Дискретність електронних станів в атомі. ДИСКРЕТНІСТЬ (від лат. Discretus - розділений, переривчастий) зміна стан атома стрибками Дуже важливими були досліди Дж. Франка і Г. Герца, що показали дискретність, тобто квантування, енергії електрона в атомі. На основі цих експериментів була запропонована модель будови атома, що враховує перераховані вище відкриття. Ось її положення: 1. Атом складається з ядра і електронів. 2. Ядро заряджена позитивно, а електрони негативно. 3. Ядро складається з протонів і нейтронів. 4. Протон є носієм елементарного позитивного заряду, рівного за значенням (1,6 • 10-19 Кл), але протилежного за знаком заряду електрона. Нейтрон заряду не має.
Сума чисел протонів (Np) і нейтронів (N) визначає масове число атома (А). 7. Електрони обертаються навколо ядра. Число електронів дорівнює числу протонів (атом електронейтрален). Властивості елементарних частинок, що утворюють атом Належність атома до якого-небудь елементу визначається зарядом його ядра Z, тобто числом протонів. При цьому число нейтронів і, відповідно, масове число у атомів одного і того ж елемента може різнитися. Такі атоми називаються ізотопами.
Ізотопами називають атоми з однаковим зарядом ядра, але мають різні масові числа. Таким чином, ізотопи - це атоми одного елемента, які мають різну масу. Кожен ізотоп характеризується двома величинами: А (проставляється вгорі зліва від хімічного знака) і N (проставляється знизу зліва від хімічного знака) і позначається символом відповідного елемента. Наприклад: ізотоп вуглецю 126C або словами: «вуглець-12» Ця форма запису поширена на елементарні частинки: електронів, нейтрон 10n, протон 11p, нейтрино 00vi. Ізотопи відомі для всіх хімічних елементів: кисень має ізотопи з масовими числами 16, 17, 18: 168О, 178O, 188O. Ізотопи аргону: 3618Ar, 3818Ar, 4018Ar; калію: 3919K, 4019K, 4119K. Атомна маса елемента дорівнює середньому значенню з мас всіх його природних ізотопів з урахуванням поширеності їх. Наприклад, середня атомна маса природного літію, що містить 92,48% 73Li і 7,52% 63Li, дорівнює 6,94 і т.д. Атомна маса елементів, що приводяться в періодичній системі Д. І. Менделєєва, є середні масові числа природних сумішей ізотопів.
Поряд з терміном «ізотопи» використовується термін «нуклід». Нуклід атом зі строго певним значенням масового числа, тобто фікзірованним значенням числа протонів і нейтронів в ядрі. Радіонуклід радіоактивних нуклід. Наприклад, нуклід 16о, радіонуклід 14С і т.д. Термін «ізотопи» слід застосовувати тільки для стабільних і радіоактивних нуклідів одного елемента.
Ядерні реакції відрізняються від хімічних, в яких атоми реагують речовин вступають в нові комбінації, утворюючи продукти реакції, але ядра атомів залишаються незмінними.
У ядерних реакціях відбувається перерозподіл протонів і нейтронів в ядрах атомів, і утворюються нові елементи. У деяких елементів атоми нестійкі і мимовільно розпадаються з утворенням більш легких атомів. Ядро розщеплюється, і з його протонів і нейтронів утворюється два нових ядра, а електрони вихідного атома утворюють електронні оболонки двох нових атомів.
Іноді розпад атома складається в перетворенні нейтрона в протон або протона в нейтрон. Таке перетворення супроводжується утворенням нових частинок, які залишають атом. Атоми можуть також мимовільно розпадатися на два осколка, або ядро атома може випустити протон. Мимовільний розпад атома називають радіоактивним розпадом. Якщо все ізотопи даного хімічного елемента радіоактивні, то такий елемент називають радіоактивним.
Випускання частинок і виділення енергії - це ознаки радіоактивності. Розпад радіоактивних речовин супроводжується випусканням випромінювання, яке отримало назву a- (альфа),) b- (бета) або g- (гамма) випромінювання. Кожне з них іонізує атоми речовини, через яке воно проходить, а a-випромінювання, крім того, здатне викликати світіння сульфіду цинку. Їх проникаюча здатність різна: наприклад, g-випромінювання здатне пройти шар повітря в кілька десятків метрів, b-випромінювання - на порядок менше, а a-випромінювання - всього кілька сантиметрів.
До основних видів радіоактивного розпаду відносяться a-розпад, b-розпад, спонтанний поділ атомних ядер і протонний розпад. Часто ці види радіоактивного розпаду супроводжуються випусканням g-променів, тобто жорсткого (з малою довжиною воли) електромагнітного випромінювання. При a-розпаді ядро атома випускає два протони і два нейтрони, пов'язані в ядро атома гелію 42Не; це призводить до зменшення заряду вихідного радіоактивного ядра на 2, а його масового числа на 4. Таким чином, в результаті a-розпаду утворюється атом елемента, зміщеного на два місця від вихідного радіоактивного елемента до початку періодичної системи. Можливість b-розпаду пов'язана з тим, що за сучасними уявленнями протон і нейтрон є два стани однієї і тієї ж елементарної частинки - нуклона (від лат. Nucleus - ядро). При відомих умовах (наприклад, коли надлишок нейтронів в ядрі призводить до його нестійкості) нейтрон може перетворюватися в протон, одночасно «народжуючи» електрон: нейтрон ® протон + електрон або n ®р + е- Таким чином, при b-розпаді один з нейтронів , що входять до складу ядра, перетворюється в протон; що виникає при цьому електрон вилітає з ядра, позитивний заряд якого на одиницю зростає.
Можливо також перетворення протона в нейтрон: протон ® нейтрон + позитрон або p® n + n +, де n + - позитрон - елементарна частинка з масою, що дорівнює масі електрона, але несуча позитивний електричний заряд; за абсолютною величиною заряди електрона і позитрона однакові.
При цьому один з протонів, що входять до складу ядра, перетворюється в нейтрон, що виникає позитрон вилітає за межі ядра, а заряд ядра на одиницю зменшується. Такий вид радіоактивного розпаду називається позитрон b-розпадом (або b + розпадів) на відміну від раніше розглянутого електронного b-розпаду (b розпаду). Цей вид радіоактивного розпаду спостерігається у деяких штучно отриманих радіоактивних ізотопів.
Зміна заряду ядра при b-розпаді призводить до того, що в результаті b-розпаду утворюється атом елемента, зміщеного на одне місце від вихідного радіоактивного елемента до кінця періодичної системи (в разі b розпаду) або до її початку (в разі b + розпаду) . До зменшення заряду ядра на одиницю призводить не тільки b + -розпад, а й електронний, захоплення, при якому один з електронів атомної електронної оболонки захоплюється ядром; взаємодія цього електрона з одним з містяться в ядрі протонів призводить до утворення нейтрона: Електрон найчастіше захоплюється з найближчого до ядра К-шару (.До-захоплення), рідше з L або М-шарів.
Утворюється ядро має заряд і масове число менше вихідного на одиницю в разі випускання одного протона і двох одиниць при випущенні двох протонів.
Елементи, розташовані в кінці періодичної системи (після вісмуту), не мають стабільних ізотопів. Знаходячись під радіоактивного розпаду, вони перетворюються в інші елементи.
Якщо знову утворився елемент радіоактивний, він теж розпадається, перетворюючись на третій елемент, і так далі до тих пір, поки не виходять атоми стійкого ізотопу. Ряд елементів, що утворюються так само один з іншого, називають радіоактивним поруч. Наприклад, ряд урану: Ізотопи ізотопів - різновид того ж хімічного елемента, близькі за своїми фізико-хімічними властивостями, але мають різну атомну масу.
Назва "ізотопи" було запропоновано в 1912 англійським радіохімік Фредеріком Содді, який утворив його з двох грецьких слів: isos - однаковий і topos - місце. Ізотопи займають одне і те ж місце в клітці періодичної системи елементів Менделєєва. Атом будь-якого хімічного елемента складається з позитивно зарядженого ядра і навколишнього його хмари негативно заряджених електронів (див.також атома ЯДРО). Положення хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва (його порядковий номер) визначається зарядом ядра його атомів.
Ізотопами називаються тому різновиди одного і того ж хімічного елемента, атоми яких мають однаковий заряд ядра (і, отже, практично однакові електронні оболонки), але відрізняються значеннями маси ядра. За образним висловом Ф. Содді, атоми ізотопів однакові "зовні", але різні "всередині". У 1932 був відкритий нейтрон - частинка, яка не має заряду, з масою, близькою до маси ядра атома водню - протона, і створена протонно-нейтронна модель ядра. В результаті в науці встановилося остаточне сучасне визначення поняття ізотопів: ізотопи - це речовини, ядра атомів яких складаються з однакового числа протонів і відрізняються лише числом нейтронів в ядрі. Кожен ізотоп прийнято позначати набором символів, де X - символ хімічного елемента, Z - заряд ядра атома (число протонів), А - масове число ізотопу (загальне число нуклонів - протонів і нейтронів в ядрі, A = Z + N). Оскільки заряд ядра виявляється однозначно пов'язаним з символом хімічного елемента, часто для скорочення використовується просто позначення AX. Перехід Електронів між електронними станами як основні атомні процеси (збудження й іонізація) Модель атома сама по собі нейтральна ІОНІЗАЦІЯ -освіту покладе. і отрицат. іонів і вільних ел-нів з електрично нейтральних атомів і молекул.
ПОРУШЕННЯ атома І МОЛЕКУЛИ - квантовий перехід атома або молекули з нижчого (напр основного) рівня енергії на більш високий при поглинанні ними фотонів (ФОТОЗБУДЖЕНОГО) або при зіткненнях з електронами і ін. Частками (збудження ударом). Згідно з принципами квантової механіки, атоми і молекули стійкі лише в деяких стаціонарних станах, до-рим відповідають потужність. значення енергії.
Стан з найнижчою енергією зв. основним, інші-збудження.
Зміна енергії атома при переході з одного стаціонарного стану в інший пов'язано зі зміною будови його електронної оболонки