Temat: SKŁAD JĄDRA ATOMOWEGO ORAZ IZOTOPY
advertisement
JĄDRO ATOMOWE MODELE BUDOWY ATOMU model atomu Arystotelesa DOŚWIADCZENIE RUTHERFORDA WYNIK DOŚWIADCZENIA • Materia ma strukturę siatki • W środku atomu znajduje się jądro atomowe o ładunku dodatnim • W jądrze skupiona jest prawie cała masa atomu MODELE BUDOWY ATOMU model atomu Bohra MODELE BUDOWY ATOMU przestrzeń, w której z określonym prawdopodobieństwem możemy spotkać elektron kwantowy model atomu CZĄSTECZKA, ATOM I JĄDRO OZNACZENIA • Symbol jądra atomowego oznaczamy podobnie jak symbol pierwiastka. A Z X A – liczba masowa Z – liczba atomowa (porządkowa) liczba protonów liczba neutronów pZ n A Z IZOTOPY • Atomy tego samego pierwiastka występują w kilku odmianach zwanych izotopami. • Wszystkie izotopy tego samego pierwiastka mają identyczną liczbę (p) protonów w jądrze, ale różnią się liczbą (n) neutronów . IZOTOPY - PRZYKŁADY • Izotopy wodoru: 1 1 2 1 H 3 1 H H - wodór - deuter - tryt Izotopy węgla: 12 - węgiel C-12 6C 14 - węgiel C-14 6C IZOTOPY A PIERWIASTKI NUKLEONY - PROTONY • Cząstka obdarzona ładunkiem dodatnim q = +1,6·10−19 C • Masa protonu: m = 1,0073 u = 1,673·10 −27 kg • Cząstka trwała poza jądrem NUKLEONY - NEUTRONY • Cząstka neutralna elektrycznie q=0 • Masa neutronu: m = 1,0087 u = 1,675·10 −27 kg • Cząstka poza jądrem ulega rozpadowi ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO • rozmiar atomu 10 10 m • rozmiar jądra 10 15 m ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO • rozmiar jądra atomowego, przy założeniu, że jest kulą, wynosi: r r0 A 3 • gdzie • promień jądra wodoru • liczba masowa A r0 1,23 10 15 m SIŁY JĄDROWE Z prawa Coulomba wynikałoby, że cząstki (protony, neutrony) nigdy nie powinny tworzyć układów trwałych, lecz samorzutnie oddalać się od siebie. W jądrach atomowych muszą działać siły przyciągania się cząstek składowych, które przeciwdziałają odpychaniu się protonów. Ten rodzaj sił określa się jako siły jądrowe. ODDZIAŁYWANIE SILNE • Są one znacznie potężniejsze od sił elektrycznych, magnetycznych czy grawitacyjnych, mają zasięg działania rzędu promienia jądra i nie są zależne od ładunku. • Nazywa się je oddziaływaniem silnym • Oddziaływanie to powstaje kosztem zamiany części masy jądra w energię NIEDOBÓR (DEFEKT) MASY • Masa jądra jest nieco mniejsza od sumy mas tworzących go nukleonów. • Różnica między obliczoną poprzez sumowanie mas cząstek Σm, a masą atomową nuklidu wyznaczoną doświadczalnie nosi nazwę niedoboru (defektu) masy. • Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w próżni jest równy energii wiązania jądra E = m c2. NIEDOBÓR MASY - PRZYKŁAD • • • • • • Jądro 4He ma masę 4,00150 u Jądro to składa się z 2 protonów (mp = 1,00727 u) i z 2 neutronów (mn = 1,00866 u) suma mas nukleonów wynosi 4,03186 u, deficyt masy Δm = 2mp + 2 mn - mHe = 0,03036 u, Jeżeli weźmiemy 1 mol He (6,023*1023 atomów) to różnica wyniesie 0,03 g • co odpowiada 2,7∙109 kJ energii. • Tyle energii wytwarza elektrownia w 20 minut TRWAŁOŚĆ JĄDER Znając energię wiązania oraz liczbę nukleonów w danym jądrze możemy obliczyć energię wiązania przypadającą na jeden nukleon. Poniższy wykres przedstawia zależność średniej energii wiązania od liczby masowej pierwiastków. TRWAŁOŚĆ JĄDER Aby jądro było trwałe muszą być w nim zachowane odpowiednie proporcje między liczbą neutronów i protonów N : Z. Trwałe izotopy lekkich pierwiastków mają takie same lub niewiele różniące się liczby neutronów i protonów N : Z ≈1. Jest jednak wiele wyjątków, np. technet, promet i protaktyn nie mają żadnego trwałego izotopu. Za nuklid trwały uznaje się taki, którego czas połowicznego rozpadu wynosi więcej niż 1 × 109 lat. Tabela nuklidow, czyli jader atomowych Ok 300 nuklidów (jąder) trwałych 3000 zidentyfikowanych nuklidow nietrwalych JĄDRO - PODSUMOWANIE