Нуклоны

Атом [Ядро[∑+ ∑] + ∑ē]← Субатомарные частицы

массовое число (А)

Масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов. Эта разность называется дефектом массы. Он характеризует устойчивость атомных ядер и энергию связи нуклонов в ядре (7.106 эВ), которая в миллионы раз превышает энергию связи атомов в молекуле (5 эВ). Поэтому при химических реакциях ядра атомов не изменяются.

Таблица № 1

  Система СИ Система атомных единиц
Наименование субатомарной частицы Масса, кг Заряд, Кл Масса, а.е.м. Заряд, а.е.з.
Электрон 9,109•10-31 1,602•10-19 0,0005486 -1
Нук- лоны Протон 1,673•10-27 1,602•10-19 1,007277 +1
Нейтрон 1,673•10-27 1,008695

 

Вид атомов с одинаковым зарядом ядра и, следовательно, с одинаковым атомным номером называется химическим элементом.

Каждый химический элемент имеет несколько изотопов.

Атомы с одинаковым зарядом ядра, но разными массовыми числами называют изотопами.

Таблица №2

Изотопы водорода Наименование изотопа Массовое число (А)
- протий -дейтерий - тритий                  
Изотопы углерода углерод-12 углерод-13 углерод-14              

Кроме изотопов существуют изотоны и изобары.

Изотоны - это атомы с одинаковым числом, но различным

количеством (т.е. с разным зарядом ядра).

(=140)

Изобары – это атомы с одинаковыми массовыми числами, но разными атомными номерами, например,

В период открытия первых трех фундаментальных частиц (е; ;) ,был выдвинут целый ряд моделей строения атома.

1. 1903 г. Модель Д.Томсона, В. Томсона (модель « пудинга с изюмом»), согласно которой в положительно заряженную сферу атома вкраплены электроны:

Рис. 1

2. 1911 г. Э.Резерфорд в результате знаменитых экспериментов по рассеянию золотой фольгой α - частиц установил, что атом:

- имеет достаточно массивное положительно заряженное ядро, имеющее очень малые размеры, которое окружено электронами;

- атом электронейтрален, т.е. положительный заряд ядра численно равен отрицательному суммарному заряду электронов, окружающих это ядро;

- заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.

Рис.2

Однако, согласно законам классической механики и электродинамики, вращение электрона вокруг ядра должно сопровождаться электромагнитным излучением с непрерывным спектром, что противоречило известным с 1880г. линейчатым спектрам газов и паров элементов. Противоречие разрешил ученик Резерфорда Нильс Бор.

3. 1913 г. Н. Бор разработал планетарную модель атома, которая используется и в наше время. Подобно Резерфорду, Бор представлял себе атом в виде положительно заряженного ядра, окруженного электронами. Однако он предположил, что электроны двигаются вокруг ядра по устойчивым круговым орбитам. Этим орбитам соответствуют различные энергии. Переходя с одной орбиты на другую, электроны могут приобретать либо терять энергию. Н. Бору удалось объяснить и рассчитать теоретически линейчатые спектры испускания атомов водорода, а также серии линий в рентгеновских спектрах элементов.

рис.3

4. 1924 г. Луи де Бройль показал, что элементарная частица, движущаяся с определенной скоростью, может рассматриваться не только как частица, обладающая массой покоя, но и как волна с определенной частотой колебаний (n), удовлетворяя условию равенства энергий:

h=6,626 . 10 –34 Дж . с (постоянная Планка);

с=3 . 10 8 м/с (скорость света);

λ=h/mc (взаимосвязь длины волны (λ) и массы частицы (m) обратнопропорциональная).

Результатом работ де Бройля, Дирака, Гейзенберга, Шредингера и других было создание новой физической теории - КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ, которая заявила о корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц (например, электрон имеет массу покоя 9,109•10-31 кг., проявляя свойства частицы, а в опытах по дифракции он проявляет свойства волны). В квантовой механике классическое понятие «траектория» заменяется понятием «волновая функция ψ» или «атомная орбиталь (АО)».

АО – это область около ядерного пространства, где электрон может находиться с достаточно высокой степенью вероятности. Термин орбиталь созвучен термину орбита, однако смысл их различен. Орбита - это траектория движения, атомная орбиталь – волновая функция. Если волновая функция (ψ) частицы известна, можно рассчитать вероятность (ψ2) нахождения частицы в различных областях пространства.

В 1925 г. Эрвин Шредингер предложил уравнение, позволяющее математически описывать волновые функции частиц.

- где Н – Гамильтон

- оператор кинетической энергии,

U - оператор потенциальной энергии.

Это дифференциальное линейное уравнение второго порядка в частных производных имеет бесчисленное множество решений. Из них интерес представляют лишь такие значения, для которых найденные значения ψ2 (плотность вероятности) не противоречат физическим представлениям. Таковыми являются квантовые числа n, l, ml, s.