Im Herzen jeder Wissenschaft liegt etwas Kleines und Wichtiges. In der Biologie ist es eine Zelle, in der Linguistik ein Buchstabe und Laut, in der Technik ein Rädchen, in der Konstruktion ein Sandkorn, und für Chemie und Physik ist das Atom, sein Aufbau, das Wichtigste.

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Ein Atom ist das kleinste Teilchen von allem, was uns umgibt, das alle notwendigen Informationen trägt, ein Teilchen, das Eigenschaften und Ladungen bestimmt. Lange Zeit dachten Wissenschaftler, dass es unteilbar sei, eins, aber viele Stunden, Tage, Monate und Jahre lang wurden Studien, Studien und Experimente durchgeführt, die bewiesen, dass das Atom auch eine eigene Struktur hat. Mit anderen Worten, diese mikroskopisch kleine Kugel besteht aus noch kleineren Komponenten, die die Größe ihres Kerns, ihre Eigenschaften und ihre Ladung beeinflussen. Die Struktur dieser Teilchen ist wie folgt:

• Elektronen;
• der Kern eines Atoms.

Letztere lassen sich auch in ganz elementare Teile unterteilen, die in der Wissenschaft als Protonen und Neuronen bezeichnet werden, von denen es jeweils eine übersichtliche Anzahl gibt.

Die Anzahl der Protonen im Kern gibt Aufschluss über die Struktur der Hülle, die aus Elektronen besteht. Diese Hülle wiederum enthält alle notwendigen Eigenschaften eines bestimmten Materials, Stoffs oder Objekts. Die Berechnung der Summe der Protonen ist sehr einfach - es reicht aus, die Seriennummer des kleinsten Teils der Substanz (Atom) im bekannten Periodensystem zu kennen. Dieser Wert wird auch Ordnungszahl genannt und mit dem lateinischen Buchstaben „Z“ bezeichnet. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Protonen eine positive Ladung haben, und schriftlich wird dieser Wert als +1 definiert.

Neuronen sind die zweite Komponente des Kerns eines Atoms. Dies ist ein subatomares Elementarteilchen, das im Gegensatz zu Elektronen oder Protonen keine Ladung trägt. Neuronen wurden 1932 von J. Chadwick entdeckt, wofür er 3 Jahre später den Nobelpreis erhielt. In Lehrbüchern und wissenschaftlichen Arbeiten werden sie mit dem lateinischen Buchstaben „n“ bezeichnet.

Die dritte Komponente des Atoms ist das Elektron, das sich monoton um den Atomkern bewegt und so eine Wolke erzeugt. Dieses Teilchen ist das leichteste aller Teilchen, die der modernen Wissenschaft bekannt sind, was bedeutet, dass seine Ladung auch am kleinsten ist.Das Elektron wird mit dem Buchstaben von -1 bezeichnet.

Es ist die Kombination aus positiven und negativen Teilchen in der Struktur, die das Atom zu einem ungeladenen oder neutral geladenen Teilchen macht. Der Kern ist im Vergleich zur Gesamtgröße des gesamten Atoms sehr klein, aber darin konzentriert sich das gesamte Gewicht, was auf seine hohe Dichte hinweist.

Wie bestimmt man die Ladung des Atomkerns?

Um die Ladung des Kerns eines Atoms zu bestimmen, müssen Sie sich mit der Struktur, dem Aufbau des Atoms selbst und seines Kerns auskennen, die Grundgesetze der Physik und Chemie verstehen und auch mit dem Periodensystem von Mendelejew gewappnet sein Bestimmung der Ordnungszahl eines chemischen Elements.

1. Das Wissen, dass ein mikroskopisch kleines Teilchen einer beliebigen Substanz einen Kern und Elektronen in seiner Struktur hat, die eine Hülle in Form einer Wolke um sich herum bilden. Der Kern wiederum enthält zwei Arten von unteilbaren Elementarteilchen: Protonen und Neuronen, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften und Eigenschaften hat. Neuronen haben keine elektronische Ladung in ihrem Arsenal. Das bedeutet, dass ihre Ladung weder gleich noch größer oder kleiner als Null ist. Protonen tragen im Gegensatz zu ihren Gegenstücken eine positive Ladung. Mit anderen Worten, ihre elektrische Ladung kann als +1 bezeichnet werden.
2. Elektronen, die ein integraler Bestandteil jedes Atoms sind, tragen auch eine bestimmte elektrische Ladung. Sie sind negativ geladene Elementarteilchen und werden schriftlich als −1 definiert.
3. Um die Ladung eines Atoms zu berechnen, benötigen Sie Kenntnisse über seine Struktur (wir haben uns gerade an die erforderlichen Informationen erinnert), die Anzahl der Elementarteilchen in der Zusammensetzung. Und um die Summe der Ladung eines Atoms herauszufinden, müssen Sie die Anzahl einiger Teilchen (Protonen) mathematisch zu anderen (Elektronen) addieren. Normalerweise sagt die Eigenschaft eines Atoms aus, dass es elektronenneutral ist. Mit anderen Worten, der Wert der Elektronen ist gleich der Anzahl der Protonen. Das Ergebnis ist, dass der Wert der Ladung eines solchen Atoms gleich Null ist.
4. Eine wichtige Nuance: Es gibt Situationen, in denen die Anzahl der positiv und negativ geladenen Elementarteilchen im Kern möglicherweise nicht gleich ist. Dies deutet darauf hin, dass das Atom zu einem Ion mit positiver oder negativer Ladung wird.

Die Bezeichnung des Kerns eines Atoms im wissenschaftlichen Bereich sieht aus wie Ze. Das zu entziffern ist ganz einfach: Z ist die dem Element zugeordnete Zahl im bekannten Periodensystem, sie wird auch Ordnungs- oder Ladungszahl genannt. Und es gibt die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms an, und e ist nur die Ladung eines Protons.

In der modernen Wissenschaft gibt es Kerne mit unterschiedlichen Ladungswerten: von 1 bis 118.

Ein weiteres wichtiges Konzept, das junge Chemiker kennen müssen, ist die Massenzahl. Dieses Konzept gibt die Gesamtmenge der Ladung von Nukleonen an (dies sind die allerkleinsten Bestandteile des Kerns eines Atoms eines chemischen Elements). Und Sie können diese Zahl finden, wenn Sie die Formel verwenden: EIN = Z + N wobei A die gewünschte Massenzahl, Z die Anzahl der Protonen und N die Anzahl der Neutronen im Kern ist.

Welche Kernladung hat ein Bromatom?

Um in der Praxis zu demonstrieren, wie man die Ladung eines Atoms eines notwendigen Elements (in unserem Fall Brom) findet, lohnt es sich, auf das Periodensystem der chemischen Elemente zu verweisen und dort Brom zu finden. Seine Ordnungszahl ist 35. Das bedeutet, dass die Ladung seines Kerns auch 35 ist, da sie von der Anzahl der Protonen im Kern abhängt. Und die Anzahl der Protonen wird durch die Zahl angegeben, unter der das chemische Element in dem großen Werk von Mendeleev steht.

Hier noch ein paar weitere Beispiele, um jungen Chemikern künftig die Berechnung der notwendigen Daten zu erleichtern:

• Die Kernladung des Natriumatoms (na) beträgt 11, da es unter dieser Nummer in der Tabelle der chemischen Elemente zu finden ist.
• die Ladung des Phosphorkerns (dessen symbolische Bezeichnung P ist) hat den Wert 15, weil so viele Protonen in seinem Kern sind;
• Schwefel (mit der grafischen Bezeichnung S) ist ein Nachbar in der Tabelle des vorherigen Elements, daher beträgt seine Kernladung 16;
• Eisen (und wir können es in der Bezeichnung Fe finden) hat die Nummer 26, was auf die gleiche Anzahl von Protonen in seinem Kern und damit auf die Ladung des Atoms hinweist;
• Kohlenstoff (alias C) steht unter der 6. Zahl des Periodensystems, was die Informationen angibt, die wir benötigen;
• Magnesium hat die Ordnungszahl 12 und ist in der internationalen Symbolik als Mg bekannt;
• Chlor im Periodensystem, wo es als Cl geschrieben wird, hat die Nummer 17, also ist seine Ordnungszahl (nämlich wir brauchen sie) dieselbe - 17;
• Kalzium (Ca), das für junge Organismen so nützlich ist, befindet sich auf Platz 20;
• die Ladung des Kerns des Stickstoffatoms (mit der geschriebenen Bezeichnung N) ist 7, in dieser Reihenfolge wird es im Periodensystem dargestellt;
• Barium hat die Nummer 56, was seiner Atommasse entspricht;
• das chemische Element Selen (Se) hat 34 Protonen in seinem Kern, und dies zeigt, dass dies die Ladung des Kerns seines Atoms sein wird;
• Silber (oder geschrieben Ag) hat eine Seriennummer und eine Atommasse von 47;
• Wenn Sie die Ladung des Kerns des Lithiumatoms (Li) herausfinden müssen, müssen Sie sich dem Anfang der großen Arbeit von Mendeleev zuwenden, wo er auf Platz 3 steht.
• Aurum oder unser Lieblingsgold (Au) hat eine Atommasse von 79;
• für Argon ist dieser Wert 18;
• Rubidium hat eine Atommasse von 37, während Strontium eine Atommasse von 38 hat.

Es ist möglich, alle Komponenten des Periodensystems von Mendeleev für eine sehr lange Zeit aufzulisten, weil es viele davon gibt (diese Komponenten). Die Hauptsache ist, dass die Essenz dieses Phänomens klar ist und wenn Sie die Ordnungszahl von Kalium, Sauerstoff, Silizium, Zink, Aluminium, Wasserstoff, Beryllium, Bor, Fluor, Kupfer, Fluor, Arsen, Quecksilber und Neon berechnen müssen , Mangan, Titan, dann brauchen Sie nur die Tabelle der chemischen Elemente zu Rate zu ziehen und die Seriennummer einer bestimmten Substanz herauszufinden.

Ein Atom ist das kleinste Teilchen eines chemischen Elements, das alle seine chemischen Eigenschaften behält. Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern und negativ geladenen Elektronen. Die Ladung des Kerns eines chemischen Elements ist gleich dem Produkt von Z durch e, wobei Z die Seriennummer dieses Elements im Periodensystem der chemischen Elemente ist, e der Wert der elektrischen Elementarladung ist.

Elektron- dies ist das kleinste Teilchen eines Stoffes mit einer negativen elektrischen Ladung e=1,6·10 -19 Coulomb, genommen als elektrische Elementarladung. Elektronen, die um den Kern rotieren, befinden sich auf den Elektronenschalen K, L, M usw. K ist die Schale, die dem Kern am nächsten ist. Die Größe eines Atoms wird durch die Größe seiner Elektronenhülle bestimmt. Ein Atom kann Elektronen abgeben und zu einem positiven Ion werden oder Elektronen aufnehmen und zu einem negativen Ion werden. Die Ladung eines Ions bestimmt die Anzahl der abgegebenen oder aufgenommenen Elektronen. Der Prozess der Umwandlung eines neutralen Atoms in ein geladenes Ion wird Ionisation genannt.

Atomkern(der zentrale Teil des Atoms) besteht aus elementaren Kernteilchen - Protonen und Neutronen. Der Radius des Kerns ist etwa hunderttausendmal kleiner als der Radius des Atoms. Die Dichte des Atomkerns ist extrem hoch. Protonen- Dies sind stabile Elementarteilchen mit einer positiven elektrischen Einheitsladung und einer Masse, die 1836-mal größer ist als die Masse eines Elektrons. Das Proton ist der Kern des leichtesten Elements, Wasserstoff. Die Anzahl der Protonen im Kern ist Z. Neutron ist ein neutrales (nicht elektrisch geladenes) Elementarteilchen mit einer Masse, die der Masse eines Protons sehr nahe kommt. Da die Masse des Kerns die Summe der Masse von Protonen und Neutronen ist, ist die Anzahl der Neutronen im Kern eines Atoms A - Z, wobei A die Massenzahl eines bestimmten Isotops ist (siehe). Die Protonen und Neutronen, aus denen der Kern besteht, werden Nukleonen genannt. Nukleonen sind im Kern durch besondere Kernkräfte gebunden.

Der Atomkern hat einen riesigen Energiespeicher, der bei Kernreaktionen freigesetzt wird. Kernreaktionen treten auf, wenn Atomkerne mit Elementarteilchen oder mit den Kernen anderer Elemente wechselwirken. Als Ergebnis von Kernreaktionen werden neue Kerne gebildet. Beispielsweise kann sich ein Neutron in ein Proton umwandeln. Dabei wird ein Betateilchen, also ein Elektron, aus dem Kern herausgeschleudert.

Der Übergang im Kern eines Protons in ein Neutron kann auf zwei Arten erfolgen: Entweder wird ein Teilchen mit einer Masse gleich der Masse eines Elektrons, aber mit positiver Ladung, ein sogenanntes Positron (Positronzerfall), emittiert der Kern, oder der Kern fängt eines der Elektronen aus der nächsten K-Schale ein (K -Einfang).

Manchmal hat der gebildete Kern einen Energieüberschuss (er befindet sich in einem angeregten Zustand) und setzt beim Übergang in den Normalzustand überschüssige Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung mit sehr kurzer Wellenlänge frei -. Die bei Kernreaktionen freigesetzte Energie wird in verschiedenen Industrien praktisch genutzt.

Ein Atom (griechisch atomos - unteilbar) ist das kleinste Teilchen eines chemischen Elements, das seine chemischen Eigenschaften hat. Jedes Element besteht aus bestimmten Arten von Atomen. Die Struktur eines Atoms umfasst den Kern, der eine positive elektrische Ladung trägt, und negativ geladene Elektronen (siehe), die seine elektronischen Schalen bilden. Der Wert der elektrischen Ladung des Kerns ist gleich Z-e, wobei e die elektrische Elementarladung ist, deren Größe der Ladung des Elektrons entspricht (4,8 · 10 -10 e.-st.-Einheiten), und Z die Ordnungszahl ist dieses Elements im Periodensystem der chemischen Elemente (siehe .). Da ein nicht ionisiertes Atom neutral ist, ist die Anzahl der darin enthaltenen Elektronen ebenfalls gleich Z. Die Zusammensetzung des Kerns (siehe Atomkern) umfasst Nukleonen, Elementarteilchen mit einer Masse, die ungefähr 1840-mal größer ist als die Masse eines Atoms Elektron (entspricht 9,1 · 10 - 28 g), Protonen (siehe), positiv geladene und ladungslose Neutronen (siehe). Die Anzahl der Nukleonen im Kern wird als Massenzahl bezeichnet und mit dem Buchstaben A bezeichnet. Die Anzahl der Protonen im Kern, gleich Z, bestimmt die Anzahl der in das Atom eintretenden Elektronen, die Struktur der Elektronenhüllen und die Chemikalie Eigenschaften des Atoms. Die Anzahl der Neutronen im Kern ist A-Z. Als Isotope werden Sorten desselben Elements bezeichnet, deren Atome sich in der Massenzahl A voneinander unterscheiden, aber das gleiche Z haben. So gibt es in den Kernen von Atomen verschiedener Isotope eines Elements eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen mit der gleiche Protonenzahl. Bei der Bezeichnung von Isotopen wird die Massenzahl A oben auf das Elementsymbol geschrieben und die Ordnungszahl unten; Beispielsweise werden Sauerstoffisotope bezeichnet:

Die Abmessungen des Atoms werden durch die Abmessungen der Elektronenhüllen bestimmt und betragen für alle Z etwa 10 -8 cm Da die Masse aller Elektronen des Atoms mehrere tausendmal geringer ist als die Masse des Atomkerns, ist die Masse von das Atom ist proportional zur Massenzahl. Die relative Masse eines Atoms eines gegebenen Isotops wird in Bezug auf die Masse eines Atoms des Kohlenstoffisotops C 12 bestimmt, angenommen als 12 Einheiten, und wird als Isotopenmasse bezeichnet. Es stellt sich heraus, dass sie nahe an der Massenzahl des entsprechenden Isotops liegt. Das relative Gewicht eines Atoms eines chemischen Elements ist der Durchschnittswert (unter Berücksichtigung der relativen Häufigkeit der Isotope eines bestimmten Elements) des Isotopengewichts und wird als Atomgewicht (Masse) bezeichnet.

Ein Atom ist ein mikroskopisches System, und seine Struktur und Eigenschaften können nur mit Hilfe der Quantentheorie erklärt werden, die hauptsächlich in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts entstand und dazu bestimmt war, Phänomene auf atomarer Ebene zu beschreiben. Experimente haben gezeigt, dass Mikropartikel – Elektronen, Protonen, Atome usw. – neben korpuskulären auch Welleneigenschaften haben, die sich in Beugung und Interferenz äußern. In der Quantentheorie wird ein bestimmtes, durch eine Wellenfunktion (Ψ-Funktion) charakterisiertes Wellenfeld zur Beschreibung des Zustands von Mikroobjekten verwendet. Diese Funktion bestimmt die Wahrscheinlichkeiten möglicher Zustände des Mikroobjekts, d. h. sie charakterisiert die potenziellen Möglichkeiten für die Manifestation der einen oder anderen seiner Eigenschaften. Das Variationsgesetz der Funktion Ψ in Raum und Zeit (die Schrödinger-Gleichung), das es ermöglicht, diese Funktion zu finden, spielt in der Quantentheorie die gleiche Rolle wie die Newtonschen Bewegungsgesetze in der klassischen Mechanik. Die Lösung der Schrödinger-Gleichung führt in vielen Fällen zu diskreten möglichen Zuständen des Systems. So erhält man beispielsweise bei einem Atom eine Reihe von Wellenfunktionen für Elektronen, die unterschiedlichen (quantisierten) Energiewerten entsprechen. Das mit den Methoden der Quantentheorie berechnete System der Energieniveaus des Atoms hat in der Spektroskopie eine glänzende Bestätigung erhalten. Der Übergang eines Atoms aus dem Grundzustand, der dem niedrigsten Energieniveau E 0 entspricht, in einen der angeregten Zustände E i tritt auf, wenn ein bestimmter Teil der Energie E i – E 0 absorbiert wird. Ein angeregtes Atom geht in einen weniger angeregten oder Grundzustand über, normalerweise unter Emission eines Photons. In diesem Fall ist die Photonenenergie hv gleich der Differenz zwischen den Energien eines Atoms in zwei Zuständen: hv = E i - E k wobei h die Plancksche Konstante (6,62·10 -27 erg·sec) und v die Frequenz ist von Licht.

Neben den Atomspektren hat es die Quantentheorie ermöglicht, weitere Eigenschaften von Atomen zu erklären. Insbesondere wurden die Wertigkeit, die Natur der chemischen Bindung und die Struktur von Molekülen erklärt und die Theorie des Periodensystems der Elemente erstellt.

Bei der Untersuchung des Durchgangs eines α-Teilchens durch eine dünne Goldfolie (siehe Abschnitt 6.2) kam E. Rutherford zu dem Schluss, dass ein Atom aus einem schwer positiv geladenen Kern und ihn umgebenden Elektronen besteht.

Ader Atomzentrum genannt,in dem fast die gesamte Masse eines Atoms und seine positive Ladung konzentriert ist.

BEI Zusammensetzung des Atomkerns enthält Elementarteilchen : Protonen und Neutronen (Nukleonen aus dem lateinischen Wort Kern- Kern). Ein solches Proton-Neutron-Modell des Kerns wurde 1932 vom sowjetischen Physiker D.D. Iwanenko. Das Proton hat eine positive Ladung e + = 1,06 10 -19 C und eine Ruhemasse m p\u003d 1,673 10 -27 kg \u003d 1836 mich. Neutron ( n) ist ein neutrales Teilchen mit Ruhemasse m n= 1,675 10 -27 kg = 1839 mich(wobei die Masse des Elektrons mich, entspricht 0,91 · 10 -31 kg). Auf Abb. 9.1 zeigt die Struktur des Heliumatoms nach den Vorstellungen des späten XX - frühen XXI Jahrhunderts.

Kernladung gleich Ze, wo e ist die Ladung des Protons, Z- Gebührennummer gleicht Seriennummer chemisches Element in Mendelejews Periodensystem der Elemente, d.h. die Anzahl der Protonen im Kern. Die Anzahl der Neutronen in einem Kern wird bezeichnet N. Allgemein Z > N.

Kerne mit Z= 1 zu Z = 107 – 118.

Anzahl der Nukleonen im Kern EIN = Z + N genannt Massenzahl . Kerne mit dem gleichen Z, aber anders ABER genannt Isotope. Kernel, die gleichzeitig EIN unterschiedlich haben Z, werden genannt Isobaren.

Der Kern wird mit demselben Symbol wie das neutrale Atom bezeichnet, wobei X ist das Symbol für ein chemisches Element. Beispiel: Wasserstoff Z= 1 hat drei Isotope: – Protium ( Z = 1, N= 0), ist Deuterium ( Z = 1, N= 1), – Tritium ( Z = 1, N= 2), Zinn hat 10 Isotope und so weiter. Die überwiegende Mehrheit der Isotope desselben chemischen Elements haben dieselben chemischen und ähnlichen physikalischen Eigenschaften. Insgesamt sind etwa 300 stabile Isotope und mehr als 2000 natürliche und künstlich gewonnene bekannt. radioaktive Isotope.

Die Kerngröße wird durch den Kernradius charakterisiert, der durch die Verwischung der Kerngrenze eine bedingte Bedeutung hat. Sogar E. Rutherford zeigte bei der Analyse seiner Experimente, dass die Größe des Kerns ungefähr 10–15 m beträgt (die Größe eines Atoms beträgt 10–10 m). Für die Berechnung des Kernradius gibt es eine Faustformel:

,

(9.1.1)

wo R 0 = (1,3 - 1,7) 10 -15 m. Daraus ist ersichtlich, dass das Volumen des Kerns proportional zur Anzahl der Nukleonen ist.

Die Dichte der Kernsubstanz liegt in der Größenordnung von 10 17 kg/m 3 und ist für alle Kerne konstant. Es übersteigt bei weitem die Dichte der dichtesten gewöhnlichen Substanzen.

Protonen und Neutronen sind Fermionen, Weil Spin haben ħ /2.

Der Kern eines Atoms hat eigenen Drehimpuls – Kernspin :

,

(9.1.2)

wo ich – intern(Komplett)Spinquantenzahl.

Nummer ich akzeptiert ganzzahlige oder halbzahlige Werte 0, 1/2, 1, 3/2, 2 usw. Kerne mit eben ABER haben ganzzahliger Spin(in Einheiten ħ ) und befolgen Sie die Statistiken Bose–Einstein(Bosonen). Kerne mit seltsam ABER haben halbzahliger Spin(in Einheiten ħ ) und befolgen Sie die Statistiken Fermi–Dirac(diese. Kerne sind Fermionen).

Kernteilchen haben ihre eigenen magnetischen Momente, die das magnetische Moment des Kerns als Ganzes bestimmen. Die Einheit zur Messung der magnetischen Momente von Kernen ist Kernmagneton μ Gift:

.

(9.1.3)

Hier e ist der absolute Wert der Elektronenladung, m p ist die Masse des Protons.

Kernmagneton ein m p/mich= 1836,5-mal kleiner als das Bohr-Magneton, daher folgt das Die magnetischen Eigenschaften von Atomen werden durch die magnetischen Eigenschaften ihrer Elektronen bestimmt .

Es besteht eine Beziehung zwischen dem Spin des Kerns und seinem magnetischen Moment:

,

(9.1.4)

wo γ Gift - Kerngyromagnetisches Verhältnis.

Das Neutron hat ein negatives magnetisches Moment μ n≈ – 1,913μ Gift, weil die Richtung des Neutronenspins und sein magnetisches Moment entgegengesetzt sind. Das magnetische Moment des Protons ist positiv und gleich μ R≈ 2,793μ Gift. Seine Richtung stimmt mit der Richtung des Protonenspins überein.

Die Verteilung der elektrischen Ladung von Protonen über den Kern ist im Allgemeinen asymmetrisch. Das Maß der Abweichung dieser Verteilung von kugelsymmetrisch ist Quadrupol elektrisches Moment des Kerns Q. Wenn man davon ausgeht, dass die Ladungsdichte überall gleich ist, dann Q nur durch die Form des Kerns bestimmt. Also für ein Rotationsellipsoid

,

(9.1.5)

wo b ist die Halbachse des Ellipsoids entlang der Spinrichtung, a- Achse in senkrechter Richtung. Für einen Kern, der entlang der Richtung des Spins gestreckt ist, b > a und Q> 0. Für einen Kern, der in diese Richtung abgeflacht ist, b < a und Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = a und Q= 0. Dies gilt für Kerne mit Spin gleich 0 oder ħ /2.

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Die Kernladung () bestimmt die Position des chemischen Elements in der D.I.-Tabelle. Mendelejew. Die Z-Zahl ist die Anzahl der Protonen im Kern. Cl ist die Ladung des Protons, die betragsmäßig gleich der Ladung des Elektrons ist.

Wir betonen noch einmal, dass die Kernladung die Anzahl der von Protonen getragenen positiven Elementarladungen bestimmt. Und da das Atom im Allgemeinen ein neutrales System ist, bestimmt die Ladung des Kerns auch die Anzahl der Elektronen im Atom. Und wir erinnern uns, dass das Elektron eine negative Elementarladung hat. Elektronen in einem Atom sind abhängig von ihrer Anzahl auf Energieschalen und Unterschalen verteilt, daher hat die Ladung des Kerns einen signifikanten Einfluss auf die Verteilung der Elektronen über ihre Zustände. Die chemischen Eigenschaften eines Atoms hängen von der Anzahl der Elektronen auf dem letzten Energieniveau ab. Es stellt sich heraus, dass die Ladung des Kerns die chemischen Eigenschaften der Substanz bestimmt.

Es ist heute üblich, verschiedene chemische Elemente wie folgt zu bezeichnen: , wobei X das Symbol eines chemischen Elements im Periodensystem ist, das der Ladung entspricht.

Elemente, die das gleiche Z, aber unterschiedliche Atommassen (A) haben (was bedeutet, dass der Kern die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen hat), werden Isotope genannt. Wasserstoff hat also zwei Isotope: 1 1 H-Wasserstoff; 2 1 H-Deuterium; 3 1 H-Tritium

Es gibt stabile und instabile Isotope.

Kerne mit gleicher Masse, aber unterschiedlicher Ladung nennt man Isobaren. Isobaren kommen hauptsächlich zwischen schweren Kernen und in Paaren oder Triaden vor. Zum Beispiel und .

Die erste indirekte Messung der Kernladung erfolgte 1913 durch Moseley. Er stellte einen Zusammenhang zwischen der Frequenz der charakteristischen Röntgenstrahlung () und der Kernladung (Z) her:

wobei C und B elementunabhängige Konstanten für die betrachtete Strahlungsreihe sind.

Die Ladung des Kerns wurde 1920 von Chadwick direkt bestimmt, als er die Streuung von Kernen des Heliumatoms an Metallfilmen untersuchte.

Kernkomposition

Den Kern eines Wasserstoffatoms nennt man Proton. Die Masse eines Protons ist:

Der Kern besteht aus Protonen und Neutronen (zusammen Nukleonen genannt). Das Neutron wurde 1932 entdeckt. Die Masse des Neutrons kommt der Masse des Protons sehr nahe. Das Neutron hat keine elektrische Ladung.

Die Summe aus der Anzahl der Protonen (Z) und der Anzahl der Neutronen (N) im Atomkern heißt Massenzahl A:

Da die Massen von Neutron und Proton sehr nahe beieinander liegen, entspricht jede von ihnen fast einer atomaren Masseneinheit. Die Masse der Elektronen in einem Atom ist viel geringer als die Masse des Kerns, daher wird angenommen, dass die Massenzahl des Kerns ungefähr gleich der relativen Atommasse des Elements ist, wenn sie auf die nächste ganze Zahl gerundet wird.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung

Kerne sind sehr stabile Systeme, daher müssen Protonen und Neutronen durch irgendeine Kraft im Kern gehalten werden. Was können Sie über diese Kräfte sagen?

Lösung

Es ist sofort festzustellen, dass die Kräfte, die Nukleonen binden, nicht zu den zu schwachen Gravitationskräften gehören. Die Stabilität des Kerns lässt sich nicht durch das Vorhandensein elektromagnetischer Kräfte erklären, da zwischen Protonen als gleichnamigen Teilchen nur elektrische Abstoßung bestehen kann. Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen. Zwischen Nukleonen wirkt eine besondere Art von Kraft, die man Kernkräfte nennt. Diese Kräfte sind fast 100-mal stärker als elektrische Kräfte. Kernkräfte sind die mächtigsten aller bekannten Kräfte in der Natur. Die Wechselwirkung von Teilchen im Kern wird als stark bezeichnet. Das nächste Merkmal von Nuklearstreitkräften ist ihre kurze Reichweite. Kernkräfte machen sich erst in einer Entfernung in der Größenordnung von cm bemerkbar, also in einer Entfernung von der Größe des Kerns.

BEISPIEL 2

Übung

In welcher Mindestentfernung kann sich der Kern eines Heliumatoms mit einer kinetischen Energie, die der eines Frontalzusammenstoßes entspricht, dem bewegungslosen Kern eines Bleiatoms nähern?

Lösung

Machen wir eine Zeichnung. Betrachten Sie die Bewegung des Kerns eines Heliumatoms ( - Teilchen) in einem elektrostatischen Feld, das einen bewegungslosen Kern eines Bleiatoms erzeugt. - Das Teilchen bewegt sich mit bis auf Null abnehmender Geschwindigkeit auf den Kern des Bleiatoms zu, da zwischen gleichgeladenen Teilchen Abstoßungskräfte wirken. Die kinetische Energie, die das Teilchen besaß, verwandelt sich in die potentielle Wechselwirkungsenergie - das Teilchen und das Feld (), das den Kern des Bleiatoms erzeugt: Wir drücken die potentielle Energie eines Teilchens in einem elektrostatischen Feld aus als: wo ist die Ladung des Kerns eines Heliumatoms; - die Intensität des elektrostatischen Feldes, das den Kern des Bleiatoms erzeugt. Aus (2.1) - (2.3) erhalten wir: