В-8 Энергия связи ядра

Как вам известно, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительные заряды. Однако ядра являются устойчивыми образованиями, хотя одноименные заряды отталкиваются друг от друга.

Какие же силы удерживают ядра от распада? Ядра не распадаются благодаря действию ядерных сил. Они действуют только на расстояниях порядка 10^-15 м и в пределах ядра приблизительно в 100 раз больше кулоновских. Для разделения ядра на отдельные нуклоны нужно совершить работу против таких сил. Энергия, равная этой работе, называется энергией связи. Как же практически определить ее значение?

В этом помог выясненный с помощью масс-спектрографа интересный факт. Оказалось, что масса отдельных нуклонов больше, чем масса образованного ими ядра. Например, масса ядра атома азота составляет 14,003 а.е.м, а масса отдельно взятых нуклонов, входящих в его состав — 14,115 а.е.м., то есть возникал так называемый дефект массы в 0,112 а.е.м. Этот факт объяснила созданная в 1905 г. теория Эйнштейна. В ней утверждается, что масса и энергия любого тела взаимосвязаны. Уменьшение масс нуклонов означает потерю ими части своей энергии, которая при образовании ядра переходит в энергию связи его нуклонов. Энергия связи ядер определяется по формуле:

где ∆m — разность масс отдельных нуклонов и ядра, с — скорость света в вакууме.

Согласно этой формуле, энергия связи рассмотренного ядра азота равна:

0,112•1,7•10^-27 кг•9•10¹⁸ м²/с²= 1,7•10^-9Дж.

16. Почему энергия свободных нуклонов больше их энергии в ядре?

1) они находятся на бесконечности

2) они связаны в ядре

3) они не движутся в ядре

4) они непрерывно излучают энергию

17. По какой формуле можно рассчитать дефект масс?

1])

18. Если дефект масс для некоторого ядра равен 0,500 а.е.м., то чему равна энергия связи его ядра?

1) 7,47•10^-11 Дж

2) 6,47•10^-11 Дж

3) 5,47•10^-11 Дж

4) 4,47•10^-11 Дж

В-9 Строение атома

То, что любое тело состоит из молекул и атомов, было известно достаточно давно. Познакомимся теперь с современными представлениями о строении атома — моделью атома. Рассмотрим некоторые опыты, приведшие к формированию этой модели.

В 1911 году английский ученый Э.Резерфорд обнародовал доклад, в котором утверждалось наличие в центре атома положительно заряженного ядра. Схему экспериментальной установки Резерфорда вы видите на рисунке 57. В цилиндрическом сосуде с небольшим отверстием находился радиоактивный препарат, испускавший поток α-частиц. Они попадали на золотую фольгу и, проходя через нее, ударялись о люминесцирующий экран. В местах удара частиц на экране возникали вспышки света.

То, что некоторые α-частиц отскакивали от фольги назад, противоречило модели Томсона. Результаты эксперимента настолько удивили Резерфорда, что он воскликнул: «... неправдоподобно так же, как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в папиросную бумагу, а снаряд отскочил бы обратно и убил бы вас самих».

Чтобы объяснить результаты опыта, Резерфорд рассуждал, наверное, так. Известно, что α-частиц имеют положительный заряд. Если некоторые из них отталкиваются фольгой назад, значит, положительный заряд есть и в атомах фольги. Но поскольку большая часть α-частиц пролетает сквозь фольгу, почти не отклоняясь при этом, значит, этот положительный заряд занимает лишь малую часть каждого атома. Ее назвали ядром атома. Подсчитывая частицы, отклоняющиеся после пролета фольги на большие и малые углы, определили приблизительные размеры ядра: около 10^-14 м. Это число оказалось примерно в 10000 раз меньше размеров самого атома. Поэтому свободное пространство в модели атома Резерфорд «заполнил» электронами. Он, в частности, говорил, что атом «состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины».

Наблюдавшееся Резерфордом рассеяние заряженных частиц и объясняется таким распределением зарядов в атоме. При столкновениях с отдельными электронами α-частиц испытывают отклонения на очень небольшие углы, так как масса электрона мала. Однако в тех редких случаях, когда она пролетает на близком расстоянии от одного из атомных ядер, под действием сильного электрического поля ядра может произойти отклонение на большой угол.

Так как большая часть пространства в атоме пуста, быстрые α-частиц могут почти свободно проникать через значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов. Обратите внимание, Резерфорд ничего не говорит о том, как именно в атоме расположены электроны и движутся ли они. Он и не мог дать ответ на этот вопрос в рамках той физики, которая развивалась до начала XX века. Классическая физика просто не

допускала существование такого атома. Для этого потребовалось создание новой, квантовой физики. Ее основу заложили труды таких выдающихся ученых, как Нильс Бор и Альберт Эйнштейн.

16. Смог ли ответить Э.Резерфорд на вопрос: как расположены и как ведут себя электроны в атоме?

1) нет, не смог

2) смог ответить на вопрос, как расположены электроны в атоме

3) смог ответить на вопрос, движутся ли электроны в атоме

4) он установил неоднородность электронов в расположении вокруг ядра атома

17. Установил ли Э. Резерфорд существование стационарных орбит у электронов внутри атома?

1) да, установил

2) нет, это сделал А. Эйнштейн

3) нет, это сделал Н. Бор

4) нет, это никто не установил

18. Что представлял собой атом по модели, предложенной Э. Резерфордом?

1) шар, по всему объему которого распределены электроны