Сучасна модель атома. Протонно-нейтронна модель ядра. �Ядерні сили. Ізотопи

9 клас

Ідея дискретної будови речовини належить давньогрецькому філософу Демокріту, який жив близько 470 року до н.е.

Демокріт вперше ввів поняття атом , що означало в перекладі з грецької – неподільний.

ДЕМОКРІТ: «У природі існують

тільки атоми і пустота.»

Демокріт вважав, що всі тіла складаються з нескінченної кількості надмалих , невидимих оку, неподільних частинок. Вони нескінченно різноманітні, мають впадини і опуклості, якими зчіплюються, утворюючи всі матеріальні тіла.

Так, наприклад, у атомів вогню атоми дуже гострі, тому вогонь обпікає,

у твердих тіл вони шорохуваті, тому здатні міцно зчіплюватися між собою,

у води – гладенькі і тому вода тече.

Навіть душа людини за Демокрітом складалась з атомів.

Democrites meditating on the seat of the soul, by Léon-Alexandre Delhomme, 1868

А відомий філософ Арістотель дотримувався іншої точки зору.

У ІV ст. до н.е. він підтримав ідею, що матерія складається з різноманітних поєднань чотирьох стихій – землі, повітря, води і вогню.�

У науці термін «атом» вперше після грецьких філософів використав англійський хімік Джон Дальтон.

У 1807 році Дальтон висунув свою атомну будову речовини. Атомами він назвав маленькі частинки , з яких, на його думку, складалась речовина.

Атоми не змінюються під час хімічних реакцій , а сама хімічна реакція - це процес з'єднання або розз'єднання атомів.

Атомна теорія Дальтона лягла в основу сучасних уявлень про будову речовини.

Але у другій половині ХІХ сторіччя стали з'являтись експериментальні факти, які ставили під сумнів неподільність атомів. Результати цих експериментів наводили на думку про те, що атоми мають складну будову, і що до їх складу входять електрично заряджені частинки.

та явища радіоактивності французьким фізиком Анрі Беккерелем 1 березня 1896 року.

Х – променів у грудні 1895 року німецьким фізиком В.Рентгеном

Найяскравішим прикладом складної будови атома стало відкриття

У 1897 році англійський фізик ДжозефТомсон відкрив першу елементарну частинку – електрон

Він підписувся Дж.Дж.Томсон, саме тому колеги називали його Джі –Джі. Фізику Джі-Джі випало жити на межі століть. На схилі літ він так описує початок свого шляху: �

« Я народився в Четемі, передмісті Манчестера, 18 грудня 1856року.  І час , і місце були досить вдалими, бо це був один із найцікавіших періодів світової історії. Монархіїї падали одна за одною, їх змінювали республіки, а іншим разом - диктатури. Відкриття і винаходи призводили до великих змін в житті суспільства.     �Коли я був маленьким хлопчиком, в нашому місті не було ні велосипедів, ні автомобілів, ні аеропланів, ні електричного освітлення, ні телефонів, ні радіо, ні грамофонів, ні електротехніки, ні рентгенівських знімків, ні кіно, ні мікробів – в крайньому разі , лікарі їх не знаходили…»

Джозеф Джон Томсон

З'ясувавши, що електрони є складовими частинками усіх атомів речовин, Дж.Томсон у 1903 році запропонував першу електромагнітну модель атома, названу «пудинговою» моделлю.

Згідно цієї моделі негативно заряджені електрони неначе «плавають» всередині позитивно зарядженої сфери.

Ця модель залишилась в історії фізики під кулінарною назвою “ кекс з ізюмом”. Так Томсон “обізвав “ атом за побажанням свого пятирічного сина Джорджа, який з великим задоволенням поїдав ці ласощі. До того ж перша модель дійсно нагадувала малесенький кексик з ізюмом. �

У 1906 році Дж.Дж. Томсон був удостоєний Нобелівської премії з фізики « на знак його видатних досягнень в галузі теоретичних та експериментальних досліджень електричної провідності газів».

Вченому, що відчинив двері в нову фізику нескінченної подільності речовини, у 1908 році було дароване дворянство і він став «сером Томсоном».

У 1915 році він був обраний президентом Королівської академії наук.

Але вище всіх премій , медалей і титулів Джі-Джі цінив подарунок, який піднесла йому доля - свого сина Джорджа Паджета Томсона, якого щоб відрізняти від батька колеги звали Джі-Пі. А колеги у батька і сина були спільні – фізики.

​

Джі-Пі став видатним теоретиком. У 1937 році він одержав Нобелівську премію з фізики « за відкриття дифракції електронів в кристалах». За іронією долі син вивчав хвильові властивості електронів, тоді як батько наділяв ці частинки корпускулярними властивостями.

Так найграндіозніше протиріччя у фізиці ХХ сторіччя відбилось у долях двох великих фізиків: батька і сина!

Відкриття електрона і радіоактивності наштовхнуло професора Токійського університету, видатного фізика  Хантаро Нагаока у 1904 році висунути модель атома, побудовану по аналогії з планетою Сатурн. У цій моделі навколо позитивного ядра по орбітах обертались електрони, об'єднані в кільця.

Ернест Резерфорд:

«усі науки про природу діляться на фізику і колекціонування марок»

Дослід Резерфорда

Золота фольга

Екран

Більшість альфа-частинок, рухаючись зі швидкістю біля

20 000км/с, проходили через фольгу, так ніби на їх шляху нічого не було, утворюючи розмиту пляму. А сліди від інших частинок фіксували на бокових екранах.

​

Але приблизно одна з

20 000 частинок відхилялась на кути більші 150°

Пояснення результатів експерименту: �- частинки, які відхилялись, пролітали недалеко від позитивного заряду, набагато більшого , ніж заряд альфа-частинки. �- частинки, що відбивались, попадали точно в цей заряд �- частинки , які не відхилялись, пролітали далеко .  ��

1. Атом має в центрі ядро , розміри якого в багато разів менші за розміри самого атома. Отже, атом в цілому пустий.

�2. Навколо  ядра по орбітах рухаються електрони.

�3. Майже вся маса атома сконцентрована в його ядрі.

�4. Сумарний негативний заряд усіх електронів рівний сумарному позитивному заряду ядра атома и компенсує його. �

Резерфорд йшов до свого відкриття цілих 5 років. П'ять довгих років проводив він досліди по встановленню будови атома і у 1913 році висунув планетарну модель атома:

Рух електронів у атомі мало схожий на рух планет по орбітах.

Точніше, електрон на орбіті можна назвати електронною хмарою, що має різну густину.

Орбітою електрона в атомі називається геометричне місце точок, в яких з найбільшою ймовірністю можна виявити електрон.

Атом Гідрогену

Потрібно пам'ятати!

Будова атомного ядра

Експериментальні факти :

1. При радіоактивних перетвореннях

утворюються нові елементи

2. Маси хімічних елементів перевищують

масу атома водню в ціле число разів.

Гіпотеза: у 1913 р.  Е. Резерфорд  висуває гіпотезу,

що однією із частинок , які входять до складу

ядра атома будь-якого хімічного елемента,

має бути ядро атома водню

�У 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками газ азот, виявив в ньому певну кількість атомів гідрогену. Це була перша штучно викликана ядерна реакція. 

� 

Протон

• У 1920 році Е.Резерфорд висловив здогадку, що повинна існувати частинка з масою рівною масі протона, але така, що не має заряду. Але виявити таку частинку йому не вдалось.
• Учень Резерфорда англійський фізик

Джеймс Чедвік у 1932 році експериментально досліджував випромінювання , яке виникало внаслідок бомбардирування берилію альфа-частинками , і виявив, що це випромінювання являє собою потік нейтральних частинок з масою приблизно рівною масі протонів. 

�

У 1935 році – Нобелівська премія з фізики за відкриття нейтрона.

Відкриття нейтрона

Нейтрон

2. Маса нейтрона приблизно дорівнює масі протона  m_p=1

3. Стабільна частинка у складі ядра.

4. Електрична нейтральність нейтрона зумовлюється тим, що заряд u-кварка, який входить до складу нейтрона, компенсується зарядами двох d-кварків.

5. Нейтрон - англійське слово, яке походить від латинського "neuter", що означає "ні той, ні інший ".

Завдяки нейтрону отримала свою назву  нейтронна бомба - та, що "великодушно відноситься « до неживого

(будівель, мостів, тощо), тобто не руйнує їх.

У 1932г. після відкриття   протона і нейтрона вченими

Д.Д. Іваненком (СРСР) та В. Гейзенбергом (Німеччина)

була висунута  

протонно-нейтронна модель ядра атома.

Зарядове число Z

1. Число протонів у ядрі атома і є зарядовим

числом.

2. Ставиться внизу перед позначенням елемента

3. Зарядове число = порядковому номеру хімічного елемента в таблиці Мендєлєєва

1. НУКЛОНИ – спільна назва протонів і нейтронів ядра

2. Масове число А – загальна кількість нуклонів у ядрі (кількість протонів + кількість нейтронів)

3. Ставиться вгорі перед позначенням елемента

4. Масове число А дорівнює масі ядра в а.о.м., зокругленої до цілого

​

Масове число А

Протони і нейтрони у ядрі «склеюються»

сильною ядерною взаємодією

Основні властивості ядерних сил:

1. Є тільки силами притягання;
2. «велетні з короткими руками» - у сотні разів сильніші, ніж електромагнітні взаємодії;
3. є близькодіючими (радіус дії дорівнює розмірам нуклона 10 ^-15 м );
4. на однаковій відстані діють однаково між двома протонами, між двом нейтронами, між протоном і нейтроном.
5. мають властивість насичення: нуклон здатен взаємодіяти одночасно лише з невеликою кількістю сусідніх нуклонів.

Z=18

A=40

Отже, кількість протонів дорівнює порядковому номеру елемента і зарядовому числу: р=18

Стільки ж атом містить і електронів е=18

Щоб визначити кількість нейтронів від масового числа А віднімаємо кількість протонів Z : n = A – Z

n = 40 – 18 =22

Ізотопи – різновиди хімічного елемента, атоми яких містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів.

​

Ізотопи одного хімічного елемента мають однакові хімічні властивості і не можуть бути відділені один від одного хімічними методами.

Але фізичні властивості ізотопів – різні.

Ізотопи Гідрогену

Домашнє завдання

Вивчити § 22, відповісти на питання після параграфу письмово в зошиті.

​

Вправа № 22 завдання 1,2,3 письмово в зошиті.