atom massasi atom yoki molekulani tashkil etuvchi barcha protonlar, neytronlar va elektronlar massalarining yig'indisidir. Protonlar va neytronlar bilan solishtirganda, elektronlarning massasi juda kichik, shuning uchun hisob-kitoblarda hisobga olinmaydi. Rasmiy nuqtai nazardan noto'g'ri bo'lsa-da, bu atama ko'pincha elementning barcha izotoplarining o'rtacha atom massasiga ishora qilish uchun ishlatiladi. Aslida, bu nisbiy atom massasi, shuningdek, deyiladi atom og'irligi element. Atom og'irligi - bu elementning barcha tabiiy izotoplarining atom massalarining o'rtacha qiymati. Kimyogarlar o'z ishlarini bajarayotganda atom massasining ushbu ikki turini farqlashlari kerak - atom massasining noto'g'ri qiymati, masalan, reaktsiya mahsulotining unumi uchun noto'g'ri natijaga olib kelishi mumkin.

Qadamlar

Elementlarning davriy tizimi bo'yicha atom massasini topish

Atom massasi qanday yozilishini bilib oling. Atom massasi, ya'ni berilgan atom yoki molekulaning massasi standart SI birliklarida - gramm, kilogramm va hokazolarda ifodalanishi mumkin. Biroq, bu birliklarda ifodalangan atom massalari nihoyatda kichik bo'lganligi sababli ular ko'pincha birlashtirilgan atom massa birliklarida yoki qisqacha a.u.m.da yoziladi. atom massa birliklaridir. Bir atom massa birligi standart uglerod-12 izotopining 1/12 massasiga teng.

• Atom massa birligi massani tavsiflaydi berilgan elementning bir mol grammda. Bu qiymat amaliy hisob-kitoblarda juda foydali, chunki u ma'lum miqdordagi atomlar yoki ma'lum bir moddaning molekulalarining massasini osongina molga aylantirish uchun ishlatilishi mumkin va aksincha.

1. Toping atom massasi V davriy jadval Mendeleev. Ko'pgina standart davriy jadvallar har bir elementning atom massalarini (atom og'irliklarini) o'z ichiga oladi. Qoida tariqasida, ular element bilan hujayraning pastki qismida kimyoviy elementni bildiruvchi harflar ostida raqam sifatida beriladi. Bu odatda butun son emas, balki kasr.

   Esda tutingki, davriy jadval elementlarning o'rtacha atom massalarini ko'rsatadi. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, davriy jadvaldagi har bir element uchun berilgan nisbiy atom massalari atomning barcha izotoplari massalarining o'rtacha ko'rsatkichlari hisoblanadi. Bu o'rtacha qiymat ko'plab amaliy maqsadlar uchun qimmatlidir: masalan, u bir nechta atomlardan tashkil topgan molekulalarning molyar massasini hisoblashda qo'llaniladi. Biroq, siz alohida atomlar bilan ishlayotganingizda, bu qiymat odatda etarli emas.

   • O'rtacha atom massasi bir nechta izotoplarning o'rtacha qiymati bo'lganligi sababli, davriy jadvalda berilgan qiymat emas aniq har qanday bitta atomning atom massasining qiymati.
   • Alohida atomlarning atom massalari bitta atomdagi proton va neytronlarning aniq sonini hisobga olgan holda hisoblanishi kerak.

   Alohida atomning atom massasini hisoblash

   1. Berilgan element yoki uning izotopining atom raqamini toping. Atom raqami - bu element atomlaridagi protonlar soni va hech qachon o'zgarmaydi. Masalan, barcha vodorod atomlari va faqat ularda bitta proton bor. Natriyning atom raqami 11 ga teng, chunki u o'n bir protonga ega, kislorod esa sakkizta protonga ega bo'lgani uchun atom raqami sakkizga teng. Mendeleevning davriy tizimida har qanday elementning atom raqamini topishingiz mumkin - uning deyarli barcha standart versiyalarida bu raqam kimyoviy elementning harf belgisi ustida ko'rsatilgan. Atom raqami har doim musbat butun sondir.

      • Aytaylik, bizni uglerod atomi qiziqtiradi. Uglerod atomlarida har doim oltita proton bor, shuning uchun biz uning atom raqami 6 ekanligini bilamiz. Bundan tashqari, biz davriy jadvalda uglerodli hujayraning yuqori qismida (C) "6" raqami borligini ko'ramiz. atom uglerod soni oltita.
      • E'tibor bering, elementning atom raqami davriy jadvaldagi nisbiy atom massasi bilan yagona bog'liq emas. Garchi, ayniqsa, jadvalning yuqori qismidagi elementlar uchun elementning atom massasi uning atom raqamidan ikki baravar ko'p ko'rinishi mumkin bo'lsa-da, u hech qachon atom raqamini ikkiga ko'paytirish orqali hisoblanmaydi.

   2. Yadrodagi neytronlar sonini toping. Neytronlar soni bir elementning turli atomlari uchun har xil bo'lishi mumkin. Bir xil elementning ikkita atomida proton soni bir xil bo'lsa turli miqdor neytronlar, ular bu elementning turli izotoplaridir. Hech qachon o'zgarmaydigan protonlar sonidan farqli o'laroq, ma'lum bir element atomlaridagi neytronlar soni tez-tez o'zgarishi mumkin, shuning uchun elementning o'rtacha atom massasi ikkita qo'shni butun sonlar orasidagi o'nli kasr sifatida yoziladi.

      Proton va neytronlar sonini qo'shing. Bu atomning atom massasi bo'ladi. Yadroni o'rab turgan elektronlar soniga e'tibor bermang - ularning umumiy massasi juda kichik, shuning uchun ular sizning hisob-kitoblaringizga deyarli ta'sir qilmaydi.

   Elementning nisbiy atom massasini (atom og'irligini) hisoblash

   1. Namunada qaysi izotoplar borligini aniqlang. Kimyogarlar ko'pincha ma'lum bir namunadagi izotoplar nisbatini massa spektrometri deb ataladigan maxsus asbob yordamida aniqlaydilar. Biroq, trening davomida ushbu ma'lumotlar sizga topshiriqlar, nazorat va boshqalar sharoitida ilmiy adabiyotlardan olingan qiymatlar shaklida taqdim etiladi.

      • Bizning holatimizda, aytaylik, biz ikkita izotop bilan ishlaymiz: uglerod-12 va uglerod-13.

   2. Namunadagi har bir izotopning nisbiy ko'pligini aniqlang. Har bir element uchun har xil izotoplar turli nisbatlarda uchraydi. Bu nisbatlar deyarli har doim foiz sifatida ifodalanadi. Ba'zi izotoplar juda keng tarqalgan, boshqalari esa juda kam uchraydi - ba'zida juda kam uchraydi, shuning uchun ularni aniqlash qiyin. Ushbu qiymatlarni massa spektrometriyasi yordamida aniqlash yoki ma'lumotnomada topish mumkin.

      • Faraz qilaylik, uglerod-12 konsentratsiyasi 99%, uglerod-13 esa 1%. Uglerodning boshqa izotoplari haqiqatan ham mavjud, lekin juda kichik miqdorda, bu holda ularni e'tiborsiz qoldirish mumkin.

   3. Har bir izotopning atom massasini uning namunadagi konsentratsiyasiga ko'paytiring. Har bir izotopning atom massasini uning foiziga ko'paytiring (o'nlik kasr bilan ifodalanadi). Foizlarni ga aylantirish uchun kasr, ularni 100 ga bo'lish kifoya. Olingan konsentratsiyalar har doim 1 ga qo'shilishi kerak.

      • Bizning namunamiz tarkibida uglerod-12 va uglerod-13 mavjud. Agar uglerod-12 namunaning 99% va uglerod-13 1% bo'lsa, u holda 12 (uglerod-12 ning atom massasi) ni 0,99 ga va 13 ni (uglerod-13 ning atom massasi) 0,01 ga ko'paytiring.
      • Ma'lumotnomalar elementning barcha izotoplarining ma'lum miqdoriga asoslangan foizlarni beradi. Ko'pgina kimyo darsliklarida bu ma'lumot kitob oxiridagi jadvalga kiritilgan. O'rganilayotgan namuna uchun izotoplarning nisbiy konsentratsiyasini massa spektrometri yordamida ham aniqlash mumkin.

   4. Natijalarni qo'shing. Oldingi bosqichda olingan ko'paytirish natijalarini jamlang. Ushbu operatsiya natijasida siz elementingizning nisbiy atom massasini topasiz - bu element izotoplarining atom massalarining o'rtacha qiymati. Agar element berilgan elementning o'ziga xos izotopi emas, balki butun sifatida ko'rib chiqilsa, aynan shu qiymatdan foydalaniladi.

      • Bizning misolimizda uglerod-12 uchun 12 x 0,99 = 11,88, uglerod-13 uchun 13 x 0,01 = 0,13. Bizning holatimizda nisbiy atom massasi 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Ba'zi izotoplar boshqalarga qaraganda barqaror emas: ular yadrosida proton va neytronlari kam bo'lgan elementlarning atomlariga parchalanib, atom yadrosini tashkil etuvchi zarrachalarni chiqaradi. Bunday izotoplar radioaktiv deyiladi.

Izogoniya. Vodorod atomining yadrosi - proton (p) - eng oddiy yadrodir. Uning musbat zaryadi mutlaq qiymatda elektron zaryadiga teng. Proton massasi 1,6726-10'2 kg. Proton atom yadrolarining bir qismi bo'lgan zarracha sifatida 1919 yilda Rezerford tomonidan kashf etilgan.

Uchun eksperimental ta'rif atom yadrolarining massalari ishlatilgan va foydalanilmoqda massa spektrometrlari. Birinchi marta Tomson (1907) tomonidan taklif qilingan massa spektrometriyasining printsipi zaryadlangan zarrachalar nurlariga nisbatan elektr va magnit maydonlarning fokuslash xususiyatlaridan foydalanishdir. Etarlicha yuqori aniqlikka ega birinchi massa spektrometrlari 1919 yilda F.U. Aston va A. Dempstrom. Mass-spektrometrning ishlash printsipi rasmda ko'rsatilgan. 1.3.

Atomlar va molekulalar elektr neytral bo'lganligi sababli ular birinchi navbatda ionlanishi kerak. Ionlar ion manbasida o'rganilayotgan moddaning bug'larini tez elektronlar bilan bombardimon qilish orqali hosil bo'ladi va keyin elektr maydonida tezlashgandan so'ng (potentsial farq) v) bir hil hududga tushib, vakuum kamerasiga chiqish magnit maydon B. Uning ta'sirida ionlar radiusi bo'lgan doira bo'ylab harakatlana boshlaydi G Lorents kuchi va markazdan qochma kuchning tengligidan topish mumkin:

Qayerda M- ion massasi. Ion tezligi v munosabat bilan aniqlanadi

Guruch. 1.3.

Tezlashtiruvchi potentsial farq Bor yoki magnit maydon kuchi IN bir xil massali ionlar fotoplastinkada yoki boshqa joylashuvga sezgir detektorda bir joyga tushishi uchun tanlanishi mumkin. Keyin, massa-bahor-zarba signalining maksimalini topib, (1.7) formuladan foydalanib, biz ionning massasini ham aniqlashimiz mumkin. M. 1

Tezlik bundan mustasno v(1.5) va (1.6) dan biz buni topamiz

Mass-spektrometriya texnikasining rivojlanishi 1910 yilda Frederik Soddi tomonidan fraksiyonel (vodorod atomi massasi birliklarida) atom massalari haqidagi taxminni tasdiqlashga imkon berdi. kimyoviy elementlar mavjudligi bilan izohlanadi izotoplar- yadro zaryadi bir xil, ammo massalari har xil bo'lgan atomlar. Astonning kashshof tadqiqotlari tufayli ko'pchilik elementlar haqiqatan ham ikki yoki undan ortiq tabiiy izotoplar aralashmasidan iborat ekanligi aniqlandi. Istisnolar monoizotop deb ataladigan nisbatan kam sonli elementlardir (F, Na, Al, P, Au va boshqalar). Bir elementdagi tabiiy izotoplar soni 10 (Sn) ga yetishi mumkin. Bundan tashqari, keyinchalik ma'lum bo'lishicha, barcha elementlar istisnosiz radioaktivlik xususiyatiga ega izotoplarga ega. Ko'pgina radioaktiv izotoplar tabiatda uchramaydi, ularni faqat sun'iy ravishda olish mumkin. Atom raqamlari 43 (Tc), 61 (Pm), 84 (Po) va undan yuqori bo'lgan elementlarda faqat radioaktiv izotoplar mavjud.

Bugungi kunda fizika va kimyoda qabul qilingan xalqaro atom massa birligi (a.m.u.) tabiatda eng keng tarqalgan uglerod izotopi massasining 1/12 qismini tashkil qiladi: 1 a.m.u. = 1,66053873* 10" kg. U vodorodning atom massasiga yaqin, garchi unga teng bo'lmasa ham. Elektronning massasi taxminan 1/1800 a.u. Zamonaviy massa spektrometrlarida massani o'lchashda nisbiy xatolik

AMfM= 10 -10, bu esa 10 -10 a.m.u darajasida massa farqlarini o'lchash imkonini beradi.

Amuda ifodalangan izotoplarning atom massalari deyarli aniq butun son. Shunday qilib, har bir atom yadrosi o'ziga xos bo'lishi mumkin massa raqami A(butun) masalan, H-1, H-2, H-3, C-12, 0-16, Cl-35, C1-37 va boshqalar. Oxirgi holat jonlandi yangi asos V. Prout (1816) gipotezasiga qiziqish, unga ko'ra barcha elementlar vodoroddan qurilgan.

Atom yadrolarining massalari yangi yadrolarni aniqlash, ularning tuzilishini tushunish, parchalanish xususiyatlarini bashorat qilish uchun alohida qiziqish uyg'otadi: umr bo'yi, mumkin bo'lgan parchalanish kanallari va boshqalar.
Birinchi marta atom yadrolari massalarining tavsifi Veyszecker tomonidan tomchi modeli asosida berilgan. Veyszeker formulasi atom yadrosining massasi A va yadrodagi protonlar soni Z ma'lum bo'lsa, atom yadrosining M(A,Z) massasini va yadroning bog'lanish energiyasini hisoblash imkonini beradi.
Yadro massalari uchun Veyssaker formulasi quyidagi shaklga ega:

bu yerda 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), mos ravishda toq-toq yadrolar, toq A bo'lgan yadrolar, juft-juft yadrolar uchun.
Formulaning dastlabki ikkita sharti erkin proton va neytron massalarining yig'indisidir. Qolgan atamalar yadroning bog'lanish energiyasini tavsiflaydi:

• a 1 A yadroning o'ziga xos bog'lanish energiyasining taxminiy doimiyligini hisobga oladi, ya'ni. to'yinganlik xususiyatini aks ettiradi yadroviy kuchlar;
• a 2 A 2/3 sirt energiyasini tavsiflaydi va yadrodagi sirt nuklonlari zaifroq bog'langanligini hisobga oladi;
• a 3 Z 2 /A 1/3 protonlarning Coulomb o'zaro ta'siri tufayli yadroviy bog'lanish energiyasining pasayishini tavsiflaydi;
• a 4 (A - 2Z) 2 /A yadro kuchlarining zaryaddan mustaqilligi va Pauli printsipining ta'sirini hisobga oladi;
• a 5 A -3/4 juftlashtirish effektlarini hisobga oladi.

Weizsäcker formulasiga kiritilgan a 1 - a 5 parametrlari b-barqarorlik mintaqasi yaqinidagi yadrolarning massalarini optimal tarzda tasvirlaydigan tarzda tanlangan.
Biroq, boshidanoq ma'lum bo'ldiki, Veyssaker formulasida atom yadrolari tuzilishining ayrim o'ziga xos tafsilotlari hisobga olinmagan.
Shunday qilib, Weizsäcker formulasi faza fazosida nuklonlarning bir xil taqsimlanishini nazarda tutadi, ya'ni. asosan atom yadrosining qobiq tuzilishini e'tiborsiz qoldiradi. Darhaqiqat, qobiq strukturasi yadrodagi nuklonlarning taqsimlanishining bir xilligiga olib keladi. Yadrodagi o'rtacha maydonning hosil bo'lgan anizotropiyasi ham asosiy holatdagi yadrolarning deformatsiyasiga olib keladi.

Weizsäcker formulasi atom yadrolarining massalarini tasvirlashning aniqligini rasmdan aniqlash mumkin. 6.1, bu atom yadrolarining eksperimental o'lchangan massalari va Weizsäcker formulasi asosidagi hisoblar o'rtasidagi farqni ko'rsatadi. Burilish 9 MeV ga etadi, bu yadroning umumiy bog'lanish energiyasining taxminan 1% ni tashkil qiladi. Shu bilan birga, bu og'ishlar tizimli xarakterga ega ekanligi aniq ko'rinib turibdi, bu atom yadrolarining qobiq tuzilishi bilan bog'liq.
Yadro bog'lanish energiyasining suyuqlik tushishi modeli tomonidan bashorat qilingan silliq egri chiziqdan chetlanishi yadro qobig'ining tuzilishining birinchi bevosita ko'rsatkichi edi. Juft va toq yadrolar orasidagi bogʻlanish energiyalarining farqi atom yadrolarida juftlashuvchi kuchlar mavjudligini koʻrsatadi. To'ldirilgan qobiqlar orasidagi yadrolardagi ikkita nuklonning ajralish energiyalarining "silliq" harakatidan chetga chiqish, asosiy holatda atom yadrolarining deformatsiyasidan dalolat beradi.
Atom yadrolarining massalari to'g'risidagi ma'lumotlar atom yadrolarining turli modellarini tekshirish uchun asos bo'ladi, shuning uchun katta ahamiyatga ega yadrolarning massalarini bilishning aniqligiga ega. Atom yadrolarining massalari turli fenomenologik yoki yarim empirik modellar yordamida makroskopik va mikroskopik nazariyalarning har xil yaqinlashuvlaridan foydalangan holda hisoblanadi. Hozirda mavjud bo'lgan massa formulalari barqarorlik vodiysi yaqinidagi yadrolarning massalarini (bog'lanish energiyasini) juda yaxshi tasvirlaydi. (Bog'lanish energiyasini baholashning aniqligi ~100 keV). Biroq, barqarorlik vodiysidan uzoqda joylashgan yadrolar uchun bog'lanish energiyasini bashorat qilishda noaniqlik bir necha MeV ga oshadi. (6.2-rasm). 6.2-rasmda siz turli xil massa formulalari berilgan va tahlil qilingan ishlarga havolalarni topishingiz mumkin.

Turli modellarning prognozlarini o'lchangan yadro massalari bilan taqqoslash shuni ko'rsatadiki, yadrolarning qobiq tuzilishini hisobga oladigan mikroskopik tavsifga asoslangan modellarga ustunlik berish kerak. Shuni ham yodda tutish kerakki, fenomenologik modellarda yadrolarning massalarini bashorat qilishning aniqligi ko'pincha ularda qo'llaniladigan parametrlar soni bilan belgilanadi. Sharhda atom yadrolarining massalari bo'yicha eksperimental ma'lumotlar keltirilgan. Bundan tashqari, ularning doimiy yangilanib turadigan qiymatlarini xalqaro ma'lumotlar bazasi tizimining ma'lumotnomalarida topish mumkin.
Orqada o'tgan yillar Qisqa muddatli atom yadrolarining massalarini eksperimental aniqlash uchun turli usullar ishlab chiqilgan.

Atom yadrolarining massalarini aniqlashning asosiy usullari

Biz tafsilotlarga kirmasdan, atom yadrolarining massalarini aniqlashning asosiy usullarini sanab o'tamiz.

• b-emirilish energiyasini Q b o'lchash yadrolarning b-barqarorlik chegarasidan uzoqda bo'lgan massalarini aniqlashning juda keng tarqalgan usuli hisoblanadi. A yadrosining b-emirilishini boshdan kechirayotgan noma'lum massani aniqlash uchun

,

nisbatdan foydalaniladi

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

Shuning uchun, oxirgi yadro B massasini bilib, A boshlang'ich yadrosining massasini olish mumkin. Beta parchalanishi ko'pincha yakuniy yadroning qo'zg'aluvchan holatida sodir bo'ladi, buni hisobga olish kerak.

Bu munosabat dastlabki yadroning asosiy holatidan oxirgi yadroning asosiy holatigacha bo'lgan a-emirilishlar uchun yoziladi. Qo'zg'alish energiyalarini osongina hisobga olish mumkin. Atom yadrolarining massalarini parchalanish energiyasidan aniqlashning aniqligi ~ 100 keV. Bu usul o'ta og'ir yadrolarning massalarini aniqlash va ularni aniqlashda keng qo'llaniladi.

1. Atom yadrolarining massalarini parvoz vaqti usuli bilan o'lchash

Yadro massasini (A ~ 100) ~ 100 keV aniqlik bilan aniqlash DM/M ~10 -6 massa o'lchovining nisbiy aniqligiga teng. Ushbu aniqlikka erishish uchun magnit tahlil parvoz vaqtini o'lchash bilan birgalikda qo'llaniladi. Ushbu texnika SPEG - GANIL (6.3-rasm) va TOFI - Los Alamos spektrometrida qo'llaniladi. Magnit qattiqlik Br, zarracha massasi m, zarracha tezligi v va zaryad q bilan bog'liq.

Shunday qilib, B spektrometrining magnit qattiqligini bilib, bir xil tezlikka ega bo'lgan zarralar uchun m/q ni aniqlash mumkin. Bu usul yadrolarning massalarini ~ 10 -4 aniqlik bilan aniqlash imkonini beradi. Agar parvoz vaqti bir vaqtda o'lchansa, yadro massalarini o'lchashning aniqligini oshirish mumkin. Bunda ion massasi munosabatdan aniqlanadi

bu erda L - parvoz bazasi, TOF - parvoz vaqti. Spanli asoslar bir necha metrdan 10 3 metrgacha o'zgarib turadi va yadrolarning massalarini o'lchashning aniqligini 10 -6 gacha oshirishga imkon beradi.
Atom yadrolarining massalarini aniqlashning aniqligining sezilarli darajada oshishiga turli yadrolarning massalari bir vaqtning o'zida, bitta tajribada o'lchanishi va alohida yadrolar massalarining aniq qiymatlari mos yozuvlar sifatida ishlatilishi mumkinligi ham yordam beradi. ball. Usul atom yadrolarining asosiy va izomerlik holatlarini ajratishga imkon bermaydi. GANILda parvoz yoʻli ~3,3 km boʻlgan qurilma yaratilmoqda, bu yadro massalarini bir necha birlikgacha oʻlchashning aniqligini 10-7 ga oshiradi.

1. To'g'ridan-to'g'ri ta'rif siklotron chastotasini o'lchash usuli bilan yadrolarning massalari

Doimiy B magnit maydonida aylanadigan zarracha uchun aylanish chastotasi uning massasi va zaryadi bilan bog'liq.

2 va 3 usullari bir xil nisbatga asoslangan bo'lishiga qaramay, siklotron chastotasini o'lchashning 3-usulida aniqlik yuqoriroq (~ 10 -7), chunki bu uzunroq oraliqli asosdan foydalanishga teng.

2. Saqlash halqasida atom yadrolarining massalarini o'lchash

   Ushbu usul GSI (Darmshtadt, Germaniya) da ESR saqlash halqasida qo'llaniladi. Usul Schottky detektoridan foydalanadi.U hayot davomiyligi > 1 min bo'lgan yadrolarning massalarini aniqlash uchun qo'llaniladi. Saqlash halqasidagi ionlarning siklotron chastotasini o'lchash usuli ionni oldindan ajratish bilan birgalikda qo'llaniladi. GSIdagi FRS-ESR qurilmasida (6.4-rasm) aniq massa o'lchovlari amalga oshirildi. katta raqam keng massa sonlaridagi yadrolar.

   930 MeV/nuklon energiyasigacha tezlashtirilgan 209 ta biyadro FRS kirish qismida joylashgan 8 g/sm 2 qalinlikdagi berilliy nishoniga qaratilgan. 209 Bi parchalanish natijasida 209 Bi dan 1 H gacha bo'lgan oraliqda ko'p sonli ikkilamchi zarrachalar hosil bo'ladi. Reaksiya mahsulotlari magnit qattiqligiga ko'ra pashshada ajratiladi. Maqsad qalinligi magnit tizim tomonidan bir vaqtning o'zida ushlangan yadrolar diapazonini kengaytirish uchun tanlanadi. Yadrolar diapazonining kengayishi turli zaryadli zarralarning berilliy nishonida boshqacha tarzda sekinlashishi tufayli sodir bo'ladi. FRS separator fragmenti magnit qattiqligi ~350 MeV/nuklon bo'lgan zarrachalarning o'tishi uchun sozlangan. Tizim orqali aniqlangan yadrolar zaryadining tanlangan diapazonida (52 < Z < 83) bir vaqtning o'zida to'liq ionlangan atomlarni (yalang'och ionlar), bitta elektronga ega bo'lgan vodorodga o'xshash (vodorodga o'xshash) ionlarni yoki ikkita elektronga ega bo'lgan geliyga o'xshash ionlarni (geliyga o'xshash) o'tkazishi mumkin. FRSdan o'tish paytida zarrachalarning tezligi amalda o'zgarmasligi sababli, magnit qattiqligi bir xil bo'lgan zarrachalarni tanlashda M/Z qiymati ~ 2% aniqlikdagi zarrachalar tanlanadi. Shuning uchun ESR saqlash halqasidagi har bir ionning aylanish chastotasi M/Z nisbati bilan aniqlanadi. Bu atom yadrolarining massalarini o'lchashning aniq usuliga asoslanadi. Ion aylanish chastotasi Shottki usuli yordamida o'lchanadi. Saqlash halqasida ionni sovutish usulidan foydalanish qo'shimcha ravishda kattalik tartibida massani aniqlashning aniqligini oshiradi. Shaklda. 6.5-rasmda GSIda bu usul bilan ajratilgan atom yadrolari massalarining grafigi ko'rsatilgan. Shuni yodda tutish kerakki, yarimparchalanish davri 30 sekunddan ortiq bo'lgan yadrolarni ta'riflangan usul yordamida aniqlash mumkin, bu nurni sovutish vaqti va tahlil vaqti bilan belgilanadi.

   Shaklda. 6.6 turli zaryad holatlarida 171 Ta izotopning massasini aniqlash natijalarini ko'rsatadi. Tahlil qilishda turli mos yozuvlar izotoplari ishlatilgan. O'lchangan qiymatlar jadval ma'lumotlari (Wapstra) bilan taqqoslanadi.

3. Penning tuzog'i yordamida yadro massalarini o'lchash

   ISOL usullari va ion tuzoqlarining kombinatsiyasida atom yadrolari massalarini aniq o'lchash uchun yangi eksperimental imkoniyatlar ochilmoqda. Juda kam kinetik energiyaga ega va shuning uchun kuchli magnit maydonda aylanish radiusi kichik bo'lgan ionlar uchun Penning tuzoqlari qo'llaniladi. Bu usul zarracha aylanish chastotasini aniq o'lchashga asoslangan

   ō = B(q/m),

   kuchli magnit maydonga tushib qolgan. Yengil ionlar uchun massa o'lchov aniqligi ~ 10 -9 ga yetishi mumkin. Shaklda. 6.7-rasmda ISOL - CERN separatoriga o'rnatilgan ISOLTRAP spektrometri ko'rsatilgan.
   Ushbu o'rnatishning asosiy elementlari - ion nurlarini tayyorlash bo'limlari va ikkita Penning tuzoqlari. Birinchi Penning tuzog'i ~ 4 T magnit maydoniga joylashtirilgan silindrdir. Birinchi tuzoqdagi ionlar bufer gaz bilan to'qnashuvlar tufayli qo'shimcha ravishda sovutiladi. Shaklda. 6.7-rasmda birinchi Penning tuzog'idagi A = 138 bo'lgan ionlarning aylanish tezligiga bog'liq massa taqsimoti ko'rsatilgan. Sovutish va tozalashdan so'ng, birinchi tuzoqdagi ion buluti ikkinchisiga AOK qilinadi. Bu erda ionning massasi aylanishning rezonans chastotasi bilan o'lchanadi. Qisqa muddatli og'ir izotoplar uchun bu usulda erishish mumkin bo'lgan aniqlik eng yuqori va ~ 10 -7 ni tashkil qiladi.

   Guruch. 6.7 ISOLTRAP spektrometri

Ko'p yillar oldin, odamlar barcha moddalar nimadan iboratligi bilan qiziqdilar. Bunga birinchi bo'lib javob berishga harakat qilgan qadimgi yunon olimi Demokrit barcha moddalar molekulalardan iborat deb hisoblagan. Endi biz molekulalar atomlardan qurilganligini bilamiz. Atomlar undan ham kichikroq zarrachalardan tashkil topgan. Atomning markazida proton va neytronlarni o'z ichiga olgan yadro joylashgan. Eng kichik zarralar - elektronlar yadro atrofidagi orbitalarda harakat qiladi. Ularning massasi yadro massasiga nisbatan ahamiyatsiz. Ammo yadroning massasini qanday topish mumkin, faqat hisob-kitoblar va kimyo bilimlari yordam beradi. Buning uchun yadrodagi proton va neytronlar sonini aniqlash kerak. Bitta proton va bitta neytron massalarining jadval qiymatlarini ko'ring va ularning umumiy massasini toping. Bu yadroning massasi bo'ladi.

Ko'pincha siz tezlikni bilib, massani qanday topish mumkin bo'lgan bunday savolga duch kelishingiz mumkin. Mexanikaning klassik qonunlariga ko'ra, massa tananing tezligiga bog'liq emas. Axir, agar mashina uzoqlashayotganda tezligini oshira boshlasa, bu uning massasi oshishini anglatmaydi. Biroq, yigirmanchi asrning boshlarida Eynshteyn bu qaramlik mavjud bo'lgan nazariyani taqdim etdi. Bu ta'sir tana massasining relyativistik o'sishi deb ataladi. Va u jismlarning tezligi yorug'lik tezligiga yaqinlashganda o'zini namoyon qiladi. Zamonaviy zarracha tezlatgichlari proton va neytronlarni shunday yuqori tezlikka tezlashtirish imkonini beradi. Va aslida, bu holda, ularning massalarining o'sishi qayd etildi.

Lekin biz hali ham yuqori texnologiyalar dunyosida yashayapmiz, lekin tezligi past. Shuning uchun moddaning massasini qanday hisoblashni bilish uchun tanani yorug'lik tezligiga tezlashtirish va Eynshteyn nazariyasini o'rganish umuman shart emas. Tana vaznini tarozida o'lchash mumkin. To'g'ri, har bir tanani taroziga qo'yib bo'lmaydi. Shuning uchun massani uning zichligidan hisoblashning yana bir usuli mavjud.

Atrofimizdagi havo, insoniyat uchun juda zarur bo'lgan havoning ham o'ziga xos massasi bor. Va, masalan, xonada havo massasini qanday aniqlash masalasini hal qilishda havo molekulalarining sonini hisoblash va ularning yadrolarining massasini yig'ish shart emas. Siz shunchaki xonaning hajmini aniqlashingiz va uni havo zichligi (1,9 kg / m3) bilan ko'paytirishingiz mumkin.

Endi olimlar atom yadrolaridan tortib to massasigacha bo'lgan turli jismlarning massalarini hisoblashni juda aniqlik bilan o'rgandilar. globus va hatto bizdan bir necha yuz yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan yulduzlar ham. Ommaviy kabi jismoniy miqdor, tananing inertsiyasining o'lchovidir. Ko'proq massiv jismlar, deyishadi, ko'proq inert, ya'ni ular tezligini sekinroq o'zgartiradi. Shunday ekan, tezlik va massa bir-biriga bog'langan. Lekin asosiy xususiyat Bu qiymat har qanday jism yoki moddaning massaga ega ekanligidir. Dunyoda massasi bo'lmagan materiya yo'q!

atom yadrosi proton va neytronlardan tashkil topgan atomning markaziy qismidir (birgalikda deyiladi nuklonlar).

Yadroni E. Rezerford 1911 yilda parchani o‘rganayotganda kashf etgan α -zarralar moddalar orqali. Ma'lum bo'lishicha, atomning deyarli butun massasi (99,95%) yadroda to'plangan. Atom yadrosining o'lchami 10 -1 3 -10 - 12 sm ga teng bo'lib, bu elektron qobiq hajmidan 10 000 marta kichikdir.

E.Rezerford tomonidan taklif qilingan atomning sayyoraviy modeli va uning vodorod yadrolarini eksperimental kuzatishi nokautga uchradi. α -boshqa elementlarning yadrolaridan zarralar (1919-1920), olimni g'oyaga olib keldi. proton. Proton atamasi XX asrning 20-yillari boshlarida kiritilgan.

Proton (yunon tilidan. protonlar- birinchi, belgi p) barqaror elementar zarracha, vodorod atomining yadrosi.

Proton- zaryadi mutlaq qiymati bo'yicha elektron zaryadiga teng bo'lgan musbat zaryadlangan zarracha e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Protonning massasi elektron massasidan 1836 marta katta. Protonning tinch massasi m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Yadrodagi ikkinchi zarracha neytron.

Neytron (latdan. neytral- na u, na boshqasi, ramz n) zaryadsiz, ya'ni neytral elementar zarradir.

Neytronning massasi elektron massasidan 1839 marta katta. Neytronning massasi protonnikiga deyarli teng (bir oz kattaroq): erkin neytronning qolgan massasi m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu va proton massasidan 2,5 elektron massaga oshadi. Neytron ostidagi proton bilan birga umumiy ism nuklon atom yadrosining bir qismidir.

Neytron 1932 yilda E.Rezerfordning shogirdi D.Chadvig tomonidan berilliyni bombardimon qilish paytida kashf etilgan. α -zarralar. Yuqori penetratsion quvvatga ega bo'lgan radiatsiya (qalinligi 10-20 sm bo'lgan qo'rg'oshin plastinkasidan yasalgan to'siqni yengib chiqdi) kerosin plastinkasidan o'tayotganda o'z ta'sirini kuchaytirdi (rasmga qarang). Joliot-Kyuri ushbu zarrachalarning energiyasini bulut kamerasidagi yo'llardan hisoblab chiqdi va qo'shimcha kuzatishlar bu zarrachalar energiyasini taxmin qilish uchun dastlabki taxminni yo'q qilishga imkon berdi. γ - kvant. Neytronlar deb ataladigan yangi zarralarning katta kirib borish kuchi ularning elektr neytralligi bilan izohlangan. Axir, zaryadlangan zarralar materiya bilan faol o'zaro ta'sir qiladi va tezda o'z energiyasini yo'qotadi. Neytronlarning mavjudligini E.Rezerford D.Chadvig tajribalaridan 10 yil oldin bashorat qilgan. Xitda α -beriliy yadrolaridagi zarralar bilan quyidagi reaksiya sodir bo'ladi:

Mana neytronning ramzi; uning zaryadi nolga teng, nisbiy atom massasi esa taxminan birga teng. Neytron - bu beqaror zarracha: erkin neytron ~ 15 daqiqada. proton, elektron va neytrinoga parchalanadi - tinch massadan mahrum bo'lgan zarracha.

1932 yilda J.Chedvik tomonidan neytron kashf etilgandan so'ng D.Ivanenko va V.Geyzenberg mustaqil ravishda taklif qildilar. yadroning proton-neytron (nuklon) modeli. Ushbu modelga ko'ra, yadro proton va neytronlardan iborat. Protonlar soni Z D. I. Mendeleyev jadvalidagi elementning tartib raqamiga to‘g‘ri keladi.

Asosiy zaryad Q protonlar soni bilan aniqlanadi Z, yadroning bir qismi bo'lgan va elektron zaryadining mutlaq qiymatining ko'paytmasidir e:

Q = + Ze.

Raqam Z chaqirdi yadro zaryadining raqami yoki atom raqami.

Yadroning massa soni A chaqirdi umumiy soni nuklonlar, ya'ni uning tarkibidagi proton va neytronlar. Yadrodagi neytronlar soni harf bilan belgilanadi N. Shunday qilib, massa soni:

A = Z + N.

Nuklonlarga (proton va neytron) bittaga teng massa soni, elektronga esa nol qiymati beriladi.

Yadro tarkibi haqidagi g'oya kashfiyot bilan ham yordam berdi izotoplar.

Izotoplar (yunon tilidan. isos teng, bir xil va topoa- joy) - bular bir xil kimyoviy element atomlarining navlari bo'lib, ularning atom yadrolari bir xil miqdordagi protonlarga ega ( Z) va boshqa miqdordagi neytronlar ( N).

Bunday atomlarning yadrolari izotoplar deb ham ataladi. Izotoplar nuklidlar bitta element. Nuklid (latdan. yadro- yadro) - har qanday atom yadrosi (mos ravishda atom). berilgan raqamlar Z Va N. Nuklidlarning umumiy belgilanishi ……. Qayerda X- kimyoviy element belgisi, A=Z+N- massa soni.

Izotoplar elementlarning davriy tizimida bir xil o'rinni egallaydi, shuning uchun ularning nomi. Qoida tariqasida, izotoplar yadroviy xossalari (masalan, yadro reaksiyalariga kirishish qobiliyati) bilan sezilarli darajada farqlanadi. Izotoplarning kimyoviy (va deyarli teng fizik) xossalari bir xil. Bu bilan izohlanadi Kimyoviy xossalari Elementlar yadro zaryadi bilan belgilanadi, chunki u atomning elektron qobig'ining tuzilishiga ta'sir qiladi.

Istisno - yorug'lik elementlarining izotoplari. Vodorodning izotoplari 1 H — protium, 2 H— deyteriy, 3 H — tritiy ular massa jihatidan bir-biridan shunchalik farq qiladiki, ularning fizik va kimyoviy xossalari har xil. Deyteriy barqaror (ya'ni radioaktiv emas) va oddiy vodorod tarkibiga kichik nopoklik (1: 4500) sifatida kiradi. Deyteriy kislorod bilan qoʻshilib ogʻir suv hosil qiladi. Oddiy atmosfera bosimida 101,2 ° S da qaynaydi va + 3,8 ° S da muzlaydi. Tritiy β radioaktiv bo'lib, yarimparchalanish davri taxminan 12 yil.

Barcha kimyoviy elementlarning izotoplari bor. Ba'zi elementlarda faqat beqaror (radioaktiv) izotoplar mavjud. Barcha elementlar uchun radioaktiv izotoplar sun'iy ravishda olingan.

Uranning izotoplari. Uran elementi ikkita izotopga ega - massa raqamlari 235 va 238. Izotop keng tarqalganlarning atigi 1/140 qismini tashkil qiladi.