Složení jádra atomu. Výpočty protonů a neutronů

Podle moderní koncepce se atom skládá z jádra a elektronů kolem něj. Atomové jádro se skládá z menších elementárních částic – určitého počtu protonů a neutronů (obecně přijatý název - nukleony), které jsou navzájem svázány jadernými silami.

Počet protonů  v jádru určuje strukturu elektronového obalu atomu. A elektronový obal určuje fyzikální a chemické vlastnosti látky. Protonové číslo odpovídá pořadovému číslu atomu v periodické soustavě chemických prvků D. I. Mendělejeva. Máme také nábojové číslo, atomové číslo, atomový počet. Například, počet protonů v atomu helia - 2. V periodické tabulce má pořadové číslo 2 a chemickou značku He2. Symbol pro označení počtu protonů je latinské písmeno Z. Při zápisu reakcí se počet protonů zapisuje vlevo dolů vedle symbolu: He2 / 2He.

Počet neutronů odpovídá určitému izotopu toho nebo jiného prvku. Izotopy jsou prvky, které mají stejné atomové číslo (stejný počet protonů a elektronů), ale odlišná hmotnostní čísla. Hmotnostní číslo označuje celkový počet neutronů a protonů v jádře atomu (označuje se latinským písmenem A). Při zápisu vzorců je hmotnostní číslo uvedeno zleva v horní části u symbolu prvku: He42/42He (izotop helia - helium-4)


 

Takže, abychom zjistili počet neutronů v určitém izotopu, odečteme počet protonů od hmotnostního čísla. Například, vidíme, že atom hélia-4 He42 obsahuje 4 elementární částice, protože hmotnostní číslo izotopu je 4. Také v zápisu vidíme, že He42 atom má dva protony. Odečtením 2 (počtu protonů) od 4 (hmotnostní číslo) získáme 2 - počet neutronů v jádře helia-4.


 

VÝPOČET FANTOMOVÝCH ČÁSTEČEK PO V JÁDRU ATOMU. Jako příklad (ne náhodný) uvádíme Helium (He42), jehož jádro se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů. Vzhledem k tomu, že jádro hélia-4, nazývané alfa částicí (α-částice), má vysokou účinnost při jaderných reakcích, používá se často pro experimenty v tomto směru. Je třeba poznamenat, že se v zápisu jaderných reakcí často používá místo značky He42 symbol α.


 

Pravě za účasti alfa částic byla v oficiální historii fyziky provedena E. Rutherfordem první reakce jaderné transmutace. Během reakce α-částice (He42) „bombardovaly“ jádro izotopu dusíku (N147), což vedlo ke vzniku izotopu kyslíku (O178) a jednoho protonu (p11)

.

Tato jaderná reakce je následující:


 

Provedeme výpočet množství fantomových částeček Po před a po této transmutaci.


 

PRO VÝPOČET FANTOMOVÝCH ČÁSTEČEK JE TŘEBA:
Krok 1. Vypočítat počet neutronů a protonů v každém jádru:
- počet protonů je v dolní části značky;
- počet neutronů dostaneme odečtením počtu protonů (dolní číslice u značky) od hmotnostního čísla (horní číslo u značky).

Krok 2: Spočítat počet fantomových částeček Po v atomovém jádru:
- vynásobit počet protonů počtem fantomových částeček Po, obsažených v jednom protonu;
- vynásobit počet neutronů počtem fantomových částeček Po, obsažených v jednom neutronu.

Krok 3: Sečíst počet fantomových částeček Po:
- sečíst výsledný počet fantomových částeček Po v protonech s výsledným počtem fantomových částеček Po v neutronech v jádrech před reakcí;
- sečíst výsledný počet fantomových částeček Po v protonech s výsledným počtem fantomových částeček Po v neutronech v jádrech po reakci;
- porovnat počet fantomových částeček Po před reakcí s počtem fantomových částeček Po po reakci.


 

PŘÍKLAD PODROBNÉHO VÝPOČTU POČTU FANTOMOVÝCH ČÁSTEČEK PO V ATOMOVÝCH JÁDRECH.
(Jaderná reakce za účasti α-částice (He42), provedená E. Rutherfordem v roce 1919)

PŘED REAKCÍ (N147 + He42)
N147

Počet protonů: 7
Počet neutronů: 14-7 = 7
Počet fantomových částeček Po:
v 1 protonu - 12 Po, v 7 protonech: (12 х 7) = 84;
v 1 neutronu – 33 Po, takže v 7 neutronech: (33 х 7) = 231;
Celkový počet fantomových částeček Po v jádře: 84+231 = 315

He42
Počet protonů – 2
Počet neutronů 4-2 = 2
Počet fantomových částeček Po:
v 1 protonu – 12, takže ve dvou protonech: (12 х 2) = 24
v 1 neutronu - 33, ve 2 neutronech: (33 х 2) = 66
Celkový počet fantomových částeček Po v jádře: 24+66 = 90


 

Takže celkový počet fantomových částeček Po před reakcí je 

N147 + He42
315 + 90 = 405

PO REAKCI (O178 + p11):
O178
Počet protonů: 8
Počet neutronů: 17-8 = 9
Počet fantomnovýh částeček Po:
v 1 protonu – 12 Pо, v 8 protonech: (12 х 8) = 96
v 1 neutronu – 33 Pо, v 9 neutronech: (9 х 33) = 297
Celkový počet fantomových částeček Po v jádře: 96+297 = 393

p11
Počet protonů: 1
Počet neutronů: 1-1=0
Počet fantomových částeček Po:
v 1 protonu – 12 Pо
Neutrony nejsou.
Celkový počet fantomových částeček Po v jádře: 12


 

Takže celkový počet fantomových částeček Po po reakci je 
(O178 + p11):
393 + 12 = 405

Porovnáme počet fantomových částeček Po před a po reakci:


 Před reakcí  Po reakci
405 405

Počet fantomových částeček Po před a po reakci je stejný.


 


 

PŘÍKLAD ZJEDNODUŠENÉHO VÝPOČTU POČTU FANTOMOVÝCH ČÁSTEČEK PO V JADERNÉ REAKCI.

Zde i v následných příkladech jsou uvedeny výpočty fantomových částeček Po ve zkrácené formě, kde se zobrazuje celkový počet fantomových částeček Po v každém jádru, a také jejich součet před a po reakci.

Známá jaderná reakce je reakce α-částic s isotopem berylia, ve které byl poprvé detekován neutron, který se projevil jako samostatná částice v důsledku jaderné transformace. Tato reakce byla provedena v roce 1932 anglickým fyzikem Jamesem Chadwickem. Zápis reakce: 

213 + 90 → 270 + 33 - počet fantomových částeček Po v každém z jader

303 = 303 - celkový součet fantomových částeček Po před a po reakci

Počet fantomových částeček Po před a po reakci je stejný.


Jděte zpět Vpřed

Obsah