En étudiant la composition de la matière, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que toute matière est constituée de molécules et d'atomes. Pendant longtemps, l'atome (traduit du grec par "indivisible") a été considéré comme la plus petite unité structurelle de la matière. Cependant, d'autres études ont montré que l'atome a une structure complexe et, à son tour, comprend des particules plus petites.
De quoi est composé un atome ?
En 1911, le scientifique Rutherford a suggéré que l'atome a une partie centrale qui a une charge positive. C'est ainsi que le concept de noyau atomique est apparu pour la première fois.
Selon le schéma de Rutherford, appelé le modèle planétaire, un atome se compose d'un noyau et de particules élémentaires de charge négative - des électrons se déplaçant autour du noyau, tout comme les planètes tournent autour du Soleil.
En 1932, un autre scientifique, Chadwick, a découvert le neutron, une particule qui n'a pas de charge électrique.
Selon les concepts modernes, la structure du noyau atomique correspond au modèle planétaire proposé par Rutherford. Le noyau est transporté dansmajeure partie de la masse atomique. Il a également une charge positive. Le noyau atomique contient des protons - des particules chargées positivement et des neutrons - des particules qui ne portent pas de charge. Les protons et les neutrons sont appelés nucléons. Les particules chargées négativement - les électrons - orbitent autour du noyau.
Le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre d'électrons se déplaçant en orbite. Par conséquent, l'atome lui-même est une particule qui ne porte pas de charge. Si un atome capture les électrons d'autres personnes ou perd les siens, alors il devient positif ou négatif et s'appelle un ion.
Les électrons, les protons et les neutrons sont collectivement appelés particules subatomiques.
La charge du noyau atomique
Le noyau a un numéro de charge Z. Il est déterminé par le nombre de protons qui composent le noyau atomique. Connaître ce montant est simple: il suffit de se référer au système périodique de Mendeleïev. Le numéro atomique de l'élément auquel appartient un atome est égal au nombre de protons du noyau. Ainsi, si l'élément chimique oxygène correspond au numéro de série 8, alors le nombre de protons sera également égal à huit. Puisque le nombre de protons et d'électrons dans un atome est le même, il y aura également huit électrons.
Le nombre de neutrons est appelé le nombre isotopique et est désigné par la lettre N. Leur nombre peut varier dans un atome d'un même élément chimique.
La somme des protons et des électrons dans le noyau est appelée le nombre de masse d'un atome et est désignée par la lettre A. Ainsi, la formule de calcul du nombre de masse ressemble à ceci: A=Z+N.
Isotopes
Dans le cas où les éléments ont un nombre égal de protons et d'électrons, mais un nombre différent de neutrons, ils sont appelés isotopes d'un élément chimique. Il peut y avoir un ou plusieurs isotopes. Ils sont placés dans la même cellule du système périodique.
Les isotopes sont d'une grande importance en chimie et en physique. Par exemple, un isotope de l'hydrogène - le deutérium - en combinaison avec l'oxygène donne une substance complètement nouvelle, appelée eau lourde. Il a un point d'ébullition et de congélation différent de la normale. Et la combinaison du deutérium avec un autre isotope de l'hydrogène - le tritium conduit à une réaction de fusion thermonucléaire et peut être utilisée pour générer une énorme quantité d'énergie.
Masse du noyau et des particules subatomiques
La taille et la masse des atomes et des particules subatomiques sont négligeables dans les concepts humains. La taille des grains est d'environ 10-12cm. La masse d'un noyau atomique est mesurée en physique dans les soi-disant unités de masse atomique - amu
Pour un amu prendre un douzième de la masse d'un atome de carbone. En utilisant les unités de mesure usuelles (kilogrammes et grammes), la masse peut être exprimée comme suit: 1 h.=1, 660540 10-24g. Exprimée de cette façon, on l'appelle la masse atomique absolue.
Malgré le fait que le noyau atomique est le composant le plus massif de l'atome, ses dimensions par rapport au nuage d'électrons qui l'entoure sont extrêmement petites.
Forces nucléaires
Les noyaux atomiques sont extrêmement stables. Cela signifie que les protons et les neutrons sont retenus dans le noyau par certaines forces. N'est pasil peut y avoir des forces électromagnétiques, car les protons sont des particules de même charge, et on sait que les particules de même charge se repoussent. Les forces gravitationnelles sont trop faibles pour maintenir les nucléons ensemble. Par conséquent, les particules sont retenues dans le noyau par une interaction différente - les forces nucléaires.
L'interaction nucléaire est considérée comme la plus forte de toutes celles qui existent dans la nature. Par conséquent, ce type d'interaction entre les éléments du noyau atomique est appelé fort. Il est présent dans de nombreuses particules élémentaires, ainsi que dans les forces électromagnétiques.
Caractéristiques des forces nucléaires
- Action courte. Les forces nucléaires, contrairement aux forces électromagnétiques, ne se manifestent qu'à de très petites distances comparables à la taille du noyau.
- Indépendance de charge. Cette caractéristique se manifeste dans le fait que les forces nucléaires agissent de la même manière sur les protons et les neutrons.
- Saturation. Les nucléons du noyau n'interagissent qu'avec un certain nombre d'autres nucléons.
Core Binding Energy
Une autre chose est étroitement liée au concept d'interaction forte - l'énergie de liaison des noyaux. L'énergie de liaison nucléaire est la quantité d'énergie nécessaire pour diviser un noyau atomique en ses nucléons constitutifs. Elle est égale à l'énergie nécessaire pour former un noyau à partir de particules individuelles.
Pour calculer l'énergie de liaison d'un noyau, il est nécessaire de connaître la masse des particules subatomiques. Les calculs montrent que la masse d'un noyau est toujours inférieure à la somme de ses nucléons constitutifs. Le défaut de masse est la différence entrela masse du noyau et la somme de ses protons et électrons. En utilisant la formule d'Einstein sur la relation entre la masse et l'énergie (E=mc2), vous pouvez calculer l'énergie générée lors de la formation du noyau.
La force de l'énergie de liaison du noyau peut être jugée par l'exemple suivant: la formation de plusieurs grammes d'hélium produit autant d'énergie que la combustion de plusieurs tonnes de charbon.
Réactions nucléaires
Les noyaux des atomes peuvent interagir avec les noyaux d'autres atomes. De telles interactions sont appelées réactions nucléaires. Il existe deux types de réactions.
- Réactions de fission. Ils se produisent lorsque des noyaux plus lourds se décomposent en noyaux plus légers à la suite de l'interaction.
- Réactions de synthèse. Le processus est l'inverse de la fission: les noyaux entrent en collision, formant ainsi des éléments plus lourds.
Toutes les réactions nucléaires s'accompagnent de la libération d'énergie, qui est ensuite utilisée dans l'industrie, l'armée, l'énergie, etc.
En nous familiarisant avec la composition du noyau atomique, nous pouvons tirer les conclusions suivantes.
- L'atome est constitué d'un noyau contenant des protons et des neutrons, et des électrons autour de lui.
- Le nombre de masse d'un atome est égal à la somme des nucléons de son noyau.
- Les nucléons sont maintenus ensemble par la force forte.
- Les énormes forces qui maintiennent la stabilité du noyau atomique sont appelées les énergies de liaison nucléaire.
