Что такое нуклоны в химии кратко

29.10.202319.04.2022 admin 0 Comments

НУКЛОН

НУКЛОН, общее название протона и нейтрона – частиц, из которых состоят ядра атомов. На нуклоны приходится основная часть массы атома. Несмотря на различие в некоторых свойствах и поведении, нейтроны и протоны, по мнению физиков, достаточно сходны, чтобы считать их членами одного семейства, подобно тому как биологи относят к единому виду собак и волков. Так, их массы различаются не более чем на 1%, а спины одинаковы. Кроме того, почти одинаковы силы, действующие между двумя нейтронами или двумя протонами на малых расстояниях (10 –15 м и меньше). Наиболее существенное различие между протоном и нейтроном – наличие у протона электрического заряда, которого нейтрон, как это видно из его названия, не имеет.

Хотя Резерфорд еще в 1920 допускал существование в ядрах нейтронов, первые убедительные доказательства существования этих частиц принесла работа его ассистента Дж.Чедвика в 1932. Чедвик облучал бериллий альфа-частицами радиоактивного источника. Тогда уже было известно, что облученный бериллий становится источником нового излучения. Это излучение при столкновении с другими ядрами выбивает из них протоны. Чедвик предположил, что излучение бериллия представляет собой поток частиц с массой, примерно такой же, как у протона, но без электрического заряда. Он назвал такие частицы нейтронами.

В отличие от протона нейтрон нестабилен; в среднем через 15 мин свободный нейтрон самопроизвольно превращается в протон, электрон и антинейтрино. Нейтроны, входящие в состав стабильных ядер, подобных превращений не испытывают.

Бейзер А. Основные представления современной физики. М., 1970
Элементарные частицы, вып. 9. М., 1973
Александров Ю.А. Фундаментальные свойства нейтронов. М., 1982

Источник

Нуклоны

Нукло́ны (от лат. nucleus — ядро) — общее название для протонов и нейтронов.

С точки зрения электромагнитного взаимодействия протон и нейтрон разные частицы, так как протон электрически заряжен, а нейтрон — нет. Однако с точки зрения сильного взаимодействия, которое является определяющим в масштабе атомных ядер, эти частицы неразличимы, поэтому и был введен термин «нуклон», а протон и нейтрон стали рассматриваться как два различных состояния нуклона, различающихся проекцией изотопического спина. Близость свойств изоспиновых состояний нуклона является одним из проявлений изотопической инвариантности.

Нуклоны относятся к семейству барионов (группа N-барионов). Они являются самыми лёгкими из известных барионов.

Свойства нуклонов

Название	Обозначение	Энергия, МэВ	Время жизни в свободном состоянии	Электрический заряд	Проекция изоспина	Кварковый состав
Нейтрон	n 0	939,565	886 сек	0	−1/2	udd
Протон	p +	938,2726	> 2,9×10 29 лет	+1	+1/2	uud

Частицы в физике — составные частицы

Адроны: Барионы (список) | Мезоны (список)

Полезное

Смотреть что такое «Нуклоны» в других словарях:

НУКЛОНЫ — НУКЛОНЫ, общее название протонов и нейтронов, входящих в состав атомных ядер … Современная энциклопедия

НУКЛОНЫ — (от лат. nucleus ядро), общее наименование для протонов и нейтронов ч ц, из к рых построены все ядра атомные. (см. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров.… … Физическая энциклопедия

Нуклоны — НУКЛОНЫ, общее название протонов и нейтронов, входящих в состав атомных ядер. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Нуклоны — (от лат. nucleus ядро) общее наименование для протонов и нейтронов частиц, образующих ядра атомные (См. Ядро атомное). См. также Изотопическая инвариантность … Большая советская энциклопедия

Нуклоны — (лат. ядро) общее название для протонов и нейтронов частиц, образующих атомные ядра (см. Атом, Нейтрон, Протон, Элементарные частицы) … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

ЯДРО АТОМНОЕ — центральная массивная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (нуклонов). Масса Я. а. примерно в 4 •103 раз больше массы всех входящих в состав атома эл нов. Размеры Я. а. составляют = 10 12 10=13 см. Электрич. заряд положителен и по абс.… … Физическая энциклопедия

Ядро атомное — центральная массивная часть атома, вокруг которой по квантовым орбитам обращаются электроны. Масса Я. а. примерно в 4·103 раз больше массы всех входящих в состав атома электронов. Размер Я. а. очень мал (10 12 10 13 см), что… … Большая советская энциклопедия

Барион — Барионы (от греч. βαρύς тяжёлый) семейство элементарных частиц, сильно взаимодействующие[1] фермионы[2], состоящие из трёх кварков (предполагается, но не доказано существование барионов из 5 и большего числа кварков, см. пентакварк). Барионы… … Википедия

ФОТОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — ядерные превращения, идущие при поглощении g квантов ядрами. К Ф … Физическая энциклопедия

Источник

Что такое нуклоны

Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу, разница ее составляет не более 1 %. Силы, действующие между двумя протонами или нейтронами, на одинаковом расстоянии, практически равны. Наиболее существенным различием между нейтроном и протоном является наличие у последнего положительного электрического заряда. Нейтрон, в отличие от протона, заряда не имеет.

Фундаментальной частицей вещества является ядро водорода, поскольку оно представляет собой протон. Этот факт установил Э. Резерфорд, он доказал, что масса положительного заряда атома находится в очень маленькой области пространства. Масса протона в 1836 раз превышает массу электрона, а его электрический заряд равен по величине заряду электрона, но имеет противоположный знак. Так же, как и электрон, протон обладает спином, не равным нулю. Спин – это характеристика вращения частицы вокруг своей оси, аналогично суточному вращению Земли. Если протон находится в магнитном поле, то он вращается, как юла, под воздействием силы тяжести. Скорость этого движения определяется магнитным моментом. Его направление у протона совпадает с направлением оси вращения.

Существование нейтронов было доказано ассистентом Э. Резерфорда Дж. Чедвиком. В своем опыте Чедвик облучал бериллий, который в свою очередь также становился источником излучения. Данное излучение при столкновении с ядрами выбивало из них протоны. Чедвик предположил, что излучение представляет собой поток частиц с массой, равной массе протона, но не имеющих электрического заряда, и назвал их нейтронами.

Источник

Строение атома

История открытия. Демокрит. Начала атомистики

Уже в древности философы задумывались, из чего же состоит природа вокруг них. Демокрит первым из античных ученых предположил, что все в мире состоит из крошечных неделимых частиц. Эту частицу он назвал атом, что в переводе с греческого означает «неделимый».

К сожалению, возможности ученых в те времена были весьма ограничены. Каких-либо приборов, позволяющих исследовать строение вещества, у них не было. Но значение Демокрита в зарождении атомистики невозможно сбросить со счетов истории.

Атомно-молекулярное учение. Строение атома

Практически до середины XVIII века, пока М.В. Ломоносов не принес в химию количественные эксперименты, учение об атомах оставалось лишь прерогативой философских размышлений. Михаил Васильевич считал, что лишь знание физических законов поможет правильно истолковать результаты химических опытов.

В своих исследованиях ученый выделил в веществе крупные частицы — «корпускулы», и мелкие — «элементы», или как мы называем их сейчас — атомы.

Ломоносов считал, что каждая молекула по своему составу идентична всему веществу, а также, что различные по химическому строению элементы имеют и разные по составу молекулы. Ученый предполагал, что вещества имеют особенности не только из-за отличий в составе молекул, но и благодаря различному расположению атомов в молекуле.

Следующий шаг в изучении атомов сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон. Проводя различные эксперименты с растворением газов в жидкостях, ученый открыл главное физическое качество атомов: эти мельчайшие частицы имеют вес. Но поскольку атом до сих пор никто не видел, Дальтон назвал вес частицы относительным. Он установил, что самым легким элементом является водород и предложил его вес принять за единицу.

Открытие Дальтона стало прорывом в химии. Ведь теперь к любому химическому соединению можно было подойти с измерительным прибором. Это исследование позволило приблизиться к современной записи химических формул и уравнений. И именно Дальтон придумал первые обозначения для известных химических элементов.

До конца XIX века, несмотря на все старания ученых, химическое строение атома по-прежнему оставалось лишь гипотезой.Ученым не хватало оборудования, чтобы постичь тайну мельчайшей частицы.

Открытие Дальтона дало толчок дальнейшим опытам, в ходе которых ученые вычислили относительную атомную массу разнообразных химических элементов, что позволило их классифицировать, а Д.И.Менделееву – сформулировать периодический закон и представить научному миру Периодическую систему химических элементов.

Протоны и нейтроны

Обнаружение катодных лучей немецким ученым-физиком Юлиусом Плюккером в 1859 году и создание прототипа электронной трубки Ульямом Круксом в 1879 году положили новый виток исследованиям в атомистике.

Однако потребовалось еще несколько десятков лет, чтобы строение атомов химических элементов приоткрыло свои тайны. на заре XX века в одном журнале появились две публикации, которые пытались объяснить структуру атома. Одна из публикаций принадлежала английскому ученому Д.Д. Томсону, автором другой был японский физик Хантаро Нагаока.

При создании своей атомной структуры Нагаока использовал разработанную Максвеллом в 1856 году теорию устойчивости колец Сатурна. Японский ученый был убежден, что опираясь на «сатурнианскую» модель ядра в будущих исследованиях, можно прояснить все основные свойства материи.

Исследователь ошибся, однако два постулата его теории впоследствии подтвердились:

Томсон выдвинул гипотезу о том, что атом напоминает шарообразную, электронейтральную сферу диаметром около 10 –10 м, где положительный заряд равномерно распределен по всей структуре атома, а электроны хаотично расположены в этом поле. Поэтому, можно сказать, что атом напоминает микроскопическую булочку с изюмом.

Опыты продолжались в разных странах. В лаборатории Резерфорда проходили испытания, которые смогли доказать, что в центре атома расположено крупное ядро с диаметром около —10 —15 м, в котором содержится более 99,95 % его массы, а заряд его положительный.

В 1932 году и Джеймс Чедвик обнаружил нейтрон — третий недостающий элемент атома.

Атомное взаимодействие обеспечивает тесную связь протонам и нейтронам в ядре атома. Протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны. Ученые считают, что их характеристики достаточно подобны, чтобы отнести эти частицы к одному семейству, как биологи относят в один вид собак и волков.

Казалось бы, вот оно – тайна ядра разгадана. Но нет, в современной физике считается, что нуклоны состоят из еще более мелких частиц, которые называют кварками, и кварковая модель является ведущей в современной науке.

Эксперименты по исследованию атома и его ядра не прекращаются, и в 2010 году международная группа физиков при исследовании протонов в мюонном водороде установила, что размер радиуса протона меньше на 4%, чем считалось до этого.

Так в фундаментальную физику ворвалась загадка протонного радиуса, почему измерение одной и той же величины в обычном и в мюонном водороде дает разные результаты — и, несмотря на усилия сотен специалистов, она до сих пор не решена.

Изотопы

Работая в лаборатории Резерфорда, Фредерик Содди экспериментально установил, что встречаются атомы одного химического элемента с различной атомной массой. А поскольку к этому времени уже было известно, что количество протонов для ядра постоянно, соответственно, отличались они количеством нейтронов.

Содди предложил термин изотоп (от греческих слов изос — «равный» и топос — «место») для обозначения веществ, идентичных по химическим свойствам, но отличающихся атомной массой и определенными физическими свойствами.

При графической записи изотоп выглядит как знак химического элемента, которому он соответствует. А что бы обозначить разницу, в массовом числе используют индекс слева вверху: ( 12 C, 222 Rn)

Протий, дейтерий, и тритий — исторические собственные названия изотопов водорода.

Электронное строение атома

Исследование таинственного микромира продолжается. Изучение движения электронов и внутриатомных взаимодействий выделилось в отдельную область физики — квантовую механику. Главный постулат квантовой механики — все волны обладают свойствами частиц, а микрочастицы имеют волновую природу.

В макромире физическое тело всегда находится в какой-то конкретной точке пространства. Даже если вы сфотографируете летящую муху и на фотографии она будет в виде черной полосы, вы все равно будете уверены, что в конкретный момент времени она была в определенном месте.

В мире атома все иначе. Легкий подвижный электрон находится одновременно во всех точках околоядерного пространства. Если провести аналогию с макромиром, больше всего это напомнит неплотный клубок мягкой пушистой шерсти.

И именно эта зона пространства, где существует вероятность встретить электрон, называется электронным облаком. Плотность электронного облака неравномерна.

В электронном облаке выделяют зону, где вероятность встречи с электроном более 90% — эта область обозначена как атомная или электронная орбиталь.

Все электроны в атоме обладают определенной энергией. Чтобы описать состояние электрона, ученые используют квантовые числа. Всего их четыре. Целое число n, которое определяет энергию электронов на конкретном энергетическом уровне, называют главным квантовым числом.

На одной электронной оболочке находятся атомные орбитали с единым значением главного квантового числа n.

У невозбужденного атома электроны расположены на орбиталях 4-х видов: s, p, d и f.

Но почему нельзя было обозначить буквами по алфавиту a, b, c? Все не так просто, для обозначения атомных орбиталей ученые решили использовать начальные буквы от прилагательных, описывающих спектральные линии в атомных спектрах:

Чтобы графически представить расположение электронов на уровнях и подуровнях атомной оболочки, ученые ввели электронные формулы. Это такие численно-буквенные комбинации, где подуровень обозначен строчной латинской литерой, а цифровой индекс вверху справа обозначает количество электронов на подуровне.

Несмотря на свои способности быть одновременно в любой точке пространства, электроны при заполнении орбиталей соблюдают определенный порядок:

У этого правила есть еще одно мнемоническое название — правило троллейбуса. Расположение электронов напоминает рассадку в общественном транспорте. Если есть свободные места и человек входит один, он сядет на свободное сиденье, и только если нет свободных сидений, подсядет к кому-то на свободное место.

Итак, подведем выводы, на которые ученым понадобилось более сотни лет опытов, исследований, научных дискуссий и даже трагедий.

Чтобы проверить насколько хорошо усвоен материал, предлагаем вашему вниманию тест на тему «Строение атома» для 8-11 классов:

Источник

Нуклон

Нукло́ны (от лат. nucleus — ядро) — общее название для протонов и нейтронов.