Боровская модель атома водорода
Для объяснения устойчивости атомов датский физик Нильс Бор предложил отказаться от привычных классических представлений и законов. Свойства атомов получают объяснение на основе квантовых постулатов Бора:
1. Атом может находиться лишь в определенных стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия E. Говорят, что энергия атома квантуется. В стационарных состояниях атом не излучает энергию.
2. Излучение или поглощение энергии происходит только при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Энергия излученного или поглощенного кванта электромагнитного излучения при переходе атома из стационарного состояния с энергией Em в состояние с энергией En равна модулю разности энергий атома в этих состояниях: hvmn = |Em – En|,
где m и n – номера стационарных состояний.
Физика атомного ядра
Ядра атомов всех химических элементов состоят из протонов и нейтронов.
Положительный электрический заряд протона равен элементарному заряду e = 1,6·10–19 Кл,
а масса протона равна: mp = 1,6726·10–27 кг.
Нейтрон не имеет электрического заряда, а его масса немного больше массы протона: mn = 1,6749·10–27 кг.
Число Z протонов называется атомным номером химического элемента.
Сумма числа протонов Z и числа нейтронов N называется массовым числом и обозначается буквой A: A = Z + N
Массовое число A с хорошей точностью выражает массу ядра в атомных единицах массы (а.е.м.).
Атомные ядра всех атомов имеют форму, близкую к форме шара. Радиус атомного ядра возрастает с увеличением атомного номера элемента и составляет 10–15 ÷ 10–14 м.
Точные измерения масс атомов показали, что все химические элементы имеют изотопы – атомы с одинаковым числом Z протонов, но с разным числом N нейтронов в атомном ядре. При одинаковом числе протонов атомы изотопов обладают одинаковым строением электронных оболочек. Следовательно, они являются атомами одного химического элемента и обладают одинаковыми химическими свойствами. Изотоп X, содержащий Z протонов в ядре и обладающий массовым числом A, обозначается как: .
Ядерные силы
Между одноименно заряженными протонами в атомных ядрах действуют кулоновские силы отталкивания. На расстоянии порядка 10–14 м эти силы очень велики, однако протоны не разлетаются в противоположные стороны. Следовательно, между протонами кроме кулоновских сил отталкивания действуют силы другой физической природы, являющиеся силами притяжения. Эти силы назвали ядерными силами.
Ядерные силы на расстояниях ~1,5·10–15 м значительно превосходят кулоновские силы отталкивания, но с увеличением этого расстояния очень быстро убывают. На расстояниях порядка радиуса атома действие ядерных сил ничтожно мало по сравнению с действием электромагнитных сил между протонами.
Ядерные силы притяжения одинаково действуют между двумя протонами, двумя нейтронами или между протоном и нейтроном. Одинаковая способность протонов и нейтронов к ядерному взаимодействию служит основанием для рассмотрения их в качестве двух состояний одной частицы – нуклона.
Радиоактивностьюназывается явление самопроизвольного превращения ядер одного химического элемента в ядра другого химического элемента. Радиоактивные превращения ядер обязательно сопровождаются испусканием радиоактивных излучений.
При альфа-распаде из радиоактивного ядра выбрасывается альфа-частица – ядро атома изотопа гелия . Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, ее заряд равен двум элементарным зарядам. При вылете из ядра альфа-частицы порядковый номер ядра-продукта Z меньше исходного на две единицы, массовое число A меньше исходного на четыре единицы. Например, при альфа-распаде ядра изотопа урана получается ядро изотопа тория.
При бета-распаде из атомного ядра вылетают электрон (или его античастица позитрон – элементарная частица с массой, равной массе электрона, и положительным элементарным зарядом) и электронное антинейтрино (или нейтрино). Бета-распад с испусканием электрона называется электронным бета-распадом:
Закон радиоактивного распада
Радиоактивный распад любого атомного ядра является случайным процессом. Момент распада какого-либо одного ядра предсказать невозможно. Если имеется большое количество одинаковых радиоактивных ядер, то вероятность распада каждого из них в любой момент времени одинакова. Чем больше имеется радиоактивных ядер, тем больше распадов происходит в единицу времени, с убыванием количества ядер убывает и число радиоактивных распадов в единицу времени.
Радиоактивный распад любого вида происходит по закону радиоактивного распада. Этот закон имеет следующее выражение:
где N0 – число радиоактивных ядер в начальный момент времени,
N – число ядер в момент времени t,
T – постоянная для данного изотопа величина, называемая периодом полураспада.
За время, равное периоду полураспада, количество радиоактивных ядер в результате распада убывает в 2 раза.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|