Atomų sudėtis
Gausūs ClC a. pabaigos ir CC a. pradžios atradimai įrodė, kad atomas yra sudėtinga dalelė.Rusų fizikas D.Ivanenka ir vokiečių Mokslininkas V.Heizenbergas dirbdami atskirai 1932 m. Paskelbė atomo branduolio sandaros teoriją. Norint paaiškinti elementų chemines savybes, atomų jungtis molekulėse ir naujų elementų susidarymą, vykdant branduolines reakcijas pakanka šių svarbiausių elementariųjų dalelių : elektronų, protonų ,neutronų, pozitronų, a, b ir g dalelių.
Dalelės apibūdinamos jų rimties mase ir krūviu . Einšteino reliatyvumo teorija nurodo, kad kūno masė nėra pastovus dydis,¾ ji priklauso nuo judėjimo greičio. Nejudančio kūno masė vadinama rimties mase.
Dalelės yra elektringos (teigiamos ir neigiamos) ir neelektringos (neutralios).
Elektronai buvo atrasti, ištyrus katodinius spindulius (Dž . Tomsonas , 1897 m.). Šie spinduliai yra neigiamų dalelių srautas; jos pavadintos elektronais. Elektrono krūvis yra mažiausias elektros krūvis, lygus 1,602*10-19 C, ir vadinamas elementariuoju krūviu; jo krūvio skaičius yra -1. Elektrono rimties masė lygi vandenilio atomo masės 1/1837 daliai, arba 9,11*10-31 kg (0,000549 u). Sąlygiškai elektrono rimties masė prilyginama nuliui, todėl elektronas žymimas 0-1e, arba paprasčiausias e.Elektronų skaičius atome yra lygus branduolio teigiamam krūviui,išreikštam elementariaisiais elektrinio krūvio vienetais. Kai elektronų skaičius lygus branduolio protonų skaičiui,atomas yra neutralus,nes bendrą neigiamą krūvį kompensuoja teigiamas atomo branduolio krūvis.
Protonai .Katodinių spindulių vamzdelyje įtaisius skylėtą katodą, buvo aptikti ir teigiami elektringi spinduliai.Jie sklinda priešinga katodiniams spinduliams kryptimi ir praeina pro katodo skyles ¾ kanalus, todėl vadinami kanaliniais.Šie spinduliai atsiranda, kai katodinių spindulių dalelės (elektronai), lėkdamos dideliu greičiu, išmuša iš vamzdelyje esančių dujų atomų dalį elektronų ir atomus jonizuoja.Vamzdelį pripildžius vandenilio dujų, buvo gautos teigiamai elektringos dalelės , vandenilio jonai H+, arba vandenilio branduoliai. Dalelių rimties masė 1,672*10-27kg (1,00728 u), krūvis tokio pat dydžio kaip elektrono, tik teigiamas,tai yra lygus +1 .Dalelės pavadintos protonais ir žymimos 11H , 11p arba p.
Neutronai. a dalelės iš berilio ar aliuminio atomų išmuša neelektringas daleles, vadinamas neutronais (Dž. Čiadvikas, 1932 m.).Neutrono rimties masė ¾ 1,675*10-27kg (1,00867 u). Jie žymimi 10n, arba n. Laisvi neutronai nepatvarūs,jų gyvavimo trukmė apie 17 min.,po to jie skyla į protonus ir elektronus.Skylant atsiranda 1-a neutrali dalelė-antineutrinas. Atomų branduoliuose esantys neutronai yra patvarūs.
Pozitronus atrado amerikiečių mokslininkas K.Andersonas 1932 m.Pozitronai ¾ tai teigiamos elektringos dalelės.Jos išmetamos iš atomo branduolio protonui virstant neutronu .Jų krūvis yra tokio pat dydžio kaip elektrono, tik priešingo ženklo, o masės vienodos.Taigi pozitronas yra elektrono antidalelė.Jis žymimas 0+1e.
Atomo branduolio krūvis ir sudėtis.
Elementų atomų branduolio krūvį nustatė H. Mozlis (1913 m.), ištyręs daugelio elementų Rentgeno spektrus. Įvairių elementų Rentgeno spektrų linijų serijos išsidėsčiusios panašai, skiriasi tik bangos ilgis: didėjant elemento atominei masei, spektro linijų bangos ilgis mažėja.
Rentgeno spektro bangų dažnio n ir elemento eilės numerio Z priklausomybė nusakoma Mozlio dėsniu. Jis išreiškiamas šia formule:
n=a(Z-b)2
čia a ir b ¾ konstantos ; n=1/l .
Remiantis Mozlio dėsniu, buvo padaryta išvada, kad egzistuoja tuo metu dar nežinomi kai kurie elementai, ir jie vėliau buvo atrasti.
Rusų fizikas D. Ivanenka ir vokiečių fizikas V. Heizenbergas kiekvienas atskirai sukūrė teoriją (1932 m.), pagal kurią elementų atomų branduoliai yra sudaryti iš protonų ir neutronų. Abi dalelės bendrai pavadintos nuklonais.
Nuklonų (protonų ir neutronų )skaičių atomo branduolyje rodo elemento masės skaičius A, t.y elemento atominė masė, išreikšta sveikuoju skaičiumi. Z ¾ protonų kiekis, kuris lygus elemento eilės numeriui periodinėje sistemoje. Neutronų skaičius N atomo branduolyje apskaičiuojamas taip:
N=A-Z .
Atomo branduolio masė visada yra mažesnė už jo protonų ir neutronų masių suma. Šis skirtumas vadinamas masės defektu. Masės defektas rodo, kiek energijos išsiskiria jungiantis protonams ir neutronams į branduolius.
Izotopai.
To paties elemento atomai, kurių branduoliuose yra tiek pat protonų, bet nevienodai neutronų, vadinami izotopais (gr. reiškia ,,tą pačią vietą “).
Elemento izotopų ir jų junginių cheminės savybės panašios, fizikinės ¾ daugiau skiriasi. Todėl izotopai ir jų junginiai atskiriami fizikiniais ir cheminiais metodais: distiliavimu, centrifugavimu ir kt.
Kai kurių skirtingų elementų izotopų yra vienoda atominė masė, pvz.:
4018Ar, 4019K, 4020Ca. Tokie elementai vadinami izobarais (,,ta pati masė”).
Izobarų nesutampa nei protonų, nei neutronų skaičius.
Elementų ir jų izotopų atominės masės nustatomos masių spektrografu.
Branduolinės reakcijos.
Reakcijos, kurių metu pakinta elemento atomo branduolio sudėtis ir jis virsta kitu elementu, vadinamos branduolinėmis. Vienas iš branduolinių reakcijų atvejų yra elementų radioaktyvusis skilimas. Gamtoje randami elementai esantys periodinėje sistemoje už bismuto yra radioaktyvus. Jie savaime skleidžia a, b, ir g spindulius ir virsta kitų elementų atomais.
Išspinduliuodamas a dalelę 42He, radioaktyvaus elemento atomas virsta nauju elementu, kurio masės skaičius mažesnis keturiais, o krūvio skaičius ¾ dviem. Pvz.: 22688Ra ® 22286Rn+42He
(po a dalelės išspinduliavimo radis virsta radonu). (Viršutinių ir apatinių skaičių suma abiejose pusėse turi būti vienoda.)
Radioaktyviajam elementui išspinduliavus b dalelę (elektroną 0-1e ), atsiradusio elemento branduolio masės skaičius lieka tas pats, o krūvio skaičius padidėja vienetu, nes elektronas atskyla iš neutrono , o šis virsta protonu : 10n® 11p+0-1e . Pvz.: 23490Th® 23491Pa + 0-1e.
Radioaktyvieji elementai vienų g spindulių neskleidžia, ¾ juos išmeta kartu su a ar b spinduliais.Susidarę naujų elementų atomai dažniausiai būna sužadinti. Tokie atomai, išspinduliuodami g daleles, pereina į normalią, nesužadintą, būseną.
Skylant radioaktyviesiems elementams, susidaro naujų radioaktyvių elementų. Skylant 23892U, susidaro 15 naujų radioaktyvių elementų, ir tik paskutinis iš jų, 20682Pb, yra neradioaktyvus. Visi šie elementai sudaro urano radioaktyviąją šeimą.
Yra dar dvi radioaktyviosios šeimos ¾ torio ir urano, aktinio.
Radioaktyvaus elemento skilimo greitis nusakomas jo skilimo pusamžiu T0,5, t.y. laiku, per kurį suskyla pusė jo paimto kiekio.
Kitas branduolinių reakcijų atvejis yra tokios reakcijos, kurios vykdomos bombarduojant patvarių elementų atomus greitai lekiančiomis a dalelėmis, protonais, neutronais ir kt. Bombarduojamo elemento atomo branduolys prisijungia kurią nors dalelę ir virsta nepatvariu nauju elementu.
Pirmą branduolinę reakciją įvykdė E. Rezerfordas (1919 m.). Jo bandymas:
147N+ 42He®( 189F)® 178O + 11H (p). Skliaustuose nepatvarus elementas.
Dirbtinį radioaktyvų elementą pirmieji gavo Irena ir Frederikas Žolio-Kiuri (1934 m.), bombarduodami a dalelėmis aliuminio atomus. Panašiai gaunami ir kiti radioaktyvūs elementai, spinduliuojantys elektronus arba g spindulius.
Branduolinėms reakcijoms sukelti labai tinka neutronai, nes jie neutralūs, todėl bombarduojamų atomų branduoliai jų neatstumia. Bombarduojant urano 23892U branduolius neutronais, gaunami transuraniniai elementai ¾ neptūnis Np ir plutonis Pu.Sunkiesiems transuraniniams elementams gauti naudojami lengvųjų elementų (boro, anglies, azoto, deguonies ir kt.) didelį greitį turintys jonai.
Puslapiai: 1 2