Атом та атомне ядро.

Нільс Бор створив теорію атома на основі таких постулатів:

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. У стаціонарному стані атом не випромінює і не поглинає енергію.

2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію hν яких визначають за формулою: hν = E_k – E_n,

де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо E_k > E_n фотон з частотою ν випромінюється, якщо E_k < E_n - поглинається.

3. Радіуси r_n стаціонарних станів задовольняють умові:

де n = 1, 2, 3, номера орбіт…, m - маса електрона.

Український фізик Іваненко і німецький фізик Гейзенберг у 1932 році незалежно один від одного запропонували протонно-нейтронну модель ядра, згідно з якою ядро складається із протонів і нейтронів. Оскільки атом в цілому електронейтральний, а заряд протона дорівнює модулю заряда електрона, то число протонів у ядрі дорівнює числу електронів в атомній оболонці. Відповідно число протонів в ядрі дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів Менделєєва.

Суму числа протонів Z і числа нейтронів N називають масовим числом А; воно дорівнює: A = Z + N.

Точні вимірювання мас ядер показують, що M_я < (Zm_p + Nm_n),

тобто існує так званий дефект мас ядра: ∆M = Zm_p + Nm_n – M_я.

Підставивши значення дефекта мас в рівняння для енергії, отримаємо формулу для визначення енергії зв'язку:

E_зв = ∆Mс² = ( Zm_p + Nm_n – M_я)·с².

Якщо дефект маси виразити в а.о.м., то енергія зв'язку обчислюється – у МеВ, за формулою: E_зв = 931,5 ( Zm_p + Nm_n – M_я).

Радіоактивним розпадом називають явище спонтанного перетворення одних атомних ядер в інші, що супроводжується випромінюванням -, -, - променів.

Закон радіоактивного розпаду: ,

де N-число ядер, що не розпалися за час t, N₀ –число радіоактивних ядер в момент t=0, - стала радіоактивного розпаду - величина обернена часу, за який початкова кількість атомів зменшилась в e разів.

Період піврозпаду T- час, за який розпадається половина початкової кількості ядер:

Ядерна реакція – це процес сильної взаємодії атомного ядра з елементарною частинкою, або іншим ядром, що приводить до виникнення нових ядер та нових елементарних частинок.

При написанні рівнянь будь-якої ядерної реакції виконується закон збереження масових і зарядових чисел: сума масових чисел вихідних продуктів ядерної реакції дорівнює сумі масових чисел кінцевих продуктів реакції; алгебраїчна сума зарядових чисел Z ядер і частинок до реакції дорівнює алгебраїчній сумі зарядових чисел кінцевих продуктів ядерної реакції.

Ядерна реакція має такий скорочений запис , що еквівалентний запису , де A- вихідне ядро, що вступає в реакцію, - частинка, що вступає в реакцію, - частинка, що утворюється внаслідок реакції, B- ядро, яке утворилося внаслідок реакції.

Дефект маси ядерної реакції– це різниця сум мас ядер та частинок, що вступають у реакцію і утворених внаслідок реакції. Оскільки при ядерній реакції число електронів до і після реакції не змінюється то, обраховуючи дефект маси ядерної реакції, замість мас ядер використовують масу атомів:

, де - маса вихідних речовин, а маса речовини після реакції.

Якщо M>0, то реакція протікає з виділенням енергії; якщо ж M<0 то реакція протікає з поглинанням енергії.