Склад ядра атома. Розрахунок протонів і нейтронів

Згідно з сучасними уявленнями, атом складається з ядра і розташованих навколо нього електронів. Ядро атома, у свою чергу, складається з менших елементарних частинок ‒ з певної кількості протонів та нейтронів (загальноприйнята назва для яких – нуклони), що пов'язані між собою ядерними силами.

Кількість протонів в ядрі визначає будову електронної оболонки атома. А електронна оболонка визначає фізико-хімічні властивості речовини. Число протонів відповідає порядковому номеру атома в періодичній системі хімічних елементів Менделєєва, іменується також зарядове число, атомний номер, атомне число. Наприклад, число протонів у атома Гелія – 2. У періодичній таблиці він стоїть під номером 2 і позначається як He2 Символом для позначення кількості протонів служить латинська літера Z. При запису формул часто цифра, яка вказує на кількість протонів, розташовується знизу від символу елемента або праворуч, або ліворуч: He2 / 2He.

Кількість нейтронів відповідає певному ізотопу того чи іншого елемента. Ізотопи – це елементи з однаковим атомним номером (однаковою кількістю протонів і електронів), але з різним масовим числом. Масове число – загальна кількість нейтронів і протонів в ядрі атома (позначається латинською буквою А). При запису формул масове число вказується вгорі символу елемента з однієї зі сторін: He42/42He (Ізотоп Гелія – Гелій - 4)


 

Таким чином, щоб дізнатися число нейтронів в тому чи іншому ізотопі, слід від загального масового числа відняти число протонів. Наприклад, нам відомо, що в атомі Гелія-4 He42 іститься 4 елементарні частинки, оскільки масове число ізотопу – 4. При цьому нам відомо, що He42 має 2 протони. Віднявши від 4 (загальне масове число) 2 (кількість протонів) отримуємо 2 – кількість нейтронів в ядрі Гелія-4.


 

ПРОЦЕС РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРІ АТОМА. Як приклад ми не випадково розглянули Гелій-4 (He42), ядро якого складається з двох протонів і двох нейтронів. Оскільки ядро Гелія-4, іменоване альфа-частинкою (α-частинка) володіє найбільшою ефективністю в ядерних реакціях, його часто використовують для експериментів у цьому напрямку. Варто відзначити, що в формулах ядерних реакцій часто замість He42 використовується символ α.


 

Саме за участю альфа-частинок була проведена Е. Резерфордом перша в офіційній історії фізики реакція ядерного перетворення. В ході реакції α-частинками (He42) «бомбардувалися» ядра ізотопу азоту (N147), внаслідок чого утворився ізотоп оксигена (O178) і один протон (p11)

Ця ядерна реакція виглядає таким чином:


 

Здійснимо розрахунок кількості фантомних частинок По до і після цього перетворення.


 

ДЛЯ РОЗРАХУНКУ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО НЕОБХІДНО:
Крок 1. Порахувати кількість нейтронів і протонів у кожному ядрі:
- кількість протонів зазначено в нижньому показнику;
- кількість нейтронів дізнаємося, віднявши від загального масового числа (верхній показник) кількість протонів (нижній показник).

Крок 2. Порахувати кількість фантомних частинок По в атомному ядрі:
- помножити кількість протонів на кількість фантомних частинок По, що містяться в 1 протоні;
- помножити кількість нейтронів на кількість фантомних частинок По, що містяться в 1 нейтроні;

Крок 3. Скласти кількість фантомних частинок По:
- скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з отриманою кількістю в нейтронах в ядрах до реакції;
- скласти отриману кількість фантомних частинок По в протонах з отриманою кількістю в нейтронах в ядрах після реакції;
- порівняти кількість фантомних частинок По до реакції з кількістю фантомних частинок По після реакції.


 

ПРИКЛАД РОЗГОРНУТОГО ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДРАХ АТОМІВ.
(Ядерна реакція за участю α-частинки (He42), що проведена Е. Резерфордом у 1919 році)

ДО РЕАКЦІЇ (N147 + He42)
N147

Кількість протонів: 7
Кількість нейтронів: 14-7 = 7
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 7 протонах: (12 х 7) = 84;
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 7 нейтронах: (33 х 7) = 231;
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 84+231 = 315

He42
Кількість протонів – 2
Кількість нейтронів 4-2 = 2
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 2 протонах: (12 х 2) = 24
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 2 нейтронах: (33 х 2) = 66
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 24+66 = 90


 

Разом кількість фантомних частинок По до реакції

N147 + He42
315 + 90 = 405

ПІСЛЯ РЕАКЦІЇ (O178) и один протон (p11):
O178
Кількість протонів: 8
Кількість нейтронів: 17-8 = 9
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По, таким чином у 8 протонах: (12 х 8) = 96
в 1 нейтроні – 33 По, таким чином у 9 нейтронах: (9 х 33) = 297
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 96+297 = 393

p11
Кількість протонів: 1
Кількість нейтронів: 1-1=0
Кількість фантомних частинок По:
в 1 протоні – 12 По
Нейтроны отсутствуют.
Загальна кількість фантомних частинок По в ядрі: 12


 

Разом кількість фантомних частинок По після реакції 
(O178 + p11):
393 + 12 = 405

Порівняємо кількість фантомних частинок По до і після реакції:


До реакції Після реакції
405 405

Кількості фантомних частинок По до і після реакції рівні.


 


 

ПРИКЛАД СКОРОЧЕНОЇ ФОРМИ ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКОСТІ ФАНТОМНИХ ЧАСТИНОК ПО В ЯДЕРНІЙ РЕАКЦІЇ

Тут і далі розрахунки кількості фантомних частинок По приведені в скороченій формі, в якій відображена загальна кількість фантомних частинок По в кожному ядрі, а також їхня сума до і після реакції.

Відомою ядерної реакцією є реакція взаємодії α-частинок з ізотопом берилію, при якій вперше був виявлений нейтрон, який виявив себе як самостійна частинка в результаті ядерного перетворення. Ця реакція була здійснена в 1932 році англійським фізиком Джеймсом Чедвіком. Формула реакції:

213 + 90 → 270 + 33 - кількість фантомних частинок По в кожному з ядер

303 = 303 - загальна сума фантомних частинок По до і після реакції

Кількості фантомних частинок По до і після реакції рівні.


Назад Вперед

Зміст