Google

Co wpisać do wyszukiwarki?
fizyka, zadania, rozwiązania, kinematyka, dynamika, optyka, termodynamika, elektryczność, magnetyzm, fale, drgania, atom, jądro, promieniowanie, energia, prąd, praca, siła, zasada, prawo, gaz, doskonały, równanie, teoria, model, geometryczna, soczewka, zwierciadło, siatka

189. Atom i jądro atomowe

Atom i jądro atomowe - krótko, jak tylko można



Nowa wersja strony
Zasada nieoznaczoności Heisenberga - nie można jednocześnie wyznaczyć dowolnie dokładnie wartości energii E i chwili czasu t, w której ją mierzymy.

Zasada Pauliego - dwa elektrony nie mogą jednocześnie przebywać w tym samym stanie.

Kluczem do określenia stopnia rozdrobnienia materii jest liczba Avogadra, czyli liczba cząsteczek w 1 molu substancji.

Objętość przypadająca na jeden atom w fazie skondensowanej jest zbliżona do objętości samego atomu.

Materia makroskopowa jest z ogromną dokładnością elektrycznie obojętna, atom musi także zawierać dodatnio naładowane składniki.

Genialny pomysł Rutherforda sprowadzał się do bombardowania złotej folii cząstkami alfa pochodzącymi z rozpadu polonu-214.
Cząstki te mają ładunek q=2e i energię 7,83 MeV.
Symbol e oznacza ładunek elementarny.

Rutherford postanowił sprawdzić, czy złoto jest w stanie zawrócić choćby niektóre z padających cząsteczek alfa. W przeprowadzonym doświadczeniu wykazał, że tak się w istocie dzieje.

Aby wyjaśnić fakt, że niektóre cząstki alfa jednak zawracają, należy przyjąć, że jądro atomu jest niezwykle małe, o promieniu co najmniej o trzy rzędy wielkości mniejszym od promienia atomu.

Naturalną konsekwencją odkrycia przez Rutherforda jądra atomowego jest planetarny model atomu wodoru, w którym elektron krąży wokół punktowego jądra po kołowych orbitach.

Niels Bohr zauważył, że można wyjaśnić wyniki obserwacji spektroskopowych, świadczących o nieciągłości wysyłanej przez atom energii zakładając, że elektron może przebywać tylko na wybranych orbitach. Wprowadził warunek skwantowania momentu pędu elektronu na orbicie wokół jądra.

Dzięki temu Niels Bohr odtworzył schemat energii stanów atomu wodoru, a w konsekwencji zasadnicze cechy obserwowanych widm świecenia atomowego wodoru.

Mechanizm świecenia atomu wynikał z drugiego postulatu Bohra, wiążącego energię fotonu o częstotliwości f z różnicą energii między stanem początkowym m i końcowym k, w którym przebywał elektron.

Każdy atom zawiera w swojej centralnej części dodatnio naładowane jądro, o rozmiarach dużo mniejszych od jego średnicy.

Pomiary i analiza wielkości ładunku elektrycznego różnych jąder atomowych prowadzą do wniosku, że jest on wielokrotnością ładunku elementarnego e – takiego samego, co do wartości, jakim są obdarzone elektrony, ale o przeciwnym znaku.

Jednym ze składników jądra atomowego są protony – dodatnio naładowane cząstki o ładunku+e. Najlżejszy z atomów – wodór składa się z jądra, zawierającego 1 proton i elektronu krążącego wokół tego jądra.

Kolejny po wodorze atom helu ma jądro o ładunku 2 razy większym, ale masę aż 4 razy większą.

W 1932 roku James Chadwick odkrył cząstki elektrycznie obojętne, o masie zbliżonej do masy protonu. Nazwano je neutronami.

Obecność neutronów w jądrze jest niezbędna, aby mogło ono w ogóle istnieć.

W związku z istnieniem dwóch rodzajów składników każde jądro atomowe scharakteryzowane jest przez dwie liczby: liczbę atomową i liczbę masową.

Liczba atomowa Z jest to liczba protonów w jądrze.

Liczba Z zwana też jest liczbą porządkową.

Protony i neutrony noszą wspólną nazwę nukleonów.

Liczba masowa jest to liczba nukleonów w jądrze.

Jądra atomowe, które zawierają te samą liczbę protonów, lecz różne liczby neutronów, są to jądra różnych odmian tego samego pierwiastka nazywanych jego izotopami.

Izotopy pierwiastka są złożone z jąder, które mają tę samą liczbę protonów, a różnią się liczba neutronów.

Nuklid jest to określenie dotyczące każdego konkretnego jądra atomowego, zawierającego dana liczbę protonów i neutronów. Przykładem niech będzie nuklid węgla C-14, czyli jądro atomowe węgla zawierające 6 protonów i 8 neutronów (14 nukleonów).

Obecnie znamy około 2700 różnych nuklidów, z których tylko niecałe 300 zaliczamy do nuklidów trwałych.

Większość jąder ma kształt lekko spłaszczony. Tylko niektóre jądra mają kształt kulisty.

Praktycznie cała masa atomu jest skupiona w jądrze. Masa jądra atomowego ma ścisły związek z liczbą nukleonów. Zazwyczaj wyraża się ją w jednostkach masy atomowej u.

Definicja jednostki masy atomowej wynika z przyjęcia umowy, że neutralny atom węgla C-12 ma masę równą 12 u.

Masa atomu wyrażona w jednostkach u jest bardzo bliska wartości liczby masowej A.

Znak przybliżonej równości wynika nie tylko z faktu, że w wielkości masy atomu zawarta jest również masa elektronów, ale przede wszystkim z faktu istnienia tzw. defektu masy.

Gdyby pomiędzy składnikami jąder działały wyłącznie siły elektryczne, jądra atomowe w ogóle nie mogłyby istnień. Odpychanie protonów spowodowałoby, że rozbiegłyby się one na wszystkie strony.

Jądra jednak istnieją, a to oznacza, że ich składniki oddziałują na siebie jakimiś dodatkowymi siłami, innymi niż siły elektrostatyczne. Nazywamy je siłami jądrowymi.

Pojęcie spinu dotyczy nie tylko elektronu, ale i innych cząstek elementarnych oraz jąder i atomów z nich zbudowanych.

Nukleony tworzące jądro atomowe przebywają stale obok siebie. Mówimy, że tworzą one układ związany.

W układzie związanym całkowita energia wszystkich jego składników musi być mniejsza niż suma energii wszystkich jego składników odsuniętych od siebie na bardzo duże odległości.

Bez dostarczenia energii z zewnątrz układ związany nie rozpadnie się na poszczególne składniki.

Aby utworzyć kwantowy układ związany, powinniśmy umieścić cząstkę, którą chcemy w nim utrzymać, możliwie blisko w przestrzeni wokół centrum przyciągającego , tj. tam gdzie energia potencjalna ma znaczną wartości ujemną.

Ograniczenia jakie nakłada zasada nieoznaczoności Heisenberga. Położenie cząstki można wyznaczyć tylko z pewną dokładnością, co każe nam myśleć o niej raczej jako o swoistej chmurze fal materii.

Aby w polu sił o skończonym zasięgu można było utworzyć co najmniej jeden stan związany, energia potencjalna układu musi mieć dostatecznie dużą wartość.

Zmniejszenie sił jądrowych o mały ułamek spowodowałoby, iż żadne trwałe jądro nie mogłoby istnieć.

W mechanice klasycznej energia wiązania (energia stanu związanego) jest to wartość energii, jaką należałoby dostarczyć do układu, by przekształcić go w zbiór nieskończenie od siebie oddalonych, nieruchomych składników.

Drugą, obok zasady nieoznaczoności, właściwością kwantową, odgrywającą kluczową rolę w tworzeniu jąder atomowych, jest zasada Pauliego. Zgodnie z nią w danym stanie kwantowym można umieścić tylko jedną z identycznych cząstek, takich jak elektrony, protony czy neutrony.

189.5-2011.01.02



kontakt