Prótons e nêutrons

Todos os objetos ao nosso redor consistem em moléculas, que, por sua vez, são formadas por átomos, ou seja, as menores partículas de elementos químicos. Apesar de seu tamanho extremamente pequeno, os átomos são muito formações complexas, que incluem um núcleo pesado central e uma camada leve de elétrons, cujo número é geralmente igual ao número ordinal do elemento no sistema periódico de Mendeleev. Quase toda a massa de um átomo está concentrada no núcleo. Também tem uma estrutura muito complexa. Os principais "tijolos" a partir dos quais os núcleos são construídos são prótons e nêutrons.
O próton é o núcleo do átomo de hidrogênio, o elemento químico mais leve, que ocupa o primeiro lugar na tabela de D. I. Mendeleev e, de acordo com isso, possui apenas um elétron na camada eletrônica. Se você ionizar um átomo de hidrogênio, ou seja, remover seu único elétron, então restará um núcleo, que, devido à falta de uma casca, pode ser chamado de núcleo “nu” e que será apenas um próton (de palavra grega"protos" - o primeiro).
Um próton é uma partícula carregada positivamente, e sua carga em magnitude é exatamente igual ao cargo elétron. A massa de um próton é expressa como uma figura de 1,6-10-24 gramas. Isso significa que a massa de um bilhão de prótons é 10 mil vezes menor que um centésimo milionésimo de miligrama. E, no entanto, essa partícula "elementar" pertence à categoria de "pesada", porque sua massa é 1836,6 vezes maior que a massa de um elétron. As dimensões do próton também são muito pequenas: seu diâmetro é 100 mil vezes menor que o diâmetro do átomo, que é aproximadamente um centésimo milionésimo de centímetro. Como resultado, a densidade da matéria do próton, apesar de sua massa desprezível, é enorme. Se um cubo com uma aresta de 1 milímetro pudesse ser preenchido com essas partículas para que ocupassem completamente todo o volume, tocando umas nas outras, esse cubo pesaria 120 mil toneladas! É claro que, na realidade, esse experimento não pode ser realizado. Os prótons, sendo partículas com carga semelhante, se repelem e são necessários forças colossais para aproximá-los. No entanto, existem estrelas nas quais existem condições favoráveis ​​para uma aproximação relativamente próxima de prótons entre si. Essas estrelas (por exemplo, a estrela Vann - Maanen na constelação de Peixes) distinguem-se por uma densidade extremamente alta de matéria, embora, é claro, seja milhões de vezes menor do que no caso que consideramos de um cubo composto por apenas prótons.
O fato de a composição núcleos atômicos inclui prótons, foi comprovado como resultado de experimentos realizados em 1919 pelo físico inglês Rutherford. Nesses experimentos, ele usou um fluxo de partículas alfa rápidas (isto é, os núcleos de átomos de hélio) formadas durante o decaimento radioativo do rádio C. Ao bombardear núcleos de nitrogênio com partículas alfa, descobriu-se que este último emitia algum tipo de partículas com uma partida simultânea em direção oposta partículas pesadas lentas. Ao estudar esse fenômeno em uma câmara de nuvens, descobriu-se que partículas rápidas são prótons e partículas lentas são núcleos de oxigênio. Descobriu-se que o núcleo de nitrogênio, capturando uma partícula alfa, é transformado em um núcleo de oxigênio com a emissão de um próton. O bombardeio dos núcleos de átomos de outros elementos com partículas alfa também confirmou a presença de prótons nesses núcleos.
No entanto, os núcleos (com exceção do núcleo de hidrogênio) não podem consistir apenas de prótons. De fato, o núcleo do átomo de hélio, que ocupa o segundo lugar na tabela de D. I. Mendeleev, tem uma carga igual à carga de dois prótons e sua massa é quatro vezes maior que a massa de um próton. Da mesma forma, a carga de um núcleo de oxigênio é igual a oito cargas de um próton, e a massa desse núcleo é dezesseis vezes a massa de um próton. A explicação para essa discrepância foi encontrada após a descoberta de uma nova partícula "elementar" - o chamado nêutron.
Em 1930, os cientistas descobriram que quando as partículas alfa são bombardeadas com certos elementos (berílio, boro e outros), aparece a radiação de partículas não carregadas, que podem penetrar uma camada relativamente espessa de chumbo (até 5 centímetros). Em 1931 físicos franceses Irene e Frédéric Joliot-Curie descobriram que se uma substância cujas moléculas contêm grande númeroátomos de hidrogênio (por exemplo, parafina), então os prótons começam a sair dele.
Pode-se supor que novamente radiação abertaé formado por fótons. No entanto, para poder eliminar prótons da parafina, esses fótons teriam que ter uma energia de cerca de 50 milhões de elétron-volts. NO último caso eles penetrariam em espessuras de chumbo muito maiores do que as observadas experimentalmente (para um fóton passar por 5 centímetros de chumbo, é necessária uma energia de apenas 5 milhões de elétron-volts). A contradição que surgiu foi resolvida como resultado do trabalho do cientista inglês Chadwick. Ele mostrou que os prótons emitidos da parafina, assim como os núcleos emitidos por outros átomos sob a influência de radiação desconhecida, se movem como se fossem nocauteados não por um fóton, mas por uma partícula pesada cuja massa é aproximadamente igual à massa de um fóton. próton. Assim, pelos esforços de vários físicos, foi estabelecida a existência de uma partícula pesada sem carga, o nêutron. A massa do nêutron é 1839 vezes a massa do elétron, mas ao contrário do próton (e do elétron), sua carga é zero. É por isso que os nêutrons têm a capacidade de penetrar através de espessas camadas de chumbo.
Uma partícula não carregada pode entrar em um átomo sem sofrer repulsão ou atração de partículas carregadas (elétrons e núcleos) e sem desperdiçar sua energia para superar a ação forças elétricas, para a ionização de átomos. Portanto, o caminho de um nêutron, em qualquer substância, sendo todas as outras coisas iguais, é mais longo do que, por exemplo, um próton. Devido à incapacidade do nêutron de produzir ionização, é muito difícil perceber, o que foi o motivo da descoberta relativamente tardia dessa partícula.
A descoberta do nêutron permitiu entender por que o peso dos núcleos atômicos excede o peso dos prótons que eles contêm. Os cientistas soviéticos D. D. Ivanenko e E. D. Gapon apresentaram a ideia da estrutura próton-nêutron dos núcleos, que agora é geralmente aceita. De acordo com esse ponto de vista, além de dois prótons, um núcleo de hélio contém mais dois nêutrons e, portanto, sua carga é dois e sua massa é quatro vezes a massa de um próton (ou quase igual à massa de um nêutron) . Da mesma forma, em outros núcleos, além dos prótons, existem nêutrons. Na fissão nuclear, causada, por exemplo, por uma partícula alfa rápida que atinge o núcleo, podem ser emitidos nêutrons. Este processo serviu apenas como a primeira indicação da existência deste último.
Um nêutron sem carga pode penetrar facilmente não apenas em um átomo, mas até em um núcleo. O impacto de um nêutron em um núcleo pesado em vários casos leva à destruição deste último, resultando na formação de núcleos mais leves e na liberação de uma quantidade muito significativa de energia intranuclear. A propriedade dos nêutrons de produzir fissão nuclear é usada para obter energia atômica (seria mais correto dizer - nuclear).
O grande poder de penetração dos nêutrons, juntamente com a capacidade de destruir núcleos, determina seu efeito perigoso sobre os seres vivos. Um fluxo de nêutrons suficientemente poderoso, tendo entrado nas partes internas do corpo, elimina prótons rápidos e outras partículas carregadas dos núcleos, que, ionizando os átomos de moléculas orgânicas complexas encontradas em seu caminho, contribuem para a decomposição deste último e perturbar assim a vida de uma planta ou animal. No entanto, as propriedades destrutivas dos nêutrons podem ser usadas em benefício das pessoas. Afinal, foi com a ajuda dessas partículas que os cientistas descobriram depósitos naturais de energia intranuclear até então inacessíveis: ao quebrar os núcleos, os nêutrons liberam essa energia, que já usamos para fins pacíficos na União Soviética. Além disso, após serem bombardeados por nêutrons, alguns elementos químicos são convertidos em substâncias radioativas artificiais, que estão se tornando cada vez mais difundidas na medicina, no estudo da atividade vital dos organismos pelo método de átomos marcados, na tecnologia etc.
Atualmente, existem muitas maneiras de obter nêutrons necessários para conduzir vários estudos no campo da física nuclear e para uma série de aplicações práticas. O mais antigo desses métodos é a fabricação da chamada fonte de rádio-berílio. Um recipiente de vidro ou metal é preenchido com pó de berílio misturado com algum sal de rádio (por exemplo, brometo de rádio). No decaimento radioativo partículas alfa voam para fora dos núcleos de rádio, que, interagindo com os núcleos de berílio, expulsam os nêutrons deles. Estes últimos, devido à sua alta capacidade de penetração, passam livremente pelas paredes do vaso.
Após a invenção de dispositivos especiais - aceleradores (ciclotrons, fasotrons, sincrofasotrons e outros), que informam partículas carregadas grandes energias, tornou-se possível obter nêutrons artificialmente. Para fazer isso, um feixe de partículas pesadas carregadas aceleradas em um cíclotron ou outra máquina similar, digamos, dêuterons (núcleos de hidrogênio pesados), é direcionado a um alvo feito de uma determinada substância (por exemplo, lítio). Como resultado, os nêutrons são eliminados dos núcleos dos átomos alvo. Alterando a energia das “conchas” que bombardeiam o alvo, é possível obter nêutrons de várias energias.
Outra fonte poderosa de partículas pesadas não carregadas são os reatores nucleares (caldeiras) nos quais são realizadas reações em cadeia de fissão. núcleos pesados. Isso produz um grande número de nêutrons escapando da caldeira para o exterior.
Os nêutrons, como outras partículas "elementares" (elétrons, prótons), têm propriedades da onda. Um feixe de nêutrons, como a luz (fluxo de fótons) 3, experimenta reflexão, difração, polarização, etc. Portanto, partículas pesadas não carregadas podem ser usadas para estudar a estrutura dos cristais (através de um feixe de nêutrons) da mesma forma que Raios-X são usados. Há certa dificuldade no registro dos nêutrons, pois eles não produzem ionização e, portanto, é impossível perceber sua passagem por uma câmara de nuvens, um contador, uma câmara de ionização e outros dispositivos normalmente utilizados para detectar e contar partículas carregadas. Os nêutrons também não deixam vestígios em emulsões fotográficas. No entanto, a propriedade dos nêutrons de destruir núcleos, de causar reações nucleares, nos dá uma maneira de registrar essas partículas. Um gás contendo núcleos de boro é adicionado a um contador convencional ou câmara de ionização. Os nêutrons dividem esses núcleos e as partículas alfa voam, criando descargas no contador ou corrente de ionização na câmara, o que possibilita a fixação do fluxo de nêutrons. É possível usar emulsões fotográficas às quais sais de lítio ou de barra são misturados para detectar nêutrons. Quando um nêutron atinge o núcleo de um átomo de qualquer um desses elementos, o núcleo se divide com a liberação de uma partícula de carga rápida, cujo traço é visível na emulsão fotográfica.

Embora haja uma diferença significativa entre prótons e nêutrons em que os últimos não têm carga, em outros aspectos eles são muito semelhantes entre si. As massas dessas partículas são quase exatamente iguais, e seu comportamento dentro do núcleo (a magnitude e a natureza das forças nucleares que atuam entre prótons, entre nêutrons e entre ambos) também é aproximadamente o mesmo. O fato é que os prótons, como partículas de carga semelhante, devem se repelir no núcleo. Como os núcleos existem na forma de formações estáveis, é óbvio que os prótons são mantidos neles por algumas forças que excedem as forças repulsivas eletrostáticas. Descobriu-se que essas forças nucleares específicas atuam não apenas entre prótons e entre nêutrons, mas também ligam partículas de ambos os tipos umas às outras. Isso significa que os prótons e nêutrons do núcleo interagem de uma certa maneira uns com os outros (embora natureza física tal interação está longe de ser elucidada). Os cientistas também descobriram que ambas as partículas podem se transformar uma na outra. Assim, no núcleo, um nêutron é convertido em um próton com a emissão de um elétron carregado negativamente e outra partícula de luz não carregada, o neutrino (a massa do neutrino é menor que 1:400 da massa do elétron). Outro processo também ocorre: um próton no núcleo passa para um nêutron com a liberação de um elétron carregado positivamente (pósitron) e um neutrino. Todos esses fenômenos, observados durante o decaimento de alguns núcleos radioativos, receberam um nome comum decaimento beta.
Do ponto de vista da teoria do decaimento beta, o nêutron e o próton não são diferentes: ambos se transformam bem. Por esta razão, ambas as partículas são muitas vezes referidas simplesmente como nucleons. É verdade que deve ser enfatizado que se no núcleo todos os nucleons se comportam da mesma maneira em relação ao decaimento beta, então no estado livre, fora do núcleo, prótons e nêutrons exibem várias propriedades. O próton em si é uma partícula estável, ou, como dizem, estável, enquanto um nêutron livre decai espontaneamente com meia-vida de cerca de 20 minutos. Ao mesmo tempo, transforma-se em próton e emite, como no decaimento dentro do núcleo, um elétron e um neutrino.
A diferença entre um próton e um nêutron em estado livre se deve a várias razões. Uma delas é que para a transformação de um próton em um nêutron é necessário gastar uma energia considerável (em qualquer caso, mais de 1,9 milhão de elétron-volts). Como o próton livre não tem para onde emprestar essa energia, ele é uma partícula estável. Quanto ao nêutron, ele tem uma massa maior que o próton e, portanto, grande estoque energia. A transformação de um nêutron em um próton libera aproximadamente 800.000 elétron-volts de energia. É por isso nêutrons livres diferem na propriedade da radioatividade.
Prótons, nêutrons, neutrinos, bem como fótons e elétrons, são encontrados em raios cósmicos. Em particular, os prótons constituem o chamado componente primário radiação cósmica, ou seja, eles vêm para a Terra do espaço interestelar. É claro que nêutrons, que no estado livre se transformam em prótons, não podem estar presentes na radiação primária. No entanto, eles são formados na atmosfera durante a colisão de prótons primários (e núcleos mais pesados) com os núcleos de átomos de nitrogênio, oxigênio e outros gases. concha de ar Nosso planeta. Prótons raios cósmicos possuem energia colossal e, portanto, podem, apesar da presença de uma carga positiva, penetrar facilmente nos núcleos dos átomos. Na colisão de nucleons com energia tão gigantesca, ocorrem processos que não são observados na interação de nucleons de menor energia. Por exemplo, em tais colisões, nascem novas partículas - mésons de diferentes massas.
Os fatos da interação de nucleons no núcleo descritos acima não significam que o nêutron consiste em um próton e um elétron, ou, inversamente, que um próton contém um nêutron e um pósitron. A essência do decaimento beta está justamente no fato de que o nêutron se transforma em três outras partículas (próton, elétron, neutrino) ou o próton se transforma em nêutron, pósitron e neutrino. Esses processos ocorrem com estrita observância das leis de conservação de energia, massa, momento, carga, etc. e atestam de forma convincente a variabilidade de partículas "elementares" e a presença conexão profunda entre eles.

Capítulo primeiro. PROPRIEDADES DOS NÚCLEO ESTÁVEL

Já foi dito acima que o núcleo consiste em prótons e nêutrons ligados por forças nucleares. Se medirmos a massa do núcleo em unidades atômicas massa, então ele deve estar próximo da massa do próton multiplicada por um número inteiro chamado número de massa. Se a carga do núcleo e o número de massa, isso significa que a composição do núcleo inclui prótons e nêutrons. (O número de nêutrons em um núcleo é geralmente denotado por

Essas propriedades do núcleo são refletidas na notação simbólica, que será usada posteriormente na forma

onde X é o nome do elemento a cujo átomo o núcleo pertence (por exemplo, núcleos: hélio - , oxigênio - , ferro - urânio

As principais características dos núcleos estáveis ​​incluem: carga, massa, raio, momentos mecânicos e magnéticos, espectro estados excitados, paridade e momento quadrupolar. Os núcleos radioativos (instáveis) são adicionalmente caracterizados por seu tempo de vida, o tipo de transformações radioativas, a energia das partículas emitidas e uma série de outras propriedades especiais, que serão discutidas abaixo.

Em primeiro lugar, vamos considerar as propriedades das partículas elementares que compõem o núcleo: prótons e nêutrons.

§ 1. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO PRÓTON E NÊUTRON

Peso. Em unidades de massa do elétron: a massa do próton é a massa do nêutron.

Em unidades de massa atômica: massa de prótons massa de nêutrons

NO unidades de energia massa de repouso de um próton massa de repouso de um nêutron

Carga elétrica. q é um parâmetro que caracteriza a interação de uma partícula com campo elétrico, é expresso em unidades de carga eletrônica onde

Tudo partículas elementares carregam uma quantidade de eletricidade igual a 0 ou a carga do próton A carga do nêutron é zero.

Rodar. Os spins do próton e do nêutron são iguais, ambas as partículas são férmions e obedecem à estatística de Fermi-Dirac e, portanto, ao princípio de Pauli.

momento magnético. Se substituirmos na fórmula (10), que determina o momento magnético do elétron em vez da massa do elétron, a massa do próton, obtemos

A quantidade é chamada de magneton nuclear. Pode-se supor, por analogia com o elétron, que o momento magnético de spin do próton é igual, mas a experiência mostrou que o momento magnético intrínseco do próton é maior que o magneton nuclear: de acordo com dados modernos

Além disso, descobriu-se que uma partícula não carregada - um nêutron - também tem um momento magnético diferente de zero e igual a

A presença de um momento magnético no nêutron e assim grande importância o momento magnético do próton contradiz as suposições sobre a natureza pontual dessas partículas. Uma série de dados experimentais obtidos em últimos anos, indica que tanto o próton quanto o nêutron têm uma estrutura não homogênea complexa. Ao mesmo tempo, uma carga positiva está localizada no centro do nêutron e na periferia há uma carga negativa igual a ela em magnitude, distribuída no volume da partícula. Mas como o momento magnético é determinado não apenas pela magnitude da corrente que flui, mas também pela área coberta por ela, os momentos magnéticos criados por eles não serão iguais. Portanto, um nêutron pode ter momento magnético mantendo-se geralmente neutro.

Transformações mútuas de nucleons. A massa de um nêutron é maior que a massa de um próton em 0,14%, ou 2,5 massas de elétrons,

Em um estado livre, um nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino: sua vida média é de cerca de 17 minutos.

O próton é uma partícula estável. No entanto, dentro do núcleo, ele pode se transformar em um nêutron; em que a reação está acontecendo de acordo com o esquema

A diferença nas massas das partículas à esquerda e à direita é compensada pela energia transmitida ao próton por outros núcleons do núcleo.

O próton e o nêutron têm os mesmos spins, quase as mesmas massas, e podem se transformar um no outro. Será mostrado posteriormente que as forças nucleares que atuam entre essas partículas em pares também são as mesmas. Portanto, eles são chamados pelo nome comum - nucleon e dizem que o nucleon pode estar em dois estados: próton e nêutron, que diferem em sua relação com o campo eletromagnético.

Nêutrons e prótons interagem devido à existência de forças nucleares, que são de natureza não elétrica. As forças nucleares devem sua origem à troca de mésons. Se representarmos a dependência energia potencial interação de um próton e um nêutron de baixas energias na distância entre eles, então aproximadamente terá a forma de um gráfico mostrado na Fig. 5a, ou seja, tem a forma de um poço de potencial.

Arroz. Fig. 5. Dependência da energia potencial de interação da distância entre os nucleons: a - para pares nêutron-nêutron ou nêutron-próton; b - para um par de próton - próton

Vamos falar sobre como encontrar prótons, nêutrons e elétrons. Existem três tipos de partículas elementares em um átomo, cada uma com sua própria carga elementar, peso.

A estrutura do núcleo

Para entender como encontrar prótons, nêutrons e elétrons, imagine que É a parte principal do átomo. Dentro do núcleo estão prótons e nêutrons chamados nucleons. Dentro do núcleo, essas partículas podem passar umas para as outras.

Por exemplo, para encontrar prótons, nêutrons e elétrons nele é necessário conhecer sua número de série. Se levarmos em conta que é esse elemento que lidera o sistema periódico, seu núcleo contém um próton.

O diâmetro de um núcleo atômico é dez milésimos do tamanho total de um átomo. Ele contém a maior parte do átomo inteiro. A massa do núcleo é milhares de vezes maior que a soma de todos os elétrons presentes no átomo.

Caracterização de partículas

Considere como encontrar prótons, nêutrons e elétrons em um átomo e aprenda sobre suas características. O próton é aquele que corresponde ao núcleo do átomo de hidrogênio. Sua massa excede a do elétron em 1836 vezes. Para determinar a unidade de eletricidade que passa por um condutor com uma dada corte transversal, usar carga elétrica.

Cada átomo tem um certo número de prótons em seu núcleo. Isso é valor constante, caracteriza a química e propriedades físicas este elemento.

Como encontrar prótons, nêutrons e elétrons em um átomo de carbono? O número de série deste Elemento químico 6, então há seis prótons no núcleo. De acordo com o sistema planetário, seis elétrons se movem em órbitas ao redor do núcleo. Para determinar o número de nêutrons do valor do carbono (12) subtraia o número de prótons (6), obtemos seis nêutrons.

Para um átomo de ferro, o número de prótons corresponde a 26, ou seja, esse elemento possui o 26º número de série da tabela periódica.

O nêutron é eletricamente partícula neutra, instável no estado livre. Um nêutron é capaz de se transformar espontaneamente em um próton carregado positivamente, enquanto emite um antineutrino e um elétron. Período intermediário sua meia-vida é de 12 minutos. O número de massa é a soma do número de prótons e nêutrons dentro do núcleo de um átomo. Vamos tentar descobrir como encontrar prótons, nêutrons e elétrons em um íon? Se um átomo durante interação química com outro elemento adquire grau positivo oxidação, o número de prótons e nêutrons não muda, apenas os elétrons se tornam menores.

Conclusão

Havia várias teorias sobre a estrutura do átomo, mas nenhuma delas era viável. Antes da versão criada por Rutherford, não havia explicação detalhada sobre a localização dos prótons e nêutrons dentro do núcleo, bem como sobre a rotação em órbitas circulares dos elétrons. Após o advento da teoria estrutura planetáriaátomo, os pesquisadores têm a oportunidade não apenas de determinar o número de partículas elementares em um átomo, mas também de prever as características físicas e Propriedades quimicas elemento químico específico.

O que é um nêutron? Quais são sua estrutura, propriedades e funções? Os nêutrons são as maiores partículas que compõem os átomos, que são os blocos de construção de toda a matéria.

Estrutura do átomo

Os nêutrons estão localizados no núcleo - uma região densa do átomo, também preenchida com prótons (partículas carregadas positivamente). Esses dois elementos são mantidos juntos por uma força chamada nuclear. Os nêutrons têm carga neutra. A carga positiva do próton está associada a carga negativa elétron para criar átomo neutro. Embora os nêutrons no núcleo não afetem a carga de um átomo, eles têm muitas propriedades que afetam um átomo, incluindo o nível de radioatividade.

Nêutrons, isótopos e radioatividade

Uma partícula que está no núcleo de um átomo - um nêutron é 0,2% maior que um próton. Juntos, eles compõem 99,99% da massa total do mesmo elemento pode ter quantidade diferente nêutrons. Quando os cientistas se referem à massa atômica, eles se referem à massa atômica média. Por exemplo, o carbono geralmente tem 6 nêutrons e 6 prótons com uma massa atômica de 12, mas às vezes ocorre com uma massa atômica de 13 (6 prótons e 7 nêutrons). Carbono com número atômico 14 também existe, mas é raro. Então, massa atômica para o carbono é calculado em média para 12,011.

Quando os átomos têm números diferentes de nêutrons, eles são chamados de isótopos. Os cientistas encontraram maneiras de adicionar essas partículas ao núcleo para criar grandes isótopos. Agora, adicionar nêutrons não afeta a carga do átomo, pois eles não têm carga. No entanto, eles aumentam a radioatividade do átomo. Isso pode levar a átomos muito instáveis ​​que podem descarregar níveis altos energia.

O que é um núcleo?

Em química, o núcleo é o centro carregado positivamente de um átomo, que é composto de prótons e nêutrons. A palavra "núcleo" vem do núcleo latino, que é uma forma da palavra que significa "noz" ou "núcleo". O termo foi cunhado em 1844 por Michael Faraday para descrever o centro de um átomo. As ciências envolvidas no estudo do núcleo, o estudo de sua composição e características, são chamadas de física nuclear e química nuclear.

Prótons e nêutrons são mantidos juntos pela força nuclear forte. Os elétrons são atraídos para o núcleo, mas se movem tão rápido que sua rotação é realizada a alguma distância do centro do átomo. A carga nuclear positiva vem dos prótons, mas o que é um nêutron? É uma partícula que não tem carga elétrica. Quase todo o peso de um átomo está contido no núcleo, já que prótons e nêutrons têm muito mais massa do que elétrons. O número de prótons em um núcleo atômico determina sua identidade como elemento. O número de nêutrons indica qual isótopo de um elemento é um átomo.

Tamanho do núcleo atômico

O núcleo é muito menor do que o diâmetro total do átomo porque os elétrons podem estar mais distantes do centro. Um átomo de hidrogênio é 145.000 vezes maior que seu núcleo, e um átomo de urânio é 23.000 vezes maior que seu centro. O núcleo de hidrogênio é o menor porque consiste em um único próton.

Localização de prótons e nêutrons no núcleo

O próton e os nêutrons são geralmente descritos como empacotados e distribuídos uniformemente sobre as esferas. No entanto, esta é uma simplificação da estrutura real. Cada nucleon (próton ou nêutron) pode ocupar um certo nível de energia e uma gama de localizações. Embora o núcleo possa ser esférico, também pode ser em forma de pêra, globular ou em forma de disco.

Os núcleos de prótons e nêutrons são bárions, consistindo dos menores, chamados quarks. A força atrativa tem um alcance muito curto, então prótons e nêutrons devem estar muito próximos um do outro para serem ligados. Essa forte atração supera a repulsão natural dos prótons carregados.

Próton, nêutron e elétron

Um poderoso impulso no desenvolvimento de uma ciência como física nuclear, foi a descoberta do nêutron (1932). Você deveria ser grato por isso física inglesa que foi aluno de Rutherford. O que é um nêutron? Esta é uma partícula instável, que em estado livre em apenas 15 minutos é capaz de decair em um próton, um elétron e um neutrino, a chamada partícula neutra sem massa.

A partícula recebeu esse nome devido ao fato de não ter carga elétrica, é neutra. Os nêutrons são extremamente densos. Em um estado isolado, um nêutron terá uma massa de apenas 1,67·10 - 27, e se você tomar uma colher de chá densamente cheia de nêutrons, o pedaço de matéria resultante pesará milhões de toneladas.

O número de prótons no núcleo de um elemento é chamado de número atômico. Esse número dá a cada elemento sua própria identidade única. Nos átomos de alguns elementos, como o carbono, o número de prótons nos núcleos é sempre o mesmo, mas o número de nêutrons pode variar. Um átomo de um determinado elemento com um certo número de nêutrons no núcleo é chamado de isótopo.

Os nêutrons únicos são perigosos?

O que é um nêutron? Esta é uma partícula que, junto com o próton, está incluída no No entanto, às vezes eles podem existir por conta própria. Quando os nêutrons estão fora dos núcleos dos átomos, eles adquirem um potencial propriedades perigosas. Quando se movem em alta velocidade, produzem radiação letal. As chamadas bombas de nêutrons, conhecidas por sua capacidade de matar pessoas e animais, têm efeito mínimo em estruturas físicas não vivas.

Os nêutrons são muito parte importanteátomo. alta densidade estas partículas, combinadas com a sua velocidade, conferem-lhes uma extraordinária força destrutiva e energia. Como consequência, eles podem alterar ou até mesmo destruir os núcleos dos átomos que se chocam. Embora o nêutron tenha uma carga elétrica neutra líquida, ele é composto de componentes carregados que se cancelam em relação à carga.

O nêutron em um átomo é uma partícula minúscula. Como os prótons, eles são pequenos demais para serem vistos mesmo com microscópio eletrônico mas eles estão lá porque é o único jeito explicando o comportamento dos átomos. Os nêutrons são muito importantes para a estabilidade do átomo, mas fora dele centro atômico eles não podem existir por muito tempo e decaem em média em apenas 885 segundos (cerca de 15 minutos).

Um átomo é a menor partícula de um elemento químico que retém todas as suas propriedades químicas. Um átomo consiste em um núcleo carregado positivamente e elétrons carregados negativamente. A carga nuclear de qualquer elemento químico é igual ao produto Z a e, onde Z é o número de série de um dado elemento no sistema periódico de elementos químicos, e é o valor da carga elétrica elementar.

Elétron- isto é menor partícula substâncias com carga elétrica negativa e=1,6·10 -19 coulombs, tomada como carga elétrica elementar. Os elétrons, girando em torno do núcleo, estão localizados nas camadas eletrônicas K, L, M, etc. K é a camada mais próxima do núcleo. O tamanho de um átomo é determinado pelo tamanho de sua camada eletrônica. Um átomo pode perder elétrons e se tornar íon positivo ou ganhar elétrons e se tornar um íon negativo. A carga de um íon determina o número de elétrons perdidos ou ganhos. O processo de transformar um átomo neutro em um íon carregado é chamado de ionização.

núcleo atômico (parte centralátomo) consiste em partículas nucleares- prótons e nêutrons. O raio do núcleo é cerca de cem mil vezes menor que o raioátomo. A densidade do núcleo atômico é extremamente alta. Prótons- São partículas elementares estáveis ​​com uma carga elétrica unitária positiva e uma massa 1836 vezes maior que a massa de um elétron. O próton é o núcleo do elemento mais leve, o hidrogênio. O número de prótons no núcleo é Z. Nêutroné uma partícula elementar neutra (sem carga elétrica) com uma massa muito próxima da massa de um próton. Como a massa do núcleo é a soma da massa de prótons e nêutrons, o número de nêutrons no núcleo de um átomo é A - Z, onde A é o número de massa de um determinado isótopo (veja). O próton e o nêutron que compõem o núcleo são chamados de nucleons. No núcleo, os nucleons são ligados por forças nucleares especiais.

O núcleo atômico contém uma enorme quantidade de energia, que é liberada quando reações nucleares. As reações nucleares ocorrem quando os núcleos atômicos interagem com partículas elementares ou com os núcleos de outros elementos. Como resultado de reações nucleares, novos núcleos são formados. Por exemplo, um nêutron pode se transformar em um próton. Nesse caso, uma partícula beta, ou seja, um elétron, é ejetada do núcleo.

A transição no núcleo de um próton para um nêutron pode ser realizada de duas maneiras: ou uma partícula com massa é emitida do núcleo, igual à massa elétron, mas carga positiva, chamado de pósitron (decaimento de pósitron), ou o núcleo captura um dos elétrons da camada K mais próxima a ele (captura K).

Às vezes o núcleo formado tem excesso de energia (está em estado excitado) e, transformando-se em condição normal, libera o excesso de energia na forma radiação eletromagnética com comprimento de onda muito curto. A energia liberada nas reações nucleares é praticamente várias indústrias indústria.

Um átomo (do grego atomos - indivisível) é a menor partícula de um elemento químico que possui suas propriedades químicas. Todo elemento é formado por átomos um certo tipo. A estrutura de um átomo inclui o núcleo carregando uma carga elétrica positiva e elétrons carregados negativamente (veja), formando suas camadas eletrônicas. O valor da carga elétrica do núcleo é igual a Z-e, onde e é a carga elétrica elementar, igual em magnitude à carga do elétron (4,8 10 -10 unidades e.-st.), e Z é o número atômico deste elemento no sistema periódico de elementos químicos (ver .). Como um átomo não ionizado é neutro, o número de elétrons incluídos nele também é igual a Z. A composição do núcleo (ver. Núcleo atômico) inclui nucleons, partículas elementares com massa de aproximadamente 1840 vezes maior massa elétron (igual a 9,1 10 -28 g), prótons (veja), nêutrons carregados positivamente e sem carga (veja). O número de nucleons no núcleo é chamado de número de massa e é denotado pela letra A. O número de prótons no núcleo, igual a Z, determina o número de elétrons que entram no átomo, a estrutura conchas de elétrons e propriedades químicas do átomo. O número de nêutrons no núcleo é A-Z. Os isótopos são chamados de variedades do mesmo elemento, cujos átomos diferem entre si em número de massa A, mas têm o mesmo Z. Assim, nos núcleos de átomos de vários isótopos de um elemento existe número diferente nêutrons em o mesmo número prótons. Ao designar isótopos, o número de massa A é escrito na parte superior do símbolo do elemento e o número atômico na parte inferior; por exemplo, isótopos de oxigênio são indicados:

As dimensões de um átomo são determinadas pelas dimensões das camadas eletrônicas e para todo Z são cerca de 10 -8 cm. Como a massa de todos os elétrons do átomo é vários milhares de vezes menor que a massa do núcleo, a massa de o átomo é proporcional a Número de massa. Massa relativa um átomo de um dado isótopo é determinado em relação à massa de um átomo do isótopo de carbono C 12, tomado como 12 unidades, e é chamado de massa isotópica. Acontece que está próximo do número de massa do isótopo correspondente. O peso relativo de um átomo de um elemento químico é o valor médio (levando em consideração a abundância relativa dos isótopos de um determinado elemento) do peso isotópico e é chamado de peso atômico (massa).

Um átomo é um sistema microscópico, e sua estrutura e propriedades só podem ser explicadas com a ajuda da teoria quântica, criada principalmente na década de 20 do século XX e destinada a descrever fenômenos em escala atômica. Experimentos mostraram que as micropartículas - elétrons, prótons, átomos etc. - além das corpusculares, possuem propriedades ondulatórias que se manifestam em difração e interferência. Na teoria quântica, um certo campo de onda caracterizado por uma função de onda (função Ψ) é usado para descrever o estado de micro-objetos. Essa função determina as probabilidades de estados possíveis de um micro-objeto, ou seja, caracteriza as possibilidades potenciais para a manifestação de uma ou outra de suas propriedades. A lei de variação da função Ψ no espaço e no tempo (a equação de Schrödinger), que permite encontrar essa função, desempenha na teoria quântica o mesmo papel que na teoria quântica. mecânica clássica As leis do movimento de Newton. A solução da equação de Schrödinger em muitos casos leva a estados possíveis sistemas. Assim, por exemplo, no caso de um átomo, a série funções de onda para elétrons correspondentes a diferentes valores de energia (quantizados). O sistema de níveis de energia do átomo, calculado pelos métodos da teoria quântica, recebeu brilhante confirmação em espectroscopia. Transição de um átomo do estado fundamental correspondente ao mais baixo nível de energia E 0 , em qualquer um dos estados excitados E i ocorre quando uma certa porção da energia E i - E 0 é absorvida. Um átomo excitado entra em um estado menos excitado ou fundamental, geralmente com a emissão de um fóton. Neste caso, a energia do fóton hv é igual à diferença entre as energias de um átomo em dois estados: hv= E i - E k onde h é a constante de Planck (6,62·10 -27 erg·s), v é a frequência de luz.

Além dos espectros atômicos, teoria quântica permitiu explicar outras propriedades dos átomos. Em particular, a valência, a natureza ligação química e a estrutura das moléculas, uma teoria foi criada sistema periódico elementos.