Aatomi tuuma koostis. Prootonite ja neutronite arvutus

Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt koosneb aatom tuumast ja selle ümber paiknevatest elektronidest. Aatomi tuum omakorda koosneb väiksematest elementaarosakestest – alates teatud arvust prootonid ja neutronid(mille üldtunnustatud nimetus on nukleonid), mis on omavahel ühendatud tuumajõududega.

Prootonite arv tuumas määrab aatomi elektronkihi struktuuri. Ja elektronkiht määrab aine füüsikalised ja keemilised omadused. Prootonite arv vastab aatomi seerianumbrile Mendelejevi perioodilises keemiliste elementide süsteemis, mida nimetatakse ka laengunumbriks, aatomnumbriks, aatomnumbriks. Näiteks heeliumi aatomi prootonite arv on 2. Perioodilises tabelis on see number 2 ja tähistatakse kui He 2. Prootonite arvu tähis on ladina täht Z. Valemite kirjutamisel kasutatakse sageli numbrit, mis näitab prootonite arv asub elemendi sümboli all või paremal või vasakul: He 2 / 2 He.

Neutronite arv vastab elemendi kindlale isotoobile. Isotoobid on elemendid, millel on sama aatomnumber (sama arv prootoneid ja elektrone), kuid erinevad massiarvud. Massi number– neutronite ja prootonite koguarv aatomi tuumas (tähistatakse ladina tähega A). Valemite kirjutamisel märgitakse massiarv elemendi sümboli ülaossa ühel küljel: He 4 2 / 4 2 He (heeliumi isotoop - heelium - 4)

Seega, et teada saada neutronite arv konkreetses isotoobis, tuleks prootonite arv lahutada kogumassi arvust. Näiteks teame, et heelium-4 He 4 2 aatom sisaldab 4 elementaarosakest, kuna isotoobi massiarv on 4. Lisaks teame, et He 4 2-l on 2 prootonit. Lahutades 4-st (kogumassi arv) 2-st (prootonite arv), saame 2 - neutronite arvu heelium-4 tuumas.

AatomiTUUMA FANTOMOSAKESTE ARVUTAMISE PROTSESS. Näitena ei võetud juhuslikult heelium-4 (He 4 2), mille tuum koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist. Kuna heelium-4 tuum, mida nimetatakse alfaosakeseks (α-osakeseks), on tuumareaktsioonides kõige tõhusam, kasutatakse seda sageli sellesuunalisteks katseteks. Väärib märkimist, et tuumareaktsioonide valemites kasutatakse He 4 2 asemel sageli sümbolit α.

Just alfaosakeste osalusel viis E. Rutherford läbi esimese tuumatransformatsiooni reaktsiooni ametlikus füüsika ajaloos. Reaktsiooni käigus "pommitasid" alfaosakesed (He 4 2) lämmastiku isotoobi (N 14 7) tuumasid, mille tulemusena tekkis hapniku isotoop (O 17 8) ja üks prooton (p 1 1)

See tuumareaktsioon näeb välja selline:

Arvutame fantoom-Po osakeste arvu enne ja pärast seda teisendust.

VAJATE FANTOMOSAKESTE ARVU ARVUTAMISEKS:
1. samm. Loendage neutronite ja prootonite arv igas tuumas:
- prootonite arv on näidatud alumises indikaatoris;
- saame neutronite arvu teada, lahutades prootonite arvu (alumine indikaator) kogumassiarvust (ülemine indikaator).

Etapp 2. Loendage aatomituumas olevate fantoom-Po-osakeste arv:
- korrutada prootonite arv ühes prootonis sisalduvate fantoomsete Po osakeste arvuga;
- korrutada neutronite arv ühes neutronis sisalduvate fantoomsete Po osakeste arvuga;

3. samm. Lisage fantoom-Po osakeste arv:
- liita enne reaktsiooni saadud fantoom-Po-osakeste arv prootonites ja saadud arv neutronites tuumades;
- liita pärast reaktsiooni saadud fantoom-Po-osakeste arv prootonites ja saadud arv neutronites tuumades;
- võrrelda fantoom-Po-osakeste arvu enne reaktsiooni ja fantoom-Po-osakeste arvu pärast reaktsiooni.

NÄIDE AatomiTUUMA FANTOOMOSAKESTE ARVU ARVUTAMISEST.
(Tuumareaktsioon, mis hõlmab α-osakest (He 4 2), viis läbi E. Rutherford 1919. aastal)

ENNE REAKTSIOONI (N 14 7 + He 4 2)
N 14 7

Prootonite arv: 7
Neutronite arv: 14-7 = 7
1 prootonis – 12 Po, mis tähendab 7 prootonis: (12 x 7) = 84;
1 neutronis – 33 Po, mis tähendab 7 neutronis: (33 x 7) = 231;
Fantoom-Po osakeste koguarv tuumas: 84+231 = 315

Ta 42
Prootonite arv - 2
Neutronite arv 4-2 = 2
Fantoomsete Po osakeste arv:
ühes prootonis – 12 Po, mis tähendab 2 prootonis: (12 x 2) = 24
1 neutronis – 33 Po, mis tähendab 2 neutronis: (33 x 2) = 66
Fantoom-Po osakeste koguarv tuumas: 24+66 = 90

Fantoom-Po osakeste koguarv enne reaktsiooni

N 14 7 + ta 4 2
315 + 90 = 405

PÄRAST REAKTSIOONI (O 17 8) ja ühte prootonit (p 1 1):
O 17 8
Prootonite arv: 8
Neutronite arv: 17-8 = 9
Fantoomsete Po osakeste arv:
1 prootonis – 12 Po, mis tähendab 8 prootonis: (12 x 8) = 96
1 neutronis – 33 Po, mis tähendab 9 neutronis: (9 x 33) = 297
Fantoom-Po osakeste koguarv tuumas: 96+297 = 393

lk 1 1
Prootonite arv: 1
Neutronite arv: 1-1=0
Fantoomsete Po osakeste arv:
Ühes prootonis on 12 Po
Neutroneid pole.
Fantoom-Po osakeste koguarv tuumas: 12

Fantoom-Po osakeste koguarv pärast reaktsiooni
(O 17 8 + p 1 1):
393 + 12 = 405

Võrdleme fantoom-Po osakeste arvu enne ja pärast reaktsiooni:

NÄIDE TUUMAREAKTSIOONI FANTOMOSAKESTE ARVUTAMISEKS LÜHIVORMIST.

Tuntud tuumareaktsioon on α-osakeste interaktsiooni reaktsioon berülliumi isotoobiga, mille käigus avastati esmakordselt neutron, mis avaldub tuumatransformatsiooni tulemusena iseseisva osakesena. Selle reaktsiooni viis 1932. aastal läbi inglise füüsik James Chadwick. Reaktsiooni valem:

213 + 90 → 270 + 33 - fantoom-Po osakeste arv igas tuumas

303 = 303 - fantoom-Po osakeste kogusumma enne ja pärast reaktsiooni

Fantoom-Po osakeste arv enne ja pärast reaktsiooni on võrdne.

Fanaatilised matemaatikud, kes armastavad kõike maailmas üles lugeda, on juba ammu tahtnud teada vastust põhiküsimusele: kui palju osakesi on universumis? Arvestades, et umbes 5 triljonit vesinikuaatomit mahub ainult nööpnõela otsa, millest igaüks koosneb 4 elementaarosakest (1 elektron ja 3 kvarki prootonis), võib kindlalt eeldada, et osakeste arv vaadeldavas universumis on suurem kui inimeste esindatuse piir.

Igatahes on Nottinghami ülikooli füüsikaprofessor Tony Padilla välja töötanud viisi, kuidas hinnata osakeste koguarvu universumis ilma footoneid või neutriinosid arvesse võtmata, kuna neil puudub (või pigem praktiliselt puudub) mass:

Arvutusteks kasutas teadlane Plancki teleskoobiga saadud andmeid, mille abil mõõdeti kosmilise mikrolaine taustkiirgust, mis on universumi vanim nähtav valguskiirgus ja moodustab seega justkui oma piiri. Tänu teleskoobile suutsid teadlased hinnata nähtava universumi tihedust ja raadiust.

Teine vajalik muutuja on barüonites sisalduv aineosa. Need osakesed koosnevad kolmest kvargist ja tänapäeval on tuntuimad barüonid prootonid ja neutronid, nii et Padilla käsitleb neid oma näites. Lõpuks on arvutamiseks vaja teada prootoni ja neutroni massi (mis kattuvad üksteisega ligikaudu), pärast mida saab arvutusi alustada.

Mida teeb füüsik? Ta võtab nähtava universumi tiheduse, korrutab selle ainult barüonide tiheduse murdosaga ja korrutab tulemuse universumi ruumalaga. Ta jagab saadud universumi kõigi barüonide massi ühe barüoni massiga ja saab barüonide koguarvu. Kuid barüonid meid ei huvita, meie eesmärk on elementaarosakesed.

On teada, et iga barüon koosneb kolmest kvargist – just neid me vajame. Pealegi on prootonite koguarv (nagu me kõik kooli keemiakursusest teame) võrdne elektronide koguarvuga, mis on samuti elementaarosakesed. Lisaks on astronoomid avastanud, et 75% universumi ainest esindab vesinik ja ülejäänud 25% heelium; muud elemendid võib selle ulatusega arvutustes tähelepanuta jätta. Padilla arvutab neutronite, prootonite ja elektronide arvu, seejärel korrutab kaks esimest positsiooni kolmega – ja lõpuks on meil lõpptulemus.

3,28 x 10 80. Rohkem kui kolm vigintiljonit.

328.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

Kõige huvitavam on see, et Universumi mastaapi arvestades ei täida need osakesed isegi suurt osa selle kogumahust. Selle tulemusena on Universumi kuupmeetri kohta ainult üks (!) elementaarosake.

Autori esitatud küsimusele Kuidas arvutada elektronide arvu orbiitidel (või nagu neid vene keeles nimetatakse) VÄIKE kainet ja kurja! parim vastus on Maksimaalne elektronide arv 1 orbitaalis (elektronipilves) on 2. Oma suuruselt ja energialt lähedased orbitaalid moodustavad alamtasandeid, maksimaalne elektronide arv neil: s-alamtase - 2, p-alatasand - 6, d-alamtase - 10, f-alamtase - 14 (orbitaalid alamtasandil on vastavalt 2 korda vähem). Energialt lähedased alamtasandid moodustavad ENERGIATASED ehk ELEKTROONILISED KIHTED (ilmselt on need need, mille kohta te küsite). Maksimaalne elektronide arv energiatasemetel: 1. – 2, 2. – 8, 3. – 18, 4. ja edasi – 32. ATOMI VÄLISELE ELEKTRONIKIHT EI SAA OLLA ROHKEM KUI 8 ELEKTRONI.
Elektronide koguarv kõigis elektronikihtides on võrdne tuuma laenguga (elemendi aatomnumber). Aatomi elektrooniliste kihtide arv on võrdne perioodi arvuga, milles see element asub. Uue elektronkihi täitmine algab pärast seda, kui eelmisel kihil olevad s- ja p-orbitaalid on täidetud.
Eelmise kihi d-orbitaalid täidetakse pärast järgmise kihi s-orbitaalide täitmist ja nende d-orbitaalide järel välimine p-alatasand. f-orbitaalid täidetakse ainult lantaniidides ja aktiniidides (2 rida 14 elemendist perioodilisuse tabeli allosas); Kolmanda välise elektronkihi f-alamtase täitub pärast väliskihi s-alatasandi (2 elektroni) ja 1 elektroni eelmise kihi d-alamtasandi täitumist. Pärast kolmanda välise f-alataseme täitmist jätkub teise välise d-alataseme (sisestatud dekaad) täitmine ja seejärel täidetakse väliskihi p-alatasand.
Näiteks vanaadium V on perioodi 4. rühma element 5. Sellel on täidetud 1 (2 elektroni) ja 2 (8 elektroni) taset, 3. tasandil - s- ja p-alatasandid (st 8 elektroni), seejärel täidetakse s-alamtase 4 kihiga (2 elektroni) ja siis - d-alamtasandil 3 kihti (3 elektroni), st 3. kihil - 8 + 3 = 11 elektroni ja aatomi elektrooniline diagramm: V +23)2)8)11)2. + 23 on tuuma laeng (järgarv; 2 + 8 + 11 + 2 = 23 - elektronide arv võrdub järgarvuga (see on kontroll). Kuidas teada saada d-elektronide arvu: iga periood algab 2 elemendiga, mille välimine s-alamtase on täidetud (4. perioodil on need K ja Ca - rühmade 1 ja 2 elemendid), siis 10 elemendi puhul (sisestatud dekaad) täidetakse eelmine d-alatase - 1 elektron igaüks (4. perioodil - Sc-st Zn-ni). külgne alamrühm (st d-element), see on 4. perioodi 5. element, sellel on eelmisel (kolmandal) kihil 5 - 2 = 3 d-elektroni ( st see on sisestatud kümnendi kolmas).
Rühmade 1 ja 6 külgmiste alamrühmade elementide puhul täheldatakse 1 välise s-elektroni “hüpet” eelmisele d-alamtasemele: energeetiliselt soodsam seisund tekib siis, kui d-alamtase on täielikult või poolenisti täidetud. Näiteks vask Cu asemel...3d9 4s2 saab elektroonilise konfiguratsiooni...3d10 4s1.

Juhised

Kui aatom on elektriliselt neutraalne, siis elektronide arv selles võrdub prootonite arvuga. Prootonite arv vastab perioodilisuse tabeli aatomielemendile. Näiteks on sellel esimene aatomnumber, seega on selle aatomil üks. Naatriumi aatomarv on 11, seega on naatriumi aatomil 11 elektroni.

Aatom võib ka kaotada või võita. Sel juhul muutub aatom iooniks, mis on elektriliselt positiivne või. Oletame, et üks naatriumielektronidest lahkub aatomi elektronkihist. Naatriumi aatomist saab siis positiivselt laetud ioon, mille laeng on +1 ja elektronkihis 10 elektroni. Elektronide lisamisel muutub aatom negatiivseks iooniks.

Keemiliste elementide aatomid võivad ka ühineda, moodustades molekule, aine väikseimaid osakesi. Elektronide arv molekulis on võrdne kõigi selle aatomite elektronide arvuga. Näiteks koosneb veemolekul H2O kahest vesinikuaatomist, millest igaühel on üks elektron, ja hapnikuaatomist, millel on 8 elektroni. See tähendab, et veemolekulis on ainult 10 elektroni.

Keemilise elemendi aatom koosneb aatomituumast ja elektronkihist. Aatomituum sisaldab kahte tüüpi osakesi – prootoneid ja neutroneid. Peaaegu kogu aatomi mass on koondunud tuuma, kuna prootonid ja neutronid on elektronidest palju raskemad.

Sa vajad

• elemendi aatomnumber, N-Z diagramm.

Juhised

Neutronitel puudub elektrilaeng, see tähendab, et nende elektrilaeng on null. See on peamine raskus neutronite arvuga – elemendi või selle elektronkihi aatomarv ei anna sellele küsimusele ühemõttelist vastust. Näiteks tuum sisaldab alati 6 prootonit, kuid prootoneid võib selles olla 6 ja 7. Selle elemendi isotoobid on elemendi tuumade sordid, mille tuumas on erinev arv neutroneid. Isotoobid võivad olla looduslikud või neid saab toota.

Aatomituumad on tähistatud perioodilisuse tabeli keemilise elemendi tähetähisega. Sümbolist paremal on üleval ja all kaks numbrit. Ülemine arv A on aatomi massiarv. A = Z+N, kus Z on tuumalaeng (prootonite arv) ja N on neutronite arv. Alumine number on Z – tuuma laeng. See kirje annab teavet tuumas olevate neutronite arvu kohta. Ilmselt on see võrdne N = A-Z.

Ühe keemilise elemendi erinevate isotoopide puhul muutub arv A, mis on näha selle isotoobi tähistuses. Teatud isotoopidel on oma algsed nimed. Näiteks tavalises vesiniku tuumas pole neutroneid ja üks prooton. Vesiniku isotoobil deuteeriumil on üks neutron (A = 2, number 2 üleval, 1 all) ja triitiumi isotoobil on kaks neutronit (A = 3, number 3 peal, 1 all).

Neutronite arvu sõltuvus prootonite arvust kajastub nn aatomituumade N-Z diagrammil. Tuumade stabiilsus sõltub neutronite arvu ja prootonite arvu suhtest. Kergete nukliidide tuumad on kõige stabiilsemad N/Z = 1 juures, st kui neutronite ja prootonite arv on võrdne. Massiarvu suurenedes nihkub stabiilsuspiirkond väärtustele N/Z>1, saavutades N/Z ~ 1,5 kõige raskemate tuumade puhul.

Video teemal

Allikad:

• Aatomituuma ehitus
• kuidas leida neutronite arvu

Aatom koosneb tuumast ja seda ümbritsevatest elektronidest, mis tiirlevad ümber selle aatomiorbitaalidel ja moodustavad elektronkihte (energiatasemeid). Negatiivselt laetud osakeste arv välis- ja sisetasandil määrab elementide omadused. Aatomis sisalduvate elektronide arvu saab teada mõningaid põhipunkte teades.

Sa vajad

• - paber;
• - pliiats;
• - Mendelejevi perioodiline süsteem.

Juhised

Elektronide arvu määramiseks kasutage perioodilisustabelit D.I. Mendelejev. Selles tabelis on elemendid paigutatud kindlasse järjestusse, mis on tihedalt seotud nende aatomistruktuuriga. Teades, et positiivne on alati võrdne elemendi järjekorranumbriga, saate hõlpsalt leida negatiivsete osakeste arvu. Lõppude lõpuks on teada, et aatom tervikuna on neutraalne, mis tähendab, et elektronide arv on võrdne tabelis oleva elemendi arvu ja arvuga. Näiteks võrdub see 13-ga. Seetõttu on elektronide arv 13, naatriumi puhul 11, raua puhul 26 jne.

Kui teil on vaja leida elektronide arv energiatasemetes, vaadake esmalt üle Pauli põhimõte ja Hundi reegel. Seejärel jaotage negatiivsed osakesed tasemete ja alamtasandite vahel, kasutades sama perioodilist süsteemi või õigemini selle perioode ja rühmi. Seega näitab horisontaalse rea (perioodi) arv energiakihtide arvu ja vertikaalne rida (rühm) näitab elektronide arvu välistasandil.

Ärge unustage, et väliste elektronide arv on võrdne rühmanumbriga ainult põhialarühmades olevate elementide puhul. Kõrvalrühmade elementide puhul ei tohi negatiivselt laetud osakeste arv viimasel energiatasemel olla suurem kui kaks. Näiteks skandiumil (Sc), mis on 4. perioodis, 3. rühmas, teiseses alarühmas, on neid 2. Kui galiumil (Ga), mis on samas perioodis ja samas rühmas, kuid põhirühmas alamrühmas on välised elektronid 3.

Elektronide loendamisel aatom, pange tähele, et viimased moodustavad molekule. Sel juhul võivad aatomid aktsepteerida, anda ära negatiivselt laetud osakesi või moodustada ühise paari. Näiteks vesiniku molekul (H2) jagab elektronide paari. Teine juhtum: naatriumfluoriidi (NaF) molekulis on elektronide kogusumma 20. Kuid keemilise reaktsiooni käigus loovutab naatriumi aatom oma elektroni ja see jääb 10 juurde ning fluor võtab vastu - see muutub ka saab olema 10.

Abistavad nõuanded

Pidage meeles, et kõige välimises energiatasemes saab olla ainult 8 elektroni. Ja see ei sõltu elemendi asukohast perioodilisustabelis.

Allikad:

• a kuna aatom on elemendi number

Aatomid koosnevad subatomilistest osakestest – prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Prootonid on positiivselt laetud osakesed, mis asuvad aatomi keskmes, selle tuumas. Isotoobi prootonite arvu saab arvutada vastava keemilise elemendi aatomnumbri järgi.

Aatomi mudel

Aatomi omaduste ja selle struktuuri kirjeldamiseks kasutatakse mudelit, mida tuntakse "Bohri aatomi mudelina". Selle järgi meenutab aatomi ehitus Päikesesüsteemi – raske kese (tuum) on keskel ja selle ümber liiguvad orbiidil kergemad osakesed. Neutronid ja prootonid moodustavad positiivselt laetud tuuma ning negatiivselt laetud elektronid liiguvad ümber keskpunkti, tõmmates selle poole elektrostaatiliste jõudude poolt.

Element on aine, mis koosneb sama tüüpi aatomitest ja mille määrab prootonite arv igas neist. Elemendile antakse oma nimi ja sümbol, näiteks vesinik (H) või hapnik (O). Elemendi keemilised omadused sõltuvad elektronide arvust ja vastavalt aatomites sisalduvate prootonite arvust. Aatomi keemilised omadused ei sõltu neutronite arvust, kuna neil puudub elektrilaeng. Kuid nende arv mõjutab tuuma stabiilsust, muutes aatomi kogumassi.

Isotoobid ja prootonite arv

Isotoobid on üksikute elementide aatomid, millel on erinev arv neutroneid. Need aatomid on keemiliselt identsed, kuid erineva massiga, samuti erinevad nad kiirguse kiirgamise võime poolest.

Aatomarv (Z) on keemilise elemendi aatomnumber Mendelejevi perioodilisustabelis, selle määrab tuumas olevate prootonite arv. Iga aatomit iseloomustavad aatomnumber ja massiarv (A), mis võrdub tuumas olevate prootonite ja neutronite koguarvuga.

Elemendis võib olla erineva neutronite arvuga aatomeid, kuid prootonite arv jääb samaks ja võrdub neutraalse aatomi elektronide arvuga. Selleks, et teha kindlaks, kui palju prootoneid isotoobi tuumas sisaldub, piisab, kui vaadata selle aatomnumbrit. Prootonite arv võrdub vastava keemilise elemendi arvuga perioodilisustabelis.

• Kiirgus, Sissejuhatus kiirguskaitsesse