Как устроено ядро атома: Состав атомного ядра

В размерах атомных ядер разглядели новую аномалию — Наука

ТАСС, 14 апреля. Изучая свойства очень нестабильных изотопов меди, физики открыли новые странности в закономерностях, по которым изменяются размеры ядер атомов. Результаты их экспериментов опубликовал научный журнал Nature Physics.

Так называемый зарядовый радиус – один из важнейших параметров, он определяет границы атомных ядер и напрямую связан с тем, как те устроены изнутри. В данном случае он показывает, как протоны распределены по атому и где пролегает граница, в пределах которой ядро отражает заряженные частицы, летящие в его сторону.

Ранее ученые считали, что зарядовые размеры ядер должны плавно расти вместе с числом протонов внутри них. Однако еще полвека назад ученые обнаружили, что эта закономерность работает не совсем так. Оказалось, что размеры атомов с четным числом нейтронов были несколько больше, чем у ядер с нечетным их количеством. В результате график зарядовых размеров атомов больше похож на лестницу с неровными ступенями, чем на кривую линию.

Полноценное объяснение этому феномену отсутствует до сих пор, однако многие теоретики предполагают, что оно связано с тем, что протоны и нейтроны внутри ядер существуют не в виде самостоятельных частиц, а сильно связанных пар. Физики уже много десятилетий пытаются проверить это, изучая свойства ядер атомов, содержащих в себе необычно большое число нейтронов.

Тайны мира атомов

Как правило, подобные вещества по своей природе довольно нестабильны. Из-за этого их сложно изучать, поэтому физикам приходится одновременно и синтезировать их, и сразу же измерять зарядовый радиус и другие свойства. Для этого ученые используют специализированные ускорители частиц и ловушки для атомов.

Физики под руководством Рубена де Гроота из Университета Ювяскюля (Финляндия) проводили подобные эксперименты с помощью ускорительной установки ISOLDE. Ее создали в 1964 году в CERN для производства различных радиоактивных изотопов и элементов, не существующих в природе, и изучения их свойств.

Пользуясь тем, что этот ускоритель может «сортировать» производимые изотопы, физики использовали ее для того, чтобы накопить небольшое количество сверхтяжелых изотопов меди и замерить их зарядовые радиусы. Для этого ученые вылавливали одиночные ядра этого металла, подсвечивали их лазером и наблюдали за тем, как поменяется спектр его излучения.

Сдвиги их линий, как объясняют физики, напрямую отражают то, как меняется зарядовый радиус ядра. Благодаря этому его можно вычислить очень точно даже при небольшом количестве атомов. В случае с экзотическими изотопами меди эти замеры показали еще одну аномалию – ступени «лестницы» зарядовых размеров для самых тяжелых ядер этого элемента оказались значительно более пологими, чем это предсказывают теория и наблюдения за стабильными элементами.

Как надеются физики, полученные ими данные и первые попытки частично просчитать поведение атомов на их основе с помощью двух разных математических подходов помогут ученым сформулировать новые теории, которые описывали бы взаимодействие протонов и нейтронов внутри ядер атомов. Возможно, с помощью этих теорий удастся раскрыть природу этой «лестницы» зарядовых размеров.

Урок физики в 11-м классе «Состав ядра. Ядерные силы»

Урок физики в 11-м классе «Состав ядра. Ядерные силы»

• Магомедов Абдул Маграмович, преподаватель физики

Разделы: Физика

---

Цели урока:

• Изучить протонно – нейтронную модель ядра – основу всех выводов в школьном курсе о строении и свойствах ядра;
• Познакомить обучающихся с силами- ядерными, существенно отличающиеся от ранее известных.

План урока:

• Введение (1-2 мин.) — сообщение учителя.
• Изучение нового материала (20-25 мин.) — рассказ учителя, беседа с учениками.
• Закрепления нового материала (15 мин.) — выполнение упражнений.
• Домашнее задание (1-2 мин.) — запись на доске.

Ход урока.

Строение атома

Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли электрон, измерили его массу. Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 г., развил Х. Лоренц. Именно он создал электронную теорию: электроны входят в состав атома.

Опираясь на эти открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10^(-10) м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд(рис.1).

Рис.1

Экспериментальная проверка модели атома Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом (рис. 2).

Рис.2

Рис.3

Пропуская пучок Альфа — частиц через тонкую золотую фольгу, Э. Резерфорд обнаружил, что какая-то часть частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального направления, а небольшая часть – отражается от фольги. Но согласно модели атома Томсона, частицы могли отклоняться только на углы около 20

0, но появлялись частицы, угол отклонения которых был больше 90⁰ (рис. 3).

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов (рис. ).

Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:

• Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.
• В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
• Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему (рис. 3, 4)

Рис. 4

Строение ядра атома. Изотопы — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации

Строение ядра атома. Изотопы.

Изображение слайда

2

Слайд 2

Цели урока: познакомиться с историей открытия нейтрона; выяснить как устроено ядро атома; познакомиться с новым видом взаимодействия между частицами, составляющими ядро атома – ядерными силами.

Изображение слайда

3

Слайд 3

Подумай и ответь Вопросы 1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица? A. α-частица — отрицательный, β-частица — положительный. B. α- и β-частицы — положительный. C. α-частица — положительный, β-частица — отрицательный. 2. По какому действию было открыто явление радиоактивности? A. по действию на фотопластинку. B. по ионизирующему действию на воздух. C. по следам в камере Вильсона.

Изображение слайда

4

Слайд 4

Подумай и ответь Вопросы 3. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева: A. на две клетки правее. B. на одну клетку левее. C. на одну клетку правее. 4. Кто открыл явление радиоактивности? A. Нильс Бор. B. Беккерель. C. Мария Склодовская-Кюри.

Изображение слайда

5

Слайд 5

Вопросы Подумай и ответь 5. Какой прибор позволяет наблюдать следы заряженных частиц в виде полосы из капель воды в газе? A. фотопластинка. B. счётчик Гейгера-Мюллера. C. камера Вильсона. 6. α — излучение это ….. A. поток электронов. B. поток ядер атомов гелия. C. излучение квантов энергии.

Изображение слайда

6

Слайд 6

Вопросы Подумай и ответь 7. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада A. ядро гелия. B. электрон. C. протон и электрон. 8. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают: A. ядра атомов. B. электронные оболочки. C. кристаллы.

Изображение слайда

7

Слайд 7

Вопросы Подумай и ответь 9. β-излучение это ….. A. поток электронов. B. поток ядер атомов гелия. C. излучение квантов энергии. 10. Какой прибор при прохождении через него иони-зирующей частицы выдаёт сигнал в виде кратко-временного импульса электрического тока? A. фотопластинка. B. счётчик Гейгера-Мюллера. C. камера Вильсона.

Изображение слайда

8

Слайд 8

Вопросы Подумай и ответь 11. В результате α — распада новый элемент занял место в таблице Менделеева: A. на одну клетку правее. B. на одну клетку левее. C. на две клетки левее. 12. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность ? A. α – частицы. B. β — частицы. C. гамма излучение.

Изображение слайда

9

Слайд 9

Вопросы Подумай и ответь 13. Проактиний α – радиоактивен. Определите какой элемент получится в результате этого распада? A. B. C. 14. В какой элемент превратится после двух β – распадов и одного α – распада? A. B. C.

Изображение слайда

10

Слайд 10

Вопросы Подумай и ответь 15. Определите неизвестный продукт Х ядерной реакци A. B. C. 16. Определите неизвестный продукт Х ядерной реакци A. B. C.

Изображение слайда

11

Слайд 11

Вопросы Подумай и ответь 17. Определите неизвестный продукт Х ядерной реакци A. B. C. 18. Определите неизвестный продукт Х ядерной реакци A. B. C.

Изображение слайда

12

Слайд 12

Задачи Подумай и реши 19. Сколько по массе радиоактивного вещества останется по истечении шести суток, если изначально его было 100 г? Период полураспада данного вещества равен двум суткам? A. 0,025 кг. B. 0,05 кг. C. 0,0125 кг. 20. Имелось некоторое количество радиоактивного изотопа серебра. Количество радиоактивного изотопа уменьшилось в 8 раз за 810 суток. Определите период его полураспада. A. 405 суток. B. 70 суток. C. 270 суток.

Изображение слайда

13

Слайд 13

Открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году Дж. Чедвик наблюдал в камере Вильсона треки ядер азота, испытавших столкновение с бериллиевым излучением. По его оценке, энергия γ -квантов должна была составлять 90 МэВ. Наблюдение ядер отдачи аргона привели к цифре – 150 МэВ. 1) Предположение об излучении бериллием γ -квантов, т. е. частиц, лишенных массы покоя, несостоятельно. Из бериллия под действием α -частиц вылетают какие-то достаточно тяжелые частицы, так как только при столкновениях с тяжелыми частицами протоны или ядра азота и аргона могли получить ту энергию, которая наблюдалась. 2) Так как частицы обладали большой проникающей способностью и непосредственно не ионизовали газ, то они были электрически нейтральными. Новая частица была названа нейтроном Джеймс Чедвик (1891-1974)

Изображение слайда

14

Слайд 14: Открытие нейтрона

При бомбардировке бериллия α -частицами обнаруживалось какое-то сильно проникающее излучение, способное преодолеть такую преграду, как свинцовая пластина в 10-20 см толщиной. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри предложили, что излучение бериллия выбивает из парафиновой пластины протоны. Открытие нейтрона Ирен Жолио-Кюри (1897-1956) Фредерик Жолио-Кюри (1900-1958) Они с помощью камеры Вильсона обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию. Если протоны ускорялись в результате столкновения с γ -квантами, то их энергия должна быть около 55 МэВ.

Изображение слайда

15

Слайд 15: Строение атомного ядра

Советский физик Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра : ядра состоят из элементарных частиц двух сортов: протонов и нейтронов. Строение атомного ядра Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904-1994) Вернер Карл Гейзенберг (1901-1976) Число протонов в ядре равняется числу электронов в атомной оболочке, так как атом в целом нейтрален. Протон и нейтрон – два зарядовых состояния ядерной частицы, называемых нуклоном.

Изображение слайда

16

Слайд 16

протон нейтрон Масса покоя m p > m э в 1836 раз m p ≈ 1836 m э m p = 1,6726 · 10 -27 кг = 1,00728 а.е.м. Масса покоя m n > m э в 183 9 раз m n ≈ 183 9 m э m n = 1,6749 · 10 -27 кг = 1,00866 а.е.м. Заряд положительный g p = e = 1, 60219*10 -19 Кл Заряд g p = 0 Характеристика Обозначение Определение Зарядовое число Z Равно числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Массовое число A=Z+N Равно числу нуклонов в ядре (числу протонов Z и нейтронов N ) Заряд ядра +Ze Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме Символическая запись ядер

Изображение слайда

17

Слайд 17

C 6 12,01115 Z – зарядовое число, порядковый номер (количество электронов или протонов) А – массовое число ядра (общее количество протонов и нейтронов- нулонов) А = Z + N N – число нейтронов А = 12 Z = 6 N = 6 + + + + + + ядро X Z A Обозначение химического элемента

Изображение слайда

18

Слайд 18: Пример: Строение атома 7 Li 3

Электрон (е) – отрицательный заряд, вращается вокруг положительного ядра. Протон (р) – положительный заряд, равен заряду электрона по модулю. Нейтрон ( n ) – его заряд равен нулю. Общий заряд атома равен нулю, так как число электронов (е) равно числу протонов (р). 7 Li 3 литий Округлённое массовое число. Показывает общее число частиц в ядре атома, то есть число протонов + число нейтронов. Обозначают буквой А. Чтобы найти число нейтронов в ядре ( n), из этого числа нужно вычесть порядковый номер Z элемента (число протонов): n = A – Z = 7 – 3=4 Порядковый (атомный) номер элемента. Обозначают буквой Z – он показывает число протонов (р) в ядре атома. p = Z = 3 3p+4n Ядро + -е -е -е Не забудь делать щелчки! Число электронов в слое = 2n 2 Смотреть модель строения атома Гелия

Изображение слайда

19

Слайд 19

Химический элемент Ядро Число электронов Число протонов Число нейтронов 23 11 Na 19 9 F 247 96 Cm 107 47 Ag 257 101 Md Заполните таблицу 11 12 11 9 10 9 96 151 96 47 60 47 101 156 101

Изображение слайда

20

Слайд 20: Размеры атомных ядер

Так как для ядер существенны квантовые законы поведения, то они не имеют четко определенных границ. Можно говорить только о некотором среднем радиусе ядра. Этот радиус определяется экспериментально по рассеянию ядром падающих на него частиц. С увеличением массового числа радиус ядра увеличивается: Объем ядра пропорционален числу нуклонов. Плотность ядерного вещества постоянна и одинакова для всех ядер:

Изображение слайда

21

Слайд 21

Богатырь с короткими руками Протоны и нейтроны удерживаются в ядре особыми – ядерными силами.

Изображение слайда

22

Слайд 22

В 1911 г. Содди высказал предположение, что имея одинаковое строение электронных оболочек, изотопы обладают практически одинаковыми химическими свойствами. Однако по физическим свойствам изотопы могут весьма сильно различаться. Он предложил помещать эти элементы в одну и ту же клетку периодической системы Д.И. Менделеева. Таким образом изотопы – это разновидности данного химического элемента, различающиеся массовым числом своих ядер. Ядра изотопов одного элемента содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, т.е. имеющие один и тот же Z при разных N. Существует около 300 устойчивых и свыше 1000 неустойчивых (радиоактивных) изотопов всех известных химических элементов. ИЗОТОПЫ

Изображение слайда

23

Слайд 23: Применение искусственных радиоактивных элементов

Метод меченных атомов Применение их в металлургии, геологии, машиностроении, сельском хозяйстве, в пищевой промышленности и др. Применение изотопов при изучении питания растений.

Изображение слайда

24

Слайд 24: Применение естественных радиоактивных элементов

Лечебное применение радия Применение изотопов в диагностике Определение возраста Земли

Изображение слайда

25

Слайд 25

Изучив материал урока «Строение атомного ядра. Ядерные силы», проверьте свои знания, ответив на вопросы итогового тестирования. Выводы между нуклонами в ядре действуют мощные ядерные силы, особенностью которых является их короткодействующий характер; основным признаком принадлежности атома к тому или иному химическому элементу является заряд ядра. Разновидности атомов одного элемента, в которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называют изотопами; Гейзенберг и Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра, согласно которой атомные ядра состоят из нуклонов — протонов и нейтронов; На этом уроке мы узнали, что: нейтрон был открыт в 1932 году Чедвиком, это частица не имеющая заряда;

Изображение слайда

26

Слайд 26

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 1. Нейтрон это? A. Нейтрон – это частица, которая не имеет заряда. B. Нейтрон – это отрицательно заряженная частица. C. Нейтрон – это квант электромагнитного излучения. 2. Массовое число это? A. Массовое число – это атомная масса химического элемента. B. Массовое число – это целая часть атомной массы химического элемента. C. Массовое число – это дробная часть атомной массы химического элемента.

Изображение слайда

27

Слайд 27

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 3. Зарядовое число это? A. Зарядовое число – это порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева. B. Зарядовое число – это масса химического элемента. C. Зарядовое число – это число протонов и электронов. 4. Как называются протоны и нейтроны вместе? A. ионы. B. нуклоны. C. изотопы.

Изображение слайда

28

Слайд 28

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 5. Сколько нуклонов содержат ядра лития, меди, серебра, свинца ? A. литий — 6, медь – 64, серебро – 108, свинец – 207. B. литий — 3, медь – 29, серебро – 47, свинец – 82. C. литий — 16, медь – 34, серебро – 88, свинец – 107. 6. Определите нуклонный состав ядра ? A. 2 протона, 1 нейтрон. B. 2 протона, 2 нейтрона. C. 4 протона, 2 нейтрона.

Изображение слайда

29

Слайд 29

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 7. Определите нуклонный состав ядра ? A. 8 протонов, 8 нейтронов. B. 16 протонов, 16 нейтронов. C. 8 протонов, 16 нейтронов. 8. Определите нуклонный состав ядра селена ? A. 34 протона, 79 нейтронов. B. 79 протонов, 34 нейтрона. C. 34 протона, 45 нейтронов.

Изображение слайда

30

Слайд 30

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 9. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 4 p + 5 n A. азот B. бериллий C. кислород 10. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 6 p + 6 n A. азот B. натрий C. углерод Проверь себя с помощью модели

Изображение слайда

31

Слайд 31

Вопросы для закрепления Подумай и ответь 11. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 7 p + 7n A. азот B. кремний C. кислород 12. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 11 p + 12 n A. азот B. натрий C. магний Проверь себя с помощью модели

Изображение слайда

32

Слайд 32

Домашнее задание: § 22.5 – 22.8, 22.22 с/р: подготовить сообщение об атомной энергетике

Изображение слайда

33

Слайд 33

Рефлексия (отметьте свой вариант ответа в таблице) заполнение концептуальной таблицы Суждения Да Нет Не знаю На уроке я: узнал что то новое для себя; показал свои знания; с интересом общался с учителем и одноклассниками. На уроке я чувствовал себя: свободно; скованно; уютно. На уроке мне понравилось: коллективное решение познавательных задач и вопросов; наглядность; другое (указать).

Изображение слайда

34

Последний слайд презентации: Строение ядра атома. Изотопы

Литература: «Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.Физика. 11 класс. Классический курс – М.: Просвещение, 2007 Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы, Рымкевич А.П., -М., Просвещение CD «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 9, 11 класс» версия 2007 года

Изображение слайда

Презентация по физике в 9 классе : » Строение атомного ядра».

Конкретные представления о строении атома

развивались по мере накопления физикой

фактов о свойствах вещества

Лоренц Хендрик Антон

  В центре атома, известно, Расположено ядро. Знать, конечно, интересно, Как устроено оно. Надо было ухитриться  Расколоть ядро, и вот, Применив альфа-частицы, Это сделал Резерфорд.

Изотоп

водорода

е

р

протон

Пропускал он гелий — ядра Сквозь насыщенный азот. В результате возникали Кислород и водород.

Массы ядер измеренья  Показали без сомненья, Что нейтральные частицы В ядрах могут находиться. Лишь спустя десяток лет, Чедвик разглядел их след. Так в году тридцать втором Наконец, открыт нейтрон.

Элементарные частицы

протон

электрон

нейтрон

—

+

Собрать, сколько надо, частиц всех сортов, И атом – пожалуйста – вот он, готов! Но в общее дело их вклады неравны… Так кто же из этих частиц самый главный – Пузатый протон, флегматичный нейтрон, А может быть, юркий малец электрон?

Гипотеза:

В состав ядра атома входят частицы

(нуклоны)

Ядро

Тема урока

Состав атомного ядра.

Ядерные силы

.

Очень положительный, С массою внушительной. А таких, как он, отряд Создаёт в ядре заряд. Лучший друг его — нейтрон. Догадались? Он — протон!

е

р

Протонно-нейтронная модель строения ядер

1932 год

Дмитрий Дмитриевич

Вернер Карл Гейзенберг

Иваненко

5.12.1901-1.02.1976

29.07.1904 – 30.12.1994

Зарядом похвастаться я не могу, А потому сижу в ядре и ни гу-гу. А то подумают: шпион… А я нейтральный, и зовусь нейтрон!

Изотоп

водорода

е

дейтерий

р

n

Ядро состоит из протонов и нейтронов

(нуклонов)

Протонно – нейтронная модель строения ядра

Изотоп

водорода

е

n

n

р

тритий

Изотопы

Модель ядра

ядро

нуклоны

протоны

нейтроны

A = Z + N

Число нуклонов

Число нейтронов

Число протонов

Z – протоны N — нейтроны

нуклоны

А – массовое число

Z – зарядовое число

Массовое число численно равно массе ядра,

выраженной в атомных единицах массы.

Зарядовое число численно равно заряду ядра,

выраженному в элементарных электрических

зарядах.

N = A — Z

А – массовое число

Z – зарядовое число

4

7

2

3

Тут вопрос возник резонный: Почему и отчего Все протоны и нейтроны  Кpепко связаны в ядро? Ведь известно, что имея Положительный заряд, Все протоны непременно Разбежаться норовят. А нейтроны безразличны К электрическим полям. Может, действует привычно Богатырь могучий там?

Какие электростатические силы действуют

между нуклонами в ядре?

● являются особыми силами притяжения

● короткодействующие ( )

● действуют одинаково между р — р, n — n, р — n

Ядерные силы —

сильное взаимодействие

Почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны?

1 . Согласно современным представлениям ядро атома состоит из

1) электронов и протонов

2) нейтронов и позитронов

3) одних протонов

4) протонов и нейтронов

4

Тест

2 . По данным таблицы химических элементов

Д.И. Менделеева определите число протонов в ядре вольфрама

1) 74 2) 110 3) 184 4) 258

1

Тест

3 . Массовое число равно

1

1) сумме протонов и нейтронов в ядре

2) сумме числа протонов и электронов

3) сумме числа протонов, нейтронов и электронов

4) разности между числом нейтронов и протонов в ядре

Тест

4 . Число нейтронов в ядре атома равно

1) числу электронов в атоме

2) числу протонов

3) разности между массовым числом и числом протонов

4) сумме протонов и электронов в атоме

3

Тест

5. Порядковый номер элемента в таблице химических элементов Д.И. Менделеева равен

А: числу электронов в атоме

Б: числу протонов в ядре

В: числу нейтронов в ядре

Г: числу нуклонов в ядре

1) А, Б 2) В, Г 3) А, Г 4) А, Б, В, Г

1

Тест

А теперь мы подытожим, Что ядро составом сложно, В нём частиц два вида есть, Их назвать уместно здесь.

Там пpотоны и нейтpоны, С общим именем — нуклоны, В тесноте ядра, как в клетке, Силой ядерною крепко                               Сведены, живут там дружно. Вот и всё, что знать вам нужно  О строении ядра, Раз на то пришла пора. 

Открытие нейтрона. Строение атомного ядра. Ядерные силы. 11 класс. Физика. — Объяснение нового материала

Комментарии преподавателя

СОСТАВ АТОМНОГО ЯДРА

Ядро атома состоит из нуклонов, которые подразделяются на протоны и нейтроны.

Символическое обозначение ядра атома:

А- число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов ( или атомная масса )
Z- число протонов ( равно числу электронов )
N- число нейтронов ( или атомный номер )

N = A — Z

Открытие нейтрона дало толчок к пониманию того, как устроены ядра атомов.

В том же 1932 г., когда был открыт нейтрон, советский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко и немецкий физик Вернер Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель строения ядер, справедливость которой была впоследствии подтверждена экспериментально.

Протоны и нейтроны называются нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Используя этот термин, можно сказать, что атомные ядра состоят из нуклонов.

• Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А

Так, например, для азота массовое число А = 14, для железа A = 56, для урана A = 235.

Понятно, что массовое число А численно равно массе ядра m, выраженной в атомных единицах массы и округлённой до целых чисел (поскольку масса каждого нуклона примерно равна 1 а. е. м.). Например, для азота m ≈ 14 а. е. м., для железа m ≈ 56 а. е. м. и т. д.

• Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается Z

Например, для азота зарядовое число Z = 7, для железа Z = 26, для урана Z = 92 и т. д.

Заряд каждого протона равен элементарному электрическому заряду. Поэтому зарядовое число Z численно равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах. Для каждого химического элемента зарядовое число равно атомному (порядковому) номеру в таблице Д. И. Менделеева.

Ядро любого химического элемента в общем виде обозначается так: (под X подразумевается символ химического элемента).

Число нейтронов в ядре обычно обозначают буквой N. Поскольку массовое число А представляет собой общее число протонов и нейтронов в ядре, то можно записать: А = Z + N.

На основе протонно-нейтронной модели строения атомных ядер было дано объяснение некоторым экспериментальным фактам, открытым в первые два десятилетия XX в.

Так, в ходе изучения свойств радиоактивных элементов было обнаружено, что у одного и того же химического элемента встречаются атомы с различными по массе ядрами.

Одинаковый заряд ядер свидетельствует о том, что они имеют один и тот же порядковый номер в таблице Д. И. Менделеева, т. е. занимают в таблице одну и ту же клетку, одно и то же место. Отсюда и произошло название всех разновидностей одного химического элемента: изотопы (от греч. слов isos — одинаковый и topos — место).

• Изотопы — это разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер

Благодаря созданию протонно-нейтронной модели ядра (т. е. примерно через два десятилетия после открытия изотопов), удалось объяснить, почему атомные ядра с одним и тем же зарядом обладают разными массами. Очевидно, ядра изотопов содержат одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.

Так, например, существует три изотопа водорода: (протий), . (дейтерий) и (тритий). Ядро изотопа вообще не имеет нейтронов — оно представляет собой один протон. В состав ядра дейтерия входят две частицы: протон и нейтрон. Ядро трития состоит из трёх частиц: одного протона и двух нейтронов.

Гипотеза о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, подтверждалась многими экспериментальными фактами.

Но возникал вопрос: почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны под действием сил электростатического отталкивания между положительно заряженными протонами?

Расчёты показывают, что нуклоны не могут удерживаться вместе за счёт сил притяжения гравитационной или магнитной природы, поскольку эти силы существенно меньше электростатических .

В поисках ответа на вопрос об устойчивости атомных ядер учёные предположили, что между всеми нуклонами в ядрах действуют какие-то особые силы притяжения, которые значительно превосходят электростатические силы отталкивания между протонами. Эти силы назвали ядерными.

Гипотеза о существовании ядерных сил оказалась правильной. Выяснилось также, что ядерные силы являются короткодействующими: на расстоянии 10-15 м они примерно в 100 раз больше сил электростатического взаимодействия, но уже на расстоянии 10-14 м они оказываются ничтожно малыми. Другими словами, ядерные силы действуют на расстояниях, сравнимых с размерами самих ядер.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл  в любое удобное для вас время.
Использованные источники:

• https://www.youtube.com/watch?v=5WxyWtwfwhE
• https://www.youtube.com/watch?v=o_6lA6MM4Lc
• http://www.youtube.com/watch?v=soN1AvZ-2m0
• http://www.youtube.com/watch?v=ztkrs8328sY
• http://www.youtube.com/watch?v=nS9uVki3ss4
• http://class-fizika.narod.ru/9_37.htm

Ядро пленительного счастья. «В мире науки» №12, 2019

С начала XXI в. прошло меньше 20 лет, а таблица Менделеева уже увеличилась на шесть элементов.

Большая часть из них пришлась на легендарный «остров стабильности», который ядерщики всего мира искали начиная с конца 1960-х гг. И все это было сделано в Дубне, в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ. О последних открытиях мы беседуем с ее руководителем академиком РАН Юрием Цолаковичем Оганесяном, именем которого назван последний на сегодня, 118-й, элемент — оганесон.

— Юрий Цолакович, у некоторых музыкантов есть любимые ноты, у художников — любимые цвета, а у вас есть любимый химический элемент?

— Нет, они для меня предмет работы, тут не до эмоций. С ними должно все получаться как задумано, а если не получается, значит что-то неправильно сделано. Хотя считается, что, если говорить об области известных элементов, для острова стабильности наиболее сильно выражен 114-й. Когда говорили о сверхтяжелых элементах, всегда предполагалось, что надо дойти до 114-го. Это часто повторялось, хотя, может быть, не очень обоснованно. Сегодня мы считаем, что наиболее стабильным будет не 114-й, а 110-й или 109-й. Но эффект дополнительной стабилизации за счет внутренней структуры ядра максимален именно для 114-го. И в этом смысле он особый. Получить его считали научно важным делом наши учителя — Г.Н. Флеров, И.В. Курчатов. К сожалению, они до этого не дожили, Мы же, получив 114-й элемент в 1998 г., назвали его «флеровий».

Элементарное ядро

— Что именно привело вас в большую науку?

— Все началось с интереса к ядерной физике. Слово «ядерная» тут определяющее, поскольку главные вопросы относятся
именно к ядрам: насколько они могут быть тяжелыми, чем обусловлен их предел, как они распадаются. Элементы идут уже потом, ибо если нет ядра, то нет и элемента.

Когда мы говорим «элемент», мы подразумеваем, что речь уже идет об электронном построении вокруг этого ядра. Там ядро рассматривается как некий почти точечный положительный заряд, вокруг которого создаются сложные электронные структуры.

Меня же всегда интересовало и интересует до сих пор само ядерное вещество.

— Разве можно рассматривать одно в отрыве от другого?

— Два интереса — к элементу и его ядру, — хотя и связаны построением атома, но на самом деле довольно сильно разнятся. О ядерном веществе мы поныне знаем мало. Не знаем природу ядерных сил, которые связывают вместе протоны и нейтроны в ядре, то есть как работает то, что мы называем сильным взаимодействием. Что же касается электронной структуры, здесь классическая законченная теория квантовой электродинамики. И силы известны — это электромагнитные силы.

— Однако, насколько я понимаю, последнее время вы занимаетесь именно элементами.

— Атомной физикой, касающейся строения атома, я занялся относительно недавно, когда поставил перед собой и своей группой задачу дойти до предела существования ядер. Проведя большое число опытов и продвинувшись к более тяжелым  ядрам, мы пришли к выводу, что до границы еще не так близко и что ядер может быть больше, чем мы предполагали. Эта удивительная живучесть, простирающаяся от последнего стабильного ядра висмута за 118-й элемент, все больше и больше растягивает Периодическую таблицу химических элементов. Так что ни в ядре атома, ни в его структуре мы до границы еще не дошли.

— А она вообще должна быть?

— Безусловно. Тут есть разные ориентиры. Что касается физики ядра, то отсутствие наблюдаемых в эксперименте границ объясняется тем, что после сильного падения стабильности ядер с увеличением их массы и заряда возникают так называемые острова ядерной стабильности. Материк стабильных ядер ушел в «море нестабильности», но потом возник остров. Вопрос о том, существует этот остров или нет, волновал ядерных физиков и химиков более 30 лет. И вот последние сверхтяжелые элементы дают положительный ответ, потому что, по данным экспериментов, они значительно более стабильны, чем их более легкие предшественники. Они уже островитяне. Мы, конечно, еще далеки от вершины острова, где ядра могут жить миллионы лет, я даже не очень представляю, как можно в искусственном синтезе до нее добраться, но очень хочу надеяться на то, что это будут настолько длительные периоды, что мы сможем найти их в природе. Возможно, в  космических лучах, метеоритах. Г.Н. Флеров в свое время посвятил этому более десяти лет своей жизни.

— Думаете, можно найти?

— Не исключаю такой возможности. Ведь Георгию Николаевичу в поиске просто не хватало чувствительности аппаратуры, а на сегодняшнем уровне развития техники поиск может увенчаться успехом. Что касается атомной физики, там предел ставит квантовая электродинамика. Для положительно заряженного ядра она предсказывает некоторое критическое поле (в соответствии с критическим зарядом), выше которого из вакуума вырывается электрон и садится на внутреннюю орбиту водородоподобного гиганта, понижая начальный заряд системы на единицу. Вакуум же переходит в нестабильное состояние, потому что в нем теперь не хватает этого электрона. Для того, чтобы вернуться в нейтральное состояние, он должен испустить позитрон.

— Думаю, теоретики уже этот предел вычислили? Чему равен такой критический заряд?

— Разные расчеты дают разное значение, но более достоверно, что 174.

— То есть места в таблице Менделеева еще много.

— И в этом сегодня заключается основная интрига. Пока мы далеки от этой области. Последнее ядро 118-го элемента было  получено нами в виде двух изобар: с четными числами протонов и нейтронов и с нечетными. В обоих случаях времена жизни ядер в масштабах микромира огромны. Можно идти дальше. Мы убеждены, что можно будет синтезировать 119-й, 120-й, быть может и 121-й элементы. Но уже в структуру синтезированных сверхтяжелых элементов и более тяжелых, о которых идет речь, вмешивается теория относительности. По мере того как растет заряд ядра, ближайшие к нему электроны двигаются все быстрее. Их энергия растет, как квадрат заряда, и по мере того как скорость приближается к скорости света,
в точном соответствии с теорией ­Эйнштейна, работает эффект роста массы электрона. Релятивистский эффект приводит к сжатию внутренней орбиты. В свою очередь, компрессия внутренней орбиты атома меняет в разной степени всю электронную структуру атома, в том числе энергию связи самого удаленного электрона на последней орбите, который ответствен за химические свойства элемента. Из-за дополнительного экранирования электрического поля ядра сжавшейся  внутренней электронной орбитой внешний электрон чувствует поле ядра слабее и для него уже становятся чувствительными соседние электроны, с которым он начинает взаимодействовать, как бы «разговаривать».

— Насколько понимаю, пока еще тихо, шепотом. Но ведь он и раньше «разговаривал»?

— Этим эффектом раньше пренебрегали, так как он был слишком малым по сравнению с основным эффектом — взаимодействием с положительно заряженным ядром. Его и сейчас пока еще учитывают как поправку. Но эти поправки быстро растут. В конце концов они становятся настолько большими, что начинают стирать разницу между группами в Периодической таблице химических элементов.

— Эффект накапливается?

— Этот эффект прямо связан с релятивистской массой электрона. Первичный ­эффект — релятивистское сжатие. Его следствия для удаленных от ядра электронов могут приводить, наоборот, к разбуханию внешних орбит. Но определенно это обстоятельство меняет стройную систематику таблицы. И стандартное разделение на восемь групп от самых химически активных металлов до самых инертных благородных газов будет постепенно размываться. Отметим, однако, что расчет поправки, связанной с взаимодействием 40 или 60 удаленных электронов, — типичная задача многих тел…

— …практически нерешаемая на таком уровне.

— Даже для сверхмощных компьютеров задача тяжелая и громоздкая. Но дело не в компьютерах. Как составить задачу
этому компьютеру — дело людей, которые берутся за это трудное занятие. Они начинают с учета двухчастичных взаимодействий, потом включают трехчастичные, затем четырехчастичные… Для более высоких порядков вводят некоторые упрощения (например, расчет электронных кластеров). Все это необходимо, потому что по мере даже небольшого  продвижения вперед влияние поправок растет очень быстро.

— Шагов до 174-го элемента еще много.

— От 118-го до 174-го — дистанция серьезная. И по мере движения в сторону все более тяжелых элементов нас явно ждет масса сюрпризов. Известно, что элементы в группах периодической таблицы подобны.

— Да, помню из школы, что стоящий во второй группе бериллий подобен стоящему под ним магнию, тот в свою очередь — кальцию и т.д.

— Отход от такого подобия у сверхтяжелых элементов мы уже чувствуем.

— То есть элемент в своем гнезде в таблице пока сидит, но при детальном рассмотрении видно, что он из него уже готов выпрыгнуть?

— Например, 112-й элемент, коперниций, уже отличается от находящейся прямо над ним ртути, а 114-й, флеровий, от свинца. И сейчас все говорят, и даже много статей уже опубликовано, что 118-й так же должен отличаться от радона, — и вообще неизвестно, представляет ли он собой, как ему по группе положено, также благородный газ.

— А чем же он может быть, металлом?

— Возможно, твердым телом. Хотя все его предшественники от гелия до радона были газами при комнатной температуре. Но есть вероятность, что вести себя он будет все-таки как благородный газ.

— Твердое тело, которое будет, подобно газу, заполнять весь доступный объем?

— Это, конечно, вряд ли, но как благородный газ это твердое вещество будет химически инертным. У благородных газов, как  известно, последняя электронная оболочка замкнута, там нет места для того, чтобы принять еще один электрон и тем самым сделать атом отрицательно заряженным. А 118-й, по расчетам, принять может. Связь у этого дополнительного электрона  будет слабая, но она будет, хотя у всех предыдущих благородных газов она отсутствует. Такие, пока небольшие, отличия наблюдаются у синтезированных сверхтяжелых элементов.

— По шажочку…

— Да, конечно. Пока мы так дошли до 118-го. Со следующим, 119-м, будет еще интереснее, там произойдет перескок из последнего ряда в первый.

— Из благородных инертных газов — в щелочные металлы.

— В химическом поведении большое изменение. Мы думаем, что оно будет проявляться, хотя и не столь сильно, как если бы  не было «релятивистского эффекта». На этом пороге мы сейчас находимся.

Неэкономная экономика

— Синтез новых элементов занимает много лет и стоит огромных денег. На какую отдачу от них мы можем рассчитывать?

— Во-первых, не таких уж огромных средств. Почему-то все затраты на создание нового научного оборудования всегда кажутся непомерно большими. Видимо, сравнивают по старинке с пробиркой или пинцетом. Я бы сказал, что скорее больших
людских усилий, чем денег. Постановка же вопроса об отдаче в научном поиске неверна в корне. Не стоит думать, что когда мы идем к сверхтяжелым элементам, прикладной эффект появится в тот момент, когда мы их найдем. Совсем не так. На пути к заветной цели, долгом (годы, десятилетия) и трудном, приходится решать целый ряд задач, неведомых до этого ни науке, ни технике. Пока их не преодолеешь, не пройдешь дальше. Собственно, это и занимает время и силы экспериментатора. И этот этап работы — основной. Он связан непосредственно с научно-техническим прогрессом, и сам он — его часть. Работа в этот период несет новое качество, возникают кардинально новые подходы, позволяющие достигнуть этого ­качества (огромной чувствительности, высокого быстродействия, исключительной точности, большой скорости переработки громадных массивов информации и пр.). Теперь, кажется, мне не надо объяснять пользу этой деятельности для общества. Однако если бы у вас не было путеводной звезды, которая в этом направлении зовет, вы бы туда просто не пошли и этих задач, по крайней мере  сейчас, не решили. Теперь часто и открыто говорят, что стратегически нет ничего более выгодного, чем вложение в науку. Потому что таким образом в нее вовлекается молодежь, отбираются способные молодые люди, которые потом в решении этих фундаментальных задач создают самые передовые технологии. Примеров тому масса, наиболее характерный и всем понятный — интернет. Кто бы им занимался в середине прошлого века, если бы не возникла проблема обработки гигантских массивов многомерных экспериментальных данных, поступающих ежесекундно со сложных устройств?

— То есть интернет стал побочным продуктом больших фундаментальных исследований?

— Мне странно слышать такое определение интернета сегодня. Он уже давно имеет свою самостоятельную жизнь и далеко  не побочную ценность для общества. Суммарный положительный эффект от его создания уже многократно превзошел, казалось бы, колоссальные фундаментальные вложения в исследования, ради которых он в конце 1960-х гг. был создан. И примеров такого сорта — пусть, быть может, не такого масштаба — достаточно много. Это как корабль, на котором флаг какой-то державы, идет, скажем, к острову и тянет за собой невод. Среди того, что попадает в невод, есть вещи, которым нет цены.

— То есть вы по пути к острову стабильности тоже тянете такой невод?

— Конечно. Несколько синтезированных нами новых атомов не представляют для общества практической ценности. Полезными будут попутно решаемые задачи и создаваемые высокие технологии.

— Но ведь и в конечном продукте должна быть ценность. Так зачем человечеству нужны сверхтяжелые элементы?

— Я уже говорил, что у нас пока нет строгой теории строения ядерного вещества, но есть теоретические модели. По этим моделям, как по кочкам, мы двигаемся все дальше и дальше в познании ядерной материи. И каждый шаг, если мы его сделали правильно, дает нам возможность предвидеть дальнейшее развитие. Проверка предсказания о существовании острова стабильности, состоящего из ранее неизвестных сверхтяжелых нуклидов, их физические и химические свойства — это, по существу, строгий экзамен наших знаний о строении атома, а особенно знаний о самых тяжелых атомах вблизи границ их существования. И если мы познаем структуру ядра и атома, то шагнем в новую эру.

— У нас появится новая ядерная энергетика?

— У нас много чего нового появится. Новая ядерная физика, новая космология… Пока я получаю удовлетворение лишь от того, что этот остров действительно есть и мы до него дошли.

— Но ведь могло случиться так, что его и нет?

— Даже не знаю, как бы мы выходили из этого положения. Это бы значило, что мы шли по неверному пути, и надо было бы рассматривать другие сценарии ядерной теории.

— Когда-то академик Л.А. Арцимович сказал, что наука предоставляет уникальную возможность удовлетворения собственного любопытства за государственный счет.

— Конечно, это мечта, чтобы тебе профинансировали осуществление того, что ты задумал и на что у тебя средств не хватает.
Впрочем, их всегда не хватало, и я думаю, что это даже хорошо. Недостаток средств развивает фантазию, это чрезвычайно важно.

— Но кризис-то на науке сказывается?

— Наука существует долго, она пережила инквизиции, эпидемии, войны, кризисы — и тем не менее дошла до наших дней.

Русский Леонардо

— Д.И. Менделеев создал свой периодический закон и знаменитую Периодическую систему химических элементов задолго
до того, как стало известно, как эти самые элементы устроены. У него был минимум предпосылок, а его теория была гениальной догадкой?

— Естествознание есть, по сути, познание окружающего нас материального мира. Мы пытаемся понять, по каким законам он существует (законы природы), откуда берет начало (Большой взрыв), в каком направлении идет его развитие (эволюция Вселенной). Словом, он есть и мы его изучаем. Но если сегодня что-то неясно, то это вовсе не значит, что оно останется неясным навсегда. Рано или поздно ответ будет найден. А гениальность ученого заключается в том, что он это понял чуть раньше других. Как бы раньше своего времени, когда фактов еще было мало.

— В распоряжении Менделеева было всего 63 элемента. Если бы не было его гениальной догадки, люди через некоторое время нашли бы 64-й, потом 65-й, 66-й, и после каждой из этих ступенек существование периодического закона
становилось бы все заметнее. Даже если и тогда до него никто бы не додумался, в конце концов кто-то, необязательно Резерфорд, создал бы планетарную модель атома, из которой этот закон вытекал бы как следствие.

— Тут зависимость обратная: планетарная модель атома была предложена Эрнестом Резерфордом спустя 42 года после публикации работы Д.И. Менделеева. И это тоже было гениальным. Вообще, то, что создается в науке, имеет относительную ценность, потому что рано или поздно это все равно будет понято. Ценность в том, что понятое значительно раньше дает сильный толчок для дальнейшего познания. В то же время в отличие от относительных ценностей науки ценности искусства абсолютны.

Мы знаем много гениальных художников, скажем, Диего Веласкеса. Были художники до Веласкеса, были и после, но не было и не может быть Веласкеса второго. В этом смысле то, что создал он, имеет абсолютную ценность.

— Менделеев умел совмещать и то и другое.

— Я бы сказал, что Дмитрий Менделеев — это русский Леонардо да Винчи. Удивительный человек, которого ­интересовало все. Периодический закон и периодическая таблица — это общеизвестно. Но есть еще, например, его идеи о происхождении нефти или изобретение бездымного пороха. Когда ему надо было посмотреть на солнечное затмение, он поднялся в пасмурный день на аэростате над облаками, хотя у него до этого не было никакого опыта воздухоплавания.

— И рисовал он неплохо.

— И круг общения у него был широчайший. В него входили не только ученые, но и литераторы, музыканты, художники, политики, военные, предприниматели. Если вы не были в музее-архиве Д.И. Менделеева в Санкт-Петербургском университете, советую посетить. Там есть большой круглый стол, накрытый белой скатертью. К нему приходили гости, они сидели, обедали или ужинали, беседовали, а перед уходом Менделеевы просили каждого гостя расписаться на этой скатерти. Потом его супруга эти автографы вышивала. Это потрясающая коллекция имен: И.Е. Репин, М.П. Мусоргский, русская интеллектуальная элита того времени. Когда Г.Н. Флерову исполнилось 75 лет, мы решили подарить ему что-то, связанное с делом всей его жизни — химическими элементами. Я поехал в нефтяной техникум Ленинграда, расположенный  на Хрустальной улице, в доме No 14, в здании бывшей Школы химиков, созданной Д.И. Менделеевым. Он подарил этой школе свою личную библиотеку. Библиотека и была предметом моего интереса. Я обратился к директору техникума с просьбой продать нам несколько книг в подарок академику Г.Н. Флерову. Мы готовы были купить всю библиотеку и сохранить ее в нашей лаборатории. Но директор сказал, что продавать эти книги он не может, и предложил нам книги из библиотеки по моему выбору в обмен на современные учебники по органической химии, которых им не хватает. Пошли смотреть библиотеку.
К моему удивлению, там не было ни одной книги на русском языке. Все книги в библиотеке Д.И. Менделеева были на немецком, французском, английском. Не было тогда на русском серьезных научных книг по химии! Только в 1877 г. вышла его толстая книга на русском языке «Основы химии». Я держал эту книгу в руках на Менделеевском съезде в сентябре 2019 г. Такое чувство, что Д.И. Менделеев создал не только Периодическую систему химических элементов, но и российскую химию.

Название видео

Беседовал Валерий Чумаков

 

Строение ядра атома. Изотопы — online presentation

Цели урока:
•познакомиться с историей открытия нейтрона;
•выяснить как устроено ядро атома;
•познакомиться с новым видом взаимодействия между
частицами, составляющими ядро атома – ядерными
силами.
Подумай и ответь
Вопросы
1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?
A. α-частица — отрицательный,
β-частица — положительный.
B. α- и β-частицы — положительный.
C. α-частица — положительный,
β-частица — отрицательный.
2. По какому действию было открыто явление
радиоактивности?
A. по действию на фотопластинку.
B. по ионизирующему действию на воздух.
C. по следам в камере Вильсона.
Подумай и ответь
Вопросы
3. В результате β-распада новый элемент занял
место в таблице Менделеева:
A. на две клетки правее.
B. на одну клетку левее.
C. на одну клетку правее.
4. Кто открыл явление радиоактивности?
A. Нильс Бор.
B. Беккерель.
C. Мария Склодовская-Кюри.
Подумай и ответь
Вопросы
5. Какой прибор позволяет наблюдать следы
заряженных частиц в виде полосы из капель воды
в газе?
A. фотопластинка.
B. счётчик Гейгера-Мюллера.
C. камера Вильсона.
6. α — излучение это …..
A. поток электронов.
B. поток ядер атомов гелия.
C. излучение квантов энергии.
Подумай и ответь
Вопросы
7. Какие частицы излучаются при указанном
процессе распада ZA X ZA 42Y ?
A. ядро гелия.
B. электрон.
C. протон и электрон.
8. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из
атомов одних веществ образуются атомы других веществ,
является доказательством того, что радиоактивные
превращения претерпевают:
A. ядра атомов.
B. электронные оболочки.
C. кристаллы.
Подумай и ответь
Вопросы
9. β-излучение это …..
A. поток электронов.
B. поток ядер атомов гелия.
C. излучение квантов энергии.
10.Какой прибор при прохождении через него ионизирующей частицы выдаёт сигнал в виде кратковременного импульса электрического тока?
A. фотопластинка.
B. счётчик Гейгера-Мюллера.
C. камера Вильсона.
Подумай и ответь
Вопросы
11.В результате α — распада новый элемент занял
место в таблице Менделеева:
A. на одну клетку правее.
B. на одну клетку левее.
C. на две клетки левее.
12.Какие частицы или излучения имеют
наибольшую проникающую способность ?
A. α – частицы.
B. β — частицы.
C. гамма излучение.
Подумай и ответь
Вопросы
13. Проактиний 231
91 Pa α – радиоактивен. Определите
какой элемент получится в результате этого
распада?
A.
B.
C.
229
89
227
89
As
As
235
92
U
239
92
14. В какой элемент превратится U после двух
β – распадов и одного α – распада?
239
A. 92U
235
B.
92 U
214
C. 84 Po
17
8
О
Подумай и ответь
Вопросы
15.Определите неизвестный продукт Х ядерной
реакци 147 N 24He 11H X
A. 157 N
B. 198 О
C. 178 О
16. Определите неизвестный продукт Х ядерной
реакци 49 B 11H 24 He X
6
3
A. Li
4
B. 2 He
9
C. 4 Be
Подумай и ответь
Вопросы
17.Определите неизвестный продукт Х ядерной
27
Al 01n 24 He X
реакци 13
A. 1124 Na
24
B. 12 Mg
20
C. 10 Ne
18. Определите неизвестный продукт Х ядерной
реакци 3065 Zn 01n X 24He
62
28
A. Ni
59
B. 27 Co
64
C. 29 Cu
Подумай и реши
Задачи
19. Сколько по массе радиоактивного вещества останется
по истечении шести суток, если изначально его было
100 г? Период полураспада данного вещества равен
двум суткам?
A. 0,025 кг.
B. 0,05 кг.
C. 0,0125 кг.
20. Имелось некоторое количество радиоактивного изотопа
серебра. Количество радиоактивного изотопа
уменьшилось в 8 раз за 810 суток. Определите период
его полураспада.
A. 405 суток.
B. 70 суток.
C. 270 суток.
Открытие нейтрона
Джеймсом Чедвиком в 1932 году
Дж. Чедвик наблюдал в камере Вильсона треки
ядер азота, испытавших столкновение с
бериллиевым излучением. По его оценке, энергия
γ-квантов должна была составлять 90 МэВ.
Наблюдение ядер отдачи аргона привели к цифре –
150 МэВ.
1) Предположение об излучении бериллием γ-квантов, т. е.
частиц, лишенных массы покоя, несостоятельно. Из
бериллия под действием α-частиц вылетают какие-то
достаточно тяжелые частицы, так как только при
столкновениях с тяжелыми частицами протоны или ядра
азота и аргона могли получить ту энергию, которая
наблюдалась.
2) Так как частицы обладали большой проникающей
способностью и непосредственно не ионизовали газ, то
они были электрически нейтральными.
Новая частица была названа нейтроном
Джеймс Чедвик
(1891-1974)

14. Открытие нейтрона

При бомбардировке бериллия α-частицами
обнаруживалось какое-то сильно
проникающее излучение, способное
преодолеть такую преграду, как свинцовая
пластина в 10-20 см толщиной.
Ирен Жолио-Кюри и Фредерик ЖолиоКюри предложили, что излучение
бериллия выбивает из парафиновой
пластины протоны.
Ирен
Жолио-Кюри
(1897-1956)
Фредерик
Жолио-Кюри
(1900-1958)
• Они с помощью камеры Вильсона
обнаружили эти протоны и по длине
пробега оценили их энергию.
• Если протоны ускорялись в
результате столкновения с γ-квантами,
то их энергия должна быть около 55
МэВ.

15. Строение атомного ядра

Советский физик Д. Д. Иваненко
и В. Гейзенберг предложили
протонно-нейтронную модель
ядра: ядра состоят из
элементарных частиц двух
сортов: протонов и нейтронов.
• Число протонов в ядре равняется числу
электронов в атомной оболочке, так как атом в
целом нейтрален.
Дмитрий
Дмитриевич
Иваненко
(1904-1994)
Вернер Карл
Гейзенберг
(1901-1976)
Протон и нейтрон – два зарядовых состояния
ядерной частицы, называемых нуклоном.
протон
нейтрон
Масса покоя
mp > mэ в 1836 раз
mp ≈ 1836 mэ
mp= 1,6726·10-27 кг = 1,00728 а.е.м.
Масса покоя
mn > mэ в 1839 раз
mn ≈ 1839 mэ
mn= 1,6749·10-27кг = 1,00866 а.е.м.
Заряд положительный
gp= e = 1,60219*10-19 Кл
Заряд
gp=0
Характеристика
Обозначение
Определение
Зарядовое число
Z
Равно числу протонов в ядре, совпадает с
порядковым номером химического элемента в
Периодической системе элементов
Массовое число
A=Z+N
Равно числу нуклонов в ядре (числу протонов
Z и нейтронов N)
Заряд ядра
+Ze
Символическая запись
ядер
A
Z
X
Так как атом нейтрален, то заряд ядра
определяет и число электронов в атоме
Z – зарядовое число ,
порядковый номер
(количество электронов или
протонов)
А – массовое число ядра
(общее количество
протонов и нейтроновнулонов)
N – число нейтронов
А=Z+N
Обозначение
химического
элемента
A
Z
X
А = 12
Z=6
N=6
+
+
+
+
+
+
ядро

18. Пример: Строение атома 7Li3

Число электронов в слое = 2n2
Порядковый
(атомный)
номер
элемента. Обозначают буквой Z – он
показывает число протонов (р) в ядре
атома. p
=Z=3
3
Li
7
литий
Электрон (е) – отрицательный заряд,
вращается вокруг положительного ядра.
Протон (р) – положительный заряд,
равен заряду электрона по модулю.
Нейтрон (n) – его заряд равен нулю.
Общий заряд атома равен нулю, так как
число электронов (е) равно числу
протонов (р).
-е
3p+4n
Ядро
+
-е
-е
Не забудь делать щелчки!
Смотреть модель строения атома Гелия
Округлённое массовое число. Показывает общее число частиц в ядре атома, то есть
число протонов + число нейтронов. Обозначают буквой А.
Чтобы найти число нейтронов в ядре (n), из этого числа нужно вычесть порядковый
номер Z элемента (число протонов): n
= A – Z = 7 – 3=4
Химический
элемент
23
11Na
19
9
F
247 Cm
96
107
257
47Ag
101Md
Ядро
Число
протонов
11
9
96
47
101
Число
нейтронов
12
10
151
60
156
Число
электронов
11
9
96
47
101
•Так как для ядер существенны квантовые законы поведения, то они не имеют четко
определенных границ.
• Можно говорить только о некотором среднем радиусе ядра.
• Этот радиус определяется экспериментально по рассеянию ядром падающих на
него частиц.
• С увеличением массового числа радиус ядра увеличивается:
R 1,2 A 10
3
13
см;
• Объем ядра пропорционален числу нуклонов.
• Плотность ядерного вещества постоянна и одинакова для всех ядер:
Mя
1014 г / см 3
4
R 3
3
Богатырь с короткими руками
Протоны и нейтроны удерживаются в ядре особыми – ядерными силами.
ИЗОТОПЫ
В 1911 г. Содди высказал предположение, что имея одинаковое строение электронных
оболочек, изотопы обладают практически одинаковыми химическими свойствами. Однако по
физическим свойствам изотопы могут весьма сильно различаться. Он предложил помещать
эти элементы в одну и ту же клетку периодической системы Д.И. Менделеева.
Таким образом изотопы – это разновидности данного химического элемента, различающиеся
массовым числом своих ядер.
Ядра изотопов одного элемента содержат одинаковое число протонов, но разное число
нейтронов, т.е. имеющие один и тот же Z при разных N. Существует около 300 устойчивых и
свыше 1000 неустойчивых (радиоактивных) изотопов всех известных химических элементов.
2
1
1
1
H
3
1
H
H
235
92
U
238
92
U

23. Применение искусственных радиоактивных элементов

Метод меченных атомов
• Применение их в
металлургии, геологии,
машиностроении,
сельском хозяйстве, в
пищевой
промышленности и др.
• Применение изотопов
при изучении питания
растений.

24. Применение естественных радиоактивных элементов

• Лечебное применение
радия
• Применение изотопов
в диагностике
• Определение возраста
Земли
Выводы
На этом уроке мы узнали, что:
• нейтрон был открыт в 1932 году Чедвиком, это частица не имеющая заряда;
• Гейзенберг и Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного
ядра, согласно которой атомные ядра состоят из нуклонов — протонов и
нейтронов;
• основным признаком принадлежности атома к тому или иному химическому
элементу является заряд ядра. Разновидности атомов одного элемента, в
которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называют
изотопами;
• между нуклонами в ядре действуют мощные ядерные силы, особенностью
которых является их короткодействующий характер;
Изучив материал урока «Строение атомного ядра. Ядерные силы», проверьте свои
знания, ответив на вопросы итогового тестирования.
Подумай и ответь
Вопросы для
закрепления
1. Нейтрон это?
A. Нейтрон – это частица, которая не имеет заряда.
B. Нейтрон – это отрицательно заряженная частица.
C. Нейтрон – это квант электромагнитного излучения.
2. Массовое число это?
A. Массовое число – это атомная масса химического элемента.
B. Массовое число – это целая часть атомной массы
химического элемента.
C. Массовое число – это
дробная часть атомной массы
химического элемента.
Подумай и ответь
Вопросы для
закрепления
3. Зарядовое число это?
A. Зарядовое число – это порядковый номер химического
элемента в таблице Менделеева.
B. Зарядовое число – это масса химического элемента.
C. Зарядовое число – это число протонов и электронов.
4. Как называются протоны и нейтроны вместе?
A. ионы.
B. нуклоны.
C. изотопы.
Подумай и ответь
Вопросы для
закрепления
6
3
5. Сколько нуклонов содержат ядра лития Li ,
64
207
меди 29 Cu , серебра 108
,
свинца
82 Pb ?
47 Ag
A. литий — 6, медь – 64, серебро – 108, свинец – 207.
B. литий — 3, медь – 29, серебро – 47, свинец – 82.
C. литий — 16, медь – 34, серебро – 88, свинец – 107.
4
2
6. Определите нуклонный состав ядра He ?
A. 2 протона, 1 нейтрон.
B. 2 протона, 2 нейтрона.
C. 4 протона, 2 нейтрона.
Подумай и ответь
7. Определите нуклонный состав ядра
Вопросы для
закрепления
16
8
O?
A. 8 протонов, 8 нейтронов.
B. 16 протонов, 16 нейтронов.
C. 8 протонов, 16 нейтронов.
8. Определите нуклонный состав ядра селена
A. 34 протона, 79 нейтронов.
B. 79 протонов, 34 нейтрона.
C. 34 протона, 45 нейтронов.
79
34
Se ?
Подумай и ответь
Вопросы для
закрепления
9. Назовите химический элемент, в атомном ядре
которого содержатся нуклоны: 4p + 5n
A. азот 147 N
B. бериллий 49 Be
C. кислород 168О
10. Назовите химический элемент, в атомном ядре
которого содержатся нуклоны: 6p + 6n
14
азот 7
N
A.
23
B. натрий 11 Nа
C. углерод 126Mg
Проверь себя с помощью модели
Подумай и ответь
Вопросы для
закрепления
11. Назовите химический элемент, в атомном ядре
которого содержатся нуклоны: 7p + 7n
A. азот 147 N
B. кремний 1428Si
C. кислород 168О
12. Назовите химический элемент, в атомном ядре
которого содержатся нуклоны: 11p + 12n
A. азот 147 N
23
B. натрий 11 Nа
24
C. магний 12 Mg
Проверь себя с помощью модели
Домашнее задание: § 22.5 – 22.8, 22.22
с/р: подготовить сообщение об атомной энергетике
Рефлексия
(отметьте свой вариант ответа в таблице)
заполнение концептуальной таблицы
Суждения
На уроке я:
1)
2)
3)
узнал что то новое для себя;
показал свои знания;
с интересом общался с учителем и
одноклассниками.
На уроке я чувствовал себя:
1)
2)
3)
свободно;
скованно;
уютно.
На уроке мне понравилось:
1)
2)
3)
коллективное решение познавательных задач
и вопросов;
наглядность;
другое (указать).
Да
Нет
Не знаю
Литература:
«Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.Физика. 11 класс. Классический курс – М.:
Просвещение, 2007
Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы, Рымкевич А.П.,
-М., Просвещение
CD «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 9, 11 класс» версия 2007 года

Что такое атом? | Живая наука

Атомы являются основными единицами материи и определяющей структурой элементов. Термин «атом» происходит от греческого слова «неделимый», потому что когда-то считалось, что атомы — самые маленькие объекты во Вселенной и не могут быть разделены. Теперь мы знаем, что атомы состоят из трех частиц: протонов, нейтронов и электронов, которые состоят из еще более мелких частиц, таких как кварков .

Атомы были созданы после Большого взрыва 13.7 миллиардов лет назад. Когда горячая и плотная новая Вселенная остыла, условия стали подходящими для образования кварков и электронов. Кварки собрались вместе, чтобы сформировать протоны и нейтроны, и эти частицы объединились в ядра. Все это произошло в течение первых нескольких минут существования Вселенной, согласно CERN .

Вселенной потребовалось 380 000 лет, чтобы остыть достаточно, чтобы замедлить электроны, чтобы ядра могли захватить их и сформировать первые атомы. Согласно Jefferson Lab , самыми ранними атомами были в основном водорода и гелий , которые до сих пор являются самыми распространенными элементами во Вселенной.В конечном итоге гравитация заставила облака газа слиться и образовать звезды, а более тяжелые атомы были (и все еще создаются) внутри звезд и отправлены по Вселенной, когда звезда взорвалась (сверхновая).

Атомные частицы

Протоны и нейтроны тяжелее электронов и находятся в ядре в центре атома. Электроны чрезвычайно легкие и существуют в облаке, вращающемся вокруг ядра. Электронное облако имеет радиус в 10 000 раз больше, чем ядро, согласно Лос-Аламосской национальной лаборатории .

Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу. Однако один протон примерно в 1835 раз массивнее электрона. Атомы всегда имеют равное количество протонов и электронов, и количество протонов и нейтронов также обычно одинаково. Добавление протона к атому создает новый элемент, а добавление нейтрона создает изотоп или более тяжелую версию этого атома.

Ядро

Ядро было открыто в 1911 году Эрнестом Резерфордом, физиком из Новой Зеландии.В 1920 году Резерфорд предложил название протон для положительно заряженных частиц атома. Он также предположил, что в ядре есть нейтральная частица, что Джеймс Чедвик, британский физик и ученик Резерфорда, смог подтвердить в 1932 году.

Согласно Chemistry, практически вся масса атома находится в его ядре. LibreTexts . Протоны и нейтроны, составляющие ядро, имеют примерно одинаковую массу (протон немного меньше) и имеют одинаковый угловой момент или спин.

Ядро удерживается вместе сильной силой , одной из четырех основных сил в природе. Эта сила между протонами и нейтронами преодолевает электрическую силу отталкивания, которая в противном случае раздвигала бы протоны в соответствии с законами электричества. Некоторые атомные ядра нестабильны, потому что сила связи различается для разных атомов в зависимости от размера ядра. Затем эти атомы распадаются на другие элементы, такие как углерод-14, распадающийся на азот-14.

Вот простой рисунок структуры атома.(Изображение предоставлено Shutterstock)

Протоны

Протоны — это положительно заряженные частицы, находящиеся в атомных ядрах. Резерфорд открыл их в экспериментах с электронно-лучевыми трубками, которые проводились между 1911 и 1919 годами. Протоны примерно на 99,86% массивнее нейтронов.

Число протонов в атоме уникально для каждого элемента. Например, атомов углерода имеют шесть протонов, атомов водорода имеют один и атомов кислорода имеют восемь. Число протонов в атоме называется атомным номером этого элемента.Число протонов также определяет химическое поведение элемента. Элементы расположены в Периодической таблице элементов в порядке возрастания атомного номера.

Три кварка составляют каждый протон — два «верхних» кварка (каждый с положительным зарядом в две трети) и один «нижний» кварк (с отрицательным зарядом в одну треть) — и они удерживаются вместе другими субатомными частицами, называемыми безмассовые глюоны.

Электроны

Электроны крошечные по сравнению с протонами и нейтронами, более чем в 1800 раз меньше, чем протон или нейтрон.По данным Jefferson Lab , электроны примерно на 0,054% массивнее нейтронов.

Джозеф Джон (Дж.Дж.) Томсон, британский физик, открыл электрон в 1897 году, согласно Science History Institute . Первоначально известные как «корпускулы», электроны имеют отрицательный заряд и электрически притягиваются к положительно заряженным протонам. Электроны окружают атомное ядро ​​путями, называемыми орбиталями, — идея, выдвинутая Эрвином Шредингером, австрийским физиком, в 1920-х годах.Сегодня эта модель известна как квантовая модель или модель электронного облака. Внутренние орбитали, окружающие атом, имеют сферическую форму, но внешние орбитали намного сложнее.

Электронная конфигурация атома относится к расположению электронов в типичном атоме. Используя электронную конфигурацию и принципы физики, химики могут предсказать свойства атома, такие как стабильность, температура кипения и проводимость, согласно Лос-Аламосской национальной лаборатории .

Нейтроны

Согласно Американского физического общества , существование нейтрона было теоретизировано Резерфордом в 1920 году и открыто Чедвиком в 1932 году. Нейтроны были обнаружены в ходе экспериментов, когда атомы стреляли в тонкий лист бериллия . Были выпущены субатомные частицы без заряда — нейтрон.

Нейтроны — это незаряженные частицы, находящиеся во всех атомных ядрах (кроме водорода). Масса нейтрона немного больше массы протона.Как и протоны, нейтроны также состоят из кварков — одного кварка «вверх» (с положительным зарядом 2/3) и двух кварков «вниз» (каждый с отрицательным зарядом в одну треть).

История атома

Теория атома восходит к 440 г. до н. Э. Демокриту, греческому ученому и философу. Демокрит, скорее всего, построил свою теорию атомов на работах философов прошлого, согласно Эндрю Г. Ван Мелсену, автору «От атомоса к атому: история концепции атома» (Duquesne University Press, 1952).

Объяснение атома Демокритом начинается с камня. Разрезанный пополам камень дает две половинки одного и того же камня. Если бы камень резался непрерывно, в какой-то момент существовал бы кусок камня, достаточно маленький, чтобы его больше нельзя было разрезать. Термин «атом» происходит от греческого слова «неделимый», что, по заключению Демокрита, должно быть точкой, в которой существо (любая форма материи) больше не может быть разделено.

Его объяснение включало идеи о том, что атомы существуют отдельно друг от друга, что существует бесконечное количество атомов, что атомы могут двигаться, что они могут объединяться вместе, чтобы создать материю, но не сливаются, чтобы стать новым атомом, и что их нельзя разделить, согласно Universe Today .Однако, поскольку большинство философов того времени — особенно очень влиятельный Аристотель — считали, что вся материя была создана из земли, воздуха, огня и воды, атомная теория Демокрита была отложена.

Джон Далтон, британский химик, опирался на идеи Демокрита в 1803 году, когда он выдвинул свою собственную атомную теорию, согласно данным химического факультета Университета Пердью . Теория Дальтона включала несколько идей Демокрита, например, атомы неделимы и неразрушимы и что разные атомы образуются вместе, чтобы создать всю материю.Дополнения Дальтона к теории включали следующие идеи: что все атомы определенного элемента были идентичны, что атомы одного элемента будут иметь другой вес и свойства, чем атомы другого элемента, что атомы не могут быть созданы или разрушены и что материя образована атомы соединяются в простые целые числа.

Британский физик, открывший электрон в 1897 году, Томсон доказал, что атомы можно разделить, согласно Фонд химического наследия .Он смог определить существование электронов, изучая свойства электрического разряда в электронно-лучевых трубках. Согласно статье Томсона 1897 года, лучи отклонялись внутри трубки, что доказывало, что внутри вакуумной трубки было что-то отрицательно заряженное. В 1899 году Томсон опубликовал описание своей версии атома, широко известной как «модель сливового пудинга». Выдержка из этой статьи находится на сайте Chem Team . Модель атома Томсона включала большое количество электронов, подвешенных в чем-то, что производило положительный заряд, придающий атому общий нейтральный заряд.Его модель напоминала сливовый пудинг, популярный британский десерт с изюмом, подвешенным в круглом шаре, похожем на торт.

Следующим ученым, продолжившим модификацию и продвижение модели атома, был Резерфорд, который учился у Томсона, согласно химическому факультету Университета Пердью . В 1911 году Резерфорд опубликовал свою версию атома, которая включала положительно заряженное ядро, вращающееся вокруг электронов. Эта модель возникла, когда Резерфорд и его помощники стреляли альфа-частицами в тонкие листы золота.По данным лаборатории Джефферсона, альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, удерживаемых вместе одной и той же сильной ядерной силой, которая связывает ядро.

Ученые заметили, что небольшой процент альфа-частиц был рассеян под очень большими углами к первоначальному направлению движения, в то время как большинство из них прошли сквозь них практически без помех. Резерфорд смог приблизительно определить размер ядра атома золота, обнаружив, что оно по крайней мере в 10 000 раз меньше, чем размер всего атома, причем большая часть атома представляет собой пустое пространство.Модель атома Резерфорда по-прежнему является основной моделью, которая используется сегодня.

Несколько других ученых продвинули модель атома, в том числе Нильс Бор (построенный на модели Резерфорда, включающий свойства электронов на основе спектра водорода), Эрвин Шредингер (разработал квантовую модель атома), Вернер Гейзенберг (заявил, что один не может знать одновременно положение и скорость электрона), а также Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг (независимо разработали теорию о том, что протоны и нейтроны состоят из кварков).

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​10 сентября 2019 г. участником Live Science Трейси Педерсен.

DOE объясняет … Ядра | Министерство энергетики

В 1911 году Эрнест Резерфорд обнаружил, что в основе каждого атома лежит ядро. Атомные ядра состоят из электрически положительных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Они удерживаются вместе самой сильной известной фундаментальной силой, называемой сильной силой.Ядро составляет намного меньше, чем 0,01% от объема атома, но обычно содержит более 99,9% от массы атома. Химические свойства вещества определяются отрицательно заряженными электронами, окружающими ядро. Число электронов обычно совпадает с числом протонов в ядре. Некоторые ядра нестабильны и могут подвергаться радиоактивному распаду, в конечном итоге переходя в стабильное состояние за счет испускания фотонов (гамма-распад), испускания или захвата электронов или позитронов (бета-распад), испускания ядер гелия (альфа-распад) или их комбинации. этих процессов.Большинство ядер имеют сферическую или эллипсоидальную форму, хотя существуют и некоторые экзотические формы. Ядра могут вибрировать и вращаться при ударе других частиц. Некоторые из них нестабильны и распадаются на части или изменяют относительное количество протонов и нейтронов.

Управление науки Министерства энергетики: вклад в исследования ядер

Управление ядерной физики Министерства энергетики США поддерживает исследования, направленные на изучение всех форм ядерной материи. Это исследование включает механизмы, которые образуют тяжелые ядра при слиянии космических нейтронных звезд.Он также включает раскрытие ранее неизвестных свойств ядер в их естественном состоянии для важных приложений в медицине, торговле и национальной обороне. Другая область исследования — точное понимание структуры ядер в зависимости от количества протонов и нейтронов внутри них. Другое исследование сосредоточено на нагревании ядер до температуры ранней Вселенной, чтобы понять, как они конденсировались из кварк-глюонного супа, существовавшего в то время.

Nuclei Facts

• Типичная песчинка содержит более 10 миллионов триллионов ядер.Это в 100 раз больше, чем количество секунд с момента возникновения Вселенной.
• Ядро составляет более 99,9994% от общей атомной массы, но занимает менее одной десятитриллионной части атомного объема.
• Все ядра имеют примерно одинаковую плотность. Если бы Луна была разбита до такой же плотности, она бы поместилась на стадионе Янки.

Ресурсы и связанные с ними термины

Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки.В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики США, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспевать в исследованиях по всему научному спектру.

4.14: Атомное ядро ​​- Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. В основе всего этого
2. Размер и масса ядра
3. Все вместе
4. Резюме
5. Подробнее .Огромная энергия, выделяемая при взрыве бомбы, невероятно разрушительна. Откуда вся энергия? Ответ исходит от ядра атома.

   В основе всего

   Ядро (во множественном числе, ядра) — положительно заряженная область в центре атома. Он состоит из плотно упакованных субатомных частиц двух типов. Частицы — это протоны с положительным электрическим зарядом и нейтроны с нейтральным электрическим зарядом.Вне ядра атом — это в основном пустое пространство, в котором вращаются отрицательные частицы, называемые электронами. На рисунке ниже показаны эти части атома.

   Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): ядерный атом.

   Размер и масса ядра

   Ядро атома очень маленькое. Его радиус составляет всего около 1/100 000 от общего радиуса атома. Если бы атом был размером с футбольный стадион, ядро ​​было бы размером с горошину! Электроны практически не имеют массы, но протоны и нейтроны имеют большую массу для своего размера.В результате ядро ​​имеет практически всю массу атома. Учитывая его большую массу и крошечные размеры, ядро ​​очень плотное. Если бы объект размером с пенни имел ту же плотность, что и ядро ​​атома, его масса была бы больше 30 миллионов тонн!

   Держим все вместе

   Частицы с противоположными электрическими зарядами притягиваются друг к другу. Это объясняет, почему отрицательные электроны вращаются вокруг положительного ядра. Частицы с одинаковым электрическим зарядом отталкиваются друг от друга. Это означает, что положительные протоны в ядре отталкиваются друг от друга.Так почему же ядро ​​не разлетается? Еще более сильное взаимодействие, называемое сильным ядерным взаимодействием, удерживает протоны и нейтроны вместе в ядре.

   Сводка

   • Ядро — это небольшая плотная область в центре атома.
   • Ядро, состоящее из положительных протонов и нейтральных нейтронов, имеет общий положительный заряд.
   • Ядро содержит практически всю массу атома.
   • Сильная ядерная сила удерживает вместе протоны и нейтроны в ядре и преодолевает электрическую силу отталкивания между протонами.

   Узнать больше

   Посмотрите это короткое видео о том, как было обнаружено ядро, а затем ответьте на вопросы ниже.

   1. Опишите научную процедуру, которая использовалась для открытия ядра.
   2. Какие доказательства привели ученых к выводу, что атомы в основном состоят из пустого пространства с очень маленькой положительно заряженной массой в центре?
   3. Поразмышляйте над методом, использованным в эксперименте. Почему было важно направить на золотую фольгу положительные, а не нейтральные или отрицательные частицы?

   Авторы и авторство

   • Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

   Появляется новая картина атомного ядра

   Сотрудничество между Аргоннской лабораторией Министерства энергетики США и национальными лабораториями Томаса Джефферсона продемонстрировало, насколько реальность отличается от нашей простой картины, показав, что четверть нуклонов в плотном ядре превышает 25 процентов скорость света, переворачивающая картину статического ядра с ног на голову.

   «Обычно мы представляем ядро ​​как фиксированное расположение частиц, хотя в действительности на субатомном уровне происходит много всего, что мы просто не можем увидеть в микроскоп», — сказал аргоннский физик Джон Аррингтон.

   Аррингтон и его коллеги использовали один из больших магнитных спектрометров лаборатории Джефферсона, чтобы изучить поведение нуклонов в некоторых легких атомах — дейтерия, гелия, бериллия и углерода. Физики долгое время считали, что «короткодействующие корреляции» — взаимодействия внутри ядер, которые производят нуклоны с большим импульсом — будут в значительной степени отражать плотность ядра атома, как это было в более тяжелых ядрах.

   Эта гипотеза в основном верна, за исключением случая бериллия.В отличие от других исследуемых атомов, бериллий содержит два кластера нуклонов, каждый из которых напоминает ядро ​​гелия-4. Эти нуклоны, в свою очередь, связаны с одним дополнительным нейтроном. Из-за этой несколько громоздкой конфигурации нуклоны в бериллии испытали относительно большое количество столкновений, несмотря на то, что они были одним из наименее плотных ядер.

   Наблюдаемый исследователями ядерный «прирост скорости» мог быть результатом взаимодействия кварков, составляющих нуклоны, которые контактируют друг с другом.Каждый протон и нейтрон состоят из трех кварков, которые очень прочно связаны друг с другом. Однако, когда нуклоны сближаются слишком близко друг к другу, силы, которые обычно сдерживают кварки, могут разрушиться, изменив кварковую структуру протонов и нейтронов или, возможно, даже образуя составные частицы из кварков двух нуклонов.

   «Поскольку взаимодействие между двумя близко расположенными нуклонами отвечает как за изменения импульса, так и за поведение кварков, я считаю необходимым, чтобы ученые продолжали изучать происходящие там явления», — сказал Аррингтон.«В нашем следующем измерении мы попытаемся исследовать этот вопрос напрямую, сделав снимок распределения кварков в тот момент, когда нуклоны находятся близко друг к другу».

   Работа финансировалась Управлением ядерной физики Управления науки Министерства энергетики США.

   Аргоннская национальная лаборатория занимается поиском решений насущных национальных проблем в области науки и технологий. Аргонн — первая в стране национальная лаборатория, которая проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах.Исследователи Аргонны тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов и федеральных, государственных и муниципальных агентств, чтобы помочь им решить их конкретные проблемы, продвинуть научное лидерство Америки и подготовить страну к лучшему будущему. Компания Argonne, в которой работают сотрудники из более чем 60 стран, находится под управлением UChicago Argonne, LLC для Управления науки Министерства энергетики США.

   Влияет ли ядро ​​атома на химические свойства атома?

   Хотя электроны атома непосредственно участвуют в химических реакциях, ядро ​​также играет роль; По сути, протоны «создают основу» для атома, определяя его свойства как элемента и создавая положительные электрические силы, уравновешенные отрицательными электронами.Химические реакции имеют электрическую природу; как положительные, так и отрицательные частицы в атоме определяют, как он образует молекулы с другими атомами.

   Химические реакции

   В химии электроны больше, чем ядра; атомы приобретают, теряют и делятся электронами с другими атомами, образуя молекулы. Для элементов с большим количеством электронов только самые удаленные из них принимают участие в химических реакциях; те, что ближе к ядру, более прочно связаны с атомом и менее способны перемещаться к другим атомам.Хотя ядро ​​влияет на химические свойства атома, химические реакции никоим образом не меняют его.

   В ядре

   Ядро атома состоит из протонов и нейтронов; протоны имеют положительный электрический заряд, а нейтроны — нет. Протоны и нейтроны имеют одинаковую массу, каждый примерно в 2000 раз больше массы электрона. Частицы удерживаются вместе притяжением, называемым сильной силой, которое сильнее электрического отталкивания, которое в противном случае заставило бы положительно заряженные протоны разлетаться друг от друга.

   Протоны, нейтроны и химия

   В ядре протоны обладают положительным электрическим зарядом, притягивая отрицательный заряд электронов и отталкивая положительные заряды ядер соседних атомов. Перетягивание каната между положительными и отрицательными силами важно во многих аспектах химии, включая определение точек плавления и кипения, растворимости одного вещества в другом и формы молекул. С другой стороны, нейтроны, не имея заряда, действуют как «молчаливые партнеры», не влияющие на химические свойства.

   Ионы

   В нейтральном атоме количество протонов и электронов равно; баланс электрических зарядов дает атому нулевой чистый заряд. Однако у иона либо слишком мало, либо слишком много электронов, что смещает баланс в положительную или отрицательную сторону. У положительного иона, например, отсутствует один или несколько электронов; соседние атомы «чувствуют» положительный электрический заряд протонов в своем ядре. Отрицательные и положительные ионы сильно притягиваются друг к другу, образуя ионные твердые частицы, такие как соль хлорида натрия.

   В каждом атоме Вселенной прячется гигантская тайна

   На самом деле никто не знает, что происходит внутри атома. Но две конкурирующие группы ученых думают, что они это выяснили. И оба стремятся доказать, что их собственное видение верное.

   Вот что мы знаем наверняка: электроны вращаются по «орбиталям» во внешней оболочке атома. Тогда остается много пустого места. А затем, прямо в центре этого пространства, есть крошечное ядро ​​- плотный узел протонов и нейтронов, который придает атому большую часть его массы.Эти протоны и нейтроны группируются вместе, связанные так называемой сильной силой . И числа этих протонов и нейтронов определяют, является ли атом железом, кислородом или ксеноном, и является ли он радиоактивным или стабильным.

   Тем не менее, никто не знает, как эти протоны и нейтроны (вместе известные как нуклоны) ведут себя внутри атома. Вне атома протоны и нейтроны имеют определенные размеры и формы. Каждая из них состоит из трех более мелких частиц, называемых кварками, и взаимодействия между этими кварками настолько интенсивны, что никакая внешняя сила не может их деформировать, даже мощные силы между частицами в ядре.Но на протяжении десятилетий исследователи знали, что теория в чем-то ошибочна. Эксперименты показали, что внутри ядра протоны и нейтроны кажутся намного больше, чем должны быть. Физики разработали две конкурирующие теории, которые пытаются объяснить это странное несоответствие, и сторонники каждой совершенно уверены, что другая неверна. Однако оба лагеря согласны с тем, что какой бы ни был правильный ответ, он должен исходить из области, лежащей за пределами их собственной.

   Связано: Самые большие неразгаданные тайны физики

   По крайней мере, с 1940-х годов физики знали, что нуклоны движутся по узким маленьким орбиталям внутри ядра, Джеральд Миллер, физик-ядерщик из Вашингтонского университета, сказал Live Science.Ограниченные в своих движениях нуклоны обладают очень малой энергией. Они не сильно подпрыгивают, сдерживаемые сильной силой.

   В 1983 году физики Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) заметили нечто странное: пучки электронов отражались от железа способом, который сильно отличался от того, как они отражаются от свободных протонов, сказал Миллер. Это было неожиданно; если бы протоны внутри водорода были того же размера, что и протоны внутри железа, электроны должны были бы отскакивать примерно таким же образом.

   Сначала исследователи не знали, на что они смотрят.

   Но со временем ученые пришли к выводу, что это проблема размера. По какой-то причине протоны и нейтроны внутри тяжелых ядер действуют так, как будто они намного больше, чем когда они находятся вне ядер. Исследователи называют это явление эффектом EMC в честь Европейского мюонного сотрудничества — группы, которая случайно открыла его . Это нарушает существующие теории ядерной физики.

   Ор Хен, физик-ядерщик из Массачусетского технологического института, имеет идею, которая потенциально может объяснить происходящее.

   В то время как кварки, субатомных частиц , составляющих нуклоны, сильно взаимодействуют с данным протоном или нейтроном, кварки в разных протонах и нейтронах не могут сильно взаимодействовать друг с другом, сказал он. Сильная сила внутри нуклона настолько сильна, что затмевает сильную силу, удерживающую нуклоны по отношению к другим нуклонам.

   «Представьте, что вы сидите в своей комнате и разговариваете с двумя друзьями с закрытыми окнами», — сказал Хен.

   Трио в комнате — это три кварка внутри нейтрона или протона.

   «Снаружи дует легкий ветерок», — сказал он.

   Легкий ветерок — это сила, удерживающая протон или нейтрон на соседних нуклонах, находящихся «за пределами» окна. Хен сказал, что даже если немного пробраться через закрытое окно, это не повлияет на вас.

   И пока нуклоны остаются на своих орбиталях, это так. Однако, по его словам, недавние эксперименты показали, что в любой момент времени около 20% нуклонов в ядре фактически находятся за пределами своих орбиталей. Вместо этого они спарены с другими нуклонами, взаимодействуя «короткодействующими корреляциями».«В этих условиях взаимодействия между нуклонами гораздо более энергичны, чем обычно, — сказал он. Это потому, что кварки протыкают стенки своих отдельных нуклонов и начинают напрямую взаимодействовать, и эти кварк-кварковые взаимодействия намного мощнее, чем Нуклон-нуклонные взаимодействия

   Эти взаимодействия разрушают стенки, разделяющие кварки внутри отдельных протонов или нейтронов, сказал Хен.Кварки, составляющие один протон, и кварки, составляющие другой протон, начинают занимать одно и то же пространство.Это заставляет протоны (или нейтроны, в зависимости от обстоятельств) растягиваться и размываться, сказал Хен. Они много разрастаются, хотя и очень непродолжительное время. Это искажает средний размер всей когорты в ядре, производя , а эффект EMC — .

   Связанный: Странные кварки и мюоны, о боже! По словам Хена, большинство физиков теперь принимают эту интерпретацию эффекта ЭМС. И Миллер, который работал с Хеном над некоторыми ключевыми исследованиями, согласился.

   Но не все думают, что группа Хена решила проблему. Ян Клоэ, физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе, сказал, что, по его мнению, работа Хена делает выводы, которые не полностью подтверждаются данными.

   «Я думаю, что эффект электромагнитной совместимости все еще не решен», — сказал Клоэ в интервью Live Science. Это потому, что основная модель ядерной физики уже учитывает большую часть короткодействующих пар, описываемых Хеном. Тем не менее, «если вы воспользуетесь этой моделью, чтобы попытаться взглянуть на эффект ЭМС, вы не будете описывать эффект ЭМС.Нет успешного объяснения эффекта ЭМС с использованием этой структуры. Так что, на мой взгляд, это все еще остается загадкой ».

   Хен и его сотрудники проводят экспериментальную работу, которая является« доблестной »и« очень хорошей наукой », — сказал он. Но это не решает полностью проблему атомного ядра.

   «Ясно то, что традиционная модель ядерной физики … не может объяснить этот эффект ЭМС, — сказал он. — Теперь мы думаем, что объяснение должно исходить из самой КХД».

   КХД означает квантовую хромодинамику — систему правил, управляющих поведением кварков.Переход от ядерной физики к КХД немного похож на просмотр одной и той же картинки дважды: один раз на раскладушке первого поколения — это ядерная физика, а затем снова на телевизоре с высоким разрешением — это квантовая хромодинамика. Телевизор с высоким разрешением предлагает гораздо больше деталей, но его намного сложнее построить.

   Проблема в том, что полные уравнения КХД, описывающие все кварки в ядре, слишком сложно решить, сказали Клоэ и Хен. По оценкам Клоэ, современные суперкомпьютеры должны быть достаточно быстрыми для этой задачи примерно через 100 лет.И даже если бы суперкомпьютеры сегодня были достаточно быстрыми, уравнения не продвинулись до такой степени, чтобы их можно было подключить к компьютеру, — сказал он.

   Тем не менее, по его словам, можно работать с QCD, чтобы ответить на некоторые вопросы. И прямо сейчас, сказал он, эти ответы предлагают другое объяснение эффекта электромагнитной совместимости: Теория среднего ядерного поля.

   Он не согласен с тем, что 20% нуклонов в ядре связаны короткодействующими корреляциями. По его словам, эксперименты этого просто не доказывают. И с этой идеей есть теоретические проблемы.

   Это говорит о том, что нам нужна другая модель, — сказал он.

   «У меня есть такая картина: мы знаем, что внутри ядра находятся очень сильные ядерные силы», — сказал Клоэ. Это «немного похоже на электромагнитные поля, за исключением сильных силовых полей».

   Поля действуют на таких крошечных расстояниях, что вне ядра они незначительны по величине, но внутри ядра они мощные.

   В модели Клоэ эти силовые поля, которые он называет «средними полями» (для объединенной силы, которую они несут), на самом деле деформируют внутреннюю структуру протонов, нейтронов и пионов (тип частиц, несущих сильную силу).

   «Также как если вы возьмете атом и поместите его в сильное магнитное поле , вы измените внутреннюю структуру этого атома», — сказал Клоэ.

   Другими словами, теоретики среднего поля думают, что в запечатанной комнате, описанной Хен, есть дыры в стенах, и ветер дует сквозь них, чтобы разбить кварки, растягивая их.

   Клоет признал, что возможные корреляции на коротких расстояниях, вероятно, объясняют некоторую часть эффекта ЭМС, а Хен сказал, что средние поля, вероятно, также играют роль.

   «Вопрос в том, что доминирует», — сказал Клоэ.

   Миллер, который также много работал с Cloët, сказал, что среднее поле имеет то преимущество, что оно более хорошо обосновано в теории. Но Cloët еще не произвел всех необходимых расчетов, сказал он.

   И прямо сейчас масса экспериментальных данных предполагает, что аргумент Хен лучше.

   Хен и Клоэ заявили, что результаты экспериментов в ближайшие несколько лет могут решить этот вопрос.Хен процитировал эксперимент, проводимый в Национальном ускорительном комплексе Джефферсона в Вирджинии, который постепенно сближает нуклоны и позволяет исследователям наблюдать за их изменением. Клоэ сказал, что хочет увидеть «эксперимент с поляризованной ЭМС», который разрушит эффект, основанный на спине (квантовой характеристике) задействованных протонов. По его словам, это может выявить невидимые детали эффекта, которые могут помочь в расчетах.

   Все трое исследователей подчеркнули, что дискуссия носит дружеский характер.

   «Это здорово, потому что это означает, что мы все еще добиваемся прогресса», — сказал Миллер.«В конце концов, что-то будет в учебнике, и игра с мячом закончится … Тот факт, что есть две конкурирующие идеи, означает, что она захватывающая и яркая. И теперь, наконец, у нас есть экспериментальные инструменты для решения этих проблем».

   Первоначально опубликовано на Live Science .

   Вам нужно больше места? Подпишитесь на наш родственный журнал «All About Space» , чтобы получать последние удивительные новости с последнего рубежа! (Изображение предоставлено: Все о космосе)

   Обнаружение магнетизма ядра одиночного атома

   Поделитесь этим постом:

   Наша команда из IBM Research — Almaden в Кремниевой долине обнаружила магнетизм ядра отдельного атома — подвиг, который открывает дверь к использованию ядра как способа ощущать и контролировать магнетизм в атомном масштабе.Этот прорыв, недавно опубликованный в журнале Science , был достигнут путем измерения магнитного воздействия ядра на электроны в том же атоме. Исследование раскрывает информацию об изотопе — количестве нейтронов в ядре атома — и о том, как намагниченность атома зависит от его соседних атомов, предоставляя новый мощный инструмент для зондирования в наномасштабе и представляя собой важный шаг к использованию ядра для будущей спинтроники. .

   Рисунок 1: Схема эксперимента.Каждый красный шар представляет собой магнитный атом, связанный с поверхностью. У некоторых естественно есть ядерный спин, небольшой магнит в их ядре. Острый наконечник СТМ исследует одиночный магнитный атом. Изображение предоставлено QNS.

   Работая с международной командой сотрудников, включая Центр квантовой нанонауки (QNS), Оксфордский университет и Международную иберийскую лабораторию нанотехнологий, мы измерили атомы железа и титана, прикрепленные к тщательно подготовленной поверхности. Мы использовали сканирующий туннельный микроскоп (STM), изобретение IBM, получившее Нобелевскую премию, в котором кончик острой металлической иглы используется для сканирования поверхности с целью получения изображения и перемещения отдельных атомов с большой точностью.

   Три года назад наша группа показала, что мы можем обнаруживать магнетизм электронов отдельного атома и использовать его чувствительность к магнитным полям как способ обнаружения и измерения свойств близлежащих магнитных атомов на поверхности. Теперь мы расширили это, чтобы обнаружить гораздо более тонкий магнетизм ядра.

   Рис. 2: Изображение поверхности оксида магния, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа, где небольшие выступы представляют собой отдельные атомы железа. Изображение предоставлено QNS.

   Взаимодействие между ядром атома и его электронами, называемое сверхтонким взаимодействием, позволяет обнаружить магнетизм ядра.Сверхтонкое взаимодействие внутри каждого атома изменилось, когда мы переместили атом в другое положение или если мы переместили к нему другой атом. Мы использовали СТМ для изменения положения отдельных атомов и показали, что сверхтонкое взаимодействие сильно зависит от химической связи с другими атомами. Например, атом титана, связанный с четырьмя соседними атомами, дает гораздо более сильное сверхтонкое взаимодействие, чем тот же атом титана, расположенный на одном атоме кислорода. Кроме того, мы обнаружили, что сила сверхтонкого взаимодействия зависит от присутствия соседних магнитных атомов, поэтому оно показывает, как магнетизм двух атомов сочетается в соответствии с правилами квантовой механики.

   Рис. 3: Два атома железа, показанные на нижних изображениях в виде голубых холмов, имеют разные изотопы. Правый атом — это изотоп железа-57, который имеет ядерный спин. В результате в его энергетическом спектре наблюдаются два пика, соответствующие двум возможным ориентациям спина ядра. Изображение предоставлено QNS.

   Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, и количество протонов определяет, каким элементом является атом. Магнетизм ядра происходит от свойства, называемого «спином», потому что оно ведет себя как вращающийся шар электрического заряда.Только у некоторых изотопов есть ядро ​​со спином, и этот спин создает небольшое магнитное поле, точно так же, как у Земли есть магнитное поле из-за электрического заряда, который циркулирует глубоко в ее ядре. Магнитное поле от ядерного спина настолько незначительно, что его трудно обнаружить, за исключением случаев, когда одновременно измеряются многие миллионы. Это основа для медицинского аппарата для получения изображений МРТ, который измеряет многие триллионы ядерных вращений для каждой точки полученных изображений.

   Рис. 4. Энергетические спектры, измеренные на отдельных атомах титана.Два изотопа имеют высокий ядерный спин и, таким образом, демонстрируют несколько пиков, по одному пику для каждой ориентации ядра. Изображение предоставлено QNS.

   Чтобы обнаружить спин одного ядра , мы используем окружающие ядро ​​электроны — вместе ядро ​​и электроны образуют атом. У этих электронов тоже есть спин. Для электронов спин приводит к магнитному полю, которое примерно в тысячу раз больше, чем у ядра. Это значительно упрощает обнаружение электронов, но по-прежнему чрезвычайно сложно распознавать отдельные атомы за раз.

   Мы используем усовершенствованную форму сканирующей туннельной микроскопии, которая работает в ультрахолодных, чистых, безвибрационных условиях, чтобы гарантировать, что атомы остаются на месте, а чувствительные измерения не пострадают от тепла, мусора или шума.

   Наша команда обнаруживает спин отдельного атома с помощью сверхчувствительного метода, называемого спиновым резонансом, в котором мы используем кончик СТМ, чтобы найти и выбрать отдельный атом для исследования. Затем мы используем электронный спиновой резонанс (ESR), который определяет, насколько быстро вращается северный полюс электрона.Это вращение называется прецессией, и северный полюс движется во многом как ось волчка, установленного на столе, который медленно вращается, указывая в разных направлениях. Для электрона прецессия происходит миллиарды раз в секунду, и частота прецессии называется резонансной частотой. Эта частота изменяется в ответ на незначительные изменения магнитного поля, испытываемого атомом. Выполнение ЭПР с помощью сканирующего туннельного микроскопа позволяет нам измерять спин, видя положение атома и тех, с которыми он связан, а также более удаленные атомы, которые тонко на него влияют, открывая бесценную информацию о магнитном взаимодействии в одиночном атоме. шкала, необходимая для создания современных электронных устройств, состоящих из нескольких атомов.

   Рис. 5: Один атом титана перемещается в три разных положения на поверхности. Это изменяет спектр, потому что взаимодействие с ядерным спином чувствительно к химии сайта связывания. Изображение предоставлено QNS.

   Используя спиновой резонанс, отдельный атом служит чувствительным датчиком магнитного поля прямо в месте расположения атома. Наша команда ранее использовала это для обнаружения магнитного поля соседних атомов, размещенных на поверхности. В этих исследованиях мы использовали атомы железа и титана, каждый из которых обладает уникальными свойствами.Мы даже обнаружили, что отдельные атомы элемента гольмия действуют как крошечные постоянные магниты, поэтому они могут хранить информацию. Все эти достижения привели к нашему последнему прорыву, в котором мы обнаруживаем магнетизм ядра и информацию, которую оно раскрывает.

   Статья: Сверхтонкое взаимодействие отдельных атомов на поверхности
   

   .