elements, ko var viegli sadalīt. Tās centrs sastāv no daudziem protoniem un neitroniem. Vienīgais izņēmums ir ūdeņraža atoma diagramma, kurai ir viens protons. Kodolu ieskauj elektronu mākonis, un tieši to pievilcība liek tam griezties ap centru. Protoni ar vienādu lādiņu atgrūž viens otru.
Lielākajai daļai mazo daļiņu, kurām ir vairākas no tām, tā nav problēma. Bet daži no tiem ir nestabili, īpaši lielāki, piemēram, urāns, kuram ir 92 protoni. Dažreiz tā centrs nevar izturēt šādu slodzi. Tos sauc par radioaktīviem, jo tie no sava kodola izdala vairākas daļiņas. Pēc tam, kad nestabilais kodols atbrīvojas no protoniem, atlikušie veido jaunu meitu. Tas var būt stabils atkarībā no protonu skaita jaunajā kodolā, vai arī tas var sadalīties tālāk. Šis process turpinās, līdz paliek stabils meitas kodols.
Atomu īpašības
Atoma fizikāli ķīmiskās īpašības dabiski mainās no viena elementa uz otru. Tos nosaka šādi galvenie parametri.
Atomu masa. Tā kā mikrodaļiņu galveno vietu aizņem protoni un neitroni, to summa nosaka skaitli, ko izsaka atomu masas vienībās (amu) Formula: A = Z + N.
Atomu rādiuss. Rādiuss ir atkarīgs no elementa atrašanās vietas periodiskajā sistēmā, ķīmiskās saites, blakus esošo atomu skaita un kvantu mehāniskās darbības. Kodola rādiuss ir simts tūkstošus reižu mazāks nekā paša elementa rādiuss. Atomu struktūra var zaudēt elektronus un kļūt par pozitīvu jonu vai pievienot elektronus un kļūt par negatīvu jonu.
Mendeļejevā jebkurš ķīmiskais elements ieņem savu iedibināto vietu. Tabulā atoma izmērs palielinās, pārvietojoties no augšas uz leju, un samazinās, pārvietojoties no kreisās puses uz labo. No tā izriet, ka mazākais elements ir hēlijs, bet lielākais ir cēzijs.
Valence. Atoma ārējo elektronu apvalku sauc par valences apvalku, un tajā esošajiem elektroniem tiek dots atbilstošs nosaukums - valences elektroni. To skaits nosaka, kā atoms savienojas ar citiem, izmantojot ķīmisko saiti. Pēdējo mikrodaļiņu radīšanai izmantotā metode ir to ārējo valences apvalku piepildīšana.
Gravitācija, pievilcība, ir spēks, kas notur planētas orbītā; tā dēļ no rokām atbrīvotie priekšmeti nokrīt uz grīdas. Cilvēks vairāk pamana gravitāciju, bet elektromagnētiskais efekts ir daudzkārt spēcīgāks. Spēks, kas piesaista (vai atgrūž) lādētās daļiņas atomā, ir 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 reižu spēcīgāks par gravitāciju tajā. Bet kodola centrā ir vēl vairāk varens spēks, kas spēj saturēt protonus un neitronus kopā.
Reakcijas kodolos rada enerģiju tāpat kā kodolreaktoros, kur atomi tiek sadalīti. Jo smagāks elements, jo vairāk daļiņu sastāv no tā atomiem. Ja salocīts Kopā protonus un neitronus elementā, uzzinām tā masu. Piemēram, ir urāns, vissmagākais dabā sastopamais elements atomu masa 235 vai 238.
Atomu sadalīšana līmeņos
Atoms ir telpas apjoms ap kodolu, kurā pārvietojas elektrons. Kopumā ir 7 orbitāles, kas atbilst periodu skaitam periodiskajā tabulā. Jo tālāk elektrons atrodas no kodola, jo lielāka ir tā enerģijas rezerve. Perioda skaitlis norāda skaitli ap tā kodolu. Piemēram, kālijs ir 4. perioda elements, kas nozīmē, ka tam ir 4 atomu enerģijas līmeņi. Ķīmiskā elementa skaits atbilst tā lādiņam un elektronu skaitam ap kodolu.
Atoms ir enerģijas avots
Iespējams, slavenāko zinātnisko formulu atklāja vācu fiziķis Einšteins. Tajā teikts, ka masa nav nekas vairāk kā enerģijas veids. Pamatojoties uz šo teoriju, jūs varat pārvērst matēriju enerģijā un, izmantojot formulu, aprēķināt, cik daudz no tās varat iegūt. Pirmais praktiskais šīs transformācijas rezultāts bija atombumbas, kuras vispirms tika izmēģinātas Losalamos tuksnesī (ASV) un pēc tam eksplodētas virs Japānas pilsētām. Un lai gan tikai septītā daļa sprādzienbīstams pārvērtās enerģijā, atombumbas iznīcinošais spēks bija briesmīgs.
Lai kodols atbrīvotu savu enerģiju, tam jāsabrūk. Lai to sadalītu, ir jādarbojas ar neitronu no ārpuses. Tad kodols sadalās divos citos, vieglākos, nodrošinot milzīgu enerģijas izdalīšanos. Sabrukšanas rezultātā tiek atbrīvoti citi neitroni, un tie turpina sadalīt citus kodolus. Process pārvēršas par ķēdes reakcija, kā rezultātā tiek izveidots liela summa enerģiju.
Plusi un mīnusi kodolreakcijas izmantošanai mūsu laikā
Cilvēce cenšas pieradināt postošo spēku, kas izdalās matērijas transformācijas laikā. atomelektrostacijas. Šeit kodolreakcija nenotiek sprādziena veidā, bet gan kā pakāpeniska siltuma izdalīšanās.
Ražošana atomu enerģija ir savi plusi un mīnusi. Pēc zinātnieku domām, lai saglabātu mūsu civilizāciju plkst augsts līmenis, ir nepieciešams izmantot šo milzīgo enerģijas avotu. Taču jāņem vērā arī tas, ka pat visvairāk mūsdienu attīstība nevar garantēt pilnīgu drošību atomelektrostacijas. Turklāt ražošanas procesā iegūtā enerģija, ja tā netiek pareizi uzkrāta, var ietekmēt mūsu pēcnācējus desmitiem tūkstošu gadu.
Pēc avārijas Černobiļas atomelektrostacijā viss vairāk cilvēku uzskata, ka kodolenerģijas ražošana ir ļoti bīstama cilvēcei. Vienīgā drošā šāda veida spēkstacija ir Saule ar milzīgo kodolenerģiju. Zinātnieki izstrādā visdažādākos saules paneļu modeļus, un, iespējams, tuvākajā nākotnē cilvēce spēs nodrošināties ar drošu kodolenerģiju.
Notiek ielāde...