Поняв, что такое протон, нейтрон, электрон и атом, можно перейти более подробно зк взаимодействиям этих частиц между собой. Для этого следует рассмотреть центральную часть атома, его ядро.
Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, протоны имеют положительный заряд, а нейтроны не имеют заряда. В ядре атома эти частицы находятся крайне близко друг к другу и удерживаются вместе ядерными силами. Количество протонов в ядре определяет химические свойства элемента, а сумма протонов и нейтронов называется ядерной массой и также определяет химические свойства элемента.
Смотрите эту информацию в виде ролика на ютубе: https://youtu.be/tjgp56ExmDQ
Изотопы
На прошлом занятии уже говорилось, что атомы делятся на виды в зависимости от количества протонов в ядре (а значит, и электронов вокруг ядра), и что эти виды носят название химических элементов.
Однако, отличаться атомы могут не только числом протонов, но и числом нейтронов. Если два атома имеют одинаковое число протонов, а число нейтронов -- разное, то их относят к одному виду (к одному элементу), но к разным изотопам.
Итак, изотопы - это разновидности атомов одного и того же элемента, которые отличаются массой, но имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах. Таким образом, изотопы имеют одно и то же атомное число, но разное число нейтронов в ядре, что приводит к различным значениям ядерной массы. Например, атом углерода может иметь массу 12, 13 или 14 атомных единиц, в зависимости от количества нейтронов, которые он содержит в своем ядре. Изотопы могут вести себя по-разному во время химических реакций и использоваться в различных научных и технологических приложениях, таких как радиоактивные изотопы используемые в медицине и исследованиях.
Именно из-за наличия изотопов атомные массы, указанные в периодической системе элементов, являются дробями, а не целыми числами. Эти числа -- усредненные значения масс атомов всех изотопов данного элемента, учитывая их относительную частоту в природе. Значение атомной массы усредняется для всех изотопов, с учетом их относительных количеств, чтобы получить более точное значение массы для данного элемента. В результате, атомные массы элементов выражаются в дробных числах.
Распад атомных ядер и радиоактивность
Некоторые изотопы нестабильны. Это значит, что их ядра самопроизвольно распадаются. Так происходит потому, что ядра этих изотопов слишком велики, в них слишком много нейтронов. При распаде ядра могу испускать различные частицы, которые движутся с огромной скоростью. После распада образуются ядра других, более стабильных элементов и изотопов. Процесс, когда нестабильный изотоп переходит в стабильный составляющие схему, называется радиоактивным распадом. Существуют альфа-, бета-и гамма-распады, в зависимости от того, какие именно частицы испускаются в ходе этого процесса.
Радиоактивность нестабильных изотопов может быть использована в различных областях, таких как медицина, энергетика, и наука. Однако, излучение от некоторых радиоактивных изотопов может быть опасно для человека, поэтому необходимы специальные меры предосторожности и безопасности при работе с радиоактивными материалами.
Радиоактивные элементы - это элементы, чьи ядра нестабильны и испускают элементарные частицы, чтобы стать более стабильными. Этот процесс излучения называется радиоактивным распадом, и он может быть альфа-, бета- или гамма-распадом. Радиоактивность - это свойство радиоактивных элементов испускать эти частицы и изменяться в процессе времени, обычно с половиной распада, что является важной характеристикой для изучения радиоактивных элементов.
Уравнения ядерных реакций
Что как можно короче и проще описывать процесс радиоактивного распада, учёные придумали уравнения ядерных реакций.
Уравнение ядерной реакции обычно записывается в виде:
a + A → b + B + Q
где a и A - ядра изучаемого элемента и субстрата (частицы, которая взаимодействует с этими ядрами), b и B - ядра образовавшегося продукта и результата (частицы, которая получилась в ходе реакции), а Q - освобождающаяся в ходе реакции энергия.
Также, в уравнении ядерной реакции используются следующие обозначения:
- Знак "+" разделяет ядра и реагенты между собой, а стрелка (→) обозначает направление протекания реакции.
- Атомный номер химических элементов (число протонов в ядре) указывается нижним индексом, например: C (углерод) имеет атомный номер 6, а значит обозначается ^6C.
- Ядра элементов записываются по обычным математическим правилам, например: ^14N.
Пример уравнения ядерной реакции:
Обратите внимание, что в уравнениях реакций фигурируют символы химических элементов азота (N), гелия (He), кислорода (O) и других. Символом d обозначается дейтерий, один из изотопов водорода, n - нейтрон, p - протон, γ (гамма) - гамма-частица. Возле символов вверху слева пишется их масса, а внизу - число протонов, которые входят в состав данного элемента или частицы. Если общее число протонов слева и справа от стрелки совпадает, как и число нейтронов, уравнение, скорее всего, записано правильно.
В ходе реакций освобождается энергия (Q), но в этих уравнениях она просто пропущена за ненадобностью.
Как видим из уравнений, помимо распада крупных ядер, возможно так же и объединение небольших (синтез), который тоже происходит с выделением энергии.
Заключение:
Атомное ядро - это центральная часть атома, содержащая протоны и нейтроны. Изотопы - это атомы одного и того же элемента, но с разным количеством нейтронов в ядре. Ядерные реакции - это процессы, при которых происходят изменения в ядрах атомов, такие как деление ядер (ядерный распад) и слияние ядер (ядерная синтез). Ядерные реакции имеют важное применение в различных областях, включая энергетику и медицину. Для удобства ядерные реакции описываются с помощью уравнений ядерных реакций.