Wissenschaftler kamen bei der Untersuchung der Zusammensetzung der Materie zu dem Schluss, dass alle Materie aus Molekülen und Atomen besteht. Das Atom (aus dem Griechischen übersetzt „unteilbar“) g alt lange Zeit als kleinste Struktureinheit der Materie. Weitere Studien haben jedoch gezeigt, dass das Atom eine komplexe Struktur hat und wiederum kleinere Teilchen enthält.
Woraus besteht ein Atom?
Im Jahr 1911 schlug der Wissenschaftler Rutherford vor, dass das Atom einen zentralen Teil hat, der eine positive Ladung trägt. So entstand erstmals der Begriff des Atomkerns.
Nach Rutherfords Schema, dem Planetenmodell, besteht ein Atom aus einem Kern und Elementarteilchen mit negativer Ladung - Elektronen, die sich um den Kern bewegen, so wie die Planeten um die Sonne kreisen.
1932 entdeckte ein anderer Wissenschaftler, Chadwick, das Neutron, ein Teilchen ohne elektrische Ladung.
Nach modernen Vorstellungen entspricht die Struktur des Atomkerns dem von Rutherford vorgeschlagenen Planetenmodell. Der Kern wird hineingetragenden größten Teil der Atommasse. Es hat auch eine positive Ladung. Der Atomkern enthält Protonen – positiv geladene Teilchen und Neutronen – Teilchen, die keine Ladung tragen. Protonen und Neutronen werden Nukleonen genannt. Negativ geladene Teilchen - Elektronen - umkreisen den Kern.
Die Anzahl der Protonen im Kern ist gleich der Anzahl der Elektronen, die sich in der Umlaufbahn bewegen. Daher ist das Atom selbst ein Teilchen, das keine Ladung trägt. Wenn ein Atom fremde Elektronen einfängt oder seine eigenen verliert, wird es positiv oder negativ und wird Ion genannt.
Elektronen, Protonen und Neutronen werden zusammenfassend als subatomare Teilchen bezeichnet.
Die Ladung des Atomkerns
Der Kern hat eine Ladungszahl Z. Sie wird bestimmt durch die Anzahl der Protonen, aus denen der Atomkern besteht. Diesen Betrag herauszufinden ist einfach: Beziehen Sie sich einfach auf das Periodensystem von Mendeleev. Die Ordnungszahl des Elements, zu dem ein Atom gehört, ist gleich der Anzahl der Protonen im Kern. Wenn also das chemische Element Sauerstoff der Seriennummer 8 entspricht, dann ist die Anzahl der Protonen auch gleich acht. Da die Anzahl der Protonen und Elektronen in einem Atom gleich ist, gibt es auch acht Elektronen.
Die Anzahl der Neutronen wird als Isotopenzahl bezeichnet und mit dem Buchstaben N bezeichnet. Ihre Anzahl kann in einem Atom desselben chemischen Elements variieren.
Die Summe der Protonen und Elektronen im Kern nennt man Massenzahl eines Atoms und wird mit dem Buchstaben A bezeichnet. Die Formel zur Berechnung der Massenzahl sieht also so aus: A=Z+N.
Isotope
Wenn Elemente eine gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben, werden sie als Isotope eines chemischen Elements bezeichnet. Es können ein oder mehrere Isotope vorhanden sein. Sie befinden sich in derselben Zelle des Periodensystems.
Isotope sind in Chemie und Physik von großer Bedeutung. Zum Beispiel ergibt ein Wasserstoffisotop - Deuterium - in Kombination mit Sauerstoff eine völlig neue Substanz, die als schweres Wasser bezeichnet wird. Es hat einen anderen Siede- und Gefrierpunkt als üblich. Und die Kombination von Deuterium mit einem anderen Wasserstoffisotop - Tritium - führt zu einer thermonuklearen Fusionsreaktion und kann zur Erzeugung einer riesigen Energiemenge verwendet werden.
Masse des Kerns und der subatomaren Teilchen
Die Größen und Massen von Atomen und subatomaren Teilchen sind in menschlichen Vorstellungen vernachlässigbar. Die Größe der Kerne beträgt etwa 10-12cm. Die Masse eines Atomkerns wird in der Physik in den sogenannten atomaren Masseneinheiten - amu gemessen.
Für ein Amu Nehmen Sie ein Zwölftel der Masse eines Kohlenstoffatoms. Unter Verwendung der üblichen Maßeinheiten (Kilogramm und Gramm) kann die Masse wie folgt ausgedrückt werden: 1 a.m.u.=1, 660540 10-24g. So ausgedrückt nennt man sie die absolute Atommasse.
Trotz der Tatsache, dass der Atomkern der massereichste Bestandteil des Atoms ist, sind seine Abmessungen relativ zur ihn umgebenden Elektronenwolke extrem klein.
Atomstreitkräfte
Atomkerne sind extrem stabil. Das bedeutet, dass Protonen und Neutronen durch bestimmte Kräfte im Kern geh alten werden. Es ist nichtes kann elektromagnetische Kräfte geben, da Protonen gleich geladene Teilchen sind und sich Teilchen mit gleicher Ladung bekanntlich abstoßen. Die Gravitationskräfte sind zu schwach, um die Nukleonen zusammenzuh alten. Daher werden Teilchen im Kern durch eine andere Wechselwirkung geh alten - Kernkräfte.
Nukleare Wechselwirkung gilt als die stärkste aller in der Natur existierenden. Daher wird diese Art der Wechselwirkung zwischen den Elementen des Atomkerns als stark bezeichnet. Es ist in vielen Elementarteilchen sowie in elektromagnetischen Kräften vorhanden.
Merkmale nuklearer Streitkräfte
- Kurze Aktion. Kernkräfte manifestieren sich im Gegensatz zu elektromagnetischen Kräften nur in sehr kleinen Abständen, vergleichbar mit der Größe des Kerns.
- Gebührenunabhängigkeit. Diese Eigenschaft zeigt sich darin, dass Kernkräfte gleichermaßen auf Protonen und Neutronen wirken.
- Sättigung. Die Nukleonen des Kerns interagieren nur mit einer bestimmten Anzahl anderer Nukleonen.
Kernbindungsenergie
Eine andere Sache ist eng mit dem Konzept der starken Wechselwirkung verbunden - die Bindungsenergie von Kernen. Die Kernbindungsenergie ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um einen Atomkern in seine Nukleonen zu sp alten. Sie ist gleich der Energie, die benötigt wird, um aus einzelnen Teilchen einen Kern zu bilden.
Um die Bindungsenergie eines Kerns zu berechnen, muss man die Masse der subatomaren Teilchen kennen. Berechnungen zeigen, dass die Masse eines Kerns immer kleiner ist als die Summe seiner Nukleonen. Der Massendefekt ist der Unterschied zwischendie Masse des Kerns und die Summe seiner Protonen und Elektronen. Mit der Einstein-Formel über den Zusammenhang zwischen Masse und Energie (E=mc2) lässt sich die bei der Kernbildung entstehende Energie berechnen.
Die Stärke der Bindungsenergie des Atomkerns lässt sich an folgendem Beispiel abschätzen: Die Bildung mehrerer Gramm Helium erzeugt so viel Energie wie die Verbrennung mehrerer Tonnen Kohle.
Kernreaktionen
Die Kerne von Atomen können mit den Kernen anderer Atome interagieren. Solche Wechselwirkungen werden Kernreaktionen genannt. Es gibt zwei Arten von Reaktionen.
- Sp altungsreaktionen. Sie entstehen, wenn schwerere Kerne infolge der Wechselwirkung in leichtere zerfallen.
- Synthesereaktionen. Der Vorgang ist umgekehrt wie bei der Kernsp altung: Die Kerne kollidieren und bilden dabei schwerere Elemente.
Alle Kernreaktionen gehen mit der Freisetzung von Energie einher, die anschließend in der Industrie, beim Militär, in der Energie usw. verwendet wird.
Wenn wir uns mit der Zusammensetzung des Atomkerns vertraut machen, können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen.
- Atom besteht aus einem Kern, der Protonen und Neutronen enthält, und Elektronen um ihn herum.
- Die Massenzahl eines Atoms ist gleich der Summe der Nukleonen seines Kerns.
- Nuklone werden durch die starke Kraft zusammengeh alten.
- Die enormen Kräfte, die den Atomkern stabil h alten, nennt man Kernbindungsenergien.
