Модель атома по Бору и резерфорду

НУКЛИД

НУКЛИД, совокупность атомов с определенными значениями заряда ядра Z (числом протонов в ядрах) и массового числа А (суммой чисел протоновZ и нейтронов N в ядрах). Для обозначения нуклида используют назв. элемента, к к-рому через дефис присоединяют значение А (напр., кислород-16,иод-131, уран-235), или символ хим. элемента, рядом с к-рым вверху слева указывают А (¹⁶О, ¹³¹I, ²³⁵U). Масса атома нуклида, выраженная ватомных единицах массы (а. е. м.), округленно равна А (только у одного нуклида ¹²С значение массы атома в а. е. м. целочисленно и в точности равно 12). Точные значения масс атомов отдельных нуклидов определяют экспериментально методом масс-спектрометрии. В принципе массаатома каждого нуклида равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядер, минус масса, отвечающая энергии связи протонов инейтронов в ядре (т. наз. д е ф е к т м а с с ы), плюс масса электронов, образующих электронную оболочку атома, минус масса, отвечающая энергии связи электронов с ядром. Для нуклидов легких элементов массы атомов обычно несколько меньше массовых чисел (напр., масса ¹⁶О 15,99491464 а. е. м.), для нуклидов тяжелых элементов массы атомов м. б. несколько больше массовых чисел (напр., масса ²³²Th 232,038053805 а.е.м.).

Нуклиды подразделяют на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). У каждого элемента с четным Z (до Z = 82) существует 2 или более стабильных нуклидов, встречающихся в природе, у элементов с нечетными Z м. б. 1 или самое большее 2 стабильных нуклида; у "нечетных" элементов Тс (Z = 43), Pm (Z = 61) и у всех "нечетных" элементов с Z >= 85 стабильных нуклидов нет, все нуклиды радиоактивны. Всего стабильных нуклидов ок. 270; из всех радионуклидов ок. 50 встречаются в природе, остальные радионуклиды (ок. 1700) получены искусственно. В настоящее время радионуклиды известны практически у всех элементов. Мн. стабильные и радиоактивные нуклиды используются как изотопные индикаторы(меченые атомы). В СССР промышленно производится ок. 140 радионуклидов и большое число препаратов, обогащенных определенными стабильными нуклидами.

Для систематики нуклидов предложены разл. графич. формы; наиб. распространение получила таблица нуклидов, разработанная учеными ФРГ и приведенная, в частности, в т. 3 "Физической энциклопедии" (издательство "Советская энциклопедия", М., 1991). Наиб. надежные результаты эксперим. определения характеристик радионуклидов приведены в издании: "Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения". Публикация 38-й Международной комиссии по радиац. защите (МКРЗ: В 2 ч., 4 кн., пер. с англ., М., 1987). Точные значения масс отдельных стабильных нуклидов и данные об их распространенности в природе содержатся в публикации ИЮПАК (см. "Pure and Appl. Chem.", 1984, v. 56, № 6, p. 695-768).

Нуклиды одного элемента наз. изотопами; нуклиды разл. элементов с одинаковыми значениями А -и з о б а р а м и. Возможно существование двух и даже трех стабильных изобаров (напр., ⁹⁶Zr, ⁹⁶Mo и ⁹⁶Ru). Из-за различий в энергиях связи протонов и нейтронов в ядрах точные значения масс отдельных изобаров различаются между собой. Нуклиды разл. элементов с одинаковым значением N наз. и з о т о н а м и (напр., ⁹⁵Мо, ⁹⁶Тс, ⁹⁷Ru).

Для ядер стабильных нуклидов с Z приблизительно до 20-25 число протонов примерно равно числу нейтронов, по мере дальнейшего увеличения Z для стабильных нуклидов отношение числа нейтронов в ядре к числу протонов постепенно увеличивается до 1,5. Ядра нуклидов, содержащие большее число нейтронов, чем это соответствует стабильным ядрам данного элемента, при радиоактивном распаде обычно испускают b^--частицы, причем Z увеличивается на 1; ядра нуклидов, обедненные нейтронами, м. б. как b⁺-радиоактивными, так и претерпевать электронный захват, при этом Z уменьшается на 1 (см. Радиоактивность).

Распространенность нуклидов в земной коре зависит от мн. факторов, определяющих устойчивость ядер (энергии связи протонов и нейтронов в них), и от первонач. условий, при к-рых образовывались эти нуклиды. Наиб. распространен в земной коре ¹⁶О, ядра к-рого содержат по 8 протонов инейтронов и являются "дважды магическими". В прир. смеси изотопов кислорода на ¹⁶О приходится 99,762 ат. %. Наим. распространенным из стабильных нуклидов является ³Не (в прир. смеси изотопов гелия на долю ³Не приходится 0,000138 ат. %). В космосе наиб. распространен ¹Н. Нек-рые нуклиды постоянно образуются в результате ядерных реакций и постепенно накапливаются в земной коре (гелий-3, изотопы свинца и др.). Содержание в земной коре прир. долгоживущих радионуклидов (⁴⁰К, ⁸⁷Rb, ²³⁵U и др.) постепенно уменьшается вследствие радиоактивного распада. Существуют и такие прир. радионуклиды, убыль к-рых за счет радиоактивного распада постоянно компенсируется их образованием в результате радиоактивного распада др. радионуклидов, и поэтому их содержание в земной коре практически не меняется. Так, общее содержание At в земной коре (из прир. радионуклидов At наиб. устойчив a-радиоактивный ²¹⁰At, период полураспада к-рого Т_1/2 8,1 ч), несмотря на его быстрый распад, остается практически постоянным и равным 70 мг (в толще земной коры на глубине до 1,6 км), так как At постоянно образуется как членрадиоактивных рядов урана-238 и урана-235 (см. Радиоактивные ряды).

В 1913 году Бор показал, что несовпадение с экспериментом выводов, основанных на модели Резерфорда, возникла потому, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира - квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих (и "спасающих") атом Резерфорда.

Первый постулат:
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е₁, Е₂...E_n. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает, несмотря на движение электронов.

Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:
m·V·r = n·h/2· (1)
где m·V·r =L - момент импульса, n=1,2,3..., h-постоянная Планка.

Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход: = h·= E_m-E_n(2)

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году^[3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

Дата добавления: 2015-04-24