Атом ядросы

13.1 Атом ядросының құрамы және заряды.

Ядроның зарядтық және массалық саны. Ядро радиусы

a-бөлшектерінің шашырауы бойынша жүргізліген Резерфорд тәжірибелері атомның бұлдыр құрылымды болатынын көрсетеді, яғни атом кеңістігі (атом радиусы шамамен 10^{-10 м шамасында) затпен қамтылмаған болып табылады. Атомның центрінде ядро орналасқан (ядро радиусы 10-15}-10^{-14 м), мұнда масса және атомның барлық оң заряды жинақталған. Ядроның айналасында тұйық орбитамен электрондар қозғалады. Атом ядросының заряды оның негізгі сипаттамаларының бірі болып табылады. Кез-келген элементтің атом ядросы зарядының шамасы электрон зарядын е Менделеев кестесіндегі элементтің реттік нөміріне} көбейткендегі шамаға тең болады, яғни

.

Әртүрлі элементтер атомдарының ядролары әртүрлі зарядтарға ие болады. Кез-келген бүтін атом бейтарап болады, яғни оң зарядталған ядроның айналасында, жалпы заряды абсолют шамасы бойынша ядроның оң зарядына тең болатын электрондар айналып жүреді.

Әрқайсысы бір-бірінен алшақ тұрған екі елдегі Д.Д. Иваненко мен В. Гейзенберг ядроның протонды-нейтронды атомдық моделін құрды. Бұл модель бойынша кез-келген атом ядросы р протондар мен нейтронардан құралады. р протон – оң зарядталған элементар бөлшек, оның заряды шамасы жағынан электрон зарядының шамасына тең (Кл), протонның тыныштық массасы электрон массасынан 1836 есе үлкен, яғни =1,6726×10^-27кг»1836тең, мұндағы − электронның тыныштық массасы. п нейтрон – бейтарап элементар бөлшек, оның тыныштық массасы кг»1839, яғни ол протонның тыныштық массасына өте жақын шама. Протондар мен нейтрондарды біріктіріп, оларды басқа бөлшектерден ажырату үшін нуклондар деп атайды. Ядроның символдық белгіленуі:

,

мұндағы Х – химиялық элементтің символы, А – ядродағы нуклондар саны (немесе химиялық элементтің атомдық массасы), – ядродағы протондар саны (немесе химиялық элементтің реттік нөмірі).

Ядродағы нуклондар саны А ядродағы протондар саны мен нейтрондар санының қосындысына тең:

Протондар саны зарядтық сан деп аталады. Ол Менделеев элементтерінің периодтық жүйесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне сәйкес келеді. Атомдағы электрондар саны ядродағы протондар санына тең. Қазіргі кезде 107 элементтер белгілі болып отыр, олардың зарядтар саны =1-ден =107-ге дейін санға тең. Берілген химиялық элементтің барлық атомдарының ядросы бірдей оң заряд, сондықтан олар протондардың санымен бірдей санды құрайды. Бір элементтің атомдық ядроларына кіретін нейтрондардың саны әртүрлі болуы мүмкін.

Изотоптар деп протондар саны бірдей, ал нейтрондар саны әртүрлі болатын атомдық ядроларды айтады. Бір элементтің изотоптары бірдей химиялық сипаттамаларға ие болады, бірақ массалары жағынан әртүрлі болады. Мәселен, сутегінде үш изотоп бар: протий - ; дейтерий - ; тритий - . Уранның изотоптарында 92-ге тең бірдей протондар саны, ал нейтрондар саны әртүрлі болады.

Изобарлар деп нуклондар саны А бірдей, ал протондар саны Z әртүрлі болатын ядроларды айтады. Изобарлар мысалына келтіруге болады.

Ядролар және элементар бөлшектер масса мен зарядтан басқа тағы да спин деп аталатын өте маңызды сипаттамамен анықталады (spіn – ағылшын тілінде «шыр айналу» деген мағынаны береді. Спин деп бөлшектің меншікті импульс моментін айтады. Спин бөлшектің қозғалыс күйлеріне тәуелді емес. Бөлшек спині кванттық теория бойынша Планк тұрақтысының (0,1,2,¼) бұтін сандарына немесе жартылай сандарына тең болуы мүмкін. Протондар, нейтрондар және электрондар жартылай спиндерге ие. Бөлшектердің мұндай (жартылай спиндерге ие бөлшектер) түрлері фермиондар деп аталады, ал бүтін спинге тең бөлшектер бозондар деп аталады.

13.2 Ядроның радиусы мен тығыздығы

Атом ядроларының пішіні сфералық күйге жақын келеді. Ядроның радиусы келесі эмпирикалық өрнекпен анықталады:

, (13.1)

мұндағы , А – нуклондар саны.

Бұл өрнектен ядро көлемі нуклондар санына пропорционал болады. Ал бұл – барлық ядролар, олардың мөлшеріне қарамай бірдей тығыздыққа ие болады дегенді білдіреді. Ядро тығыздығын есептейік

.

Ядро тығыздығы өте үлкен шама болып табылады. Материалдығына қарай радиусы 200 м болатын шар, жер шарының массасын берген болар еді.

13.3 Ядролық күштер

1. Протондардың өзара тебу күшіне қарамастан, протондар мен нейтрондар атом ядросының ішінде ядролық күштер деп аталатын ерекше күштерге ие болады.

2. Ядролық күштерге шамасы және сипаты бойынша бірдей, әрбір қос нуклон арасында әсер етіледі (екі протон арасында не екі нейтрон арасында немесе протон мен нейтрон арасында, яғни оларға зарядты тәуелсіздік қасиетіне тән).

3. Олар электромагниттік күштерден 100 еседей артық, сондықтан да ядро ішіндегі аттас зарядталған протондарды ұстап тұруға олардың қабілеті бар.

4. Ядролық күштер өте жақын қашықтықта әсер етеді (мысалы, 10^{-15 м} шамасында), яғни қысқа қашықтықта әсер етуші күштер болып табылады. Ядролық күштер ықпалы тиетін аймақ, атом ядросының “мөлшері” деп аталады. Ядролық күштермен салыстырғандағы гравитациялық күштер қашықтыққа қарай заңы бойынша) едәуір баяуырақ кемиді. Сондықтан, ядродан м қашықтықта ядролық күштер 0 -ге дейін өте тез кемиді де, протондар ядродан өте күшті тебіледі. Ядролық күштер өте күшті өзара әсер етуші күштер түріне жатады.

5. Ядродағы әрбір нуклон тек оларға жақын орналасқан нуклондардың шекті санымен ғана өзара әсерлесе алады. Сондықтан, ядродағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы, нуклондар санының артуы кезінде, шамамен тұрақты болып қалады (әрине, бұл жеңіл ядроларға қатысты емес). Осымен байланысты, ядролық күштерге қанығу қасиеті тән.

6. Ядролық күштердің шамасы өзара әсер етуші нуклондардың спиндерінің өзара бағдарлануына тәуелді. Тек параллель спиндер жағдайында ғана нейтрон мен протон дейтрон ядросын құра алады. Егер де оларда спиндер антипараллель болса, онда ядроны құрау үшін ядролық өзара әсер ету күшінің интенсивтігі жеткіліксіз.

7. Ядролық өзара әсер ету процесінде протон мен нейтрон өздерінің электр зарядтарымен алмаса алады, өзара әсерлесуден кейін нейтрон протонға, ал протон нейтронға ауыса алады. Яғни, ядролық күштер алмасу сипатта бола алады.

Дата добавления: 2014-01-20