ძირითადი გადასახადი

მოსელის კანონი.ბირთვის ელექტრული მუხტი იქმნება პროტონებით, რომლებიც ქმნიან მის შემადგენლობას. პროტონების რაოდენობა ზეწოდება მისი მუხტი, რაც ნიშნავს, რომ ბირთვის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა უდრის ზე.ბირთვის მუხტი იგივეა, რაც სერიული ნომერი ზელემენტი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. პირველად, ატომური ბირთვების მუხტები დაადგინა ინგლისელმა ფიზიკოსმა მოსელიმ 1913 წელს. ტალღის სიგრძის კრისტალით გაზომვით λ დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება გარკვეული ელემენტების ატომებისთვის, მოსელიმ აღმოაჩინა ტალღის სიგრძის რეგულარული ცვლილება λ პერიოდულ სისტემაში ერთმანეთის მიყოლებით მიყოლილი ელემენტებისთვის (ნახ. 2.1). მოსელიმ ეს დაკვირვება განმარტა, როგორც დამოკიდებულება λ ზოგიერთი ატომური მუდმივიდან ზ, იცვლება ერთი ელემენტიდან ელემენტამდე და უდრის ერთს წყალბადისთვის:

სადაც და არიან მუდმივები. ატომური ელექტრონების მიერ რენტგენის კვანტების გაფანტვის ექსპერიმენტებიდან და α - ნაწილაკები ატომური ბირთვების მიხედვით, უკვე ცნობილი იყო, რომ ბირთვის მუხტი დაახლოებით ტოლია ატომის მასის ნახევარს და, შესაბამისად, უახლოვდება ელემენტის რიგით რიცხვს. ვინაიდან დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება ატომში ელექტრული პროცესების შედეგია, მოსელიმ დაასკვნა, რომ მის ექსპერიმენტებში ნაპოვნი ატომური მუდმივი, რომელიც განსაზღვრავს დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების ტალღის სიგრძეს და ემთხვევა ელემენტის სერიულ ნომერს. , შეიძლება იყოს მხოლოდ ატომის ბირთვის მუხტი (მოსელის კანონი).

ბრინჯი. 2.1. მოსელის მიერ მიღებული მეზობელი ელემენტების ატომების რენტგენის სპექტრები

რენტგენის ტალღების სიგრძის გაზომვა ხორციელდება დიდი სიზუსტით, ასე რომ, მოსელის კანონის საფუძველზე, აბსოლუტურად საიმედოდ დგინდება ატომის კუთვნილება ქიმიურ ელემენტთან. თუმცა ის ფაქტი, რომ მუდმივი ზბოლო განტოლებაში არის ბირთვის მუხტი, თუმცა ის არაპირდაპირი ექსპერიმენტებითაა დასაბუთებული, საბოლოოდ ემყარება პოსტულატს - მოსელის კანონს. ამიტომ, მოსელის აღმოჩენის შემდეგ, ბირთვების მუხტი არაერთხელ გაზომეს გაფანტვის ექსპერიმენტებში. α - ნაწილაკები, რომლებიც დაფუძნებულია კულონის კანონზე. 1920 წელს ჩადვიგმა გააუმჯობესა გაფანტული პროპორციის გაზომვის მეთოდი α - ნაწილაკები და მიიღო სპილენძის, ვერცხლის და პლატინის ატომების ბირთვების მუხტები (იხ. ცხრილი 2.1). ჩადვიგის მონაცემები ეჭვს არ ტოვებს მოსლის კანონის მართებულობაში. გარდა მითითებული ელემენტებისა, ექსპერიმენტებში ასევე განისაზღვრა მაგნიუმის, ალუმინის, არგონისა და ოქროს ბირთვების მუხტები.

ცხრილი 2.1. ჩადვიკის ექსპერიმენტების შედეგები

განმარტებები.მოსელის აღმოჩენის შემდეგ გაირკვა, რომ ატომის მთავარი მახასიათებელი არის ბირთვის მუხტი და არა მისი ატომური მასა, როგორც მე-19 საუკუნის ქიმიკოსები ვარაუდობდნენ, რადგან ბირთვის მუხტი განსაზღვრავს ატომური ელექტრონების რაოდენობას და, შესაბამისად, ატომების ქიმიური თვისებები. ქიმიური ელემენტების ატომებს შორის განსხვავების მიზეზი არის ზუსტად ის, რომ მათ ბირთვებს აქვთ პროტონების განსხვავებული რაოდენობა მათ შემადგენლობაში. პირიქით, ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა ატომების ბირთვებში პროტონების იგივე რაოდენობით არანაირად არ ცვლის ატომების ქიმიურ თვისებებს. ატომებს, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ მათ ბირთვებში ნეიტრონების რაოდენობით, ეწოდებათ იზოტოპებიქიმიური ელემენტი.

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა ქიმიურ თვისებას. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებისგან. ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ბირთვის მუხტი უდრის Z-ის ნამრავლს e-ით, სადაც Z არის ამ ელემენტის რიგითი ნომერი ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა.

ელექტრონი- ეს არის ნივთიერების ყველაზე პატარა ნაწილაკი უარყოფითი ელექტრული მუხტით e=1,6·10 -19 კულონი, აღებული ელემენტარული ელექტრული მუხტის სახით. ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები განლაგებულია ელექტრონულ გარსებზე K, L, M და ა.შ. K არის ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე გარსი. ატომის ზომა განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის ზომით. ატომს შეუძლია დაკარგოს ელექტრონები და გახდეს დადებითი იონი, ან მოიპოვოს ელექტრონები და გახდეს უარყოფითი იონი. იონის მუხტი განსაზღვრავს დაკარგული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობას. ნეიტრალური ატომის დამუხტულ იონად გადაქცევის პროცესს იონიზაცია ეწოდება.

ატომის ბირთვი(ატომის ცენტრალური ნაწილი) შედგება ელემენტარული ბირთვული ნაწილაკებისგან - პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ბირთვის რადიუსი დაახლოებით ასი ათასჯერ ნაკლებია ატომის რადიუსზე. ატომის ბირთვის სიმკვრივე უკიდურესად მაღალია. პროტონები- ეს არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ერთეული დადებითი ელექტრული მუხტი და მასა 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონი არის ყველაზე მსუბუქი ელემენტის, წყალბადის ბირთვი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში არის Z. ნეიტრონიარის ნეიტრალური (ელექტრული მუხტის გარეშე) ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის მასა ძალიან ახლოს არის პროტონის მასასთან. ვინაიდან ბირთვის მასა არის პროტონებისა და ნეიტრონების მასის ჯამი, ატომის ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A - Z, სადაც A არის მოცემული იზოტოპის მასური რიცხვი (იხ.). პროტონს და ნეიტრონს, რომლებიც ქმნიან ბირთვს, ეწოდება ნუკლეონები. ბირთვში ნუკლეონები შეკრულია სპეციალური ბირთვული ძალებით.

ატომის ბირთვს აქვს ენერგიის უზარმაზარი მარაგი, რომელიც გამოიყოფა ბირთვული რეაქციების დროს. ბირთვული რეაქციები ხდება, როდესაც ატომური ბირთვები ურთიერთქმედებენ ელემენტარულ ნაწილაკებთან ან სხვა ელემენტების ბირთვებთან. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვები. მაგალითად, ნეიტრონს შეუძლია პროტონად გარდაქმნა. ამ შემთხვევაში, ბეტა ნაწილაკი, ანუ ელექტრონი, გამოიდევნება ბირთვიდან.

პროტონის ბირთვში ნეიტრონში გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს ორი გზით: ან ელექტრონის მასის ტოლი ნაწილაკი, მაგრამ დადებითი მუხტით, რომელსაც ეწოდება პოზიტრონი (პოზიტრონის დაშლა) გამოიყოფა. ბირთვი, ანუ ბირთვი იჭერს ერთ-ერთ ელექტრონს უახლოეს K- გარსიდან (K -capture).

ზოგჯერ წარმოქმნილ ბირთვს აქვს ენერგიის ჭარბი რაოდენობა (ის არის აღგზნებულ მდგომარეობაში) და ნორმალურ მდგომარეობაში გადასვლისას ათავისუფლებს ჭარბ ენერგიას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძით -. ბირთვული რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია პრაქტიკულად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში.

ატომი (ბერძნ. atomos - განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები. თითოეული ელემენტი შედგება გარკვეული ტიპის ატომებისგან. ატომის სტრუქტურა მოიცავს ბირთვს, რომელსაც აქვს დადებითი ელექტრული მუხტი და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები (იხ.), რომლებიც ქმნიან მის ელექტრონულ გარსებს. ბირთვის ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა უდრის Z-e, სადაც e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტი, სიდიდით უდრის ელექტრონის მუხტს (4.8 10 -10 e.-st. ერთეული), ხოლო Z არის ატომური რიცხვი. ამ ელემენტის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში (იხ.). ვინაიდან არაიონიზირებული ატომი ნეიტრალურია, მასში შემავალი ელექტრონების რაოდენობა ასევე უდრის Z-ს. ბირთვის შემადგენლობაში (იხ. ატომური ბირთვი) შედის ნუკლეონები, ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა მასა დაახლოებით 1840-ჯერ აღემატება მასას. ელექტრონი (ტოლია 9,1 10 - 28 გ), პროტონები (იხ.), დადებითად დამუხტული და უბრალო ნეიტრონები (იხ.). ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობას მასური რიცხვი ეწოდება და აღინიშნება ასო A. ბირთვში პროტონების რაოდენობა, Z-ის ტოლი, განსაზღვრავს ატომში შემავალი ელექტრონების რაოდენობას, ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და ქიმიურ ნივთიერებას. ატომის თვისებები. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A-Z. იზოტოპებს უწოდებენ ერთი და იმავე ელემენტის სახეობებს, რომელთა ატომები განსხვავდებიან ერთმანეთისგან A მასის რიცხვით, მაგრამ აქვთ იგივე Z. ამრიგად, ერთი ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპის ატომების ბირთვებში არის ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა. პროტონების იგივე რაოდენობა. იზოტოპების აღნიშვნისას ელემენტის სიმბოლოს ზედა ნაწილში იწერება მასის რიცხვი A, ხოლო ბოლოში ატომური რიცხვი; მაგალითად, ჟანგბადის იზოტოპები აღინიშნება:

ატომის ზომები განისაზღვრება ელექტრონული გარსების ზომებით და ყველა Z არის დაახლოებით 10 -8 სმ. ვინაიდან ატომის ყველა ელექტრონის მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ბირთვის მასაზე, მასა ატომი მასის რიცხვის პროპორციულია. მოცემული იზოტოპის ატომის ფარდობითი მასა განისაზღვრება C 12 ნახშირბადის იზოტოპის ატომის მასასთან მიმართებაში, რომელიც აღებულია 12 ერთეულით და ეწოდება იზოტოპური მასა. გამოდის, რომ ახლოსაა შესაბამისი იზოტოპის მასურ რიცხვთან. ქიმიური ელემენტის ატომის ფარდობითი წონა არის იზოტოპური წონის საშუალო (მოცემული ელემენტის იზოტოპების შედარებითი სიმრავლის გათვალისწინებით) ღირებულება და ეწოდება ატომური წონა (მასა).

ატომი არის მიკროსკოპული სისტემა და მისი სტრუქტურა და თვისებები შეიძლება აიხსნას მხოლოდ კვანტური თეორიის დახმარებით, რომელიც შეიქმნა ძირითადად მე-20 საუკუნის 20-იან წლებში და გამიზნულია ატომური მასშტაბის ფენომენების აღწერისთვის. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მიკრონაწილაკებს - ელექტრონებს, პროტონებს, ატომებს და ა.შ. - გარდა კორპუსკულურისა, აქვთ ტალღური თვისებები, რომლებიც ვლინდება დიფრაქციით და ინტერფერენციით. კვანტურ თეორიაში მიკრო-ობიექტების მდგომარეობის აღსაწერად გამოიყენება გარკვეული ტალღის ველი, რომელსაც ახასიათებს ტალღის ფუნქცია (Ψ-ფუნქცია). ეს ფუნქცია განსაზღვრავს მიკროობიექტის შესაძლო მდგომარეობის ალბათობას, ანუ ახასიათებს მისი ამა თუ იმ თვისების გამოვლენის პოტენციურ შესაძლებლობებს. Ψ ფუნქციის ცვალებადობის კანონი სივრცესა და დროში (შროდინგერის განტოლება), რომელიც შესაძლებელს ხდის ამ ფუნქციის პოვნას, კვანტურ თეორიაში იგივე როლს ასრულებს, როგორც ნიუტონის მოძრაობის კანონები კლასიკურ მექანიკაში. შროდინგერის განტოლების ამოხსნა ბევრ შემთხვევაში იწვევს სისტემის დისკრეტულ შესაძლო მდგომარეობას. ასე, მაგალითად, ატომის შემთხვევაში, ელექტრონების ტალღური ფუნქციების სერია მიიღება სხვადასხვა (კვანტიზებული) ენერგიის მნიშვნელობების შესაბამისი. კვანტური თეორიის მეთოდებით გამოთვლილმა ატომის ენერგეტიკული დონეების სისტემამ ბრწყინვალე დადასტურება მიიღო სპექტროსკოპიაში. ატომის გადასვლა ძირითადი მდგომარეობიდან E 0 ენერგეტიკული დონის შესაბამისი E 0 რომელიმე აღგზნებულ მდგომარეობაზე E i-ზე, როდესაც შეიწოვება ენერგიის გარკვეული ნაწილი E i - E 0. აღგზნებული ატომი გადადის ნაკლებად აღგზნებულ ან ძირითად მდგომარეობაში, ჩვეულებრივ, ფოტონის ემისიით. ამ შემთხვევაში ფოტონის ენერგია hv უდრის განსხვავებას ატომის ენერგიებს შორის ორ მდგომარეობაში: hv= E i - E k სადაც h არის პლანკის მუდმივი (6.62·10 -27 erg·sec), v არის სიხშირე. სინათლის.

ატომური სპექტრების გარდა, კვანტურმა თეორიამ შესაძლებელი გახადა ატომების სხვა თვისებების ახსნა. კერძოდ, ახსნილი იქნა ვალენტობა, ქიმიური ბმის ბუნება და მოლეკულების აგებულება, შეიქმნა ელემენტების პერიოდული სისტემის თეორია.

ბირთვული მუხტი () განსაზღვრავს ქიმიური ელემენტის მდებარეობას D.I. ცხრილში. მენდელეევი. Z რიცხვი არის პროტონების რაოდენობა ბირთვში. Cl არის პროტონის მუხტი, რომელიც სიდიდით უდრის ელექტრონის მუხტს.

კიდევ ერთხელ ხაზს ვუსვამთ, რომ ბირთვის მუხტი განსაზღვრავს პროტონების მიერ გადატანილი დადებითი ელემენტარული მუხტების რაოდენობას. და რადგან ატომი ზოგადად ნეიტრალური სისტემაა, ბირთვის მუხტი ასევე განსაზღვრავს ატომში ელექტრონების რაოდენობას. და ჩვენ გვახსოვს, რომ ელექტრონს აქვს უარყოფითი ელემენტარული მუხტი. ატომში ელექტრონები ნაწილდება ენერგეტიკულ გარსებზე და ქვეშელებზე მათი რაოდენობის მიხედვით, შესაბამისად, ბირთვის მუხტი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ელექტრონების განაწილებაზე მათ მდგომარეობებზე. ატომის ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია ბოლო ენერგეტიკულ დონეზე ელექტრონების რაოდენობაზე. გამოდის, რომ ბირთვის მუხტი განსაზღვრავს ნივთიერების ქიმიურ თვისებებს.

ახლა მიღებულია სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების აღნიშვნა შემდეგნაირად: , სადაც X არის პერიოდულ სისტემაში ქიმიური ელემენტის სიმბოლო, რომელიც შეესაბამება მუხტს.

ელემენტებს, რომლებსაც აქვთ იგივე Z, მაგრამ განსხვავებული ატომური მასა (A) (რაც ნიშნავს, რომ ბირთვს აქვს პროტონების იგივე რაოდენობა, მაგრამ ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა) იზოტოპები ეწოდება. ასე რომ, წყალბადს აქვს ორი იზოტოპი: 1 1 H-წყალბადი; 2 1 H-დეიტერიუმი; 3 1 H-ტრიტიუმი

არსებობს სტაბილური და არასტაბილური იზოტოპები.

ერთნაირი მასის, მაგრამ განსხვავებული მუხტის მქონე ბირთვებს იზობარები ეწოდება. იზობარები ძირითადად გვხვდება მძიმე ბირთვებს შორის და წყვილებად ან ტრიადებად. მაგალითად და.

ბირთვული მუხტის პირველი არაპირდაპირი გაზომვა განხორციელდა მოზელის მიერ 1913 წელს. მან დაადგინა კავშირი დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივების () და ბირთვული მუხტის (Z) სიხშირეს შორის:

სადაც C და B განსახილველი გამოსხივების სერიის ელემენტისგან დამოუკიდებელი მუდმივებია.

ბირთვის მუხტი პირდაპირ დაადგინა ჩადვიკმა 1920 წელს, როდესაც სწავლობდა ჰელიუმის ატომის ბირთვების მეტალის ფენებზე გაფანტვას.

ძირითადი შემადგენლობა

წყალბადის ატომის ბირთვს პროტონი ეწოდება. პროტონის მასა არის:

ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან (ერთად უწოდებენ ნუკლეონებს). ნეიტრონი აღმოაჩინეს 1932 წელს. ნეიტრონის მასა ძალიან ახლოს არის პროტონის მასასთან. ნეიტრონს არ აქვს ელექტრული მუხტი.

ბირთვში პროტონების (Z) და ნეიტრონების (N) რაოდენობის ჯამს ეწოდება მასური რიცხვი A:

ვინაიდან ნეიტრონისა და პროტონის მასები ძალიან ახლოსაა, თითოეული მათგანი უდრის თითქმის ატომური მასის ერთეულს. ატომში ელექტრონების მასა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ბირთვის მასა, ამიტომ ითვლება, რომ ბირთვის მასის რაოდენობა დაახლოებით უდრის ელემენტის ფარდობით ატომურ მასას, თუ დამრგვალებულია უახლოეს მთელ რიცხვამდე.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში

ბირთვები ძალიან სტაბილური სისტემებია, ამიტომ პროტონები და ნეიტრონები ბირთვში უნდა იყოს შენახული რაიმე სახის ძალით. რას იტყვით ამ ძალებზე?

გამოსავალი

დაუყოვნებლივ შეიძლება აღინიშნოს, რომ ძალები, რომლებიც აკავშირებს ნუკლეონებს, არ მიეკუთვნება გრავიტაციულ ძალებს, რომლებიც ძალიან სუსტია. ბირთვის სტაბილურობა არ აიხსნება ელექტრომაგნიტური ძალების არსებობით, რადგან პროტონებს შორის, როგორც ერთი და იმავე ნიშნის მუხტის მატარებელ ნაწილაკებს შორის, შეიძლება იყოს მხოლოდ ელექტრული მოგერიება. ნეიტრონები ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკებია. განსაკუთრებული სახის ძალა მოქმედებს ნუკლეონებს შორის, რომლებსაც ბირთვულ ძალებს უწოდებენ. ეს ძალები თითქმის 100-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე ელექტრო ძალები. ბირთვული ძალები ყველაზე ძლიერია ბუნებაში ცნობილ ძალებს შორის. ბირთვში ნაწილაკების ურთიერთქმედებას ძლიერი ეწოდება. ბირთვული ძალების შემდეგი მახასიათებელი არის ის, რომ ისინი მოკლე დისტანციური არიან. ბირთვული ძალები შესამჩნევი ხდება მხოლოდ სმ-ის რიგის მანძილზე, ანუ ბირთვის ზომის მანძილზე.

მაგალითი 2

ვარჯიში

რა მინიმალურ მანძილზე შეუძლია ჰელიუმის ატომის ბირთვს, რომელსაც აქვს ტოლი კინეტიკური ენერგია თავდაპირველი შეჯახებისას, მიუახლოვდეს ტყვიის ატომის უმოძრაო ბირთვს?

გამოსავალი

მოდით დავხატოთ ნახატი. განვიხილოთ ჰელიუმის ატომის ( - ნაწილაკები) ბირთვის მოძრაობა ელექტროსტატიკურ ველში, რომელიც ქმნის ტყვიის ატომის უმოძრაო ბირთვს. - ნაწილაკი მოძრაობს ტყვიის ატომის ბირთვისკენ ნულამდე კლების სიჩქარით, ვინაიდან მსგავსი დამუხტვირებულ ნაწილაკებს შორის მოქმედებს საგრებელი ძალები. კინეტიკური ენერგია, რომელსაც ფლობდა ნაწილაკი, გადაიქცევა ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიად - ნაწილაკებსა და ველებში (), რომელიც ქმნის ტყვიის ატომის ბირთვს: ჩვენ გამოვხატავთ ნაწილაკების პოტენციურ ენერგიას ელექტროსტატიკურ ველში, როგორც: სად არის ჰელიუმის ატომის ბირთვის მუხტი; - ელექტროსტატიკური ველის ინტენსივობა, რომელიც ქმნის ტყვიის ატომის ბირთვს. (2.1) - (2.3)-დან ვიღებთ:

იკვლევდა α-ნაწილაკების თხელ ოქროს ფოლგაში გავლისას (იხ. ნაწილი 6.2), ე. რეზერფორდი მივიდა დასკვნამდე, რომ ატომი შედგება მძიმე დადებითად დამუხტული ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონებისგან.

ბირთვი ატომის ცენტრს უწოდებენ,რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის თითქმის მთელი მასა და მისი დადებითი მუხტი.

AT ატომის ბირთვის შემადგენლობა შეიცავს ელემენტარულ ნაწილაკებს : პროტონები და ნეიტრონები (ნუკლეონები ლათინური სიტყვიდან ბირთვი- ბირთვი). ბირთვის ასეთი პროტონ-ნეიტრონული მოდელი შემოგვთავაზა საბჭოთა ფიზიკოსმა 1932 წელს დ.დ. ივანენკო. პროტონს აქვს დადებითი მუხტი e + = 1.06 10 -19 C და დასვენების მასა მ გვ\u003d 1.673 10 -27 კგ \u003d 1836 მე. ნეიტრონი ( ნ) არის ნეიტრალური ნაწილაკი დასვენების მასით m n= 1,675 10 -27 კგ = 1839 წ მე(სადაც არის ელექტრონის მასა მე, უდრის 0,91 10 -31 კგ). ნახ. 9.1 გვიჩვენებს ჰელიუმის ატომის სტრუქტურას XX საუკუნის ბოლოს - XXI საუკუნის დასაწყისის იდეების მიხედვით.

ძირითადი მუხტი უდრის ზე, სად ეარის პროტონის მუხტი, ზ- დატენვის ნომერიტოლია სერიული ნომერიქიმიური ელემენტი მენდელეევის ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში, ე.ი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში. ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში აღინიშნება ნ. ჩვეულებრივ ზ > ნ.

ბირთვები ერთად ზ= 1-მდე ზ = 107 – 118.

ნუკლეონების რაოდენობა ბირთვში ა = ზ + ნდაურეკა მასობრივი რიცხვი . ბირთვები იგივე ზ, მაგრამ განსხვავებული მაგრამდაურეკა იზოტოპები. ბირთვები, რომლებიც, ამავე დროს აგანსხვავებული აქვთ ზ, უწოდებენ იზობარები.

ბირთვი აღინიშნება იგივე სიმბოლოთი, რაც ნეიტრალური ატომით, სადაც Xარის ქიმიური ელემენტის სიმბოლო. მაგალითად: წყალბადი ზ= 1 აქვს სამი იზოტოპი: - პროტიუმი ( ზ = 1, ნ= 0), არის დეიტერიუმი ( ზ = 1, ნ= 1), – ტრიტიუმი ( ზ = 1, ნ= 2), კალას აქვს 10 იზოტოპი და ა.შ. ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის იზოტოპების აბსოლუტურ უმრავლესობას აქვს იგივე ქიმიური და მსგავსი ფიზიკური თვისებები. საერთო ჯამში ცნობილია 300-მდე სტაბილური იზოტოპი და 2000-ზე მეტი ბუნებრივი და ხელოვნურად მიღებული. რადიოაქტიური იზოტოპები.

ბირთვის ზომას ახასიათებს ბირთვის რადიუსი, რომელსაც აქვს პირობითი მნიშვნელობა ბირთვის საზღვრის დაბინდვის გამო. ე. რეზერფორდმაც კი, თავისი ექსპერიმენტების გაანალიზებით, აჩვენა, რომ ბირთვის ზომა არის დაახლოებით 10–15 მ (ატომის ზომა 10–10 მ). არსებობს ემპირიული ფორმულა ბირთვის რადიუსის გამოსათვლელად:

,

(9.1.1)

სადაც რ 0 = (1,3 - 1,7) 10 -15 მ აქედან ჩანს, რომ ბირთვის მოცულობა ნუკლეონების რაოდენობის პროპორციულია.

ბირთვული ნივთიერების სიმკვრივე არის 10 17 კგ/მ 3 რიგის და მუდმივია ყველა ბირთვისთვის. ის მნიშვნელოვნად აღემატება მკვრივი ჩვეულებრივი ნივთიერებების სიმკვრივეს.

პროტონები და ნეიტრონები არიან ფერმიონები, იმიტომ აქვს ტრიალი ħ /2.

ატომის ბირთვს აქვს საკუთარი კუთხოვანი იმპულსი – ბირთვული სპინი :

,

(9.1.2)

სადაც მე – შიდა(სრული)დატრიალებული კვანტური რიცხვი.

ნომერი მეიღებს მთელ ან ნახევარმთლიან მნიშვნელობებს 0, 1/2, 1, 3/2, 2 და ა.შ. ბირთვები ერთად თუნდაც მაგრამაქვს მთელი რიცხვი სპინი(ერთეულებში ħ ) და დაემორჩილე სტატისტიკას ბოზი–აინშტაინი(ბოზონები). ბირთვები ერთად კენტი მაგრამაქვს ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი(ერთეულებში ħ ) და დაემორჩილე სტატისტიკას ფერმი–დირაკი(ისინი. ბირთვები ფერმიონებია).

ბირთვულ ნაწილაკებს აქვთ საკუთარი მაგნიტური მომენტები, რომლებიც განსაზღვრავენ მთლიანი ბირთვის მაგნიტურ მომენტს. ბირთვების მაგნიტური მომენტების საზომი ერთეულია ბირთვული მაგნიტონი μ შხამი:

.

(9.1.3)

Აქ ეარის ელექტრონის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა, მ გვარის პროტონის მასა.

ბირთვული მაგნიტონი შევიდა მ გვ/მე= 1836,5-ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ბორის მაგნეტონი, აქედან გამომდინარეობს, რომ ატომების მაგნიტური თვისებები განისაზღვრება მისი ელექტრონების მაგნიტური თვისებებით .

არსებობს კავშირი ბირთვის ტრიალსა და მის მაგნიტურ მომენტს შორის:

,

(9.1.4)

სადაც γ შხამი - ბირთვული გირომაგნიტური თანაფარდობა.

ნეიტრონს აქვს უარყოფითი მაგნიტური მომენტი μ ნ≈ – 1,913μ შხამი, რადგან ნეიტრონის სპინის მიმართულება და მისი მაგნიტური მომენტი საპირისპიროა. პროტონის მაგნიტური მომენტი დადებითია და ტოლია μ რ≈ 2.793μ შხამი. მისი მიმართულება ემთხვევა პროტონის სპინის მიმართულებას.

პროტონების ელექტრული მუხტის განაწილება ბირთვზე ზოგადად ასიმეტრიულია. ამ განაწილების გადახრის ზომა სფერული სიმეტრიულიდან არის ბირთვის ოთხპოლუსიანი ელექტრული მომენტი ქ. თუ დატენვის სიმკვრივე ყველგან ერთნაირია, მაშინ ქგანისაზღვრება მხოლოდ ბირთვის ფორმით. ასე რომ, რევოლუციის ელიფსოიდისთვის

,

(9.1.5)

სადაც ბარის ელიფსოიდის ნახევარღერძი ბრუნვის მიმართულებით, ა- ღერძი პერპენდიკულარული მიმართულებით. ბრუნვის მიმართულებით გადაჭიმული ბირთვისთვის, ბ > ადა ქ> 0. ამ მიმართულებით განლაგებული ბირთვისთვის, ბ < ადა ქ < 0. Для сферического распределения заряда в ядре ბ = ადა ქ= 0. ეს ეხება ბირთვებს, რომელთა სპინი ტოლია 0 ან ħ /2.

დემოს სანახავად დააწკაპუნეთ შესაბამის ჰიპერბმულზე: