jądro - wprowadzenie

JĄDRO ATOMOWE
MODELE BUDOWY ATOMU
model atomu Arystotelesa
DOŚWIADCZENIE RUTHERFORDA
WYNIK DOŚWIADCZENIA
• Materia ma strukturę
siatki
• W środku atomu
znajduje się jądro
atomowe o ładunku
dodatnim
• W jądrze skupiona
jest prawie cała masa
atomu
MODELE BUDOWY ATOMU
model atomu Bohra
MODELE BUDOWY ATOMU
przestrzeń,
w której z określonym
prawdopodobieństwem
możemy spotkać
elektron
kwantowy model atomu
CZĄSTECZKA, ATOM I JĄDRO
OZNACZENIA
• Symbol jądra atomowego oznaczamy podobnie
jak symbol pierwiastka.
A
Z
X
A – liczba masowa
Z – liczba atomowa (porządkowa)
liczba protonów
liczba neutronów
pZ
n  A Z
IZOTOPY
• Atomy tego samego pierwiastka występują w
kilku odmianach zwanych izotopami.
• Wszystkie izotopy tego samego pierwiastka
mają identyczną liczbę (p) protonów w jądrze,
ale różnią się liczbą (n) neutronów .
IZOTOPY - PRZYKŁADY
• Izotopy wodoru:

1
1
2
1
H
3
1
H
H
- wodór
- deuter
- tryt
Izotopy węgla:
12
- węgiel C-12
6C
14
- węgiel C-14
6C
IZOTOPY A PIERWIASTKI
NUKLEONY - PROTONY
• Cząstka obdarzona ładunkiem dodatnim
q = +1,6·10−19 C
• Masa protonu:
m = 1,0073 u = 1,673·10 −27 kg
• Cząstka trwała poza jądrem
NUKLEONY - NEUTRONY
• Cząstka neutralna elektrycznie
q=0
• Masa neutronu:
m = 1,0087 u = 1,675·10 −27 kg
• Cząstka poza jądrem ulega rozpadowi
ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO
• rozmiar atomu
 10
10
m
• rozmiar jądra
 10
15
m
ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO
• rozmiar jądra atomowego, przy założeniu, że
jest kulą, wynosi:
r  r0 A
3
• gdzie
• promień jądra wodoru
• liczba masowa
A
r0  1,23 10
15
m
SIŁY JĄDROWE
Z prawa Coulomba wynikałoby, że
cząstki (protony, neutrony) nigdy nie
powinny tworzyć układów trwałych,
lecz samorzutnie oddalać się od
siebie.
W jądrach atomowych muszą działać
siły
przyciągania
się
cząstek
składowych, które przeciwdziałają
odpychaniu się protonów.
Ten rodzaj sił określa się jako siły
jądrowe.
ODDZIAŁYWANIE SILNE
• Są one znacznie potężniejsze
od sił elektrycznych,
magnetycznych czy
grawitacyjnych, mają zasięg
działania rzędu promienia jądra
i nie są zależne od ładunku.
• Nazywa się je oddziaływaniem
silnym
• Oddziaływanie to powstaje
kosztem zamiany części masy
jądra w energię
NIEDOBÓR (DEFEKT) MASY
• Masa jądra jest nieco mniejsza od sumy mas tworzących go
nukleonów.
• Różnica między obliczoną poprzez sumowanie mas cząstek
Σm, a masą atomową nuklidu wyznaczoną doświadczalnie
nosi nazwę niedoboru (defektu) masy.
• Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w
próżni jest równy energii wiązania jądra E = m  c2.
NIEDOBÓR MASY - PRZYKŁAD
•
•
•
•
•
•
Jądro 4He ma masę 4,00150 u
Jądro to składa się z 2 protonów (mp = 1,00727 u)
i z 2 neutronów (mn = 1,00866 u)
suma mas nukleonów wynosi 4,03186 u,
deficyt masy Δm = 2mp + 2 mn - mHe = 0,03036 u,
Jeżeli weźmiemy 1 mol He (6,023*1023 atomów) to
różnica wyniesie 0,03 g
• co odpowiada 2,7∙109 kJ energii.
• Tyle energii wytwarza elektrownia w 20 minut
TRWAŁOŚĆ JĄDER
Znając energię wiązania oraz liczbę nukleonów w danym jądrze możemy
obliczyć energię wiązania przypadającą na jeden nukleon. Poniższy
wykres przedstawia zależność średniej energii wiązania od liczby
masowej pierwiastków.
TRWAŁOŚĆ JĄDER
Aby jądro było trwałe muszą być w nim zachowane odpowiednie
proporcje między liczbą neutronów i protonów N : Z.
 Trwałe izotopy lekkich pierwiastków mają takie same lub niewiele
różniące się liczby neutronów i protonów N : Z ≈1.
Jest jednak wiele wyjątków, np. technet, promet i protaktyn nie mają
żadnego trwałego izotopu.
Za nuklid trwały uznaje się taki, którego czas połowicznego rozpadu
wynosi więcej niż 1 × 109 lat.
Tabela nuklidow, czyli jader atomowych
Ok 300 nuklidów (jąder) trwałych
3000 zidentyfikowanych nuklidow nietrwalych
JĄDRO - PODSUMOWANIE