§1 आवेश और द्रव्यमान, परमाणु नाभिक

नाभिक की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता इसका आवेश और द्रव्यमान है। एम.

जेड- नाभिक का आवेश नाभिक में केंद्रित धनात्मक प्राथमिक आवेशों की संख्या से निर्धारित होता है। एक सकारात्मक प्राथमिक चार्ज का वाहक आर= 1.6021 10 -19 सी नाभिक में एक प्रोटॉन है। परमाणु समग्र रूप से तटस्थ होता है और नाभिक का आवेश एक साथ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करता है। एक परमाणु में ऊर्जा कोशों और उपकोशों पर इलेक्ट्रॉनों का वितरण अनिवार्य रूप से परमाणु में उनकी कुल संख्या पर निर्भर करता है। इसलिए, नाभिक का आवेश मुख्य रूप से परमाणु में उनके राज्यों पर इलेक्ट्रॉनों के वितरण और मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में तत्व की स्थिति को निर्धारित करता है। परमाणु आवेश हैक्यूमैं = जेड· इ, कहाँ पे जेड- नाभिक की आवेश संख्या, मेंडेलीव प्रणाली में तत्व की क्रम संख्या के बराबर।

परमाणु नाभिक का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से परमाणु के द्रव्यमान के साथ मेल खाता है, क्योंकि हाइड्रोजन को छोड़कर सभी परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान लगभग 2.5 10 -4 परमाणुओं का द्रव्यमान है। परमाणुओं का द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (am.u.) में व्यक्त किया जाता है। पूर्वाह्न के लिए स्वीकृत कार्बन परमाणु का 1/12 द्रव्यमान.

1 अमु \u003d 1.6605655 (86) 10 -27 किग्रा।

एममैं = एम ए - ज़ू मुझे।

समस्थानिक किसी दिए गए रासायनिक तत्व के परमाणुओं की किस्में हैं जिनका आवेश समान होता है, लेकिन द्रव्यमान में भिन्न होता है।

परमाणु द्रव्यमान के निकटतम पूर्णांक, a.u में व्यक्त किया गया।एम . मास नंबर कहा जाता हैमी और पत्र द्वारा निरूपित लेकिन. एक रासायनिक तत्व का पदनाम: लेकिन- द्रव्यमान संख्या, X - एक रासायनिक तत्व का प्रतीक,जेड-चार्जिंग नंबर - आवर्त सारणी में सीरियल नंबर ():

बेरिलियम; आइसोटोप: , ", .

कोर त्रिज्या:

जहां ए द्रव्यमान संख्या है।

§2 कोर की संरचना

हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रकबुलाया प्रोटोन

एमप्रोटोन= 1.00783 एमू , .

हाइड्रोजन परमाणु आरेख

1932 में, न्यूट्रॉन नामक एक कण की खोज की गई, जिसका द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब है (एमन्यूट्रॉन= 1.00867 a.m.u.) और इसमें कोई विद्युत आवेश नहीं है। फिर डी.डी. इवानेंको ने नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन संरचना के बारे में एक परिकल्पना तैयार की: नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं और उनका योग द्रव्यमान संख्या के बराबर होता है लेकिन. 3 क्रमिक संख्याजेडनाभिक में प्रोटॉन की संख्या, न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करता हैएन \u003d ए - जेड।

प्राथमिक कण - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन प्रवेश कर रहे हैंकोर में, सामूहिक रूप से न्यूक्लिऑन के रूप में जाना जाता है। नाभिक के नाभिक अवस्थाओं में होते हैं, अपने मुक्त राज्यों से काफी अलग। न्यूक्लियंस के बीच एक विशेष होता हैमैं दे र नई बातचीत। वे कहते हैं कि एक न्यूक्लियॉन दो "चार्ज स्टेट्स" में हो सकता है - एक प्रोटॉन स्टेट जिसमें चार्ज होता है+ इ, और 0 के चार्ज के साथ न्यूट्रॉन।

3 नाभिक की बंधन ऊर्जा। सामूहिक दोष। परमाणु बल

परमाणु कण - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन - नाभिक के अंदर मजबूती से बंधे होते हैं, इसलिए उनके बीच बहुत बड़ी आकर्षक शक्तियाँ कार्य करती हैं, जो समान-आवेशित प्रोटॉन के बीच विशाल प्रतिकारक बलों को झेलने में सक्षम होती हैं। नाभिकों के बीच कम दूरी पर उत्पन्न होने वाले इन विशेष बलों को नाभिकीय बल कहते हैं। नाभिकीय बल स्थिरवैद्युत (कूलम्ब) नहीं हैं।

नाभिक के अध्ययन से पता चला है कि नाभिक के बीच अभिनय करने वाले परमाणु बलों में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

ए) ये कम दूरी की ताकतें हैं - 10-15 मीटर के क्रम की दूरी पर प्रकट होती हैं और दूरी में मामूली वृद्धि के साथ भी तेजी से घटती हैं;

बी) परमाणु बल इस बात पर निर्भर नहीं करते हैं कि कण (न्यूक्लियॉन) में परमाणु बलों की आवेश-आवेश स्वतंत्रता है या नहीं। एक न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन के बीच, दो न्यूट्रॉन के बीच, दो प्रोटॉन के बीच काम करने वाले परमाणु बल बराबर होते हैं। परमाणु बलों के संबंध में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन समान हैं।

बाध्यकारी ऊर्जा एक परमाणु नाभिक की स्थिरता का एक उपाय है। नाभिक की बंधन ऊर्जा उस कार्य के बराबर होती है जो नाभिक को गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए किया जाना चाहिए।

एम आई< Σ( एमपी + मैं नहीं)

मैं - नाभिक का द्रव्यमान

नाभिकों के द्रव्यमानों के मापन से पता चलता है कि नाभिक का शेष द्रव्यमान उसके संघटक नाभिकों के शेष द्रव्यमानों के योग से कम होता है।

मूल्य

बाध्यकारी ऊर्जा के माप के रूप में कार्य करता है और इसे द्रव्यमान दोष कहा जाता है।

विशेष सापेक्षता में आइंस्टीन का समीकरण एक कण की ऊर्जा और बाकी द्रव्यमान से संबंधित है।

सामान्य स्थिति में, नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है

कहाँ पे जेड - चार्ज संख्या (नाभिक में प्रोटॉन की संख्या);

लेकिन- द्रव्यमान संख्या (नाभिक में नाभिक की कुल संख्या);

एमपी, , एम नहीं और एम आई- प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और नाभिक का द्रव्यमान

मास दोष (Δ एम) 1 a.u के बराबर हैं। m. (am.u. - परमाणु द्रव्यमान इकाई) 1 a.u.e के बराबर बाध्यकारी ऊर्जा (E St) से मेल खाती है। (a.u.e. - ऊर्जा की परमाणु इकाई) और 1a.u.m. s 2 = 931 MeV के बराबर।

§ 4 परमाणु प्रतिक्रियाएं

अलग-अलग कणों के साथ और एक दूसरे के साथ बातचीत के दौरान नाभिक में परिवर्तन को आमतौर पर परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है।

निम्नलिखित हैं, सबसे आम परमाणु प्रतिक्रियाएं।

1. परिवर्तन प्रतिक्रिया . इस मामले में, घटना कण नाभिक में रहता है, लेकिन मध्यवर्ती नाभिक कुछ अन्य कण उत्सर्जित करता है, इसलिए उत्पाद नाभिक लक्ष्य नाभिक से भिन्न होता है।

1. रेडिएटिव कैप्चर रिएक्शन . आपतित कण नाभिक में फंस जाता है, लेकिन उत्तेजित नाभिक अतिरिक्त ऊर्जा का उत्सर्जन करता है, जिससे एक γ-फोटॉन (परमाणु रिएक्टरों के संचालन में प्रयुक्त) का उत्सर्जन होता है।

कैडमियम द्वारा न्यूट्रॉन कैप्चर रिएक्शन का एक उदाहरण

या फास्फोरस

1. बिखरने. मध्यवर्ती नाभिक के समान एक कण का उत्सर्जन करता है

उड़ने वाले के साथ, और यह हो सकता है:

लोचदार बिखरना कार्बन के साथ न्यूट्रॉन (रिएक्टर से मध्यम न्यूट्रॉन में प्रयुक्त):

बेलोचदार प्रकीर्णन :

1. विखंडन प्रतिक्रिया. यह एक प्रतिक्रिया है जो हमेशा ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है। यह परमाणु ऊर्जा के तकनीकी उत्पादन और उपयोग का आधार है। विखंडन प्रतिक्रिया के दौरान, मध्यवर्ती यौगिक नाभिक का उत्तेजना इतना अधिक होता है कि यह कई न्यूट्रॉनों की रिहाई के साथ दो, लगभग बराबर टुकड़ों में विभाजित हो जाता है।

यदि उत्तेजना ऊर्जा कम है, तो नाभिक का पृथक्करण नहीं होता है, और नाभिक, - फोटॉन या न्यूट्रॉन उत्सर्जित करके अतिरिक्त ऊर्जा खो देता है, अपनी सामान्य स्थिति में वापस आ जाएगा (चित्र 1)। लेकिन अगर न्यूट्रॉन द्वारा शुरू की गई ऊर्जा बड़ी है, तो उत्तेजित नाभिक विकृत होना शुरू हो जाता है, इसमें एक कसना बनता है और परिणामस्वरूप यह दो टुकड़ों में विभाजित हो जाता है जो जबरदस्त गति से उड़ते हैं, जबकि दो न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
(रेखा चित्र नम्बर 2)।

श्रृंखला अभिक्रिया- स्व-विकासशील विखंडन प्रतिक्रिया। इसे लागू करने के लिए, यह आवश्यक है कि एक विखंडन घटना के दौरान उत्पादित माध्यमिक न्यूट्रॉन में से कम से कम एक अगले विखंडन घटना का कारण बन सकता है: (चूंकि कुछ न्यूट्रॉन विखंडन के बिना कैप्चर प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं)। मात्रात्मक रूप से, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के अस्तित्व की स्थिति व्यक्त करती है गुणन कारक

क < 1 - цепная реакция невозможна, क = 1 (एम = एमकृ ) - न्यूट्रॉन की निरंतर संख्या के साथ श्रृंखला प्रतिक्रियाएं (एक परमाणु रिएक्टर में),क > 1 (एम > एमकृ ) परमाणु बम हैं।

रेडियोधर्मिता

§1 प्राकृतिक रेडियोधर्मिता

रेडियोधर्मिता एक तत्व के अस्थिर नाभिक का दूसरे तत्व के नाभिक में स्वतः परिवर्तन है। प्राकृतिक रेडियोधर्मिताप्रकृति में मौजूद अस्थिर समस्थानिकों में देखी गई रेडियोधर्मिता कहलाती है। कृत्रिम रेडियोधर्मिता को परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त आइसोटोप की रेडियोधर्मिता कहा जाता है।

रेडियोधर्मिता के प्रकार:

1. α-क्षय।

एक साथ जुड़े दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन की α- प्रणाली के कुछ रासायनिक तत्वों के नाभिक द्वारा उत्सर्जन (एक-कण - एक हीलियम परमाणु का नाभिक))

α-क्षय के साथ भारी नाभिक में निहित है लेकिन> 200 औरजेड > 82. किसी पदार्थ में गति करते समय, α-कण अपने रास्ते में परमाणुओं के मजबूत आयनीकरण का उत्पादन करते हैं (आयनीकरण एक परमाणु से इलेक्ट्रॉनों का पृथक्करण है), उन पर उनके विद्युत क्षेत्र के साथ कार्य करता है। वह दूरी जिस पर α-कण पदार्थ में तब तक उड़ता है जब तक कि वह पूरी तरह से रुक न जाए, कहलाती है कण सीमाया भेदनेवाली शक्ति(निरूपितआर, [आर] = एम, सेमी)। . सामान्य परिस्थितियों में, एक α-कण बनता हैमें हवा में 30,000 जोड़े आयन प्रति 1 सेमी पथ। विशिष्ट आयनीकरण पथ की लंबाई के प्रति 1 सेमी बनने वाले आयनों के जोड़े की संख्या है। α-कण का एक मजबूत जैविक प्रभाव होता है।

अल्फा क्षय के लिए शिफ्ट नियम:

2. β-क्षय।

ए) इलेक्ट्रॉनिक (β -): नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है

बी) पॉज़िट्रॉन (β +): नाभिक एक पॉज़िट्रॉन और एक न्यूट्रिनो का उत्सर्जन करता है

ये प्रक्रियाएँ एक प्रकार के न्यूक्लियॉन को एक नाभिक में दूसरे में परिवर्तित करके होती हैं: एक न्यूट्रॉन को एक प्रोटॉन या एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में।

नाभिक में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, वे नाभिक के पारस्परिक परिवर्तन के परिणामस्वरूप बनते हैं।

पोजीट्रान - एक कण जो केवल आवेश के संकेत में एक इलेक्ट्रॉन से भिन्न होता है (+e = 1.6 10 -19 C)

प्रयोग से यह निष्कर्ष निकलता है कि β-क्षय के दौरान, समस्थानिक ऊर्जा की समान मात्रा खो देते हैं। इसलिए, ऊर्जा संरक्षण के नियम के आधार पर, डब्ल्यू. पाउली ने भविष्यवाणी की कि एक और प्रकाश कण, जिसे एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है, बाहर निकल जाता है। एक एंटीन्यूट्रिनो में कोई चार्ज या द्रव्यमान नहीं होता है। पदार्थ के माध्यम से पारित होने के दौरान β-कणों द्वारा ऊर्जा की हानि मुख्य रूप से आयनीकरण प्रक्रियाओं के कारण होती है। अवशोषित पदार्थ के नाभिक द्वारा β-कणों के मंदी के दौरान एक्स-रे में ऊर्जा का कुछ हिस्सा खो जाता है। चूँकि β-कणों में एक छोटा द्रव्यमान, एक इकाई आवेश और बहुत उच्च गति होती है, उनकी आयनीकरण क्षमता छोटी (α-कणों की तुलना में 100 गुना कम) होती है, इसलिए, β-कणों की मर्मज्ञ शक्ति (माइलेज) की तुलना में काफी अधिक होती है। α-कण।

Rβ हवा = 200 मीटर, Rβ पंजाब 3 मिमी

β - - क्षय प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोधर्मी नाभिक में होता है। β + - केवल कृत्रिम रेडियोधर्मिता के साथ।

β - - क्षय . के लिए विस्थापन नियम:

सी) के - कैप्चर (इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर) - नाभिक खोल के पर स्थित इलेक्ट्रॉनों में से एक को अवशोषित करता है (कम अक्सरलीया एम) इसके परमाणु, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन में बदल जाता है, जबकि एक न्यूट्रिनो का उत्सर्जन करता है

योजना के - कब्जा:

कैप्चर किए गए इलेक्ट्रॉन द्वारा खाली किए गए इलेक्ट्रॉन शेल में स्थान ऊपर की परतों से इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक्स-रे होते हैं।

• -किरणें।

आमतौर पर, सभी प्रकार की रेडियोधर्मिता के साथ -किरणों का उत्सर्जन होता है। -किरणें विद्युतचुंबकीय विकिरण हैं जिनकी तरंगदैर्घ्य एक एंगस्ट्रॉम '=~ 1-0.01 Å=10 -10 -10 -12 m के एक से सौवें हिस्से तक होती है। -किरणों की ऊर्जा लाखों eV तक पहुँचती है।

डब्ल्यू ~ मेवी

1eV=1.6 10 -19 जे

रेडियोधर्मी क्षय से गुजरने वाला एक नाभिक, एक नियम के रूप में, उत्तेजित हो जाता है, और जमीनी अवस्था में इसका संक्रमण - फोटॉन के उत्सर्जन के साथ होता है। इस मामले में, -फोटॉन की ऊर्जा स्थिति द्वारा निर्धारित की जाती है

जहां ई 2 और ई 1 नाभिक की ऊर्जा है।

ई 2 - उत्तेजित अवस्था में ऊर्जा;

ई 1 - जमीनी अवस्था में ऊर्जा।

पदार्थ द्वारा -किरणों का अवशोषण तीन मुख्य प्रक्रियाओं के कारण होता है:

• फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (के साथ एचवी < l MэB);
• इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का निर्माण;

या

• प्रकीर्णन (कॉम्पटन प्रभाव) -

Bouguer के नियम के अनुसार -किरणों का अवशोषण होता है:

जहां μ एक रैखिक क्षीणन गुणांक है, जो γ किरणों की ऊर्जा और माध्यम के गुणों पर निर्भर करता है;

І 0 घटना समानांतर बीम की तीव्रता है;

मैंमोटाई के पदार्थ से गुजरने के बाद बीम की तीव्रता है एक्ससे। मी।

-किरणें सबसे अधिक मर्मज्ञ विकिरणों में से एक हैं। सबसे कठिन किरणों के लिए (एचवीमैक्स) अर्ध-अवशोषण परत की मोटाई सीसा में 1.6 सेमी, लोहे में 2.4 सेमी, एल्यूमीनियम में 12 सेमी और पृथ्वी में 15 सेमी है।

2 रेडियोधर्मी क्षय का मूल नियम।

क्षयित नाभिकों की संख्याडीएन कोर की मूल संख्या के समानुपाती एनऔर क्षय समयडीटी, डीएन~ एन डीटी. विभेदक रूप में रेडियोधर्मी क्षय का मूल नियम:

किसी दिए गए प्रकार के नाभिक के लिए गुणांक को क्षय स्थिरांक कहा जाता है। "-" चिन्ह का अर्थ है किडीएनऋणात्मक होना चाहिए, क्योंकि अधूरे नाभिकों की अंतिम संख्या प्रारंभिक संख्या से कम होती है।

इसलिए, प्रति इकाई समय में क्षय होने वाले नाभिक के अंश को दर्शाता है, अर्थात, रेडियोधर्मी क्षय की दर निर्धारित करता है। बाहरी परिस्थितियों पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल नाभिक के आंतरिक गुणों से निर्धारित होता है। [λ] = एस -1।

अभिन्न रूप में रेडियोधर्मी क्षय का मूल नियम

कहाँ पे एन 0 - पर रेडियोधर्मी नाभिक की प्रारंभिक संख्याटी=0;

एन- एक समय में गैर-क्षयित नाभिकों की संख्याटी;

रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक है।

व्यवहार में, क्षय दर को नहीं, बल्कि टी 1/2 - आधा जीवन - वह समय जिसके दौरान नाभिक की मूल संख्या का आधा क्षय होता है, का उपयोग करके आंका जाता है। संबंध टी 1/2 और

टी 1/2 यू 238 = 4.5 10 6 साल, टी 1/2 रा = 1590 साल, टी 1/2 आरएन = 3.825 दिन क्षय की संख्या प्रति इकाई समय A \u003d -डीएन/ डीटीकिसी दिए गए रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि कहलाती है।

से

अनुसरण करता है,

[ए] \u003d 1 बेकरेल \u003d 1 विघटन / 1 एस;

[ए] \u003d 1Ci \u003d 1 क्यूरी \u003d 3.7 10 10 बीक्यू।

गतिविधि परिवर्तन का नियम

जहां ए 0 = λ एन 0 - समय पर प्रारंभिक गतिविधिटी= 0;

ए - एक समय में गतिविधिटी.

सबसे सरल परमाणु के नाभिक - हाइड्रोजन परमाणु - में एक प्राथमिक कण होता है जिसे प्रोटॉन कहा जाता है। अन्य सभी परमाणुओं के नाभिक में दो प्रकार के कण होते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। इन कणों को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। प्रोटॉन। प्रोटॉन में आवेश और द्रव्यमान होता है

तुलना के लिए, हम इंगित करते हैं कि एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बराबर होता है

(66.1) और (66.2) की तुलना से यह इस प्रकार है कि -प्रोटॉन में आधे के बराबर एक स्पिन है और इसका अपना चुंबकीय क्षण है

चुंबकीय क्षण की एक इकाई जिसे परमाणु चुंबक कहा जाता है। (33.2) की तुलना में यह बोहर मैग्नेटन से 1836 गुना कम है। नतीजतन, प्रोटॉन का आंतरिक चुंबकीय क्षण इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण से लगभग 660 गुना कम होता है।

न्यूट्रॉन। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी डी. चाडविक ने की थी। इसका विद्युत आवेश शून्य है, और इसका द्रव्यमान

प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब।

न्यूट्रॉन और प्रोटॉन द्रव्यमान के बीच का अंतर 1.3 MeV है, अर्थात।

न्यूट्रॉन के पास आधे के बराबर एक स्पिन होता है और (विद्युत आवेश की अनुपस्थिति के बावजूद) इसका अपना चुंबकीय क्षण होता है

(ऋण चिह्न इंगित करता है कि आंतरिक यांत्रिक और चुंबकीय क्षणों की दिशाएं विपरीत हैं)। इस आश्चर्यजनक तथ्य की व्याख्या 69 में दी जाएगी।

ध्यान दें कि उच्च स्तर की सटीकता के साथ प्रयोगात्मक मूल्यों का अनुपात -3/2 है। सैद्धांतिक रूप से इस तरह के मूल्य को प्राप्त करने के बाद ही यह देखा गया था।

एक मुक्त अवस्था में, न्यूट्रॉन अस्थिर (रेडियोधर्मी) होता है - यह अनायास क्षय हो जाता है, एक प्रोटॉन में बदल जाता है और एक इलेक्ट्रॉन और एक अन्य कण उत्सर्जित करता है जिसे एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है (देखें 81)। अर्ध-आयु (अर्थात, न्यूट्रॉन की मूल संख्या के आधे को क्षय होने में लगने वाला समय) लगभग 12 मिनट है। क्षय योजना को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

एंटीन्यूट्रिनो का द्रव्यमान शून्य है। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक है। इसलिए, न्यूट्रॉन का द्रव्यमान समीकरण के दाईं ओर दिखाई देने वाले कणों के कुल द्रव्यमान (66.7) से अधिक है, अर्थात 0.77 MeV। यह ऊर्जा न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान परिणामी कणों की गतिज ऊर्जा के रूप में निकलती है।

परमाणु नाभिक के लक्षण। परमाणु नाभिक की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक आवेश संख्या Z है। यह नाभिक को बनाने वाले प्रोटॉन की संख्या के बराबर है, और इसके आवेश को निर्धारित करता है, जो कि Z के बराबर है जो रासायनिक तत्व की क्रम संख्या निर्धारित करता है। मेंडेलीव की आवर्त सारणी में। इसलिए इसे नाभिक का परमाणु क्रमांक भी कहते हैं।

किसी नाभिक में नाभिकों की संख्या (अर्थात प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या) को अक्षर A द्वारा दर्शाया जाता है और इसे नाभिक की द्रव्यमान संख्या कहा जाता है। नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या होती है

नाभिक को नामित करने के लिए प्रयुक्त प्रतीक

जहाँ X तत्व का रासायनिक प्रतीक है। द्रव्यमान संख्या को ऊपर बाईं ओर रखा गया है, परमाणु क्रमांक नीचे बाईं ओर (अंतिम चिह्न अक्सर छोड़ा जाता है)।

कभी-कभी द्रव्यमान संख्या बाईं ओर नहीं, बल्कि रासायनिक तत्व प्रतीक के दाईं ओर लिखी जाती है

एक ही Z लेकिन भिन्न A वाले नाभिक समस्थानिक कहलाते हैं। अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई स्थिर समस्थानिक होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन में तीन स्थिर समस्थानिक होते हैं: टिन में दस होते हैं, और इसी तरह।

हाइड्रोजन में तीन समस्थानिक होते हैं:

प्रोटियम और ड्यूटेरियम स्थिर हैं, ट्रिटियम रेडियोधर्मी है।

समान द्रव्यमान संख्या A वाले नाभिक को समभारिक कहते हैं। समान संख्या में न्यूट्रॉन वाले नाभिक को एक उदाहरण के रूप में आइसोटोन कहा जाता है। अंत में, एक ही Z और A के साथ रेडियोधर्मी नाभिक होते हैं, जो उनके आधे जीवन में भिन्न होते हैं। उन्हें आइसोमर कहा जाता है। उदाहरण के लिए, नाभिक के दो समावयवी होते हैं, उनमें से एक का आधा जीवन 18 मिनट का होता है, दूसरे का आधा जीवन 4.4 घंटे का होता है।

लगभग 1500 नाभिक ज्ञात हैं, जो या तो Z, या A, या दोनों में भिन्न हैं। इनमें से लगभग 1/5 नाभिक स्थिर हैं, शेष रेडियोधर्मी हैं। कई नाभिक कृत्रिम रूप से परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे।

प्रकृति में, टेक्नेटियम और प्रोमेथियम को छोड़कर, परमाणु संख्या Z 1 से 92 तक के तत्व हैं। प्लूटोनियम, कृत्रिम रूप से उत्पादित होने के बाद, एक प्राकृतिक खनिज - राल मिश्रण में नगण्य मात्रा में पाया गया था। शेष ट्रांसयूरेनियम (यानी, ट्रांसयूरेनियम) तत्व (93 से 107 तक Z के साथ) विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से कृत्रिम रूप से प्राप्त किए गए थे।

ट्रांसयूरेनियम तत्व क्यूरियम, आइंस्टीनियम, फ़र्मियम) और मेंडेलीवियम) का नाम उत्कृष्ट वैज्ञानिकों पी। और एम। क्यूरी, ए। आइंस्टीन, ई। फर्मी और डी। आई। मेंडेलीव के सम्मान में रखा गया था। लॉरेंसियम का नाम साइक्लोट्रॉन ई. लॉरेंस के आविष्कारक के नाम पर रखा गया है। Kurchatovy) को इसका नाम उत्कृष्ट सोवियत भौतिक विज्ञानी I. V. Kurchatov के सम्मान में मिला।

कुछ ट्रांसयूरेनियम तत्व, जिनमें कुरचटोवियम और संख्या 106 और 107 वाले तत्व शामिल हैं, सोवियत वैज्ञानिक जीएन फ्लेरोव और उनके सहयोगियों द्वारा दुबना में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान के परमाणु प्रतिक्रियाओं की प्रयोगशाला में प्राप्त किए गए थे।

कर्नेल आकार। पहले सन्निकटन में, नाभिक को एक गोला माना जा सकता है, जिसकी त्रिज्या सूत्र द्वारा काफी सटीक रूप से निर्धारित की जाती है

(Fermi परमाणु भौतिकी में प्रयोग की जाने वाली लंबाई की इकाई का नाम है, सेमी के बराबर)। सूत्र (66.8) से यह निष्कर्ष निकलता है कि नाभिक का आयतन नाभिक में नाभिकों की संख्या के समानुपाती होता है। इस प्रकार, सभी नाभिकों में पदार्थ का घनत्व लगभग समान होता है।

नाभिक का घूमना। न्यूक्लियंस के स्पिन नाभिक के परिणामी स्पिन में जुड़ जाते हैं। न्यूक्लियॉन का स्पिन इसलिए है, नाभिक के स्पिन की क्वांटम संख्या न्यूक्लियोन ए की विषम संख्या के लिए अर्ध-पूर्णांक और सम ए के लिए एक पूर्णांक या शून्य होगी। नाभिक के स्पिन कई से अधिक नहीं होते हैं इकाइयां यह इंगित करता है कि नाभिक में अधिकांश न्यूक्लियंस के स्पिन एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, विरोधी समानांतर होते हैं। सभी सम-सम नाभिक (अर्थात सम संख्या में प्रोटॉन और सम संख्या में न्यूट्रॉन वाले नाभिक) में शून्य स्पिन होता है।

प्रत्येक परमाणु से बना होता है नाभिकऔर परमाणु खोल, जिसमें विभिन्न प्राथमिक कण शामिल हैं - न्युक्लियोनऔर इलेक्ट्रॉनों(चित्र 5.1)। नाभिक परमाणु का मध्य भाग होता है, जिसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान होता है और धनात्मक आवेश होता है। कोर से बना है प्रोटानऔर न्यूट्रॉन, जो एक प्राथमिक कण - न्यूक्लियॉन के दोगुने आवेशित अवस्थाएँ हैं। प्रोटॉन चार्ज +1; न्यूट्रॉन 0.

कोर प्रभारीपरमाणु है जेड . ē , कहाँ पे जेड- तत्वों की क्रम संख्या (परमाणु संख्या)मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर; ē एक इलेक्ट्रॉन का आवेश है।

एक नाभिक में नाभिकों की संख्या कहलाती है तत्व की द्रव्यमान संख्या(ए):

ए = जेड + एन,

कहाँ पे जेडप्रोटॉन की संख्या है; एनपरमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के लिए, द्रव्यमान संख्या 1 के बराबर ली जाती है, इलेक्ट्रॉनों के लिए यह 0 के बराबर होती है।

चावल। 5.1. परमाणु की संरचना

किसी भी रासायनिक तत्व के लिए आमतौर पर निम्नलिखित पदनाम स्वीकार किए जाते हैं: एक्स: , यहाँ ए- जन अंक, जेडतत्व का परमाणु क्रमांक है।

एक ही तत्व के परमाणु नाभिक में विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन हो सकते हैं। एन. इस प्रकार के परमाणु नाभिक कहलाते हैं आइसोटोपयह तत्व। इस प्रकार, समस्थानिकों की परमाणु संख्या समान होती है, लेकिन द्रव्यमान संख्याएँ भिन्न होती हैं ए. अधिकांश रासायनिक तत्व विभिन्न समस्थानिकों का मिश्रण होते हैं, उदाहरण के लिए, यूरेनियम के समस्थानिक:

.

विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणु नाभिक की द्रव्यमान संख्या समान हो सकती है लेकिन(प्रोटॉन की विभिन्न संख्या के साथ जेड) इस प्रकार के परमाणु नाभिक कहलाते हैं आइसोबार्स. उदाहरण के लिए:

– – – ; –

परमाणु भार

परमाणुओं और अणुओं के द्रव्यमान को चिह्नित करने के लिए, अवधारणा का उपयोग किया जाता है परमाणु द्रव्यमान Mएक सापेक्ष मूल्य है, जो अनुपात द्वारा निर्धारित किया जाता है
कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के बराबर और बराबर लिया जाता है एमए = 12,000,000। के लिए
परमाणु द्रव्यमान की पूर्ण परिभाषा पेश की गई परमाणु इकाई
जनता(ए.एम.यू.), जिसे निम्नलिखित रूप में कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के संबंध में परिभाषित किया गया है:

.

तब किसी तत्व के परमाणु द्रव्यमान को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है:

कहाँ पे एमविचाराधीन तत्व के समस्थानिकों का परमाणु द्रव्यमान है। यह अभिव्यक्ति तत्वों, प्राथमिक कणों, कणों - रेडियोधर्मी परिवर्तनों के उत्पादों आदि के नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करना आसान बनाती है।

परमाणु द्रव्यमान दोष और परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा

एक न्यूक्लियॉन की बाध्यकारी ऊर्जा- एक भौतिक मात्रा संख्यात्मक रूप से उस कार्य के बराबर होती है जो नाभिक को गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना नाभिक से निकालने के लिए किया जाना चाहिए।

न्यूक्लियॉन नाभिक में परमाणु बलों द्वारा बंधे होते हैं, जो प्रोटॉन के बीच कार्य करने वाले इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बलों की तुलना में बहुत अधिक होते हैं। नाभिक को विभाजित करने के लिए इन बलों को दूर करना, यानी ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है। नाभिक बनाने के लिए नाभिक का संघ, इसके विपरीत, ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है, जिसे कहा जाता है परमाणु बंधन ऊर्जाΔ वूअनुसूचित जनजाति:

,

तथाकथित परमाणु द्रव्यमान दोष कहाँ है; साथ ≈ 3 . 10 8 m/s निर्वात में प्रकाश की गति है।

कोर बाध्यकारी ऊर्जा- उस कार्य के बराबर एक भौतिक मात्रा जो नाभिक को अलग-अलग नाभिकों में विभाजित करने के लिए उन्हें गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना करने की आवश्यकता होती है।

जब एक नाभिक बनता है, तो उसका द्रव्यमान घटता है, अर्थात नाभिक का द्रव्यमान उसके संघटक नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है, इस अंतर को कहा जाता है सामूहिक दोषΔ एम:

कहाँ पे एमपीप्रोटॉन द्रव्यमान है; मैं नहींन्यूट्रॉन द्रव्यमान है; एमनाभिक नाभिक का द्रव्यमान है।

नाभिक के द्रव्यमान से संक्रमण में एमएक तत्व के परमाणु द्रव्यमान के लिए नाभिक एमए, इस अभिव्यक्ति को निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:

कहाँ पे एमएच हाइड्रोजन का द्रव्यमान है; मैं नहींन्यूट्रॉन का द्रव्यमान है और एम a तत्व का परमाणु द्रव्यमान है, जिसे द्वारा निर्धारित किया जाता है परमाण्विक भार इकाई(सुबह)

नाभिक की स्थिरता की कसौटी इसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के बीच सख्त पत्राचार है। नाभिक की स्थिरता के लिए, निम्नलिखित संबंध सत्य है:

,

कहाँ पे जेडप्रोटॉन की संख्या है; एतत्व की द्रव्यमान संख्या है।

अब तक ज्ञात लगभग 1700 प्रकार के नाभिकों में से केवल 270 ही स्थिर हैं। इसके अलावा, सम-सम नाभिक (अर्थात, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक सम संख्या के साथ), जो विशेष रूप से स्थिर होते हैं, प्रकृति में प्रबल होते हैं।

रेडियोधर्मिता

रेडियोधर्मिता- कुछ प्राथमिक कणों की रिहाई के साथ एक रासायनिक तत्व के अस्थिर समस्थानिकों का दूसरे रासायनिक तत्व के समस्थानिक में परिवर्तन। भेद: प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोधर्मिता।

मुख्य प्रकारों में शामिल हैं:

- α-विकिरण (क्षय);

- β-विकिरण (क्षय);

- स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन।

क्षयकारी तत्व के केन्द्रक को कहते हैं मम मेरे, और परिणामी तत्व का केंद्रक है बच्चा. परमाणु नाभिक का स्वतःस्फूर्त क्षय रेडियोधर्मी क्षय के निम्नलिखित नियम का पालन करता है:

कहाँ पे एन 0 प्रारंभिक समय में एक रासायनिक तत्व में नाभिक की संख्या है; एनएक समय में कोर की संख्या है टी; - क्षय का तथाकथित "स्थिर", जो नाभिक का वह अंश है जो प्रति इकाई समय में क्षय होता है।

क्षय का पारस्परिक "स्थिर" आइसोटोप के औसत जीवनकाल की विशेषता है। क्षय के संबंध में नाभिक की स्थिरता की एक विशेषता है हाफ लाइफ, यानी, वह समय जिसके दौरान नाभिकों की प्रारंभिक संख्या आधी हो जाती है:

और के बीच संबंध:

रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, चार्ज संरक्षण कानून:

,

जहां क्षय या परिणामी (गठन) "टुकड़े" का आरोप है; और जन संरक्षण नियम:

गठित (क्षय) "टुकड़ों" की द्रव्यमान संख्या कहाँ है।

5.4.1. α और β क्षय

α क्षयहीलियम नाभिक से निकलने वाला विकिरण है। बड़ी संख्या में "भारी" नाभिक के लिए विशेषता ए> 200 और चार्ज z> 82।

α-क्षय के विस्थापन नियम का निम्न रूप है (एक नया तत्व बनता है):

.

; .

ध्यान दें कि α-क्षय (विकिरण) में उच्चतम आयनीकरण क्षमता होती है, लेकिन सबसे कम पारगम्यता होती है।

निम्नलिखित प्रकार हैं β-क्षय:

- इलेक्ट्रॉनिक β-क्षय (β-क्षय);

- पॉज़िट्रॉन β-क्षय (β + -decay);

- इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर (के-कैप्चर)।

β - -क्षयइलेक्ट्रॉनों और एंटीन्यूट्रिनो की रिहाई के साथ न्यूट्रॉन की अधिकता के साथ होता है:

.

β + -क्षयपॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो की रिहाई के साथ प्रोटॉन की अधिकता के साथ होता है:

इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर के लिए ( क-कब्जा)निम्नलिखित परिवर्तन द्वारा विशेषता:

.

β-क्षय के विस्थापन नियम का निम्न रूप है (एक नया तत्व बनता है):

के लिए β - -क्षय: ;

के लिए β + -क्षय: .

β-क्षय (विकिरण) में सबसे कम आयनीकरण क्षमता होती है, लेकिन उच्चतम पारगम्यता होती है।

α और β विकिरण के साथ हैं γ विकिरण, जो फोटॉन का विकिरण है और एक स्वतंत्र प्रकार का रेडियोधर्मी विकिरण नहीं है।

-फोटॉन उत्तेजित परमाणुओं की ऊर्जा में कमी के साथ मुक्त होते हैं और द्रव्यमान संख्या में परिवर्तन का कारण नहीं बनते हैं एऔर चार्ज चेंज जेड. -विकिरण की भेदन शक्ति सबसे अधिक होती है।

रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधि

रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधिरेडियोधर्मिता का एक माप है जो प्रति इकाई समय में परमाणु क्षय की संख्या को दर्शाता है। एक निश्चित समय में एक निश्चित ऊर्जा अवस्था में रेडियोन्यूक्लाइड की एक निश्चित मात्रा के लिए, गतिविधि लेकिनप्रपत्र में दिया गया है:

समय अंतराल पर आयनकारी विकिरण के स्रोत में होने वाले स्वतःस्फूर्त परमाणु परिवर्तनों (परमाणु क्षय की संख्या) की अपेक्षित संख्या कहाँ है .

स्वतःस्फूर्त परमाणु परिवर्तन कहलाता है रेडियोधर्मी क्षय.

रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधि के लिए माप की इकाई पारस्परिक दूसरा () है, जिसका एक विशेष नाम है बेकरेल (बीक्यू).

बेकरेल स्रोत में रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधि के बराबर है, जिसमें 1 सेकंड के लिए। एक स्वतःस्फूर्त परमाणु परिवर्तन होता है।

गतिविधि की ऑफ-सिस्टम इकाई - क्यूरी (कु).

क्यूरी - स्रोत में रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधि, जिसमें 1 सेकंड के समय के लिए। हो रहा है 3.7 . 10 10 स्वतःस्फूर्त परमाणु परिवर्तन, यानी 1 केयू = 3.7 . 10 10 बीक्यू।

उदाहरण के लिए, लगभग 1 ग्राम शुद्ध रेडियम 3.7 . की गतिविधि देता है . प्रति सेकंड 10 10 परमाणु विघटन।

एक रेडियोन्यूक्लाइड के सभी नाभिक एक साथ क्षय नहीं होते हैं। समय की प्रत्येक इकाई में, नाभिक के एक निश्चित अंश के साथ सहज परमाणु परिवर्तन होता है। विभिन्न रेडियोन्यूक्लाइड के लिए परमाणु परिवर्तनों का हिस्सा अलग है। उदाहरण के लिए, रेडियम नाभिकों की कुल संख्या में से, 1.38 प्रत्येक सेकंड में क्षय होता है . भाग, और राडोण नाभिक की कुल संख्या से - 2.1 . अंश। प्रति इकाई समय में क्षय होने वाले नाभिक के अंश को क्षय स्थिरांक कहा जाता है .

उपरोक्त परिभाषाओं से यह निम्नानुसार है कि गतिविधि लेकिनरेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या से संबंधित एनस्रोत में एक निश्चित समय पर अनुपात द्वारा:

समय के साथ, कानून के अनुसार रेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या घट जाती है:

, (3) - 30 वर्ष, सतह रेडॉन or रैखिकगतिविधि।

विशिष्ट गतिविधि की इकाइयों का चुनाव एक विशिष्ट कार्य द्वारा निर्धारित किया जाता है। उदाहरण के लिए, हवा में गतिविधि प्रति क्यूबिक मीटर (बीक्यू / एम 3) - वॉल्यूमेट्रिक गतिविधि में व्यक्त की जाती है। पानी, दूध और अन्य तरल पदार्थों में गतिविधि को वॉल्यूमेट्रिक गतिविधि के रूप में भी व्यक्त किया जाता है, क्योंकि पानी और दूध की मात्रा लीटर (बीक्यू / एल) में मापी जाती है। ब्रेड, आलू, मांस और अन्य उत्पादों में गतिविधि को विशिष्ट गतिविधि (बीक्यू/किग्रा) के रूप में व्यक्त किया जाता है।

जाहिर है, मानव शरीर पर रेडियोन्यूक्लाइड के संपर्क का जैविक प्रभाव उनकी गतिविधि पर निर्भर करेगा, अर्थात रेडियोन्यूक्लाइड की मात्रा पर। इसलिए, हवा, पानी, भोजन, भवन और अन्य सामग्रियों में रेडियोन्यूक्लाइड की मात्रा और विशिष्ट गतिविधि को मानकीकृत किया जाता है।

चूंकि एक निश्चित समय के लिए एक व्यक्ति को विभिन्न तरीकों से विकिरणित किया जा सकता है (शरीर में रेडियोन्यूक्लाइड के प्रवेश से लेकर बाहरी जोखिम तक), सभी जोखिम कारक एक निश्चित मूल्य से जुड़े होते हैं, जिसे विकिरण खुराक कहा जाता है।

एक प्रोटॉन एक हाइड्रोजन परमाणु है जिसमें से एक एकल इलेक्ट्रॉन को हटा दिया गया है। यह कण जे. थॉमसन (1907) के प्रयोगों में पहले ही देखा जा चुका था, जो इसके अनुपात को मापने में कामयाब रहे इ/एम. 1919 में, ई। रदरफोर्ड ने कई तत्वों के परमाणुओं के नाभिक के विखंडन उत्पादों में हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक की खोज की। रदरफोर्ड ने इस कण को ​​​​प्रोटॉन कहा। उन्होंने सुझाव दिया कि प्रोटॉन सभी परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं।

रदरफोर्ड के प्रयोगों की योजना प्रस्तुत की गई है।

स्थापना का विवरण जिसके साथ न्यूट्रॉन को पंजीकृत करना संभव था, देखा जा सकता है।

इलेक्ट्रॉनों के विपरीत, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन विशिष्ट परमाणु बलों के अधीन होते हैं। परमाणु बल प्रकृति में सबसे मजबूत अंतःक्रियाओं का एक विशेष मामला है। परमाणु बलों के कारण, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ मिलकर विभिन्न परमाणु नाभिक बना सकते हैं।

मजबूत अंतःक्रियाओं के संबंध में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के गुण बिल्कुल समान होते हैं, जो स्पष्ट रूप से उनके द्रव्यमान की निकटता की व्याख्या करते हैं। इसलिए, परमाणु भौतिकी में, न्यूक्लियॉन शब्द का प्रयोग अक्सर किया जाता है, जो किसी भी कण को ​​​​निरूपित करता है जो नाभिक का हिस्सा होता है, दोनों प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। हम कह सकते हैं कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक ही कण की दो अवस्थाएँ हैं - न्यूक्लियॉन।

परमाणु विद्युत रूप से उदासीन होता है। इसलिए, परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या परमाणु कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होनी चाहिए, अर्थात। परमाणु संख्या जेड. एक नाभिक में न्यूक्लियंस (यानी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की कुल संख्या द्वारा निरूपित किया जाता है एऔर द्रव्यमान संख्या कहलाती है। नंबर जेडऔर एनाभिक की संरचना को पूरी तरह से चित्रित करें। ए-प्राथमिकता:

ए = जेड + एन।

विभिन्न नाभिकों को निरूपित करने के लिए, आमतौर पर Z के रूप का संकेतन प्रयोग किया जाता है एक्सए, जहां एक्स- दिए गए तत्व के अनुरूप रासायनिक प्रतीक जेड. उदाहरण के लिए, व्यंजक 4 Be 9 बेरिलियम परमाणु के नाभिक को दर्शाता है जेड = 4, ए= 9, जिसमें 4 प्रोटॉन और 5 न्यूट्रॉन हैं। लेफ्ट सबस्क्रिप्ट आवश्यक नहीं है क्योंकि परमाणु क्रमांक जेडतत्व के नाम से विशिष्ट रूप से पहचाना जाता है। इसलिए, संक्षिप्त नाम प्रकार Be 9 का अक्सर उपयोग किया जाता है ( पढ़ता है "बेरिलियम नौ").

उसी के साथ गुठली जेडऔर अलग एआइसोटोप कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, यूरेनियम जेड= 92) समस्थानिक हैं 92 U 236 , 92 U 238 । कभी-कभी आइसोबार शब्द का उपयोग किया जाता है (उसी के साथ नाभिक के लिए एऔर अलग जेड) और आइसोटोन (उसी के साथ नाभिक के लिए एनऔर अलग जेड) न्यूक्लाइड शब्द का प्रयोग किसी विशेष समस्थानिक के परमाणुओं को निर्दिष्ट करने के लिए किया जाता है।

प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे भारी तत्व यूरेनियम समस्थानिक 92 U 238 है। 92 से अधिक परमाणु क्रमांक वाले तत्वों को ट्रांसयूरानिक कहा जाता है। उन सभी को विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है।

उनके विशुद्ध रूप से परमाणु गुणों के संदर्भ में, विभिन्न समस्थानिक, एक नियम के रूप में, बहुत कम हैं। लेकिन अधिकांश मामलों में, विभिन्न समस्थानिकों के परमाणुओं में समान रासायनिक और लगभग समान भौतिक गुण होते हैं, क्योंकि परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना नाभिक द्वारा व्यावहारिक रूप से केवल उसके विद्युत आवेश से प्रभावित होती है। इसलिए, किसी भी आइसोटोप का अलगाव, उदाहरण के लिए, 92 यू 238 के साथ अपने स्वयं के मिश्रण से यू 235, एक जटिल तकनीकी समस्या है, जो अंतर के कारण उत्पन्न होने वाली वाष्पीकरण, प्रसार और कुछ अन्य प्रक्रियाओं की दरों में छोटे अंतर का उपयोग करता है। आइसोटोप द्रव्यमान में।

परमाणु संख्या जेडइलेक्ट्रॉन आवेश के निरपेक्ष मान की इकाइयों में नाभिक के विद्युत आवेश के बराबर होता है। विद्युत आवेश एक पूर्णांक मान है, जो किसी भी (गैर-विद्युत चुम्बकीय सहित) अंतःक्रियाओं के लिए कड़ाई से संरक्षित है। परमाणु नाभिक और प्राथमिक कणों के पारस्परिक परिवर्तनों पर उपलब्ध प्रायोगिक डेटा की समग्रता से पता चलता है कि, विद्युत आवेश के संरक्षण के कानून के अलावा, बेरियन चार्ज के संरक्षण का एक समान, सख्त कानून है। अर्थात्, प्रत्येक कण को ​​बेरियन आवेश का एक निश्चित मान दिया जा सकता है, और सभी कणों के बेरियन आवेशों का बीजगणितीय योग किसी भी प्रक्रिया के तहत अपरिवर्तित रहता है।

सभी कणों के बेरियन आवेश पूर्णांक होते हैं। एक इलेक्ट्रॉन और γ-क्वांटम का बेरियन चार्ज शून्य के बराबर होता है, और एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बेरियन चार्ज एक के बराबर होते हैं। तो द्रव्यमान संख्या लेकिननाभिक का बेरियन आवेश है। बेरियन चार्ज संरक्षण कानून परमाणु नाभिक की स्थिरता सुनिश्चित करता है। उदाहरण के लिए, यह कानून ऊर्जा-अनुकूल परिवर्तन को प्रतिबंधित करता है, जिसे अन्य सभी संरक्षण कानूनों द्वारा दो परमाणु न्यूट्रॉन के -क्वांटा के सबसे हल्के कणों की एक जोड़ी में अनुमति दी जाती है।

परमाणु नाभिक केवल मात्राओं के मूल्यों की एक सीमित सीमा में ही मौजूद हो सकते हैं ए, जेड. इस क्षेत्र के बाहर, यदि संबंधित नाभिक प्रकट होता है, तो यह तुरंत (अर्थात, विशिष्ट परमाणु समय τ 10 −21 s में) या तो छोटे नाभिक में विघटित हो जाता है या एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करता है। संभावित अस्तित्व के क्षेत्र में, सभी नाभिक स्थिर नहीं होते हैं।

चित्र 2.1. परमाणु नाभिक का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन आरेख।

आज तक ज्ञात नाभिक को न्यूट्रॉन प्रवाह आरेख (चित्र 2.1) पर आलेखित किया जाता है। इस पर चिकनी ठोस रेखाएं नाभिक के संभावित अस्तित्व के क्षेत्र की सैद्धांतिक सीमा को दर्शाती हैं। इस सीमा की प्रायोगिक स्थापना इस तथ्य से जटिल है कि, जब यह (अंदर से) आ रहा है, तो नाभिक का जीवनकाल, हालांकि वे विशिष्ट लोगों (~ 10 −21) से काफी अधिक हैं साथ), लेकिन आधुनिक प्रयोगात्मक तकनीकों के लिए बहुत छोटा है। स्थिर नाभिक प्रोटॉन-न्यूट्रॉन आरेख पर एक स्थिरता ट्रैक बनाते हैं। के संबंध में निम्नलिखित अनुभवजन्य तथ्य और नियमितताएं: एऔर जेडस्थिर गुठली के लिए: सभी मूल्यों के साथ ज्ञात गुठली जेड 0 से 107 तक समावेशी (कर्नेल के साथ जेड = 0, एन= 1 एक न्यूट्रॉन है)। कोई स्थिर नहीं हैं, अर्थात्। स्वतःस्फूर्त रेडियोधर्मी क्षय के अधीन नहीं, नाभिक के साथ जेड= 0, 43, 61 और जेड ≥ 84. मूल्यों के साथ ज्ञात गुठली ए 1 से 263 तक समावेशी। कोई स्थिर नाभिक नहीं हैं ए= 5, 8 और पर ए ≥ 210. नाभिक के गुण अनिवार्य रूप से संख्याओं की समता पर निर्भर करते हैं जेडऔर एन. यह पहले से ही इस तथ्य से देखा जा सकता है कि स्थिर समस्थानिकों में, सबसे सम-सम (सम) जेड, एन) और कम से कम सभी विषम-विषम (विषम) जेड, एन), जिनमें से केवल चार ज्ञात हैं: 1 डी 2, 3 ली 6, 5 बी 10 और 7 एन 14। छोटे पर एस्थिर नाभिक में लगभग समान संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और बढ़ते हुए एन्यूट्रॉन का प्रतिशत बढ़ता है। अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई समस्थानिक होते हैं। यहां का रिकॉर्ड टिन (50 Sn) का है, जिसमें दस स्थिर समस्थानिक हैं। दूसरी ओर, कुछ तत्वों, जैसे Be, Na, Al में केवल एक स्थिर समस्थानिक होता है।

परमाणु के परमाणु की संरचना। संचार ऊर्जा

1. परमाणु नाभिक की संरचना। न्यूट्रॉन (1932) की खोज के कुछ समय बाद, सोवियत भौतिक विज्ञानी डी डी इवानेंको और कुछ समय बाद जर्मन भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू हाइजेनबर्ग ने सुझाव दिया कि परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। इन कणों को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। प्रोटॉन की संख्या जेड, जो नाभिक का हिस्सा हैं, इसके आवेश को निर्धारित करता है, जो के बराबर है +ज़ी. संख्या जेडपरमाणु क्रमांक कहलाता है (यह आवर्त सारणी में रासायनिक तत्व की क्रम संख्या निर्धारित करता है) या नाभिक की आवेश संख्या।

नाभिक में न्यूक्लियोन A (यानी, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या) की संख्या को नाभिक की द्रव्यमान संख्या कहा जाता है। नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या होती है एन = ए-जेड.

नाभिक को नामित करने के लिए प्रयुक्त प्रतीक

जहाँ X तत्व का रासायनिक प्रतीक है। सबसे ऊपर इसकी द्रव्यमान संख्या है, सबसे नीचे इसकी परमाणु संख्या है।

2. समस्थानिक। 1906 से यह ज्ञात है कि एक ही रासायनिक तत्व के सभी परमाणुओं का द्रव्यमान समान नहीं होता है। उदाहरण के लिए, क्लोरीन परमाणुओं में 35 के करीब द्रव्यमान और 37 के करीब द्रव्यमान वाले परमाणु होते हैं। यूरेनियम परमाणुओं में 234, 235, 238 और 239 के द्रव्यमान वाले परमाणु होते हैं। अन्य परमाणुओं के द्रव्यमान में अंतर होता है। पदार्थ।

एक ही तत्व के सभी समस्थानिकों में बहुत समान रासायनिक गुण होते हैं, जो उनके इलेक्ट्रॉन गोले की समान संरचना को इंगित करता है, और, परिणामस्वरूप, समान परमाणु आवेश और नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन। यहीं से उनका नाम आया है - ग्रीक शब्द "आइसोस" से - वही और "टोपोस" - एक जगह: डी। आई। मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में एक ही स्थान।

समस्थानिकों के बीच द्रव्यमान में अंतर उनमें न्यूट्रॉन की अलग-अलग संख्या के कारण होता है। इस प्रकार, समस्थानिक किसी दिए गए रासायनिक तत्व की किस्में कहलाते हैं, जो उनके नाभिक के द्रव्यमान में भिन्न होते हैं।

रेडियोधर्मी क्षय का नियम एफ सोड्डी द्वारा स्थापित किया गया था। अनुभव से, ई। रदरफोर्ड ने पाया कि समय के साथ रेडियोधर्मी क्षय की गतिविधि कम हो जाती है। प्रत्येक रेडियोधर्मी पदार्थ के लिए एक समय अंतराल होता है जिसके दौरान गतिविधि 2 गुना कम हो जाती है, अर्थात। आधा जीवन टीइस पदार्थ का। माना रेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या N, समय t=0. टी 1 \u003d टी के माध्यम से, टी 2 \u003d 2T के बाद अघोषित नाभिक एन 1 \u003d एन 0/2 की संख्या बनी रहेगी

समय बीत जाने के बाद टी = एनटी, अर्थात। बाद में एनआधा जीवन टी, रेडियोधर्मी परमाणु रहेंगे:

जहां तक ​​कि एन = टी / टी,

यह मौलिक कानून है रेडियोधर्मीक्षय।

4. परमाणु बल। सरल तथ्य परमाणु नाभिक की ताकत की गवाही देते हैं: हमारे आस-पास की वस्तुएं कणों में विघटित हुए बिना लंबे समय तक मौजूद रहती हैं। लेकिन इन तथ्यों की व्याख्या कैसे की जा सकती है? आखिरकार, प्रोटॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं, और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों को उन्हें अलग करना चाहिए था। इसका तात्पर्य यह है कि नाभिक के बीच नाभिक के अंदर कुछ बल होते हैं जो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की ताकतों से अधिक होते हैं। इन बलों को परमाणु बल कहा जाता है। परमाणु बल किसी भी न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन के बीच, न्यूट्रॉन के बीच और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच) के बीच कार्य करते हैं। परमाणु बलों की एक विशिष्ट विशेषता उनकी छोटी सीमा है: 10 -15 मीटर की दूरी पर वे इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ताकतों से लगभग 100 गुना अधिक होते हैं, लेकिन पहले से ही 10 -14 मीटर की दूरी पर वे नगण्य हो जाते हैं।

5. संचार ऊर्जा। नाभिक से एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन को हटाने के लिए, कम दूरी के परमाणु बलों को दूर करने के लिए काम करना चाहिए। नतीजतन, "शेष नाभिक - हटाए गए न्यूक्लियॉन" प्रणाली की ऊर्जा बढ़ जाती है ईबाहरी ताकतों के काम के बराबर।

नाभिक को अलग-अलग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में पूर्ण रूप से अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को नाभिक की बंधन ऊर्जा कहा जाता है।

द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के नियम के अनुसार, इस स्थिति में कणों का द्रव्यमान भी बढ़ जाता है

नतीजतन, नाभिक का द्रव्यमान हमेशा अलग से लिए गए उसके घटक कणों के द्रव्यमान के योग से कम होता है। परमाणु भौतिकी में, कणों के द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। परमाणु द्रव्यमान इकाई कार्बन-12 समस्थानिक के एक परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के बराबर होती है।

1 अमु = 1.6605655 10-27 किलो

तालिका कुछ स्थिर नाभिक और प्राथमिक कणों के द्रव्यमान को दर्शाती है।

टेबल

कर्नेल प्रतीक	मास, ए. खाना खा लो।	कर्नेल प्रतीक	मास, ए. खाना खा लो।
	1,008665		14,003242
	1,007825		16,999134
	4,002603		235,043933

विस्थापन नियम। नाभिक के परिवर्तन तथाकथित विस्थापन नियम का पालन करते हैं, और सबसे पहले सोड्डी द्वारा तैयार किया गया: क्षय के दौरान, नाभिक अपना धन आवेश 2e खो देता है और इसका द्रव्यमान लगभग चार परमाणु द्रव्यमान इकाइयों से कम हो जाता है। नतीजतन, तत्व को आवर्त सारणी की शुरुआत में दो कोशिकाओं को स्थानांतरित कर दिया जाता है. प्रतीकात्मक रूप से, इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

यहां, तत्व को रसायन शास्त्र के रूप में, पारंपरिक प्रतीकों द्वारा दर्शाया गया है: परमाणु चार्ज प्रतीक के नीचे बाईं ओर एक सूचकांक के रूप में लिखा जाता है, और परमाणु द्रव्यमान प्रतीक के शीर्ष बाईं ओर एक सूचकांक के रूप में लिखा जाता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन को प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है। के लिए ए- कण, जो एक हीलियम परमाणु का केंद्रक है, पदनाम का प्रयोग किया जाता है, आदि। β-क्षय में, एक इलेक्ट्रॉन नाभिक से बाहर निकलता है। परिणामस्वरूप, नाभिक का आवेश एक से बढ़ जाता है, जबकि द्रव्यमान लगभग अपरिवर्तित रहता है:

यहां एक इलेक्ट्रॉन को दर्शाता है: शीर्ष पर सूचकांक "0" का अर्थ है कि इसका द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान इकाई की तुलना में बहुत छोटा है। β-क्षय के बाद, तत्व एक सेल को आवर्त सारणी के अंत के करीब ले जाता है. गामा विकिरण चार्ज परिवर्तन के साथ नहीं है; नाभिक का द्रव्यमान नगण्य रूप से बदलता है।

विस्थापन के नियम बताते हैं कि रेडियोधर्मी क्षय के दौरान विद्युत आवेश संरक्षित रहता है और नाभिक का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान लगभग संरक्षित रहता है।

रेडियोधर्मी क्षय के दौरान बनने वाले नए नाभिक, बदले में, आमतौर पर रेडियोधर्मी भी होते हैं।

उदाहरण।इस तालिका के डेटा का उपयोग करके, हम हीलियम परमाणु के नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करते हैं:

हीलियम नाभिक का द्रव्यमान 4.002603 a.m.u है।

व्यक्तिगत नाभिकों का द्रव्यमान

द्रव्यमान अंतर: मीटर = (4.032980 - 4.002603) एमू = 0.030377 amu, और बाध्यकारी ऊर्जा:

चूंकि: 1 एमू \u003d 1.660566 * 10 -27 किग्रा, और सी \u003d 3 * 10 8 मीटर / सेकंड, फिर ई \u003d 0.030377 * 1.660566 * 10 -27 किग्रा * 9 10 16 मीटर 2 / एस 2, या ई \u003d 0.030377 * 1.660566 9 10 -11 जे।

परमाणु भौतिकी में, ऊर्जा आमतौर पर इलेक्ट्रॉनवोल्ट में व्यक्त की जाती है। चूँकि 1 eV = 1.60219 10 -19 J, तब

यह देखना आसान है कि भिन्न

समस्या की स्थिति पर निर्भर नहीं करता है। इसलिए, भविष्य में, परमाणु प्रतिक्रियाओं में गणना निम्नानुसार की जाएगी:

E = m a.m.u. 931 MeV/am.u.

इस प्रकार, हीलियम परमाणु के नाभिक की बंधन ऊर्जा:

एक परमाणु के नाभिक की कुल बाध्यकारी ऊर्जा को उसमें मौजूद न्यूक्लियों की संख्या से विभाजित करके, तथाकथित विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है। हीलियम परमाणु के नाभिक के लिए विशिष्ट बंधन ऊर्जा MeV ​​प्रति न्यूक्लियॉन है।

जवाब:हीलियम परमाणु के नाभिक के लिए विशिष्ट बंधन ऊर्जा लगभग 7 MeV प्रति न्यूक्लियॉन है।