atomtömeg az atomot vagy molekulát alkotó összes proton, neutron és elektron tömegének összege. A protonokhoz és neutronokhoz képest az elektronok tömege nagyon kicsi, ezért a számításoknál nem vesszük figyelembe. Bár formai szempontból helytelen, ezt a kifejezést gyakran használják egy elem összes izotópjának átlagos atomtömegére. Valójában ez a relatív atomtömeg, más néven atomtömeg elem. Az atomtömeg egy elem összes természetesen előforduló izotópja atomtömegének átlaga. A vegyészeknek munkájuk során különbséget kell tenniük e kétféle atomtömeg között – az atomtömeg helytelen értéke például helytelen eredményhez vezethet a reakciótermék hozamára vonatkozóan.

Lépések

Az atomtömeg meghatározása az elemek periódusos rendszere szerint

Ismerje meg, hogyan írják le az atomtömeget. Az atomtömeg, vagyis egy adott atom vagy molekula tömege kifejezhető szabványos SI-egységekben - grammban, kilogrammban stb. Tekintettel azonban arra, hogy az ezekben a mértékegységekben kifejezett atomtömegek rendkívül kicsik, gyakran egységes atomtömeg-egységben vagy röviden a.u.m-ben írják őket. atomi tömegegységek. Egy atomtömeg-egység egyenlő a standard szén-12 izotóp tömegének 1/12-ével.

• Az atomtömeg mértékegysége jellemzi a tömeget az adott elem egy mólja grammban. Ez az érték nagyon hasznos a gyakorlati számításokban, mivel segítségével egy adott anyag adott számú atomjának vagy molekulájának tömege könnyen átváltható mólokra, és fordítva.

1. megtalálja atomtömeg V periódusos táblázat Mengyelejev. A legtöbb szabványos periódusos táblázat tartalmazza az egyes elemek atomtömegét (atomsúlyát). Ezek általában egy számként vannak megadva az elemmel ellátott cella alján, a kémiai elemet jelölő betűk alatt. Ez általában nem egész szám, hanem tizedes.

   Ne feledje, hogy a periódusos rendszer az elemek átlagos atomtömegét mutatja. Amint azt korábban megjegyeztük, a periódusos rendszer egyes elemeire megadott relatív atomtömegek az atom összes izotópjának tömegének átlagai. Ez az átlagérték számos gyakorlati célból értékes: például több atomból álló molekulák moláris tömegének kiszámításához használják. Ha azonban egyedi atomokkal van dolgunk, ez az érték általában nem elegendő.

   • Mivel az átlagos atomtömeg több izotóp átlaga, a periódusos rendszerben megadott érték nem pontos bármely atom tömegének értéke.
   • Az egyes atomok atomtömegét az egy atomban lévő protonok és neutronok pontos számának figyelembevételével kell kiszámítani.

   Egyedi atom atomtömegének kiszámítása

   1. Keresse meg egy adott elem vagy izotópjának rendszámát! Az atomszám az elem atomjaiban lévő protonok száma, és soha nem változik. Például az összes hidrogénatom, ill csak egy protonjuk van. A nátrium atomszáma 11, mert tizenegy protonja van, míg az oxigénnek nyolc, mert nyolc protonja van. Bármely elem rendszámát megtalálhatja Mengyelejev periódusos rendszerében - szinte minden szabványos változatában ez a szám a kémiai elem betűjele fölött van feltüntetve. Az atomszám mindig pozitív egész szám.

      • Tegyük fel, hogy egy szénatom érdekel bennünket. A szénatomokban mindig hat proton van, tehát tudjuk, hogy a rendszáma 6. Ezen kívül azt látjuk, hogy a periódusos rendszerben a szénnel (C) tartalmazó cella tetején a „6” szám van, ami azt jelzi, hogy a szénatomszám hat.
      • Megjegyzendő, hogy egy elem rendszáma nem egyértelműen kapcsolódik a periódusos rendszerben szereplő relatív atomtömegéhez. Bár különösen a táblázat tetején lévő elemek esetében úgy tűnhet, hogy egy elem atomtömege kétszerese a rendszámának, ezt soha nem úgy számítják ki, hogy a rendszámot megszorozzák kettővel.

   2. Határozza meg a neutronok számát az atommagban! A neutronok száma ugyanazon elem különböző atomjainál eltérő lehet. Amikor ugyanannak az elemnek két azonos protonszámú atomja van különböző mennyiségben neutronok, ezek ennek az elemnek a különböző izotópjai. A protonok számától eltérően, amely soha nem változik, az adott elem atomjaiban lévő neutronok száma gyakran változhat, ezért egy elem átlagos atomtömege két szomszédos egész szám közötti tizedes törtként kerül felírásra.

      Adja össze a protonok és neutronok számát. Ez lesz ennek az atomnak az atomtömege. Hagyja figyelmen kívül az atommagot körülvevő elektronok számát – össztömegük rendkívül kicsi, így alig vagy egyáltalán nem befolyásolják a számításait.

   Egy elem relatív atomtömegének (atomtömegének) kiszámítása

   1. Határozza meg, mely izotópok vannak a mintában! A vegyészek gyakran meghatározzák az izotópok arányát egy adott mintában egy speciális műszerrel, amelyet tömegspektrométernek neveznek. A képzés során azonban ezeket az adatokat a feladatok, az ellenőrzés és így tovább a tudományos irodalomból vett értékek formájában adjuk át Önnek.

      • Esetünkben tegyük fel, hogy két izotóppal van dolgunk: a szén-12-vel és a szén-13-mal.

   2. Határozza meg az egyes izotópok relatív mennyiségét a mintában. Minden elemnél különböző izotópok fordulnak elő eltérő arányban. Ezeket az arányokat szinte mindig százalékban fejezik ki. Egyes izotópok nagyon gyakoriak, míg mások nagyon ritkák – néha olyan ritkák, hogy nehéz kimutatni őket. Ezeket az értékeket tömegspektrometriával vagy referenciakönyvben lehet meghatározni.

      • Tegyük fel, hogy a szén-12 koncentrációja 99%, a szén-13 pedig 1%. A szén egyéb izotópjai igazán léteznek, de olyan kis mennyiségben, hogy ebben az esetben elhanyagolhatóak.

   3. Szorozzuk meg az egyes izotópok atomtömegét a mintában lévő koncentrációjukkal. Szorozzuk meg az egyes izotópok atomtömegét százalékos arányukkal (tizedesjegyben kifejezve). A százalékok konvertálásához decimális, csak osszuk el őket 100-zal. A kapott koncentrációk összege mindig 1 legyen.

      • Mintánk szén-12-t és szén-13-at tartalmaz. Ha a szén-12 a minta 99%-a, a szén-13 pedig 1%, akkor szorozzuk meg a 12-t (a szén-12 atomtömege) 0,99-cel és a 13-at (a szén-13 atomtömege) 0,01-gyel.
      • A referenciakönyvek százalékos arányokat adnak meg egy elem összes izotópjának ismert mennyisége alapján. A legtöbb kémia tankönyv tartalmazza ezeket az információkat egy táblázatban a könyv végén. A vizsgált minta esetében az izotópok relatív koncentrációja tömegspektrométerrel is meghatározható.

   4. Adja össze az eredményeket. Adja össze az előző lépésben kapott szorzási eredményeket. A művelet eredményeként megtalálja elemének relatív atomtömegét - a kérdéses elem izotópjainak atomtömegeinek átlagos értékét. Ha egy elemet egésznek tekintünk, és nem egy adott elem konkrét izotópjának, akkor ezt az értéket kell használni.

      • Példánkban 12 x 0,99 = 11,88 szén-12 és 13 x 0,01 = 0,13 szén-13 esetén. A relatív atomtömeg esetünkben 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Egyes izotópok kevésbé stabilak, mint mások: az atommagban kevesebb protont és neutront tartalmazó elemek atomjaivá bomlanak, így az atommagot alkotó részecskék szabadulnak fel. Az ilyen izotópokat radioaktívnak nevezzük.

Isogony. A hidrogénatom magja - a proton (p) - a legegyszerűbb atommag. Pozitív töltése abszolút értékben egyenlő az elektron töltésével. A proton tömege 1,6726-10'2 kg. A protont mint részecskét, amely az atommagok része, Rutherford fedezte fel 1919-ben.

Mert kísérleti meghatározás atommagtömegeket használtak és használnak jelenleg is tömegspektrométerek. A tömegspektrometria elve, amelyet először Thomson (1907) javasolt, az elektromos és mágneses mezők fókuszáló tulajdonságainak felhasználása a töltött részecskenyalábok vonatkozásában. Az első kellően nagy felbontású tömegspektrométereket 1919-ben a F.U. Aston és A. Dempstrom. A tömegspektrométer működési elve az ábrán látható. 1.3.

Mivel az atomok és molekulák elektromosan semlegesek, először ionizálni kell őket. Ionforrásban az ionok úgy jönnek létre, hogy a vizsgált anyag gőzeit gyors elektronokkal bombázzák, majd elektromos térben történő gyorsítás után (potenciálkülönbség) v) kilép a vákuumkamrába, a homogén tartományba esve mágneses mező B. Hatása alatt az ionok egy kör mentén kezdenek mozogni, amelynek sugara G a Lorentz-erő és a centrifugális erő egyenlőségéből adódik:

Ahol M- ion tömeg. A v ionsebességet az összefüggés határozza meg

Rizs. 1.3.

Gyorsuló potenciálkülönbség Van vagy mágneses térerősség BAN BEN választható úgy, hogy az azonos tömegű ionok ugyanarra a helyre essenek egy fényképezőlapon vagy más helyzetérzékeny detektoron. Ekkor a tömeg-rugólöket jel maximumának meghatározásával és az (1.7) képlet segítségével meghatározhatjuk az ion tömegét is. M. 1

Kivéve a sebességet v(1.5) és (1.6) alapján azt találjuk

A tömegspektrometriás technikák fejlődése lehetővé tette Frederick Soddy 1910-ben megfogalmazott feltevésének megerősítését, miszerint a töredékes (a hidrogénatom tömegének egységeiben kifejezett) atomtömegek. kémiai elemek a létezéssel magyarázható izotópok- azonos magtöltésű, de eltérő tömegű atomok. Az Aston úttörő kutatásának köszönhetően kiderült, hogy a legtöbb elem valóban két vagy több természetben előforduló izotóp keverékéből áll. A kivétel a viszonylag kevés elem (F, Na, Al, P, Au stb.), amelyeket monoizotóposnak neveznek. A természetes izotópok száma egy elemben elérheti a 10-et (Sn). Ráadásul, mint később kiderült, kivétel nélkül minden elemnek van radioaktivitási tulajdonságával rendelkező izotópja. A legtöbb radioaktív izotóp nem található meg a természetben, csak mesterségesen lehet beszerezni. A 43 (Tc), 61 (Pm), 84 (Po) és afölötti rendszámú elemek csak radioaktív izotópokkal rendelkeznek.

A fizikában és kémiában ma elfogadott nemzetközi atomtömeg mértékegység (a.m.u.) a természetben leggyakrabban előforduló szénizotóp tömegének 1/12-e: 1 a.m.u. = 1,66053873* 10" kg. Közel áll a hidrogén atomtömegéhez, bár nem egyenlő vele. Az elektron tömege körülbelül 1/1800 a.m.u. A modern tömegspektrométerekben a tömegmérés relatív hibája

AMfM= 10 -10, ami lehetővé teszi a tömegkülönbségek mérését 10 -10 am.u. szinten.

Az izotópok atomtömege amu-ban kifejezve majdnem pontosan egész szám. Így minden atommaghoz hozzárendelhető a maga tömegszám A(egész) pl. H-1, H-2, H-3, C-12, 0-16, Cl-35, C1-37 stb. Ez utóbbi körülmény újjáéledt új alap W. Prout (1816) hipotézise iránt érdeklődik, mely szerint minden elem hidrogénből épül fel.

Az atommagok tömegei különösen érdekesek az új atommagok azonosításához, szerkezetük megértéséhez, a bomlási jellemzők előrejelzéséhez: élettartam, lehetséges bomlási csatornák stb.
Az atommagok tömegének leírását először Weizsäcker adta meg a cseppmodell alapján. A Weizsäcker-képlet lehetővé teszi az atommag tömegének M(A,Z) és az atommag kötési energiájának kiszámítását, ha ismert az A tömegszám és az atommagban lévő Z protonok száma.
Az atommagok tömegére vonatkozó Weizsacker-képlet a következő:

ahol m p = 938,28 MeV/c 2, m n = 939,57 MeV/c 2, a 1 = 15,75 MeV, a 2 = 17,8 MeV, a 3 = 0,71 MeV, a 4 = 23,7 MeV, a 5 = 34 MeV, = 1, 0, -1), illetve páratlan-páratlan magokra, páratlan A-val rendelkező magokra, páros-páros magokra.
A képlet első két tagja a szabad protonok és neutronok tömegének összege. A többi kifejezés az atommag kötési energiáját írja le:

• a 1 A figyelembe veszi az atommag fajlagos kötési energiájának hozzávetőleges állandóságát, azaz. a telítettségi tulajdonságot tükrözi nukleáris erők;
• a 2 A 2/3 a felületi energiát írja le, és figyelembe veszi azt a tényt, hogy a sejtmag felszíni nukleonjai gyengébb kötésben vannak;
• a 3 Z 2 /A 1/3 a nukleáris kötési energia csökkenését írja le a protonok Coulomb-kölcsönhatása következtében;
• a 4 (A - 2Z) 2 /A figyelembe veszi a nukleáris erők töltésfüggetlenségének tulajdonságát és a Pauli-elv hatását;
• a 5 A -3/4 figyelembe veszi a párzási hatásokat.

A Weizsäcker-képletben szereplő a 1 - a 5 paramétereket úgy választottuk meg, hogy optimálisan leírják a β-stabilitási régió közelében lévő magtömegeket.
Mindazonáltal már a kezdet kezdetén világos volt, hogy a Weizsacker-képlet nem vette figyelembe az atommagok szerkezetének néhány konkrét részletét.
Így a Weizsäcker-képlet a nukleonok egyenletes eloszlását feltételezi a fázistérben, azaz. lényegében figyelmen kívül hagyja az atommag héjszerkezetét. Valójában a héj szerkezete inhomogenitáshoz vezet a nukleonok eloszlásában a magban. A magban az átlagos mező ebből eredő anizotrópiája az alapállapotban lévő magok deformálódásához is vezet.

ábra alapján megbecsülhető, hogy a Weizsäcker-képlet milyen pontossággal írja le az atommagok tömegét. 6.1, amely az atommagok kísérletileg mért tömegei és a Weizsäcker-képlet alapján végzett számítások közötti különbséget mutatja. Az eltérés eléri a 9 MeV-ot, ami a mag teljes kötési energiájának körülbelül 1%-a. Ugyanakkor jól látható, hogy ezek az eltérések szisztematikus jellegűek, ami az atommagok héjszerkezetének köszönhető.
A nukleáris kötési energia eltérése a folyadékcsepp modell által előre jelzett sima görbétől volt az első közvetlen jelzés a mag héjszerkezetére vonatkozóan. A páros és páratlan magok közötti kötési energiák különbsége párosító erők jelenlétét jelzi az atommagokban. Két nukleon szétválási energiáinak „sima” viselkedésétől való eltérés a töltött héjak között lévő magokban az atommagok alapállapotú deformációját jelzi.
Az atommagok tömegére vonatkozó adatok tehát alátámasztják az atommagok különféle modelljeinek igazolását nagyon fontos olyan pontossággal rendelkezik, hogy ismeri az atommagok tömegét. Az atommagok tömegét különféle fenomenológiai vagy szemi-empirikus modellek segítségével számítják ki a makroszkopikus és mikroszkópos elméletek különféle közelítéseivel. A jelenleg létező tömegképletek meglehetősen jól leírják a -stabilitási völgy közelében lévő atommagok tömegét (kötési energiáját). (A kötési energia becslés pontossága ~100 keV). A stabilitási völgytől távol eső atommagok esetében azonban a kötési energia előrejelzésének bizonytalansága több MeV-ra nő. (6.2. ábra). A 6.2. ábrán olyan munkákra találhatunk hivatkozásokat, amelyekben különféle tömegképletek vannak megadva és elemezve.

A különböző modellek előrejelzéseinek mért magtömegekkel való összehasonlítása azt jelzi, hogy előnyben kell részesíteni a mikroszkópos leíráson alapuló modelleket, amelyek figyelembe veszik az atommagok héjszerkezetét. Szem előtt kell tartani azt is, hogy a fenomenológiai modellekben a magtömegek előrejelzésének pontosságát gyakran a bennük használt paraméterek száma határozza meg. Az áttekintésben az atommagok tömegére vonatkozó kísérleti adatok találhatók. Emellett folyamatosan frissülő értékeik megtalálhatók a nemzetközi adatbázisrendszer referenciaanyagaiban is.
Mögött utóbbi évek A rövid élettartamú atommagok tömegének kísérleti meghatározására különféle módszereket fejlesztettek ki.

Alapvető módszerek az atommagok tömegének meghatározására

A részletekbe menés nélkül felsoroljuk az atommagok tömegének meghatározásának főbb módszereit.

• A β-bomlási energia Q b mérése meglehetősen elterjedt módszer a β-stabilitási határtól távol eső atommagok tömegének meghatározására. Az A mag β-bomlását tapasztaló ismeretlen tömeg meghatározása

,

az arányt használják

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

Ezért a B végső mag tömegének ismeretében megkaphatjuk az A kezdeti mag tömegét. A béta-bomlás gyakran a végső mag gerjesztett állapotában következik be, amit figyelembe kell venni.

Ez az összefüggés a kiindulási mag alapállapotától a végső mag alapállapotáig tartó α-bomlásokra íródott. A gerjesztési energiákat könnyen figyelembe lehet venni. Az atommagok tömegének meghatározásának pontossága a bomlási energiából ~ 100 keV. Ezt a módszert széles körben használják a szupernehéz atommagok tömegének meghatározására és azonosítására.

1. Atommagok tömegének mérése repülési idő módszerrel

Az atommag tömegének (A ~ 100) ~ 100 keV pontossággal történő meghatározása egyenértékű a tömegmérés relatív pontosságával ΔM/M ~10 -6 . A pontosság elérése érdekében mágneses analízist alkalmaznak a repülési idő mérésével együtt. Ezt a technikát a SPEG - GANIL (6.3. ábra) és a TOFI - Los Alamos spektrométerben használják. A Bρ mágneses merevség, az m részecsketömeg, a v részecskesebesség és a q töltés összefügg

Így a B spektrométer mágneses merevségének ismeretében az azonos sebességű részecskék m/q értéke meghatározható. Ez a módszer lehetővé teszi az atommagok tömegének ~ 10 -4 pontosságú meghatározását. Az atommagok tömegének mérési pontossága javítható, ha a repülési időt egyidejűleg mérjük. Ebben az esetben az ion tömegét az összefüggésből határozzuk meg

ahol L a repülési bázis, TOF a repülés ideje. A fesztávolságok néhány métertől 10 3 méterig terjednek, és lehetővé teszik az atommagok tömegének mérési pontosságát 10 -6-ra.
Az atommagok tömegének meghatározásának pontosságának jelentős növelését elősegíti az is, hogy a különböző atommagok tömegét egyidejűleg, egy kísérletben mérik, és az egyes atommagok tömegének pontos értékei referenciaként használhatók. pontokat. A módszer nem teszi lehetővé az atommagok alap- és izomerállapotainak elkülönítését. A GANIL-nál egy ~3,3 km-es repülési útvonalú elrendezés készül, amely 10 -7-tel javítja a magtömegek mérésének pontosságát több egységnyire.

1. Közvetlen meghatározás magtömegeket a ciklotronfrekvencia mérési módszerével

Egy állandó B mágneses térben forgó részecske forgási frekvenciája a tömegével és töltésével függ össze az összefüggéssel.

Annak ellenére, hogy a 2. és 3. módszer ugyanazon az arányon alapul, a ciklotronfrekvencia mérésének 3. módszerében a pontosság nagyobb (~ 10 -7), mert ez egyenértékű a hosszabb fesztávú alap használatával.

2. Tárológyűrűben lévő atommagok tömegének mérése

   Ezt a módszert a GSI (Darmstadt, Németország) ESR tárológyűrűjén alkalmazzák. A módszer Schottky detektort használ, amely alkalmas az 1 percnél hosszabb élettartamú atommagok tömegének meghatározására. A tárológyűrűben lévő ionok ciklotronfrekvenciájának mérési módszerét menet közbeni ion-előleválasztással kombinálják. A GSI FRS-ESR létesítményén (6.4. ábra) precíziós tömegméréseket végeztek. egy nagy szám magok széles tömegszámtartományban.

   209, 930 MeV/nukleon energiára gyorsított Bi atommagot fókuszáltunk az FRS bejáratánál elhelyezett 8 g/cm 2 vastagságú berillium célpontra. A 209 Bi fragmentáció eredményeként nagyszámú másodlagos részecske képződik a 209 Bi és 1 H közötti tartományban. A reakciótermékek menet közben szétválnak mágneses keménységük szerint. A célvastagságot úgy választják meg, hogy kibővítse a mágneses rendszer által egyidejűleg befogott magok tartományát. Az atommagok körének bővülése abból adódik, hogy a különböző töltésű részecskék eltérő módon lassulnak le egy berillium célpontban. Az FRS szeparátor fragmentum ~350 MeV/nukleon mágneses keménységű részecskék átjutására van hangolva. A rendszeren keresztül a detektált magok választott töltési tartományában (52 < Z < 83) egyidejűleg képes átengedni teljesen ionizált atomokat (csupasz ionokat), hidrogénszerű (hidrogénszerű) ionokat egy elektronnal vagy héliumszerű ionokat (héliumszerű), amelyek két elektronja van. Mivel a részecskék sebessége az FRS áthaladása során gyakorlatilag nem változik, az azonos mágneses merevségű részecskék kiválasztása ~2%-os pontossággal választja ki az M/Z értékű részecskéket. Ezért az ESR tárológyűrűben lévő egyes ionok forgási frekvenciáját az M/Z arány határozza meg. Ez az atommagok tömegének mérésére szolgáló precíziós módszer alapja. Az ion fordulatszámának mérése Schottky módszerrel történik. Az ionhűtés módszerének alkalmazása a tárológyűrűben ráadásul nagyságrenddel növeli a tömegmeghatározás pontosságát. ábrán. A 6.5. ábra az ezzel a módszerrel elválasztott atommagok tömegének görbéjét mutatja a GSI-ben. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a 30 másodpercnél hosszabb felezési idejű magok azonosíthatók a leírt módszerrel, amelyet a nyaláb hűtési ideje és az elemzési idő határoz meg.

   ábrán. A 6.6 a 171 Ta izotóp tömegének meghatározását mutatja különböző töltési állapotokban. Az elemzés során különböző referencia izotópokat használtunk. A mért értékeket összehasonlítjuk a táblázat adataival (Wapstra).

3. A magtömeg mérése a Penning-csapda segítségével

   Új kísérleti lehetőségek nyílnak meg az atommagok tömegének precíziós mérésére az ISOL módszerek és az ioncsapdák kombinációjával. Azoknál az ionoknál, amelyeknek nagyon kicsi a kinetikus energiájuk, és ezért kis forgási sugaruk van erős mágneses térben, Penning-csapdákat használnak. Ez a módszer a részecskék forgási frekvenciájának pontos mérésén alapul

   ω = B(q/m),

   csapdába esett egy erős mágneses térben. A könnyű ionok tömegmérési pontossága elérheti a ~ 10 -9 értéket. ábrán. A 6.7. ábra az ISOL - CERN elválasztóra szerelt ISOLTRAP spektrométert mutatja.
   Ennek a beállításnak a fő elemei az ionsugár előkészítő szakaszok és a két Penning csapda. Az első Penning-csapda egy henger, amelyet ~4 T mágneses térbe helyeznek. Az első csapdában lévő ionok a puffergázzal való ütközés következtében járulékosan lehűlnek. ábrán. A 6.7. ábra az A = 138-as ionok tömegeloszlását mutatja az első Penning-csapdában a forgási sebesség függvényében. Lehűtés és tisztítás után az első csapdából származó ionfelhőt a másodikba fecskendezik. Itt az ion tömegét a forgás rezonanciafrekvenciájával mérjük. Az ezzel a módszerrel elérhető felbontás a rövid élettartamú nehéz izotópoknál a legnagyobb, és ~10-7.

   Rizs. 6.7 ISOLTRAP spektrométer

Sok évvel ezelőtt az emberek azon töprengtek, hogy miből áll minden anyag. Az első, aki erre próbált válaszolni, az ókori görög tudós, Démokritosz volt, aki úgy vélte, hogy minden anyag molekulákból áll. Ma már tudjuk, hogy a molekulák atomokból épülnek fel. Az atomok még kisebb részecskékből állnak. Az atom középpontjában az atommag található, amely protonokat és neutronokat tartalmaz. A legkisebb részecskék - az elektronok - az atommag körüli pályán mozognak. Tömegük elenyésző a mag tömegéhez képest. De hogyan lehet megtalálni az atommag tömegét, csak a számítások és a kémia ismerete segít. Ehhez meg kell határoznia a protonok és neutronok számát az atommagban. Tekintse meg egy proton és egy neutron tömegének táblázatos értékeit, és találja meg a teljes tömegüket. Ez lesz az atommag tömege.

Gyakran találkozhat ilyen kérdéssel, hogyan lehet megtalálni a tömeget a sebesség ismeretében. A mechanika klasszikus törvényei szerint a tömeg nem függ a test sebességétől. Végül is, ha egy autó távolodva elkezdi felvenni a sebességét, ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy a tömege megnő. A huszadik század elején azonban Einstein bemutatott egy elméletet, amely szerint ez a függőség létezik. Ezt a hatást a testtömeg relativisztikus növekedésének nevezik. És akkor nyilvánul meg, amikor a testek sebessége megközelíti a fénysebességet. A modern részecskegyorsítók lehetővé teszik a protonok és neutronok ilyen nagy sebességre történő gyorsítását. És valójában ebben az esetben tömegük növekedését jegyezték fel.

De még mindig a csúcstechnológia, de alacsony sebesség világában élünk. Ezért egy anyag tömegének kiszámításához egyáltalán nem szükséges a testet fénysebességre gyorsítani és megtanulni Einstein elméletét. A testtömeg egy mérlegen mérhető. Igaz, nem minden testet lehet a mérlegre tenni. Ezért van egy másik módszer a tömeg kiszámítására a sűrűségéből.

A minket körülvevő levegőnek, az emberiség számára oly szükséges levegőnek is megvan a maga tömege. És amikor megoldjuk a levegő tömegének meghatározását, például egy szobában, nem szükséges megszámolni a levegőmolekulák számát és összegezni a magok tömegét. Egyszerűen meghatározhatja a helyiség térfogatát, és megszorozhatja a levegő sűrűségével (1,9 kg / m3).

A tudósok mostanra nagy pontossággal megtanulták kiszámítani a különböző testek tömegét, az atommagoktól a tömegig a földgömbés még a tőlünk több száz fényévnyire lévő csillagokat is. Mass like fizikai mennyiség, a test tehetetlenségének mértéke. A masszívabb testek szerintük tehetetlenebbek, vagyis lassabban változtatják a sebességüket. Ezért végül is a sebesség és a tömeg összefügg egymással. De fő jellemzője Ez az érték azt jelenti, hogy bármely testnek vagy anyagnak van tömege. Nincs olyan anyag a világon, amelynek ne lenne tömege!

atommag az atom központi része, amely protonokból és neutronokból áll (összefoglaló néven nukleonok).

A magot E. Rutherford fedezte fel 1911-ben, miközben tanulmányozta az átjárót α -részecskék anyagon keresztül. Kiderült, hogy az atom szinte teljes tömege (99,95%) az atommagban koncentrálódik. Az atommag mérete 10 -1 3 -10 - 12 cm nagyságrendű, ami 10 000-szer kisebb, mint az elektronhéj mérete.

Az atom E. Rutherford által javasolt bolygómodellje és a hidrogénatommagok kísérleti megfigyelése kiütött. α Más elemek magjából származó részecskék (1919-1920) vezették a tudóst arra a gondolatra, proton. A proton kifejezést a XX. század 20-as éveinek elején vezették be.

Proton (görögből. protonok- Először is, karakter p) stabil elemi részecske, a hidrogénatom magja.

Proton- pozitív töltésű részecske, amelynek töltése abszolút értékben egyenlő egy elektron töltésével e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. A proton tömege 1836-szorosa az elektron tömegének. A proton nyugalmi tömege m p= 1,6726231 10-27 kg = 1,007276470 amu

A második részecske az atommagban az neutron.

Neutron (a lat. semleges- sem az egyik, sem a másik, szimbólum n) olyan elemi részecske, amelynek nincs töltése, azaz semleges.

A neutron tömege 1839-szerese az elektron tömegének. A neutron tömege majdnem egyenlő (kicsit nagyobb, mint) a proton tömegével: a szabad neutron nyugalmi tömege m n= 1,6749286 10-27 kg = 1,0008664902 amu és 2,5 elektrontömeggel haladja meg a proton tömegét. A neutron az alatta lévő protonnal együtt gyakori név nukleon az atommag része.

A neutront 1932-ben fedezte fel D. Chadwig, E. Rutherford tanítványa a berillium bombázása során. α -részecskék. Az így létrejövő nagy áthatoló erejű sugárzás (10-20 cm vastag ólomlemezből készült akadályt győzött le) a paraffinlemezen való áthaladáskor fokozta a hatását (lásd ábra). A Joliot-Curie becslések ezen részecskék energiájára a felhőkamrában lévő pályákból, és további megfigyelések lehetővé tették annak a kezdeti feltételezésnek a kiküszöbölését, hogy ez γ -quanta. Az új részecskék, az úgynevezett neutronok nagy áthatoló erejét elektromos semlegességükkel magyarázták. Végül is a töltött részecskék aktívan kölcsönhatásba lépnek az anyaggal, és gyorsan elveszítik energiájukat. A neutronok létezését E. Rutherford 10 évvel D. Chadwig kísérletei előtt jósolta meg. Találatkor α -részecskék a berillium magjában, a következő reakció megy végbe:

Itt van a neutron szimbóluma; töltése egyenlő nullával, relatív atomtömege pedig megközelítőleg eggyel egyenlő. A neutron instabil részecske: egy szabad neutron körülbelül 15 perc alatt. protonná, elektronná és neutrínóvá bomlik – nyugalmi tömeg nélküli részecske.

Miután J. Chadwick 1932-ben felfedezte a neutront, D. Ivanenko és W. Heisenberg egymástól függetlenül javasolta az atommag proton-neutron (nukleon) modellje. E modell szerint az atommag protonokból és neutronokból áll. A protonok száma Z egybeesik az elem sorszámával D. I. Mengyelejev táblázatában.

Alaptöltés K a protonok száma határozza meg Z, amelyek az atommag részét képezik, és az elektrontöltés abszolút értékének többszöröse e:

Q = + Ze.

Szám Z hívott nukleáris töltet száma vagy atomszám.

A mag tömegszáma A hívott teljes szám nukleonok, azaz a benne található protonok és neutronok. Az atommagban lévő neutronok számát betűvel jelöljük N. Tehát a tömegszám:

A = Z + N.

A nukleonokhoz (protonhoz és neutronhoz) eggyel egyenlő tömegszámot, az elektronhoz pedig nulla értéket rendelünk.

Az atommag összetételének ötletét is elősegítette a felfedezés izotópok.

Izotópok (a görögből. isos egyenlő, azonos és topoa- hely) - ezek ugyanazon kémiai elem atomjainak változatai, amelyek atommagjaiban azonos számú proton van ( Z) és különböző számú neutron ( N).

Az ilyen atomok magjait izotópoknak is nevezik. Az izotópok nuklidok egy elemet. Nuklid (a lat. atommag- atommag) - bármely atommag (illetve egy atom), amellyel adott számokat ZÉs N. A nuklidok általános megnevezése ……. Ahol x- kémiai elem szimbóluma, A=Z+N- tömegszám.

Az izotópok ugyanazt a helyet foglalják el az elemek periódusos rendszerében, innen ered a nevük is. Az izotópok általában jelentősen különböznek nukleáris tulajdonságaikban (például nukleáris reakciókba való belépés képességükben). Az izotópok kémiai (és majdnem egyformán fizikai) tulajdonságai megegyeznek. Ezt azzal magyarázzák Kémiai tulajdonságok elemet az atommag töltése határozza meg, mivel ő befolyásolja az atom elektronhéjának szerkezetét.

Ez alól kivételt képeznek a könnyű elemek izotópjai. A hidrogén izotópjai 1 H — protium, 2 H— deutérium, 3 H — trícium tömegükben annyira különböznek egymástól, hogy fizikai és kémiai tulajdonságaik is eltérőek. A deutérium stabil (azaz nem radioaktív), és kis szennyeződésként (1:4500) szerepel a közönséges hidrogénben. A deutérium oxigénnel kombinálva nehéz vizet képez. Normál légköri nyomáson 101,2°C-on forr, +3,8°C-on megfagy. Trícium β radioaktív, felezési ideje körülbelül 12 év.

Minden kémiai elemnek van izotópja. Egyes elemek csak instabil (radioaktív) izotópokkal rendelkeznek. Minden elem esetében mesterségesen előállították a radioaktív izotópokat.

Az urán izotópjai. Az urán elemnek két izotópja van - 235 és 238 tömegszámmal. Az izotóp csak 1/140 a gyakoribbnak.