Atom
Jest to najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii. Atomy składają
się z jądra i otaczających to jądro elektronów.
Elektron
−
19
e
qe
=−
e
=⋅
1, 6 10
C
Ładunek:
(
)
−
31
−
19
m
=⋅
9,1 10
kg
=
0,511MeV
1eV 1,6 10 J
=⋅
Masa:
, (
)
S
=
s s
()
+
s
=
1/2
Spin:
,
Jądro atomowe
Jądro najprostszego atomu ‐ atomu wodoru‐ składa się z pojedynczego
protonu
. Jądra
wszystkich pozostałych atomów składają się z
protonów i neutronów
. Protony i neutrony na‐
zywane są
nukleonami
.
Fizyka jądra atomowego 1
Proton
q
=+
e
Ładunek:
p
−
27
m
=
1, 6726 10
⋅
kg
=
938, 27 MeV 1836, 2
=
⋅
m
Masa:
p
e
s
=
1/2
Spin:
Neutron
q
=
0
Ładunek:
−
27
m
=
1,6749 10
⋅
kg
=
939,57 MeV=1838,7
⋅
m
Masa:
n
e
mm
−
=
1, 29 MeV 2 , 5
=
⋅
m
n
p
e
s
=
1/2
Spin:
W stanie swobodnym neutron jest niestabilny (promieniotwórczy) ‐ rozpada się samorzutnie
wg schematu:
→+ +
−
ν
antyneutrino (
m
ν
=
0
npe
ν
)
W tej reakcji występujący tu nadmiar masy (
1, 5
⋅
m
=
0 , 77 MeV
) wydzielany jest w postaci
energii kinetycznej tworzących się cząstek.
Fizyka jądra atomowego 2
Wielkości charakteryzujące jądro atomowe
Z
Liczba atomowa. Jest to liczba protonów wchodzących w skład jądra.
Liczba
Z
określa:
-
ładunek jądra, który jest równy
Ze
+
,
-
liczbę porządkową pierwiastka w układzie okresowym Mendelejewa.
A
Liczba masowa jądra. Jest to liczba nukleonów (tj. sumaryczna liczba protonów i
neutronów) w jądrze.
N
Liczba neutronów w jądrze.
NAZ
= −
Oznaczenia jąder atomowych
A
Z
X
X
symbol chemiczny danego pierwiastka.
Fizyka jądra atomowego 3
Izotopy
Są to jądra o jednakowych
Z
(takich samych liczbach protonów), ale różnych
A
. Większość
16
8
O
1
8
O
1
8
O
pierwiastków ma po kilka stabilnych izotopów. Stabilne izotopy tlenu: , , .
Izotopy wodoru:
1
1
H
‐ zwykły wodór, prot (trwały),
2
1
H
‐ ciężki wodór, deuter (trwały),
3
1
H
‐ tryt (promieniotwórczy).
Inne klasyfikacje jąder atomowych
Izobary
Są to jądra o jednakowych liczbach masowych
A
. Np. i .
40
40
18
Ar
20
Ca
Izotony
‐
Jądra o jednakowych liczbach neutronów. Np. i .
13
14
6
C
7
N
Izomery
‐
Promieniotwórcze jądra o jednakowych liczbach
A
i
Z
, ale różniące się czasem
połowicznego zaniku. Np. istnieją dwa izomery jądra :
80
τ=
18 min.
35
Br
,
1
τ =
4, 4 h
.
2
Fizyka jądra atomowego 4
Ogólna charakterystyka jąder atomowych
Znanych jest ok. 1500 jąder różniących się wartościami albo
A
, albo
Z
, albo wartościami
obu tych liczb jednocześnie. Z nich ok. 300 jest trwałych, pozostałe są promieniotwórcze.
Wiele jąder zostało wytworzonych w sposób sztuczny.
43
Tc
Na Ziemi występują pierwiastki o liczbach atomowych
Z
od 1 do 92. Wyjątek stanowią
61
Pm
(technet) i (promet), które otrzymano sztucznie. Na Ziemi występuje również w zni‐
94
Pu
(93, 118)
Z
=
komych ilościach (pluton). Pozostałe (transuranowe) pierwiastki (
) zostały
wytworzone sztucznie.
Wymiary jąder atomowych
W pierwszym przybliżeniu można uważać, że jądro ma postać kuli o promieniu
−
15
3
r
=⋅
1, 3 10
A
m
⇒
objętość jądra jest proporcjonalna do
A
.
Wynika stąd, że gęstość materii we wszystkich jądrach jest w przybliżeniu jednakowa.
Fizyka jądra atomowego 5