Презентація на тему Сучасна модель атома. Протонно-нейтронна модель ядра атома.

Сучасна модель атома. Протонно-нейтронна модель ядра атома. Ядерні сили. Ізотопи.

Ядерна фізика – рушійна сила розвитку фізики. рис. 22.1. Найбільша на сьогодні дослідницька установка — прискорювач заряджених частинок, перший запуск якого відбувся в 2008 р.: а — вигляд ізсередини; б — схематичне зображення. Вражають розміри цього прискорювача: елементарні частинки розганяються у величезному кільці завдовжки 26 км. Країни Європи мусили об’єднати свої зусилля, щоб побудувати це диво техніки. Ядерна фізика вивчає структуру та властивості атомних ядер, процеси, що в них відбуваються, та механізми перетворення атомних ядер.

Класичний дослід Резерфордарис. 22.2. Ернест Резерфорд (1871–1937) — видатний англійський фізик. Заклав основи вчення про радіоактивність і будову атома, здійснив першу ядерну реакцію. Лауреат Нобелівської премії (1908 р.), член усіх академій наук світу. У 1908–1911 рр. під керівництвом Ернеста Резерфорда досвідчений дослідник Ганс Ґейґер (1882–1945) і молодий аспірант Ернест Марсден (1889–1970) проводили серію дослідів щодо з’ясування структури атома. Для дослідів учені використали речовину, із якої з великою швидкістю вилітали позитивно заряджені частинки — так звані α-частинки (альфа-частинки).

Вузький пучок α-частинок зі свинцевого контейнера спрямовувався на тонку золоту фольгу, а далі потрапляв в екран, покритий шаром кристалів цинк сульфіду (рис. 22.3). рис. 22.3. Схема досліду з розсіяння α-частинок (дослід Резерфорда).

Якщо в такий екран улучала α-частинка, то в місці її влучання відбувався слабкий спалах світла. Учені спостерігали спалахи за допомогою мікроскопа та реєстрували влучання α-частинок в екран. У результаті дослідів було з’ясовано, що переважна більшість α-частинок проходить крізь золоту фольгу, не змінюючи напрямку руху, деякі відхиляються від початкової траєкторії. А от приблизно одна з 20 000 частинок відскакувала від фольги, начебто натикаючись на якусь перешкоду (рис. 22.4).

рис. 22.4. Траєкторії α-частинок, що пролітають поряд із ядром Ауруму. Чим ближче до ядра пролітає α-частинка, тим більша сила відштовхування, яка діє на неї, і тим більше частинка відхиляється від початкової траєкторії.

Е. Резерфорд висунув лва припущення: 1) якщо позитивний заряд і маса рівномірно розподілені по всьому об’єму атома (а саме таке уявлення про атом існувало на той час), то всі α-частинки повинні були пролетіти крізь фольгу практично не відхиляючись, адже їхня енергія величезна (це приблизно як бити м’ячем крізь павутиння).2) Якщо ж позитивний заряд і маса зосереджені в невеликому об’ємі всередині атома, а навколо — «порожнеча», то бомбардування α-частинками нагадуватиме кидки тенісними м’ячиками через поле, на якому розташована закріплена на жердині металева банка. Тільки в мізерній кількості випадків м’ячики влучать у банку та відскочать від неї, решта ж пролетить повз.

Ядерна модель будови атома. Після зазначених дослідів Резерфорд у 1911 р. запропонував ядерну модель будови атома: атом складається з позитивно зарядженого ядра, оточеного негативно зарядженими частинками — електронами; саме в ядрі зосереджена мало не вся маса атома. Ядерна модель атома, запропонована Резерфордом, була розвинена в роботах видатного данського фізика Нільса Бора (1885–1962). Саме на ядерній моделі ґрунтується сучасне уявлення про будову атома (рис. 22.5).

«Еволюція» моделі атома

Будова атомного ядра. З курсів фізики і хімії відомо, що атомне ядро складається ізчастинок двох видів: протонів, які мають позитивний електричний заряд, і нейтронів, які не мають заряду. Маса протона приблизно дорівнює масі нейтрона та майже у 2000 разів більша за масу електрона. Протони й нейтрони, що входять до складу ядра атома, називають нуклонами. Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним (масовим) числом і позначають символом А. Атом є електрично нейтральним: сумарний заряд протонів у ядрі дорівнює сумарному заряду електронів, що розташовані навколо ядра. Оскільки заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона, то зрозуміло, що в атомі кількість протонів дорівнює кількості електронів. Кількість протонів у ядрі називають зарядовим (протонним) числомі позначають символом Z. Порядковий номер елемента в Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва відповідає кількості протонів у ядрі (зарядовому числу).

Знаючи зарядове (Z) і масове (A) числа ядра атома, можна визначити кількість нейтронів (N) у цьому ядрі: N = A− Z. Вид атомів, який характеризується певним значенням зарядового числа та певним значенням масового числа, називають нуклідом (рис. 22.6)рис. 22.6. Позначення нукліда хімічного елемента.

Ізотопи. Якщо різні нукліди мають однакове зарядове число, то їхні хімічні властивості є однаковими — нукліди належать одному хімічному елементу. Різновиди атомів того самого хімічного елемента, ядра яких містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів, називають ізотопами («однакові за місцем»). Кожний хімічний елемент має декілька ізотопів (рис. 22.7).рис. 22.7. Ізотопи Гідрогену,які існують у природі. Символом e– позначено електрони,p+ — протони, n — нейтрони

Сильна взаємодія. Електрони, маючи негативний заряд, утримуються навколо позитивного ядра завдяки електромагнітній взаємодії. З’ясовано, що всі частинки в ядрі притягуються одна до одної завдяки взаємодії, яка в сотні разів сильніша, ніж електромагнітне відштовхування протонів (рис. 22.8). Саме тому взаємодію нуклонів називають сильною взаємодією.рис. 22.8. Сили взаємодіїміж нуклонами ядра

Ядерні сили та їх властивості. Сили, які діють між протонами й нейтронами в ядрі та забезпечують існування атомних ядер, називають ядерними силами. Основні властивості ядерних сил:1) є тільки силами притягання;2) є близькодіючими: вимірювання показали, що ядерні сили між нуклонами виявляються лише на відстанях, які приблизно дорівнюють розмірам нуклона (10–15 м);3) не залежать від заряду: на однаковій відстані сили, що діють між двома протонами, між двома нейтронами або між протоном і нейтроном, є однаковими;4) мають властивість насичення: нуклон виявляється здатним до ядерної взаємодії одночасно лише з невеликою кількістю нуклонів-«сусідів».

Домашнє завдання: Вивчити § 22, письмово виконати вправу 22(1, 2, 3, 4).