Лекция 4 Концепции современной физики Строение атома. Радиоактивность

Опыты Гейгера и Марсдена Одни частицы проходили через фольгу без отклонения (А). Другие отклонялись от первоначального направления (В). Отклонялась назад одна из частиц (линия С). По словам Резерфорда это было столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15 дюймовым снарядом по куску папиросной бумаги. Отсюда следовал вывод, что атом имееточень малое «+» ядро и удаленными от него легкими – заряженными электронами.

Нейтрон (n). Существование было предсказано Резерфордом в 1920 г, чтобы объяснить различие между атомной массой и атомным номером (порядковым номером). Экспериментально обнаружен в 1932 г Дж. Чедвиком при изучении бомбардировки бериллия альфа - частицами. Бериллий испускал частицы с большой проникающей способностью, которые не отклонялись в электрическом и магнитном полях. Частица нейтральная отсюда ее название. Позже были открыты и другие элементарные частицы мезоны, кварки, лептоны, глюоны и т. д.

В 1932 г. Дж.Чедвик открыл нейтрон – незаряженную частицу, имеющую массу как у протона.

Характеристика элементарных частиц Наименование частицы Масса, а.е.м.* Заряд, у.е. Электрон (е) 0–1 Протон (р 1 1 ) 1+1 Нейтрон (n 1 0 ) 10 *1 а.е.м. = 1,66·10 –27 кг

Нуклоны. Протоны и нейтроны – составляют ядро атома. Нуклид - ядро конкретного атома (нуклид углерода – ядро атома углерода.)

Пример Запись нуклидов 12 6 С 14 6 С Т.к. все нуклиды углерода имеют атомный номер 6, то верна и другая запись 12 С - углерод 12.

продолжение Верхний индекс – массовое число Нижний индекс порядковый (атомный номер)

Изотопы Атомы одного химического элемента, которые имеют разные массовые числа, но одинаковый заряд ядра атома число протонов одинаково, число нейтронов различно

Изотопы водорода 1 1 Н – протий состоит из 1 протона 2 1 Н – дейтерий или 2 1 D состоит из 1 протона и 1 нейтрона 3 1 Н – тритий или 3 1 Т Состоит из ……..?

протий 1 1 Н состоит из 1 протона дейтерий 2 1 Н или 2 1 D состоит из 1 протона и 1 нейтрона тритий 3 1 Н или 3 1 Т Состоит из ……..?

Изотопы углерода 12 C 13 C 14 C

Изобары Изобары- разновидность атомов имеющих одинаковое массовое число, но разное число протонов Ar K Ca.

Вывод свойства химических элементов определяются не массой, а зарядом ядра.

Выводы Атом электронейтральная частица Атом состоит из «+» заряженного ядра, в котором сосредоточена основная масса.

Вокруг ядра расположены «-» заряженные электроны. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Электрон Атом Ядро Нуклон Кварк Строение атома Рисунок

Радиоактивность Самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического в атомы другого, сопровождающееся радиоактивным излучением

Типы радиоактивного излучения –α – излучение поток ядер гелия, движущихся с большой скоростью 4 2 Не Заряд +2, масса +4 Изменения радиоактивного ядра атомный номер -2 Массовое число -4

- излучение поток электронов, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света Обозначения – е, 0 -1 е, Заряд -1, масса - 0 Изменения радиоактивного ядра атомный номер +1 Массовое число не изменяется

β + -излучение Представляет собой поток позитронов, частиц, являющихся аналогами электронов, но имеющих положительный заряд Обозначения – 0 +1 е, Заряд +1, масса – 0 Изменения радиоактивного ядра атомный номер -1 Массовое число –не изменяется

– излучение представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией Обозначения – Заряд 0, масса – 0 Изменения радиоактивного ядра атомный номер –не изменяется Массовое число –не изменяется

примеры α - распад Ra Rn He

- распад Th Pa e

β + -распад K Ar e

Изотопы Устойчивые - не подвергавются радиоактивному распаду и сохраняются в природе (массовое число = 60) Неустойчивые – подвергаются р.а. распаду, испуская α или частицы

Период полураспада Время за которое число радиоактивных атомов уменьшится вдвое

Ядерные реакции Реакции, в которых в отличии от химических происходит перераспределение протонов и нейтронов в ядрах атомов. В результате образуются новые элементы

В уравнениях ядерных реакций суммарные массовые числа и суммарные атомные номера реагентов и продуктов должны быть одинаковы

Составьте уравнения ядерных превращений Атом изотопа«Бомбардирую щая» частица Испускаемая частица 14 7 N альфапротон Na протоннейтрон Со нейтронгамма

Модели атома

Модель Томпсона

Модель Резерфорда

-1- Электрон имеет двойственную природу. Обладает свойствами частицы и волны. Как частица имеет массу и заряд однако движение электрона волновой процесс (например, наблюдается дифракция электронов)

Уравнение Де Бройля (1924) h/(mv)

2. Принцип неопределенности Гейзенберга Положение электрона в атоме неопределенно. Невозможно одновременно точно определить и скорость электрона, и его координаты в пространстве. Электрон может находиться на любом расстоянии от ядра. Вероятность его нахождения в разных местах атома различна. Поэтому вводится понятия электронное облако, орбиталь, уровень, подуровень

Волновая функция Ψ Т.к. электрон обладает свойствами частицы и волны одновременно, то его движение описывают с помощью волновой функции Ψ( x,y,z) Физический смысл – квадрат модуля этой функции пропорционален вероятности нахождения электрона в точке пространства с координатами x,y,z. Входит в уравнение Шредингера, описывающее движение электрона.

Обоснование этой и других более поздних моделей – атомные спектры и энергии ионизации атомов г. Модель атома Бора Планетарная модель атома. Используя модель атома Резерфорда и теорию Планка обосновал модель атома водорода. Нильс Бор ( )

Планетарная модель

Продолжение Бор вычислил радиусы орбит. r 1 =5, м – радиус первой орбиты r=n 2 (5,29* ) Теория Бора позволила точно вычислить энергию электронов, частоты в спектрах атома водорода и некоторых других одноэлектронных систем (Не + ), что подтверждено экспериментально

Согласно модели атома Бора 1)электроны вращаются в атоме по определенным устойчивым круговым орбитам. Каждая орбита имеет номер n (1,2,3…), который назвали главным квантовым числом.

2. Каждой орбите соответствует определенное значение энергии электрона ( Е ). Значение энергии зависит от главного квантового числа n. E= -13, 6(1/n).

3. Переход электрона на более высокую орбиту сопровождается затратой энергии (поглощение кванта) Переход на более низкую орбиту сопровождается выделением энергии h = Е дал -Е бл