Belkin I.K. Atomiytimen varaus ja Mendelejevin jaksollinen alkuainejärjestelmä // Kvant. - 1984. - Nro 3. - S. 31-32.

Erikoissopimuksella Kvant-lehden toimituskunnan ja toimittajien kanssa

Nykyaikaiset ajatukset atomin rakenteesta syntyivät vuosina 1911-1913 Rutherfordin kuuluisien alfahiukkasten sironnan kokeiden jälkeen. Näissä kokeissa se osoitettiin α -hiukkaset (niiden varaus on positiivinen), jotka putoavat ohuelle metallikalvolle, joskus taipuvat suuriin kulmiin ja jopa sinkoutuvat takaisin. Tämä voidaan selittää vain sillä, että atomin positiivinen varaus on keskittynyt mitättömään tilavuuteen. Jos kuvittelemme sen pallon muodossa, niin tämän pallon säteen tulisi Rutherfordin mukaan olla noin 10 -14 -10 -15 m, mikä on kymmeniä ja satoja tuhansia kertoja pienempi kuin atomin koko. kokonaisuutena (~10 -10 m) . Vain lähellä niin pientä positiivista varausta voi olla sähkökenttä, joka pystyy häviämään α - hiukkanen, joka liikkuu noin 20 000 km/s nopeudella. Rutherford kutsui tätä atomin osaa ytimeksi.

Näin syntyi ajatus, että minkä tahansa aineen atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista, joiden olemassaolo atomeissa todettiin aiemmin. On selvää, että koska atomi kokonaisuudessaan on sähköisesti neutraali, ytimen varauksen tulee olla numeerisesti yhtä suuri kuin kaikkien atomissa olevien elektronien varaus. Jos merkitsemme elektronin varausmoduulia kirjaimella e(alkuvaraus), sitten varaus q i-ytimien pitäisi olla yhtä suuret q minä = Ze, missä Z on kokonaisluku, joka on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä atomissa. Mutta mikä on numero Z? Mikä on maksu q i ydin?

Rutherfordin kokeista, jotka mahdollistivat ytimen koon määrittämisen, on periaatteessa mahdollista määrittää ytimen varauksen arvo. Loppujen lopuksi sähkökenttä, joka hylkää α -hiukkanen, ei riipu vain koosta, vaan myös ytimen varauksesta. Ja Rutherford todella arvioi ytimen varauksen. Rutherfordin mukaan kemiallisen alkuaineen atomin ydinvaraus on suunnilleen puolet sen suhteellisesta atomimassasta MUTTA, kerrottuna perusvarauksella e, tuo on

\(~Z = \frac(1)(2)A\).

Mutta kummallista kyllä, ytimen todellista varausta ei määrittänyt Rutherford, vaan yksi hänen artikkeleidensa ja raporttiensa lukijoista, hollantilainen tiedemies Van den Broek (1870-1926). Se on outoa, koska Van den Broek ei ollut koulutukseltaan ja ammatiltaan fyysikko, vaan lakimies.

Miksi Rutherford korreloi niitä atomimassojen kanssa arvioidessaan atomiytimien varauksia? Tosiasia on, että kun D. I. Mendeleev loi vuonna 1869 jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän, hän järjesti alkuaineet niiden suhteellisten atomimassojen kasvujärjestykseen. Ja viimeisen neljänkymmenen vuoden aikana kaikki ovat tottuneet siihen, että kemiallisen alkuaineen tärkein ominaisuus on sen suhteellinen atomimassa, että juuri tämä erottaa alkuaineen toisesta.

Sillä välin juuri tähän aikaan, 1900-luvun alussa, elementtijärjestelmän kanssa syntyi vaikeuksia. Radioaktiivisuusilmiön tutkimuksessa löydettiin useita uusia radioaktiivisia alkuaineita. Eikä heille näyttänyt olevan paikkaa Mendelejevin järjestelmässä. Näytti siltä, ​​että Mendelejevin järjestelmää oli muutettava. Tämä oli se, mistä Van den Broek oli erityisen huolissaan. Useiden vuosien aikana hän ehdotti useita vaihtoehtoja laajennetulle elementtijärjestelmälle, jossa tilaa ei riittäisi vain vielä löytämättömille vakaille elementeille (D. I. Mendeleev itse "hoitti" niiden paikat), vaan myös myös radioaktiivisille elementeille. Van den Broekin viimeisin versio julkaistiin alkuvuodesta 1913, siinä oli 120 paikkaa, ja uraani miehitti solun numero 118.

Samana vuonna 1913 julkaistiin viimeisimmän sirontatutkimuksen tulokset. α -hiukkaset suurissa kulmissa, toteuttivat Rutherfordin yhteistyökumppanit Geiger ja Marsden. Näitä tuloksia analysoimalla Van den Broek teki tärkeän löydön. Hän löysi sen numeron Z kaavassa q minä = Ze ei ole puolet kemiallisen alkuaineen atomin suhteellisesta massasta, vaan sen sarjanumero. Ja lisäksi elementin järjestysnumero Mendeleev-järjestelmässä, ei hänen, Van den Broekin, 120-paikallinen järjestelmä. Mendelejevin järjestelmää ei ilmeisesti tarvinnut muuttaa!

Van den Broekin ajatuksesta seuraa, että jokainen atomi koostuu atomin ytimestä, jonka varaus on yhtä suuri kuin Mendeleev-järjestelmän vastaavan elementin sarjanumero kerrottuna alkuainevarauksella ja elektronien määrällä. joista atomissa on myös yhtä suuri kuin alkuaineen sarjanumero. (Esimerkiksi kupariatomi koostuu ytimestä, jonka varaus on 29 e, ja 29 elektronia.) Kävi selväksi, että D. I. Mendelejev järjesti kemialliset alkuaineet intuitiivisesti nousevaan järjestykseen, ei alkuaineen atomimassan, vaan sen ytimen varauksen mukaan (vaikka hän ei tiennyt tästä). Näin ollen yksi kemiallinen alkuaine eroaa toisesta ei atomimassansa, vaan atomiytimen varauksen perusteella. Atomin ytimen varaus on kemiallisen alkuaineen pääominaisuus. On olemassa täysin eri alkuaineiden atomeja, mutta joilla on samat atomimassat (heillä on erityinen nimi - isobaarit).

Se, että atomimassat eivät määrää elementin paikkaa järjestelmässä, näkyy myös jaksollisesta taulukosta: kolmessa paikassa atomimassan lisäämisen sääntöä rikotaan. Eli nikkelin (nro 28) suhteellinen atomimassa on pienempi kuin koboltin (nro 27), kaliumin (nro 19) suhteellinen atomimassa kuin argonin (nro 18) ja jodin (nro 18) suhteellinen atomimassa. 53) se on pienempi kuin telluurilla (nro 52).

Oletus atomiytimen varauksen ja alkuaineen atomiluvun välisestä suhteesta selitti helposti radioaktiivisten muutosten aikana tapahtuvan siirtymisen säännöt, jotka löydettiin samassa vuonna 1913 ("Fysiikka 10", § 103). Todellakin, kun ydin lähettää α -hiukkasen, jonka varaus on yhtä suuri kuin kaksi alkuainevarausta, ytimen varaus ja siten sen sarjanumero (nykyään yleensä sanotaan - atominumero) pitäisi pienentyä kahdella yksiköllä. Lähetettäessä β -hiukkanen, eli negatiivisesti varautunut elektroni, sen täytyy kasvaa yhdellä yksiköllä. Tästä on kyse siirtymäsäännöistä.

Van den Broekin idea sai hyvin pian (kirjaimellisesti samana vuonna) ensimmäisen, vaikkakin epäsuoran, kokeellisen vahvistuksen. Hieman myöhemmin sen oikeellisuus todistettiin suorilla mittauksilla monien alkuaineiden ytimien varauksesta. On selvää, että sillä oli tärkeä rooli atomin ja atomiytimen fysiikan jatkokehityksessä.

Ydinvaraus () määrittää kemiallisen alkuaineen sijainnin D.I.-taulukossa. Mendelejev. Z-luku on protonien lukumäärä ytimessä. Cl on protonin varaus, joka on suuruudeltaan yhtä suuri kuin elektronin varaus.

Korostamme vielä kerran, että ydinvaraus määrää protonien kuljettamien positiivisten alkuainevarausten lukumäärän. Ja koska atomi on yleensä neutraali järjestelmä, ytimen varaus määrittää myös elektronien lukumäärän atomissa. Ja muistamme, että elektronilla on negatiivinen alkuvaraus. Atomissa olevat elektronit jakautuvat energiakuorille ja osakuorille niiden lukumäärästä riippuen, joten ytimen varauksella on merkittävä vaikutus elektronien jakautumiseen niiden tiloihin. Atomin kemialliset ominaisuudet riippuvat elektronien lukumäärästä viimeisellä energiatasolla. Osoittautuu, että ytimen varaus määrää aineen kemialliset ominaisuudet.

Nykyään on tapana merkitä erilaisia ​​kemiallisia alkuaineita seuraavasti: , jossa X on varausta vastaavan kemiallisen alkuaineen symboli jaksollisessa taulukossa.

Alkuaineita, joilla on sama Z, mutta eri atomimassat (A) (mikä tarkoittaa, että ytimessä on sama määrä protoneja mutta eri määrä neutroneja) kutsutaan isotoopeiksi. Joten vedyllä on kaksi isotooppia: 1 1 H-vety; 21H-deuterium; 3 1 H-tritium

On olemassa stabiileja ja epästabiileja isotooppeja.

Ydintä, jolla on sama massa, mutta eri varaukset, kutsutaan isobaariksi. Isobaareja esiintyy pääasiassa raskaiden ytimien joukossa ja pareittain tai kolmikkoina. Esimerkiksi ja.

Ensimmäisen epäsuoran ydinvarauksen mittauksen teki Moseley vuonna 1913. Hän totesi suhteen ominaisen röntgensäteilyn taajuuden () ja ydinvarauksen (Z) välille:

jossa C ja B ovat vakioita, jotka ovat riippumattomia tarkasteltavana olevan säteilysarjan elementistä.

Chadwick määritti ytimen varauksen suoraan vuonna 1920 tutkiessaan heliumatomin ytimien sirontaa metallikalvoille.

Ydinkoostumus

Vetyatomin ydintä kutsutaan protoniksi. Protonin massa on:

Ydin koostuu protoneista ja neutroneista (jota kutsutaan yhteisesti nukleoneiksi). Neutroni löydettiin vuonna 1932. Neutronin massa on hyvin lähellä protonin massaa. Neutronilla ei ole sähkövarausta.

Protonien määrän (Z) ja neutronien lukumäärän (N) summaa ytimessä kutsutaan massaluvuksi A:

Koska neutronin ja protonin massat ovat hyvin lähellä toisiaan, kukin niistä on yhtä suuri kuin atomimassayksikkö. Atomissa olevien elektronien massa on paljon pienempi kuin ytimen massa, joten uskotaan, että ytimen massaluku on suunnilleen yhtä suuri kuin elementin suhteellinen atomimassa, jos se pyöristetään lähimpään kokonaislukuun.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele

Ytimet ovat erittäin pysyviä järjestelmiä, joten protonit ja neutronit on pidettävä ytimen sisällä jonkinlaisen voiman avulla. Mitä voit sanoa näistä voimista?

Ratkaisu

Voidaan heti todeta, että nukleoneja sitovat voimat eivät kuulu gravitaatiovoimiin, jotka ovat liian heikkoja. Ytimen stabiilisuutta ei voida selittää sähkömagneettisten voimien läsnäololla, koska protonien, samanmerkkisten varausten kantavien hiukkasten välillä voi olla vain sähköinen hylkiminen. Neutronit ovat sähköisesti neutraaleja hiukkasia. Nukleonien välillä toimii erityinen voima, jota kutsutaan ydinvoimaksi. Nämä voimat ovat lähes 100 kertaa voimakkaampia kuin sähkövoimat. Ydinvoimat ovat voimakkaimpia kaikista tunnetuista luonnonvoimista. Hiukkasten vuorovaikutusta ytimessä kutsutaan vahvaksi. Ydinvoimien seuraava ominaisuus on, että ne ovat lyhyen kantaman. Ydinvoimat tulevat havaittavissa vain cm luokkaa olevalla etäisyydellä, eli ytimen koon etäisyydellä.

ESIMERKKI 2

Harjoittele

Millä minimietäisyydellä heliumatomin ydin, jonka kineettinen energia on yhtä suuri kuin otsatörmäyksessä, voi lähestyä lyijyatomin liikkumatonta ydintä?

Ratkaisu

Tehdään piirustus. Tarkastellaan heliumatomin ytimen ( - hiukkaset) liikettä sähköstaattisessa kentässä, mikä luo lyijyatomin liikkumattoman ytimen. - hiukkanen liikkuu kohti lyijyatomin ydintä nopeudella, joka laskee nollaan, koska hylkivät voimat vaikuttavat samalla tavalla varautuneiden hiukkasten välillä. Hiukkasen hallussa oleva kineettinen energia muuttuu vuorovaikutuksen potentiaaliseksi energiaksi - hiukkaset ja kentät (), joka luo lyijyatomin ytimen: Ilmaisemme hiukkasen potentiaalienergian sähköstaattisessa kentässä seuraavasti: missä on heliumatomin ytimen varaus; - sähköstaattisen kentän intensiteetti, joka luo lyijyatomin ytimen. Kohdasta (2.1) - (2.3) saamme:

Atomi on kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen, joka säilyttää kaikki kemialliset ominaisuutensa. Atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista. Minkä tahansa kemiallisen alkuaineen ytimen varaus on yhtä suuri kuin Z:n tulo e:llä, missä Z on tämän alkuaineen sarjanumero kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä, e on alkusähkövarauksen arvo.

Elektroni- tämä on aineen pienin hiukkanen, jolla on negatiivinen sähkövaraus e=1,6·10 -19 coulombia perussähkövarauksena. Ytimen ympäri pyörivät elektronit sijaitsevat elektronikuorilla K, L, M jne. K on ydintä lähinnä oleva kuori. Atomin koon määrää sen elektronikuoren koko. Atomi voi menettää elektroneja ja tulla positiiviseksi ioniksi tai saada elektroneja ja tulla negatiiviseksi ioniksi. Ionin varaus määrittää kadonneiden tai saatujen elektronien määrän. Prosessia, jossa neutraali atomi muutetaan varautuneeksi ioniksi, kutsutaan ionisaatioksi.

atomiydin(atomin keskiosa) koostuu alkuaineydinhiukkasista - protoneista ja neutroneista. Ytimen säde on noin satatuhatta kertaa pienempi kuin atomin säde. Atomiytimen tiheys on erittäin korkea. Protonit- Nämä ovat pysyviä alkuainehiukkasia, joilla on yksikköpositiivinen sähkövaraus ja massa 1836 kertaa suurempi kuin elektronin massa. Protoni on kevyimmän alkuaineen, vedyn, ydin. Protonien lukumäärä ytimessä on Z. Neutron on neutraali (ei sähkövarausta) alkuainehiukkanen, jonka massa on hyvin lähellä protonin massaa. Koska ytimen massa on protonien ja neutronien massojen summa, atomin ytimessä olevien neutronien lukumäärä on A - Z, missä A on tietyn isotoopin massaluku (katso). Protoneja ja neutroneja, jotka muodostavat ytimen, kutsutaan nukleoneiksi. Ytimessä nukleoneja sitovat erityiset ydinvoimat.

Atomiytimessä on valtava energiavarasto, joka vapautuu ydinreaktioiden aikana. Ydinreaktiot tapahtuvat, kun atomiytimet ovat vuorovaikutuksessa alkuainehiukkasten tai muiden alkuaineiden ytimien kanssa. Ydinreaktioiden seurauksena muodostuu uusia ytimiä. Esimerkiksi neutroni voi muuttua protoniksi. Tässä tapauksessa ytimestä irtoaa beetahiukkanen eli elektroni.

Protonin ytimessä tapahtuva siirtyminen neutroniksi voidaan suorittaa kahdella tavalla: joko hiukkanen, jonka massa on yhtä suuri kuin elektronin massa, mutta jolla on positiivinen varaus, jota kutsutaan positroniksi (positronin hajoaminen) ydin tai ydin vangitsee yhden lähimmästä K-kuoresta olevista elektroneista (K-kaappaus).

Joskus muodostuneessa ytimessä on ylimääräistä energiaa (se on virittyneessä tilassa) ja siirtyessään normaalitilaan vapauttaa ylimääräistä energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa, jolla on erittäin lyhyt aallonpituus. Ydinreaktioiden aikana vapautuvaa energiaa käytetään käytännössä eri teollisuudenaloilla.

Atomi (kreikaksi atomos - jakamaton) on kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen, jolla on sen kemialliset ominaisuudet. Jokainen alkuaine koostuu tietyntyyppisistä atomeista. Atomin rakenne sisältää positiivisen sähkövarauksen sisältävän ytimen ja negatiivisesti varautuneita elektroneja (katso), jotka muodostavat sen elektronikuoret. Ytimen sähkövarauksen arvo on yhtä suuri kuin Z-e, missä e on alkeissähkövaraus, joka on suuruudeltaan yhtä suuri kuin elektronin varaus (4,8 10 -10 e.-st. yksikköä) ja Z on atomiluku tämän alkuaineen jaksollisessa kemiallisten alkuaineiden järjestelmässä (katso .). Koska ionisoimaton atomi on neutraali, siihen sisältyvien elektronien lukumäärä on myös Z. Ytimen (katso Atomiydin) koostumus sisältää nukleoneja, alkuainehiukkasia, joiden massa on noin 1840 kertaa suurempi kuin atomiytimen massa. elektroni (vastaa 9,1 10 - 28 g), protonit (katso), positiivisesti varautuneita ja varautumattomia neutroneja (katso). Ytimen nukleonien lukumäärää kutsutaan massaluvuksi ja sitä merkitään kirjaimella A. Protonien lukumäärä ytimessä, joka on yhtä suuri kuin Z, määrittää atomiin tulevien elektronien määrän, elektronikuorten rakenteen ja kemikaalin atomin ominaisuudet. Neutronien lukumäärä ytimessä on A-Z. Isotooppeja kutsutaan saman alkuaineen lajikkeiksi, joiden atomit eroavat toisistaan ​​massaluvultaan A, mutta niillä on sama Z. Siten yhden alkuaineen eri isotooppien atomien ytimissä on eri määrä neutroneja, joilla on sama määrä protoneja. Isotooppeja määritettäessä alkuainesymbolin yläosaan kirjoitetaan massaluku A ja alaosaan atominumero; Esimerkiksi hapen isotoopit on merkitty:

Atomin mitat määräytyvät elektronikuorten mittojen mukaan ja kaikilla Z on noin 10 -8 cm. Koska atomin kaikkien elektronien massa on useita tuhansia kertoja pienempi kuin ytimen massa, atomi on verrannollinen massanumeroon. Tietyn isotoopin atomin suhteellinen massa määritetään suhteessa hiili-isotoopin C 12 atomin massaan 12 yksikkönä, ja sitä kutsutaan isotooppimassaksi. Se on lähellä vastaavan isotoopin massalukua. Kemiallisen alkuaineen atomin suhteellinen paino on isotoopin painon keskiarvo (ottaen huomioon tietyn alkuaineen isotooppien suhteellinen runsaus) ja sitä kutsutaan atomipainoksi (massaksi).

Atomi on mikroskooppinen järjestelmä, jonka rakennetta ja ominaisuuksia voidaan selittää vain pääasiassa 1900-luvun 20-luvulla luodun kvanttiteorian avulla, joka on tarkoitettu kuvaamaan ilmiöitä atomimittakaavassa. Kokeet ovat osoittaneet, että mikrohiukkasilla - elektroneilla, protoneilla, atomeilla jne. - on korpuskulaaristen hiukkasten lisäksi aalto-ominaisuuksia, jotka ilmenevät diffraktiossa ja interferenssissä. Kvanttiteoriassa mikroobjektien tilan kuvaamiseen käytetään tiettyä aaltokenttää, jolle on tunnusomaista aaltofunktio (Ψ-funktio). Tämä funktio määrittää mikroobjektin mahdollisten tilojen todennäköisyydet, eli se luonnehtii mahdollisia mahdollisuuksia sen yhden tai toisen ominaisuuden ilmentymiselle. Funktion Ψ variaatiolaki tilassa ja ajassa (Schrödingerin yhtälö), joka mahdollistaa tämän funktion löytämisen, on kvanttiteoriassa samassa roolissa kuin Newtonin liikelait klassisessa mekaniikassa. Schrödingerin yhtälön ratkaisu johtaa monissa tapauksissa järjestelmän diskreeteihin mahdollisiin tiloihin. Joten esimerkiksi atomin tapauksessa saadaan sarja aaltofunktioita elektroneille, jotka vastaavat erilaisia ​​(kvantisoituja) energia-arvoja. Kvanttiteorian menetelmillä laskettu atomin energiatasojärjestelmä on saanut loistavan vahvistuksen spektroskopiassa. Atomin siirtyminen alinta energiatasoa E 0 vastaavasta perustilasta mihin tahansa virittyneeseen tilaan E i tapahtuu, kun tietty osa energiasta E i - E 0 absorboituu. Virittynyt atomi menee vähemmän virittyneeseen tai perustilaan, yleensä fotonin emission kanssa. Tässä tapauksessa fotonienergia hv on yhtä suuri kuin atomin energioiden välinen ero kahdessa tilassa: hv= E i - E k missä h on Planckin vakio (6,62·10 -27 erg·s), v on taajuus. valosta.

Atomispektrien lisäksi kvanttiteoria on mahdollistanut muiden atomien ominaisuuksien selittämisen. Erityisesti selitettiin valenssia, kemiallisen sidoksen luonnetta ja molekyylien rakennetta sekä luotiin teoria alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä.

Minkä tahansa tieteen ytimessä on jotain pientä ja tärkeää. Biologiassa se on solu, lingvistiikassa se on kirjain ja ääni, tekniikassa se on hammasratas, rakentamisessa se on hiekanjyvä, ja kemialle ja fysiikalle tärkeintä on atomi, sen rakenne.

Tämä artikkeli on tarkoitettu yli 18-vuotiaille henkilöille.

Oletko jo yli 18?

Atomi on se pienin hiukkanen kaikesta meitä ympäröivästä, joka kuljettaa kaiken tarpeellisen tiedon, hiukkanen, joka määrittää ominaisuudet ja varaukset. Tiedemiehet luulivat pitkään, että se oli jakamaton, yksi, mutta pitkiä tunteja, päiviä, kuukausia ja vuosia suoritettiin tutkimuksia, tutkimuksia ja kokeita, jotka osoittivat, että atomilla on myös oma rakenne. Toisin sanoen tämä mikroskooppinen pallo koostuu vielä pienemmistä komponenteista, jotka vaikuttavat sen ytimen kokoon, ominaisuuksiin ja varaukseen. Näiden hiukkasten rakenne on seuraava:

• elektronit;
• atomin ydin.

Jälkimmäiset voidaan myös jakaa hyvin alkeellisiin osiin, joita tieteessä kutsutaan protoneiksi ja neuroneiksi, joita on jokaisessa tapauksessa selvä määrä.

Ytimessä olevien protonien määrä osoittaa kuoren rakenteen, joka koostuu elektroneista. Tämä kuori puolestaan ​​sisältää kaikki tietyn materiaalin, aineen tai esineen tarvittavat ominaisuudet. Protonien summan laskeminen on hyvin yksinkertaista - riittää, kun tiedät tunnetun jaksollisen taulukon aineen (atomin) pienimmän osan sarjanumeron. Tätä arvoa kutsutaan myös atominumeroksi ja se on merkitty latinalaisella kirjaimella "Z". On tärkeää muistaa, että protoneilla on positiivinen varaus ja kirjallisesti tämä arvo määritellään +1:ksi.

Neuronit ovat atomin ytimen toinen komponentti. Tämä on alkeisalatominen hiukkanen, joka ei kanna mitään varausta, toisin kuin elektronit tai protonit. J. Chadwick löysi neuronit vuonna 1932, josta hän sai Nobel-palkinnon 3 vuotta myöhemmin. Oppikirjoissa ja tieteellisissä kirjoissa niitä kutsutaan latinalaiseksi kirjaimeksi "n".

Atomin kolmas komponentti on elektroni, joka on yksitoikkoisessa liikkeessä ytimen ympärillä luoden näin pilven. Juuri tämä hiukkanen on kevyin kaikista modernin tieteen tuntemista, mikä tarkoittaa, että sen varaus on myös pienin.Elektroni on merkitty kirjaimella -1.

Se on positiivisten ja negatiivisten hiukkasten yhdistelmä rakenteessa, joka tekee atomista varautumattoman tai neutraalisti varautuneen hiukkasen. Ydin koko atomin kokonaiskokoon verrattuna on hyvin pieni, mutta siihen keskittyy kaikki paino, mikä osoittaa sen suuren tiheyden.

Kuinka määrittää atomin ytimen varaus?

Atomin ytimen varauksen määrittämiseksi sinun on oltava hyvin perehtynyt itse atomin ja sen ytimen rakenteeseen, rakenteeseen, ymmärrettävä fysiikan ja kemian peruslait sekä oltava aseistettu Mendelejevin jaksollisella taulukolla. määrittää kemiallisen alkuaineen atominumeron.

1. Tieto siitä, että minkä tahansa aineen mikroskooppisen hiukkasen rakenteessa on ydin ja elektronit, jotka muodostavat sen ympärille pilven muodossa olevan kuoren. Ydin puolestaan ​​sisältää kahden tyyppisiä jakamattomia alkuainehiukkasia: protoneja ja neuroneja, joilla jokaisella on omat ominaisuutensa ja ominaisuutensa. Neuronien arsenaalissa ei ole elektronista varausta. Tämä tarkoittaa, että niiden varaus ei ole yhtä suuri tai suurempi tai pienempi kuin nolla. Protoneilla, toisin kuin niiden vastineilla, on positiivinen varaus. Toisin sanoen niiden sähkövaraus voidaan merkitä +1.
2. Elektroneissa, jotka ovat olennainen osa jokaista atomia, on myös tietynlainen sähkövaraus. Ne ovat negatiivisesti varautuneita alkuainehiukkasia, ja kirjallisesti ne määritellään -1.
3. Atomin varauksen laskemiseksi tarvitset tietoa sen rakenteesta (muistimme juuri tarvittavat tiedot), koostumuksen alkuainehiukkasten lukumäärästä. Ja saadaksesi selville atomin varauksen summan, sinun on matemaattisesti lisättävä joidenkin hiukkasten (protonien) lukumäärä muihin (elektroneihin). Yleensä atomin ominaisuus sanoo, että se on elektronineutraali. Toisin sanoen elektronien arvo on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä. Tuloksena on, että tällaisen atomin varauksen arvo on nolla.
4. Tärkeä vivahde: ​​on tilanteita, joissa positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden alkuainehiukkasten määrä ytimessä ei välttämättä ole yhtä suuri. Tämä viittaa siihen, että atomista tulee ioni, jolla on positiivinen tai negatiivinen varaus.

Atomin ytimen nimitys tieteen alalla näyttää Ze. Tämän purkaminen on melko yksinkertaista: Z on numero, joka on annettu elementille tunnetussa jaksollisessa taulukossa, sitä kutsutaan myös järjestys- tai laskutusnumeroksi. Ja se osoittaa protonien lukumäärän atomin ytimessä, ja e on vain protonin varaus.

Nykyaikaisessa tieteessä on ytimiä, joilla on erilaiset varausarvot: 1 - 118.

Toinen tärkeä käsite, joka nuorten kemistien on tiedettävä, on massaluku. Tämä käsite osoittaa nukleonien varauksen kokonaismäärän (nämä ovat kemiallisen alkuaineen atomin ytimen pienimmät komponentit). Ja voit löytää tämän numeron, jos käytät kaavaa: A = Z + N jossa A on haluttu massaluku, Z on protonien lukumäärä ja N on neutronien lukumäärä ytimessä.

Mikä on bromiatomin ydinvaraus?

Käytännön osoittamiseksi välttämättömän alkuaineen (tapauksessamme bromin) atomin varauksen löytämiseksi kannattaa viitata kemiallisten alkuaineiden jaksolliseen taulukkoon ja löytää bromi sieltä. Sen atomiluku on 35. Tämä tarkoittaa, että sen ytimen varaus on myös 35, koska se riippuu ytimessä olevien protonien määrästä. Ja protonien lukumäärän osoittaa numero, jonka alla kemiallinen alkuaine seisoo Mendelejevin suuressa työssä.

Tässä on vielä muutama esimerkki, jotta nuorten kemistien on helpompi laskea tarvittavat tiedot tulevaisuudessa:

• natriumatomin (na) ytimen varaus on 11, koska juuri tämän luvun alla se löytyy kemiallisten alkuaineiden taulukosta.
• fosforiytimen (jonka symbolinen nimitys on P) varauksen arvo on 15, koska sen ytimessä on niin monta protonia;
• rikki (graafisella merkinnällä S) on naapuri edellisen elementin taulukossa, joten sen ydinvaraus on 16;
• rauta (ja löydämme sen nimityksestä Fe) on numerossa 26, mikä osoittaa saman määrän protoneja sen ytimessä ja siten atomin varausta;
• hiili (alias C) on jaksollisen taulukon kuudennen numeron alla, mikä osoittaa tarvitsemamme tiedon;
• magnesiumilla on atominumero 12, ja kansainvälisessä symboliikassa se tunnetaan nimellä Mg;
• kloori jaksollisessa taulukossa, jossa se kirjoitetaan Cl:ksi, on numero 17, joten sen atominumero (eli tarvitsemme sitä) on sama - 17;
• kalsiumia (Ca), joka on niin hyödyllinen nuorille organismeille, löytyy numerosta 20;
• typpiatomin ytimen varaus (kirjallisella merkinnällä N) on 7, tässä järjestyksessä se esitetään jaksollisessa taulukossa;
• barium on numero 56, joka on yhtä suuri kuin sen atomimassa;
• kemiallisen alkuaineen seleenin (Se) ytimessä on 34 protonia, ja tämä osoittaa, että tämä on sen atomin ytimen varaus;
• hopean (tai kirjoitetun Ag) sarjanumero ja atomimassa on 47;
• jos sinun on selvitettävä litiumatomin (Li) ytimen varaus, sinun on käännyttävä Mendelejevin suuren työn alkuun, jossa hän on numerossa 3;
• Aurumin tai suosikkikullamme (Au) atomimassa on 79;
• argonille tämä arvo on 18;
• rubidiumin atomimassa on 37, kun taas strontiumin atomimassa on 38.

Mendelejevin jaksollisen taulukon kaikkia komponentteja on mahdollista luetella hyvin pitkään, koska niitä (näitä komponentteja) on paljon. Tärkeintä on, että tämän ilmiön olemus on selvä, ja jos sinun on laskettava kaliumin, hapen, piin, sinkin, alumiinin, vedyn, berylliumin, boorin, fluorin, kuparin, fluorin, arseenin, elohopean, neonin atomiluku , mangaani, titaani, sinun tarvitsee vain katsoa kemiallisten alkuaineiden taulukkoa ja selvittää tietyn aineen sarjanumero.

YDIN LATAUS

Moseleyn laki. Ytimen sähkövaraus muodostuu protoneista, jotka muodostavat sen koostumuksen. Protonien lukumäärä Z kutsutaan sen varaukseksi, mikä tarkoittaa, että ytimen varauksen itseisarvo on yhtä suuri Ze. Ytimen varaus on sama kuin sarjanumero Z elementti Mendelejevin jaksollisessa elementtijärjestelmässä. Ensimmäistä kertaa atomiytimien varaukset määritti englantilainen fyysikko Moseley vuonna 1913. Mittaamalla aallonpituus kiteellä λ Tiettyjen alkuaineiden atomeille ominaista röntgensäteilyä Moseley havaitsi säännöllisen aallonpituuden muutoksen λ jaksollisen järjestelmän peräkkäin seuraaville elementeille (kuva 2.1). Moseley tulkitsi tämän havainnon riippuvuudeksi λ jostain atomivakiosta Z, muuttuu yhdellä elementistä toiseen ja yhtä suuri kuin yksi vedylle:

missä ja ovat vakioita. Kokeista röntgenkvanttien sironnasta atomielektroneilla ja α -hiukkasten atomiytimien mukaan, tiedettiin jo, että ytimen varaus on suunnilleen puolet atomimassasta ja on siten lähellä alkuaineen järjestyslukua. Koska ominaisen röntgensäteilyn emissio on seurausta atomissa tapahtuvista sähköisistä prosesseista, Moseley päätteli, että hänen kokeissaan löydetty atomivakio, joka määrittää ominaisen röntgensäteilyn aallonpituuden ja on sama kuin elementin sarjanumero. , voi olla vain atomin ytimen varaus (Moseleyn laki).

Riisi. 2.1. Moseleyn saamien viereisten alkuaineiden atomien röntgenspektrit

Röntgenaallonpituuksien mittaus suoritetaan erittäin tarkasti, joten Moseleyn lain perusteella atomin kuuluvuus kemialliseen alkuaineeseen todetaan ehdottoman luotettavasti. Kuitenkin se, että jatkuva Z viimeisessä yhtälössä on ytimen varaus, vaikka se on todistettu epäsuorilla kokeilla, se perustuu lopulta oletukseen - Moseleyn lakiin. Siksi Moseleyn löydön jälkeen ytimien varaukset mitattiin toistuvasti sirontakokeissa. α -hiukkaset perustuvat Coulombin lakiin. Vuonna 1920 Chadwig paransi menetelmää hajaantuneiden osuuden mittaamiseksi α -hiukkasia ja sai kuparin, hopean ja platinan atomien ytimien varaukset (katso taulukko 2.1). Chadwigin tiedot eivät jätä epäilystäkään Moseleyn lain pätevyydestä. Ilmoitettujen alkuaineiden lisäksi kokeissa määritettiin myös magnesiumin, alumiinin, argonin ja kullan ytimien varaukset.

Taulukko 2.1. Chadwickin kokeiden tulokset

Määritelmät. Moseleyn löydön jälkeen kävi selväksi, että atomin tärkein ominaisuus on ytimen varaus, ei sen atomimassa, kuten 1800-luvun kemistit olettivat, koska ytimen varaus määrää atomielektronien lukumäärän ja näin ollen atomien kemialliset ominaisuudet. Syy kemiallisten alkuaineiden atomien väliseen eroon on juuri se, että niiden ytimien koostumuksessa on eri määrä protoneja. Päinvastoin, eri määrä neutroneja atomien ytimissä, joissa on sama määrä protoneja, ei muuta atomien kemiallisia ominaisuuksia millään tavalla. Atomiksi kutsutaan atomeja, jotka eroavat vain ytimien neutronien lukumäärästä isotoopit kemiallinen alkuaine.