Строение атома. Радиоактивное превращение ядер

Радиоактивное превращение ядер

Атом является основным структурным элементом всех веществ. Атом – наименьшая частица химического элемента, яв­ляющаяся носителем его химических свойств. Химические свойства эле­мента определяются строением его атома.

Химический элемент – это определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. В настоящее время известно 108 элементов. Из них 90 существуют в природе, а около 70 содержатся в организме человека. Для обозначения химических элементов введены хи­мические знаки или химические символы. Их обозначают начальной или начальной и одной из последующих букв латинского названия данного элемента (кислород, Oxigenium – О; натрий, Natrium – Na; цинк, Zincum –Zn и т.д.). Каждый элемент занимает в периодической таблице Д.И. Мен­делеева (ПСМ) определенное место, т.е. имеет порядковый номер.

Определенные атомы объединяются один с одним и образуют новые частицы – молекулы. Молекула – это наименьшая частица вещества, кото­рая сохраняет его состав и химические свойства. В зависимости от того, состоят ли молекулы из атомов одного и того же элемента или же из ато­мов различных элементов, все вещества делятся на простые и сложные.

Молекулы простых веществ состоят из одного атома (Не – гелий, Ne – неон, Кr – криптон), двух (О₂ – кислород, N₂ – азот, Сl₂ – хлор) и более атомов (S₈ – сера). Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ (так алмаз и графит отличаются только размещением одних и тех же атомов углерода в молекуле). Возможно и различное число атомов одного и того же элемента в молекуле (О₂ – кислород, О₃ – озон). Вещества, молекулы которых состояли из атомов двух и более элементов, образуют сложные вещества (Н₂О, СО₂, H₂SO₄, CH₃CH₂OH). Каждому эле­менту соответствует определенный род атома. Размеры атома чрезвычайно малые. Его диаметр составляет 10^–8 см, на отрезке в 1 см можно уложить 100 млн. атомов. Масса самого простого и легкого атома – водорода () составляет 1,67∙10^–27кг. Атом урана (), самый тяжелый из существую­щих на Земле элементов, занимающий в таблице Д.И. Менделеева 92 ме­сто, тяжелее атома водорода в 238 раз. Известны сверхтяжелые элементы, получаемые искусственным путем. Так атом плутония () в244раза тяжелее атома водорода.

Все атомы химических элементов имеют одинаковую структуру. Они состоят из положительно заряженного ядра, где сконцентрирована практически вся масса атома (99,95%) и отрицательно заряженных электронов, образующих электронные оболочки вокруг ядра. В целом атом электрически нейтрален.

Модель строения атома предложил еще в 1911 г. английский физик Эрнст Резерфорд (это так называемая планетарная или ядерная модель). Атом, по Резерфорду, это своеобразная модель Солнечной системы – в центре находится тяжелое положительно заряженное ядро, вокруг которо­го, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются отрицательно заряженные электроны. Датский ученый Нильс Бор усовершенствовал планетарную модель атома. Он высказал суждение, что электроны движутся не по лю­бым орбитам, а по определенным. При этом, согласно Бору, электронные орбиты могут быть сгруппированы в отдельные электронные оболочки.

По современным данным, электрон в атоме не имеет траектории. Раз­личные положения его рассматриваются как электронное облако с опреде­ленной плотностью отрицательного заряда. Максимальная плотность отве­чает наибольшей вероятности нахождения электрона в данной части атом­ного пространства. Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероят­но нахождение электрона, называется орбиталью (вместо существовавшего ранее термина орбита).

Орбитали атома имеют разные размеры. Электроны, которые дви­жутся в орбиталях близкого размера, образуют электронные слои. Элек­тронные слои называют также энергетическими уровнями. Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или обозна­чают буквами К, L, M, N, О, Р, Q. Наибольшее число электронов на энер­гетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня – N = 2n². Целое число n, обозначающее номер уровня, называется главным кванто­вым числом. В соответствии с этим уравнением на 1–м, ближайшим к ядру энергетическом уровне, может находиться не более 2–х электронов, на 2–м уровне – не более 8, на 3–м уровне – не более 18, на 4–м уровне – не более 32 электронов и т.д.

Энергетические уровни подразделяются на подуровни, число поду­ровней равно значению главного квантового числа, но не превышает 4–х подуровней. Подуровни обозначают латинскими буквами s, p, d, f.

Между ядром и электронами существуют силы притяжения. Наибо­лее прочная связь электронов с ядром наблюдается у электронов на К–уровне, так энергия связи электронов углерода составляет 280 эВ, строн­ция – 16 кэВ, цезия – 36 кэВ, урана – 280 кэВ. Чем на более удаленном от ядра энергетическом уровне находится электрон, тем меньше энергия свя­зи его с ядром. На внешних энергетических уровнях энергия связи элек­тронов не превышает 1–2 эВ. Поэтому электроны внешних энергетиче­ских уровней более подвержены воздействию излучений низкой энергии.

Дата добавления: 2014-11-29