atomová hmotnost je součet hmotností všech protonů, neutronů a elektronů, které tvoří atom nebo molekulu. Ve srovnání s protony a neutrony je hmotnost elektronů velmi malá, takže se s ní ve výpočtech nepočítá. I když je z formálního hlediska nesprávný, tento termín se často používá k označení průměrné atomové hmotnosti všech izotopů prvku. Ve skutečnosti se jedná o relativní atomovou hmotnost, nazývanou také atomová hmotnostživel. Atomová hmotnost je průměr atomových hmotností všech přirozeně se vyskytujících izotopů prvku. Chemici musí při své práci rozlišovat mezi těmito dvěma typy atomové hmotnosti - nesprávná hodnota atomové hmotnosti může například vést k nesprávnému výsledku pro výtěžek reakčního produktu.

Kroky

Zjištění atomové hmotnosti podle periodické tabulky prvků

Přečtěte si, jak se píše atomová hmotnost. Atomovou hmotnost, tedy hmotnost daného atomu nebo molekuly, lze vyjádřit ve standardních jednotkách SI – gramech, kilogramech a podobně. Avšak vzhledem k tomu, že atomové hmotnosti vyjádřené v těchto jednotkách jsou extrémně malé, jsou často zapsány v jednotných jednotkách atomové hmotnosti nebo zkráceně au.m. jsou jednotky atomové hmotnosti. Jedna atomová hmotnostní jednotka se rovná 1/12 hmotnosti standardního izotopu uhlíku-12.

• Atomová hmotnostní jednotka charakterizuje hmotnost jeden mol daného prvku v gramech. Tato hodnota je velmi užitečná v praktických výpočtech, protože s ní lze snadno převést hmotnost daného počtu atomů nebo molekul dané látky na moly a naopak.

1. Nalézt atomová hmotnost PROTI periodická tabulka Mendělejev. Většina standardních periodických tabulek obsahuje atomové hmotnosti (atomové hmotnosti) každého prvku. Zpravidla se uvádějí jako číslo ve spodní části buňky s prvkem, pod písmeny označujícími chemický prvek. Obvykle to není celé číslo, ale desetinné číslo.

   Pamatujte, že periodická tabulka ukazuje průměrné atomové hmotnosti prvků. Jak bylo uvedeno dříve, relativní atomové hmotnosti dané pro každý prvek v periodické tabulce jsou průměry hmotností všech izotopů atomu. Tato průměrná hodnota je cenná pro mnoho praktických účelů: například se používá při výpočtu molární hmotnosti molekul skládajících se z několika atomů. Když se však zabýváte jednotlivými atomy, tato hodnota obvykle nestačí.

   • Protože průměrná atomová hmotnost je průměrem několika izotopů, hodnota uvedená v periodické tabulce tomu tak není přesný hodnota atomové hmotnosti kteréhokoli jednotlivého atomu.
   • Atomové hmotnosti jednotlivých atomů je třeba vypočítat s ohledem na přesný počet protonů a neutronů v jednom atomu.

   Výpočet atomové hmotnosti jednotlivého atomu

   1. Najděte atomové číslo daného prvku nebo jeho izotopu. Atomové číslo je počet protonů v atomech prvku a nikdy se nemění. Například všechny atomy vodíku a pouze mají jeden proton. Sodík má atomové číslo 11, protože má jedenáct protonů, zatímco kyslík má atomové číslo osm, protože má osm protonů. Atomové číslo libovolného prvku najdete v periodické tabulce Mendělejeva - téměř ve všech standardních verzích je toto číslo uvedeno nad písmenným označením chemického prvku. Atomové číslo je vždy kladné celé číslo.

      • Předpokládejme, že nás zajímá atom uhlíku. V atomech uhlíku je vždy šest protonů, takže víme, že jeho atomové číslo je 6. Kromě toho vidíme, že v periodické tabulce je v horní části buňky s uhlíkem (C) číslo „6“, což naznačuje, že atomové uhlíkové číslo je šest.
      • Všimněte si, že atomové číslo prvku není jednoznačně spojeno s jeho relativní atomovou hmotností v periodické tabulce. Přestože se zejména u prvků v horní části tabulky může zdát, že atomová hmotnost prvku je dvojnásobkem jeho atomového čísla, nikdy se nevypočítá vynásobením atomového čísla dvěma.

   2. Najděte počet neutronů v jádře. Počet neutronů může být různý pro různé atomy téhož prvku. Když dva atomy téhož prvku se stejným počtem protonů mají jiná částka neutrony, jsou to různé izotopy tohoto prvku. Na rozdíl od počtu protonů, který se nikdy nemění, se počet neutronů v atomech konkrétního prvku může často měnit, takže průměrná atomová hmotnost prvku se zapisuje jako desetinný zlomek mezi dvě sousední celá čísla.

      Sečtěte počet protonů a neutronů. To bude atomová hmotnost tohoto atomu. Ignorujte počet elektronů, které obklopují jádro – jejich celková hmotnost je extrémně malá, takže na vaše výpočty nemají žádný vliv.

   Výpočet relativní atomové hmotnosti (atomové hmotnosti) prvku

   1. Určete, které izotopy jsou ve vzorku. Chemici často určují poměr izotopů v konkrétním vzorku pomocí speciálního přístroje zvaného hmotnostní spektrometr. Během školení vám však tato data budou poskytnuta v podmínkách úkolů, kontroly a tak dále v podobě hodnot převzatých z odborné literatury.

      • V našem případě řekněme, že máme co do činění se dvěma izotopy: uhlík-12 a uhlík-13.

   2. Určete relativní zastoupení každého izotopu ve vzorku. Pro každý prvek se vyskytují různé izotopy v různých poměrech. Tyto poměry jsou téměř vždy vyjádřeny v procentech. Některé izotopy jsou velmi běžné, zatímco jiné jsou velmi vzácné – někdy tak vzácné, že je obtížné je odhalit. Tyto hodnoty lze určit pomocí hmotnostní spektrometrie nebo nalézt v referenční knize.

      • Předpokládejme, že koncentrace uhlíku-12 je 99 % a uhlíku-13 je 1 %. Jiné izotopy uhlíku opravdu existují, ale v množstvích tak malých, že je lze v tomto případě zanedbat.

   3. Vynásobte atomovou hmotnost každého izotopu jeho koncentrací ve vzorku. Vynásobte atomovou hmotnost každého izotopu jeho procentem (vyjádřeno jako desetinné číslo). Chcete-li převést procenta na desetinný, stačí je vydělit 100. Výsledné koncentrace by se měly vždy rovnat 1.

      • Náš vzorek obsahuje uhlík-12 a uhlík-13. Pokud uhlík-12 tvoří 99 % vzorku a uhlík-13 je 1 %, vynásobte 12 (atomová hmotnost uhlíku-12) 0,99 a 13 (atomová hmotnost uhlíku-13) 0,01.
      • Referenční knihy uvádějí procenta založená na známých množstvích všech izotopů prvku. Většina učebnic chemie obsahuje tyto informace v tabulce na konci knihy. U zkoumaného vzorku lze také určit relativní koncentrace izotopů pomocí hmotnostního spektrometru.

   4. Sečtěte výsledky. Sečtěte výsledky násobení, které jste získali v předchozím kroku. V důsledku této operace zjistíte relativní atomovou hmotnost vašeho prvku – průměrnou hodnotu atomových hmotností izotopů daného prvku. Když je prvek považován za celek, a nikoli za konkrétní izotop daného prvku, použije se tato hodnota.

      • V našem příkladu 12 x 0,99 = 11,88 pro uhlík-12 a 13 x 0,01 = 0,13 pro uhlík-13. Relativní atomová hmotnost je v našem případě 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Některé izotopy jsou méně stabilní než jiné: rozpadají se na atomy prvků s méně protony a neutrony v jádře a uvolňují částice, které tvoří atomové jádro. Takové izotopy se nazývají radioaktivní.

Izogonie. Jádro atomu vodíku - proton (p) - je nejjednodušší jádro. Jeho kladný náboj se v absolutní hodnotě rovná náboji elektronu. Hmotnost protonu je 1,6726-10'2 kg. Proton jako částici, která je součástí atomových jader, objevil Rutherford v roce 1919.

Pro experimentální definice byly a jsou využívány hmotnosti atomových jader hmotnostní spektrometry. Princip hmotnostní spektrometrie, který poprvé navrhl Thomson (1907), spočívá ve využití zaostřovacích vlastností elektrických a magnetických polí s ohledem na svazky nabitých částic. První hmotnostní spektrometry s dostatečně vysokým rozlišením zkonstruoval v roce 1919 F.U. Aston a A. Dempstrom. Princip činnosti hmotnostního spektrometru je znázorněn na Obr. 1.3.

Vzhledem k tomu, že atomy a molekuly jsou elektricky neutrální, musí být nejprve ionizovány. Ionty vznikají v iontovém zdroji bombardováním par zkoumané látky rychlými elektrony a poté, po urychlení v elektrickém poli (rozdíl potenciálů proti) výstup do vakuové komory, spadající do oblasti homogenity magnetické pole B. Jeho působením se ionty začnou pohybovat po kružnici, jejíž poloměr G lze zjistit z rovnosti Lorentzovy síly a odstředivé síly:

Kde M- hmotnost iontu. Rychlost iontu v je určena vztahem

Rýže. 1.3.

Zrychlení potenciálního rozdílu Mít nebo síla magnetického pole V lze zvolit tak, aby ionty se stejnou hmotností dopadaly na stejné místo na fotografické desce nebo jiném polohově citlivém detektoru. Potom nalezením maxima signálu hmotnosti pružiny a pomocí vzorce (1.7) můžeme také určit hmotnost iontu M. 1

Rychlost vyjma proti z (1.5) a (1.6), zjistíme, že

Vývoj technik hmotnostní spektrometrie umožnil potvrdit předpoklad z roku 1910 Fredericka Soddyho, že zlomkové (v jednotkách hmotnosti atomu vodíku) atomové hmotnosti chemické prvky vysvětleno existencí izotopy- atomy se stejným jaderným nábojem, ale různou hmotností. Díky průkopnickému výzkumu Astonu bylo zjištěno, že většina prvků je skutečně složena ze směsi dvou nebo více přirozeně se vyskytujících izotopů. Výjimkou je relativně málo prvků (F, Na, Al, P, Au atd.), nazývaných monoizotopické. Počet přirozených izotopů v jednom prvku může dosáhnout 10 (Sn). Navíc, jak se později ukázalo, všechny prvky bez výjimky mají izotopy, které mají vlastnost radioaktivity. Většina radioaktivních izotopů se v přírodě nenachází, lze je získat pouze uměle. Prvky s atomovými čísly 43 (Tc), 61 (Pm), 84 (Po) a výše mají pouze radioaktivní izotopy.

Mezinárodní jednotka atomové hmotnosti (am.m.u.) dnes akceptovaná ve fyzice a chemii je 1/12 hmotnosti izotopu uhlíku nejběžnějšího v přírodě: 1:00. = 1,66053873* 10" kg. Je blízko atomové hmotnosti vodíku, i když se jí nerovná. Hmotnost elektronu je přibližně 1/1800 am.u. V moderních hmotnostních spektrometrech relativní chyba při měření hmotnosti

AMfM= 10 -10 , což umožňuje měřit hmotnostní rozdíly na úrovni 10 -10 a.m.u.

Atomové hmotnosti izotopů, vyjádřené v amu, jsou téměř přesně celé číslo. Každému atomovému jádru lze tedy přiřadit jeho hmotnostní číslo A(celé), např. H-1, H-2, H-3, C-12, 0-16, Cl-35, C1-37 atd. Poslední okolnost ožila nový základ zájem o hypotézu W. Prouta (1816), podle níž jsou všechny prvky stavěny z vodíku.

Hmotnosti atomových jader jsou zvláště zajímavé pro identifikaci nových jader, pochopení jejich struktury, předpovídání charakteristik rozpadu: životnost, možné kanály rozpadu atd.
Poprvé byl popis hmotností atomových jader poskytnut Weizsäckerem na základě kapkového modelu. Weizsäckerův vzorec umožňuje vypočítat hmotnost atomového jádra M(A,Z) a vazebnou energii jádra, pokud je známo hmotnostní číslo A a počet protonů Z v jádře.
Weizsackerův vzorec pro hmotnosti jader má následující formu:

kde mp = 938,28 MeV/c2, mn = 939,57 MeV/c2, a1 = 15,75 MeV, a2 = 17,8 MeV, a3 = 0,71 MeV, a4 = 23,7 MeV, a5 = (+34 MeV 1, 0, -1), respektive pro lichá-lichá jádra, jádra s lichým A, sudá-sudá jádra.
První dva členy vzorce jsou součty hmotností volných protonů a neutronů. Zbývající termíny popisují vazebnou energii jádra:

• a 1 A zohledňuje přibližnou stálost měrné vazebné energie jádra, tzn. odráží vlastnost nasycení jaderné síly;
• a 2 A 2/3 popisuje povrchovou energii a zohledňuje skutečnost, že povrchové nukleony v jádře jsou vázané slabší;
• a 3 Z 2 /A 1/3 popisuje pokles jaderné vazebné energie v důsledku Coulombovy interakce protonů;
• a 4 (A - 2Z) 2 /A zohledňuje vlastnost nábojové nezávislosti jaderných sil a působení Pauliho principu;
• a 5 A -3/4 zohledňuje párovací efekty.

Parametry a 1 - a 5 obsažené ve Weizsäckerově vzorci jsou voleny tak, aby optimálně popisovaly hmotnosti jader v blízkosti oblasti β-stability.
Od samého začátku však bylo jasné, že Weizsackerův vzorec nebral v úvahu některé konkrétní detaily struktury atomových jader.
Weizsäckerův vzorec tedy předpokládá rovnoměrné rozložení nukleonů ve fázovém prostoru, tzn. v podstatě zanedbává obalovou strukturu atomového jádra. Ve skutečnosti struktura slupky vede k nehomogenitě v distribuci nukleonů v jádře. Výsledná anizotropie středního pole v jádře vede také k deformaci jader v základním stavu.

Přesnost, s jakou Weizsäckerův vzorec popisuje hmotnosti atomových jader, lze odhadnout z Obr. 6.1, který ukazuje rozdíl mezi experimentálně naměřenými hmotnostmi atomových jader a výpočty na základě Weizsäckerova vzorce. Odchylka dosahuje 9 MeV, což je asi 1 % celkové vazebné energie jádra. Zároveň je jasně vidět, že tyto odchylky jsou systematické povahy, což je způsobeno strukturou obalu atomových jader.
Odchylka jaderné vazebné energie od hladké křivky předpovězené modelem kapky kapaliny byla první přímou indikací struktury obalu jádra. Rozdíl ve vazebných energiích mezi sudými a lichými jádry ukazuje na přítomnost párovacích sil v atomových jádrech. Odchylka od "hladkého" chování separačních energií dvou nukleonů v jádrech mezi naplněnými slupky je známkou deformace atomových jader v základním stavu.
Údaje o hmotnostech atomových jader jsou základem ověřování různých modelů atomových jader, proto velká důležitost má přesnost znalostí hmotností jader. Hmotnosti atomových jader se počítají pomocí různých fenomenologických nebo semiempirických modelů s využitím různých aproximací makroskopických a mikroskopických teorií. V současnosti existující hmotnostní vzorce docela dobře popisují hmotnosti (vazbové energie) jader v blízkosti údolí stability. (Přesnost odhadu vazebné energie je ~100 keV). Avšak pro jádra daleko od údolí stability se nejistota v předpovědi vazebné energie zvyšuje na několik MeV. (obr. 6.2). Na obr.6.2 jsou odkazy na díla, ve kterých jsou uvedeny a analyzovány různé hmotnostní vzorce.

Porovnání předpovědí různých modelů s naměřenými jadernými hmotnostmi ukazuje, že je třeba dát přednost modelům založeným na mikroskopickém popisu, který bere v úvahu strukturu obalu jader. Je třeba si také uvědomit, že přesnost předpovědi hmotností jader ve fenomenologických modelech je často určena počtem parametrů, které se v nich používají. Experimentální údaje o hmotnostech atomových jader jsou uvedeny v přehledu. Navíc jejich neustále aktualizované hodnoty lze nalézt v referenčních materiálech mezinárodního databázového systému.
Za minulé roky Pro experimentální stanovení hmotností atomových jader s krátkou životností byly vyvinuty různé metody.

Základní metody určování hmotností atomových jader

Uvádíme, aniž bychom zacházeli do podrobností, hlavní metody pro určování hmotností atomových jader.

• Měření β-rozpadové energie Q b je poměrně běžná metoda pro stanovení hmotností jader daleko od β-mezi stability. K určení neznámé hmoty prožívající β-rozpad jádra A

,

používá se poměr

MA \u003d M B + m e + Q b / c 2.

Když tedy známe hmotnost konečného jádra B, lze získat hmotnost počátečního jádra A. K beta rozpadu často dochází v excitovaném stavu konečného jádra, což je třeba vzít v úvahu.

Tento vztah je psán pro α-rozpady ze základního stavu počátečního jádra do základního stavu jádra konečného. Energie buzení lze snadno zohlednit. Přesnost, s jakou jsou hmotnosti atomových jader určeny z rozpadové energie, je ~ 100 keV. Tato metoda je široce používána pro stanovení hmotností supertěžkých jader a jejich identifikaci.

1. Měření hmotností atomových jader metodou time-of-flight

Stanovení hmotnosti jádra (A ~ 100) s přesností ~ 100 keV je ekvivalentní relativní přesnosti měření hmotnosti ΔM/M ~10-6. K dosažení této přesnosti se používá magnetická analýza ve spojení s měřením doby letu. Tato technika je použita ve spektrometru SPEG - GANIL (obr. 6.3) a TOFI - Los Alamos. Magnetická tuhost Bρ, hmotnost částice m, rychlost částice v a náboj q spolu souvisí

Při znalosti magnetické tuhosti spektrometru B lze tedy určit m/q pro částice se stejnou rychlostí. Tato metoda umožňuje určit hmotnosti jader s přesností ~ 10 -4 . Přesnost měření hmotností jader lze zlepšit, pokud je současně měřena doba letu. V tomto případě se hmotnost iontu určí ze vztahu

kde L je letová základna, TOF je doba letu. Základny rozpětí se pohybují od několika metrů do 10 3 metrů a umožňují zvýšit přesnost měření hmotností jader na 10 -6 .
Výrazné zvýšení přesnosti určování hmotností atomových jader napomáhá také skutečnost, že hmotnosti různých jader jsou měřeny současně, v jednom experimentu a jako referenční mohou být použity přesné hodnoty hmotností jednotlivých jader. body. Metoda neumožňuje oddělit základní a izomerní stavy atomových jader. Na GANIL se vytváří nastavení s dráhou letu ~3,3 km, které zlepší přesnost měření hmotností jader na několik jednotek o 10 -7.

1. Přímá definice hmotností jader metodou měření cyklotronové frekvence

U částice rotující v konstantním magnetickém poli B je frekvence rotace vztažena k její hmotnosti a náboji vztahem

Navzdory skutečnosti, že metody 2 a 3 jsou založeny na stejném poměru, přesnost v metodě 3 měření cyklotronové frekvence je vyšší (~ 10 -7), protože je to ekvivalentní použití základny s delším rozpětím.

2. Měření hmotností atomových jader v zásobním kruhu

   Tato metoda se používá na úložném kruhu ESR v GSI (Darmstadt, Německo). Metoda využívá Schottkyho detektor a je použitelná pro stanovení hmotností jader s životností > 1 min. Metoda měření cyklotronové frekvence iontů v zásobním prstenci se používá v kombinaci s průběžnou předseparací iontů. Na zařízení FRS-ESR v GSI (obr. 6.4) byla provedena přesná měření hmotnosti velký počet jádra v širokém rozsahu hmotnostních čísel.

   209 bijader urychlených na energii 930 MeV/nukleon bylo zaměřeno na beryliový terč o tloušťce 8 g/cm 2 umístěný u vstupu FRS. V důsledku fragmentace 209Bi vzniká velké množství sekundárních částic v rozmezí od 209Bi do 1H. Reakční produkty se oddělují za chodu podle své magnetické tvrdosti. Tloušťka cíle je zvolena tak, aby se rozšířil rozsah jader současně zachycených magnetickým systémem. K rozšíření rozsahu jader dochází díky tomu, že částice s různým nábojem jsou v beryliovém terči zpomalovány jiným způsobem. Fragment separátoru FRS je vyladěn pro průchod částic s magnetickou tvrdostí ~350 MeV/nukleon. Prostřednictvím systému ve zvoleném rozsahu náboje detekovaných jader (52 < Z < 83) mohou současně procházet plně ionizované atomy (holé ionty), ionty podobné vodíku (podobné vodíku) s jedním elektronem nebo ionty podobné heliu (podobné heliu) se dvěma elektrony. Protože se rychlost částic při průchodu FRS prakticky nemění, selekce částic se stejnou magnetickou tuhostí vybírá částice s hodnotou M/Z s přesností ~ 2 %. Proto je frekvence rotace každého iontu v úložném prstenci ESR určena poměrem M/Z. To je základem přesné metody pro měření hmotností atomových jader. Frekvence otáček iontů se měří pomocí Schottkyho metody. Použití metody iontového chlazení v zásobním prstenci navíc řádově zvyšuje přesnost stanovení hmotnosti. Na Obr. 6.5 ukazuje graf hmotností atomových jader oddělených touto metodou v GSI. Je třeba mít na paměti, že pomocí popsané metody lze identifikovat jádra s poločasem rozpadu delším než 30 sekund, který je určen dobou chlazení paprsku a dobou analýzy.

   Na Obr. 6.6 ukazuje výsledky stanovení hmotnosti izotopu 171 Ta v různých stavech nabití. V analýze byly použity různé referenční izotopy. Naměřené hodnoty jsou porovnávány s tabulkovými údaji (Wapstra).

3. Měření hmotnosti jádra pomocí Penning Trap

   Kombinací metod ISOL a iontových pastí se otevírají nové experimentální možnosti pro přesná měření hmotností atomových jader. Pro ionty, které mají velmi malou kinetickou energii a tedy malý poloměr rotace v silném magnetickém poli, se používají Penningovy pasti. Tato metoda je založena na přesném měření frekvence rotace částic

   ω = B(q/m),

   zachycené v silném magnetickém poli. Přesnost měření hmotnosti pro lehké ionty může dosáhnout ~ 10-9. Na Obr. Obrázek 6.7 ukazuje spektrometr ISOLTRAP namontovaný na separátoru ISOL - CERN.
   Hlavními prvky tohoto nastavení jsou sekce pro přípravu iontového paprsku a dvě Penningovy pasti. První Penningova past je válec umístěný v magnetickém poli ~4 T. Ionty v první pasti jsou navíc ochlazovány v důsledku srážek s vyrovnávacím plynem. Na Obr. Obrázek 6.7 ukazuje rozložení hmotnosti iontů s A = 138 v první Penningově pasti jako funkci rychlosti otáčení. Po ochlazení a vyčištění je iontový oblak z prvního lapače injektován do druhého. Zde je hmotnost iontu měřena rezonanční frekvencí rotace. Rozlišení dosažitelné touto metodou pro těžké izotopy s krátkou životností je nejvyšší a činí ~ 10-7.

   Rýže. 6.7 Spektrometr ISOLTRAP

Před mnoha lety se lidé zajímali, z čeho se všechny látky skládají. První, kdo se na to pokusil odpovědět, byl starověký řecký vědec Democritus, který věřil, že všechny látky jsou složeny z molekul. Nyní víme, že molekuly se skládají z atomů. Atomy se skládají z ještě menších částic. Ve středu atomu je jádro, které obsahuje protony a neutrony. Nejmenší částice – elektrony – se pohybují po drahách kolem jádra. Jejich hmotnost je ve srovnání s hmotností jádra zanedbatelná. Ale jak zjistit hmotnost jádra, pomohou pouze výpočty a znalosti chemie. K tomu je potřeba určit počet protonů a neutronů v jádře. Prohlédněte si tabulkové hodnoty hmotností jednoho protonu a jednoho neutronu a najděte jejich celkovou hmotnost. Toto bude hmotnost jádra.

Často se můžete setkat s takovou otázkou, jak najít hmotnost, když znáte rychlost. Podle klasických zákonů mechaniky hmotnost nezávisí na rychlosti tělesa. Pokud totiž auto, které se vzdaluje, začne nabírat rychlost, vůbec to neznamená, že se jeho hmotnost zvýší. Na začátku dvacátého století však Einstein předložil teorii, podle níž tato závislost existuje. Tento efekt se nazývá relativistický nárůst tělesné hmoty. A projevuje se, když se rychlosti těles blíží rychlosti světla. Moderní urychlovače částic umožňují urychlit protony a neutrony na tak vysoké rychlosti. A ve skutečnosti byl v tomto případě zaznamenán nárůst jejich hmotnosti.

Ale stále žijeme ve světě špičkových technologií, ale nízkých rychlostí. Proto, abychom věděli, jak vypočítat hmotnost látky, není vůbec nutné urychlovat těleso na rychlost světla a učit se Einsteinovu teorii. Tělesnou hmotnost lze měřit na váze. Pravda, ne každé tělo lze položit na váhu. Proto existuje další způsob, jak vypočítat hmotnost z její hustoty.

Vzduch kolem nás, vzduch, který je pro lidstvo tak nezbytný, má také svou vlastní hmotnost. A při řešení problému, jak určit hmotnost vzduchu, například v místnosti, není nutné počítat počet molekul vzduchu a sčítat hmotnost jejich jader. Jednoduše určíte objem místnosti a vynásobíte jej hustotou vzduchu (1,9 kg / m3).

Vědci se nyní naučili s velkou přesností vypočítat hmotnosti různých těles, od jader atomů po hmotnost zeměkoule a dokonce i hvězdy, které jsou od nás vzdálené několik set světelných let. Mše jako Fyzické množství, je mírou setrvačnosti těla. Masivnější tělesa jsou prý inertnější, to znamená, že mění svou rychlost pomaleji. Proto je koneckonců rychlost a hmotnost propojena. Ale hlavní rys Tato hodnota je, že jakékoli tělo nebo látka má hmotnost. Na světě není hmota, která by neměla hmotnost!

atomové jádro je centrální část atomu, tvořená protony a neutrony (souhrnně nazývané nukleony).

Jádro objevil E. Rutherford v roce 1911 při studiu průchodu α -částice prostřednictvím hmoty. Ukázalo se, že téměř celá hmotnost atomu (99,95 %) je soustředěna v jádře. Velikost atomového jádra je řádově 10 -1 3 -10 - 12 cm, což je 10 000 krát menší než velikost elektronového obalu.

Planetární model atomu navržený E. Rutherfordem a jeho experimentální pozorování vodíkových jader vyřazeno α -částice z jader jiných prvků (1919-1920), přivedly vědce k myšlence proton. Termín proton byl zaveden na počátku 20. let 20. století.

Proton (z řečtiny. protony- za prvé, charakter p) je stabilní elementární částice, jádro atomu vodíku.

Proton- kladně nabitá částice, jejíž náboj se v absolutní hodnotě rovná náboji elektronu E\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Hmotnost protonu je 1836krát větší než hmotnost elektronu. Klidová hmotnost protonu m p= 1,6726231 10–27 kg = 1,007276470 amu

Druhá částice v jádře je neutron.

Neutron (z lat. neutrum- ani jedno, ani druhé, symbol n) je elementární částice, která nemá náboj, tedy neutrální.

Hmotnost neutronu je 1839krát větší než hmotnost elektronu. Hmotnost neutronu je téměř stejná (o něco větší než) hmotnost protonu: zbytková hmotnost volného neutronu m n= 1,6749286 10–27 kg = 1,0008664902 amu a převyšuje hmotnost protonu o 2,5 hmotnosti elektronu. Neutron spolu s protonem pod běžné jméno nukleon je součástí atomového jádra.

Neutron byl objeven v roce 1932 D. Chadwigem, studentem E. Rutherforda, během bombardování berylia α -částice. Výsledné záření s vysokou penetrační silou (překonalo překážku z olověného plátu o tloušťce 10–20 cm) zesílilo svůj účinek při průchodu parafínovým plátem (viz obrázek). Joliot-Curie odhady energie těchto částic ze stop v oblačné komoře a další pozorování umožnily eliminovat původní předpoklad, že γ -kvanta. Velká penetrační síla nových částic, zvaných neutrony, byla vysvětlena jejich elektrickou neutralitou. Nabité částice totiž aktivně interagují s hmotou a rychle ztrácejí svou energii. Existenci neutronů předpověděl E. Rutherford 10 let před experimenty D. Chadwiga. Při zásahu α -částice v jádrech berylia dochází k následující reakci:

Zde je symbol neutronu; jeho náboj je roven nule a relativní atomová hmotnost je přibližně rovna jedné. Neutron je nestabilní částice: volný neutron v čase ~ 15 min. se rozpadá na proton, elektron a neutrino - částici postrádající klidovou hmotnost.

Po objevu neutronu J. Chadwickem v roce 1932 D. Ivanenko a W. Heisenberg nezávisle navrhli protonový-neutronový (nukleonový) model jádra. Podle tohoto modelu se jádro skládá z protonů a neutronů. Počet protonů Z se shoduje s pořadovým číslem prvku v tabulce D. I. Mendělejeva.

Základní náboj Q určeno počtem protonů Z, které jsou součástí jádra, a je násobkem absolutní hodnoty elektronového náboje E:

Q = + Ze.

Číslo Z volal číslo jaderné nálože nebo protonové číslo.

Hmotnostní číslo jádra A volal celkový počet nukleony, tedy protony a neutrony v něm obsažené. Počet neutronů v jádře je označen písmenem N. Hmotnostní číslo je tedy:

A = Z + N.

Nukleonům (proton a neutron) je přiřazeno hmotnostní číslo rovné jedné a elektronu nulová hodnota.

Myšlenka na složení jádra byla také usnadněna objevem izotopy.

Izotopy (z řec. isos stejný, stejný a topoa- místo) - jedná se o odrůdy atomů stejného chemického prvku, jejichž atomová jádra mají stejný počet protonů ( Z) a jiný počet neutronů ( N).

Jádra takových atomů se také nazývají izotopy. Izotopy jsou nuklidy jeden prvek. Nuklid (z lat. jádro- jádro) - libovolné atomové jádro (respektive atom) s daná čísla Z A N. Obecné označení nuklidů je ……. Kde X- symbol chemického prvku, A=Z+N- hmotnostní číslo.

Izotopy zaujímají stejné místo v periodické tabulce prvků, odtud jejich název. Izotopy se zpravidla výrazně liší svými jadernými vlastnostmi (například schopností vstupovat do jaderných reakcí). Chemické (a téměř stejně fyzikální) vlastnosti izotopů jsou stejné. To je vysvětleno tím Chemické vlastnosti prvek jsou určeny nábojem jádra, protože je to on, kdo ovlivňuje strukturu elektronového obalu atomu.

Výjimkou jsou izotopy lehkých prvků. Izotopy vodíku 1 H — protium, 2 H— deuterium, 3 H — tritium liší se natolik hmotností, že se liší i jejich fyzikální a chemické vlastnosti. Deuterium je stabilní (tj. není radioaktivní) a je obsaženo jako malá nečistota (1:4500) v běžném vodíku. Deuterium se spojuje s kyslíkem za vzniku těžké vody. Vře za normálního atmosférického tlaku při 101,2°C a mrzne při +3,8°C. Tritium β je radioaktivní s poločasem rozpadu asi 12 let.

Všechny chemické prvky mají izotopy. Některé prvky mají pouze nestabilní (radioaktivní) izotopy. U všech prvků byly uměle získány radioaktivní izotopy.

Izotopy uranu. Prvek uran má dva izotopy - s hmotnostními čísly 235 a 238. Izotop je pouze 1/140 běžnějšího.