СОДЕРЖАНИЕ 1 модуль 1. Строение атома. Опыты Резерфорда. 2. Модель атома Резерфорда. 3. Радиоактивное превращение атомных ядер. 4. Состав атомного ядра. 5. Деление ядер урана. 6. Ядерный реактор. 7. Использование атомной энергии. 2 модуль 1. и распад. 2. Закон сохранения массового и зарядового числа. 3. Изотопы. 4. Термоядерная реакция

Историю возникновения самых общих представлений об атоме обычно ведут со времен греческого философа Демокрита (ок. 460 – ок. 370 до н. э.), много размышлявшего о наименьших частицах, на которые можно было бы поделить любое вещество. Группу греческих философов, придерживавшихся того взгляда, что существуют подобные крошечные неделимые частицы, называли атомистами. Греческий философ Эпикур (ок. 342–270 до н.э.) принял атомную теорию, и в первом веке до н.э. один из его последователей, римский поэт и философ Лукреций Кар, изложил учение Эпикура в поэме «О природе вещей», благодаря которой оно и сохранилось для следующих поколений. Аристотель (384–322 до н.э.), один из крупнейших ученых древности, атомистическую теорию не принимал, и его взгляды на философию и науку преобладали впоследствии в средневековом мышлении. Атомистической теории как бы не существовало до самого конца эпохи Возрождения, когда на смену чисто умозрительным философским рассуждениям пришел эксперимент. Историю возникновения самых общих представлений об атоме обычно ведут со времен греческого философа Демокрита (ок. 460 – ок. 370 до н. э.), много размышлявшего о наименьших частицах, на которые можно было бы поделить любое вещество. Группу греческих философов, придерживавшихся того взгляда, что существуют подобные крошечные неделимые частицы, называли атомистами. Греческий философ Эпикур (ок. 342–270 до н.э.) принял атомную теорию, и в первом веке до н.э. один из его последователей, римский поэт и философ Лукреций Кар, изложил учение Эпикура в поэме «О природе вещей», благодаря которой оно и сохранилось для следующих поколений. Аристотель (384–322 до н.э.), один из крупнейших ученых древности, атомистическую теорию не принимал, и его взгляды на философию и науку преобладали впоследствии в средневековом мышлении. Атомистической теории как бы не существовало до самого конца эпохи Возрождения, когда на смену чисто умозрительным философским рассуждениям пришел эксперимент. В эпоху Возрождения начались систематические исследования в областях, именуемых ныне химией и физикой, принесшие с собой новые догадки о природе «неделимых частиц». Р.Бойль (1627–1691) и И.Ньютон (1643–1727) исходили в своих рассуждениях из представления о существовании неделимых частиц вещества. Однако ни Бойлю, ни Ньютону не потребовалось детальной атомистической теории для объяснения интересовавших их явлений, и результаты проведенных ими экспериментов не сказали ничего нового о свойствах «атомов». В эпоху Возрождения начались систематические исследования в областях, именуемых ныне химией и физикой, принесшие с собой новые догадки о природе «неделимых частиц». Р.Бойль (1627–1691) и И.Ньютон (1643–1727) исходили в своих рассуждениях из представления о существовании неделимых частиц вещества. Однако ни Бойлю, ни Ньютону не потребовалось детальной атомистической теории для объяснения интересовавших их явлений, и результаты проведенных ими экспериментов не сказали ничего нового о свойствах «атомов». История возникновения представлений об атоме

Строение атомного ядра СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА. Ядро представляет собой центральную часть атома. В нем сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома; по сравнению с радиусом электронных орбит размеры ядра чрезвычайно малы: 10–15–10–14 м. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих почти одинаковую массу, но лишь протон несет электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома, который совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Ядерные частицы (протоны и нейтроны), называемые нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами; по своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, связывающие электроны с ядром. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА. Ядро представляет собой центральную часть атома. В нем сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома; по сравнению с радиусом электронных орбит размеры ядра чрезвычайно малы: 10–15–10–14 м. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих почти одинаковую массу, но лишь протон несет электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома, который совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Ядерные частицы (протоны и нейтроны), называемые нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами; по своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, связывающие электроны с ядром.

Структура атома

1896 г. Анри Беккерель (франц.) открыл явление радиоактивности. Радиоактивность – способность атомов к самопроизвольному излучению г. Эрнест Резерфорд обнаружил, что это излучение неоднородно.

Опыты Резерфорда 1. В толстостенный свинцовый сосуд положили крупицу радия. Излучение радия обнаружили с помощью фотопластинки. 2. Вокруг цилиндра создали сильное магнитное поле. Излучение разделилось на три потока. Следовательно, излучение состоит из потоков положительных частиц, отрицательных и нейтральных. Положительные назвали альфа-частицами ( - частицы); Отрицательные – бета-частицы ( - частицы); Нейтральные – гамма-частицы ( - частицы) или - квантами или фотонами. N S

Стеклянный экран, покрытый специальным веществом Радиоактивное вещество, излучающее - частицы. Фольга из исследуемого металла 1911 г. Резерфорд проводит опыты по исследованию строения атома. 1. Все частицы попадают на экран. 2. Сильное отклонение - частиц – результат действия на них положительно заряженной части атома, имеющей довольно большую массу.

- частицы ядро По Резерфорду атом имеет планетарное строение. В центре находится положительно заряженное ядро. Вокруг ядра движутся электроны. Атом нейтрален, т.к. заряд ядра равен общему заряду электронов. Такое строение атома объясняет поведение - частиц

1903 г. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди обнаружили, что при - распаде происходит превращение одного химического элемента в другой. Реакция - распада: + В дальнейшем было установлено, что превращение происходит и при - распаде Ядро Ядро - частица - частица - излучение - излучение электрон электрон - излучение - излучение ВЫВОД Ядра атомов состоят из более мелких частиц.

1919 г. Резерфорд исследовал взаимодействие - частиц с ядрами атомов азота. При этом, из ядра атома азота вылетала частица, которую он назвал протоном (первый). Позднее с помощью камеры Вильсона было доказано, что это действительно положительно заряженная элементарная частица, которая является ядром атома водорода. Кроме того, образовалось ядро атома кислорода ядро атома водорода или протон. - ядро атома водорода или протон. Обозначается -, имеет массу 1а.е.м. и заряд равный заряду электрона.

1920 г. Резерфорд предполагает существование в ядре нейтральной частицы с массой равной массе протона. В 30-х гг. при бомбардировке ядер бериллия - частицами было обнаружено новое излучение, которое назвали бериллиевым г. Джеймс Чедвиг (англ.) доказал, что бериллиевое излучение - это поток электрически нейтральных частиц с массой равной массе протона. Эти частицы назвали нейтронами.

N – число нейтронов 1932 г. Д.Д.Иваненко (рус.), В.Гейзенберг (нем.) предложили протонно-нейтронную модель строения ядра: ядро состоит из протонов и нейтронов – нуклонов. ПРИМЕР. А = 56, Z = 26, N = 30 А = 56, Z = 26, N = 30 Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается А Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается Z X A Z A = Z+N Число протонов для данного элемента постоянное. Число нейтронов может быть больше числа протонов, оно может меняться(получаем ИЗОТОПЫ вещества)

1939 г. Отто Ган и Фриц Штрассман (нем.) открыли деление ядер урана. Ядра урана бомбардируют нейтронами. Если нейтрон попадает в нестабильное ядро, то оно делится на два более стабильных ядра, которые разлетаются с огромной скоростью. При этом они испускают 2-3 нейтрона. Осколки ядра тормозятся и при этом передают свою энергию окружающей среде

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОТЕКАНИЕ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ 1. МАССА УРАНА. 2. НАЛИЧИЕ ОТРАЖАЮЩЕЙ ОБОЛОЧКИ (бериллий). 3. НАЛИЧИЕ ПРИМЕСЕЙ. 4. НАЛИЧИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ – графит, вода, тяжелая вода. Наименьшая масса урана, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой

Ядерный реактор является частью атомной электростанции

СТРОЕНИЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1. Активная зона. В ней находятся: ядерное топливо – обогащенный уран-235; ядерное топливо – обогащенный уран-235; замедлитель нейтронов (вода). замедлитель нейтронов (вода). 2. Для управления реакцией служат регулирующие стержни. 3. Теплообменник. 4. Активная зона окружена отражателем из бериллия и защитной оболочкой из бетона

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1. В активной зоне происходит управляемая ядерная реакция, в результате которой выделяется энергия. 2. Энергия передается воде. 3. Горячая вода поступает в теплообменник, где нагревает воду, превращая ее в пар. 4. Вода остывает и возвращается в активную зону. Это первый замкнутый контур. 5. Пар вращает турбину (отдает ей свою энергию) и конденсируется. 6. Насос перекачивает воду в теплообменник. Это второй замкнутый контур.

1. АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ г. Под руководством Э.Ферми в США был построен первый ядерный реактор г. Под руководством И.В.Курчатова был создан первый ядерный реактор в СССР г. В СССР была введена в действие первая в мире атомная станция. 2. Техника. 1. Космические корабли. 2. Атомные ледоколы. 3. Атомные подводные лодки. 3. Ядерное оружие.

ПРАВИЛО СМЕЩЕНИЯ ДЛЯ - РАСПАДА При - распаде химического элемента образуется элемент, расположенный в таблице Д.И.Менделеева на 2 клетки ближе к ее началу. При - распаде ядро радиоактивного элемента излучает - частицу и образуется ядро другого химического элемента, зарядовое число которого на 2 единицы меньше, чем у исходного. При - распаде ядро радиоактивного элемента излучает электрон ( - частицу) и нейтральную частицу – антинейтрино. В результате число протонов в ядре увеличивается на единицу, т.е. увеличивается зарядовое число, образуется новый химический элемент. - распад - распад ПРАВИЛО СМЕЩЕНИЯ ДЛЯ - РАСПАДА При - распаде химического элемента образуется элемент, расположенный в таблице Д.И.Менделеева на 1 клетку ближе к ее концу. Rn Ra + He eKCa ++

Массовые числа химических элементов. Зарядовые числа химических элементов RnRa + He ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССОВОГО ЧИСЛА И ЗАРЯДА. В процессе радиоактивного распада массовое число и заряд распадающегося ядра атома равны суммам массовых чисел и зарядов образовавшихся в результате распада веществ.

ИЗОТОПЫ – разновидности химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер U U U 1 1 H 2 1 H 3 1 H ПРИМЕРЫ: 1. Изотопы урана 2. Изотопы водорода - протий - дейтерий - тритий - протий - дейтерий - тритий Все химические элементы имеют одинаковое зарядовое число, т.е. одинаковое число протонов, но разное массовое число, т.е. разное число нейтронов. Существование у химических элементов изотопов – причина того, что массовые числа многих элементов числа дробные. ПРИМЕР: 40, Ca

ПРИМЕР. При слиянии изотопов водорода образуется гелий и излучается нейтрон. При этом выделяется энергия. Для прохождения реакции необходима температура в несколько сотен миллионов градусов (температура в центре Солнца) ТЕРМОЯДЕРНОЙ называется реакция слияния легких ядер (водород, гелий и др.), происходящая при очень высоких температурах. 2 1 Н + HеHеHеHе 3 1 Н 2 4 n 0 1 +