आइसोटोप

आइसोटोप- नाभिक में विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन के साथ एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं (और नाभिक) की किस्में। किसी परमाणु के रासायनिक गुण लगभग विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन आवरण की संरचना पर निर्भर करते हैं, जो बदले में, मुख्य रूप से नाभिक के आवेश द्वारा निर्धारित होता है। जेड(अर्थात इसमें प्रोटॉनों की संख्या) और लगभग इसकी द्रव्यमान संख्या पर निर्भर नहीं करती है ए(अर्थात, प्रोटॉनों की कुल संख्या जेडऔर न्यूट्रॉन एन). एक ही तत्व के सभी समस्थानिकों का परमाणु आवेश समान होता है, केवल न्यूट्रॉन की संख्या में अंतर होता है।

आइसोटोप के उदाहरण: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - ऑक्सीजन के तीन स्थिर आइसोटोप।

88.परमाणु नाभिक की संरचना. सबएटोमिक कण। तत्व. आइसोटोप.

एक परमाणु में एक नाभिक और उसके चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन "बादल" होता है। इलेक्ट्रॉनिक क्लाउड में स्थित है इलेक्ट्रॉनोंढोना नकारात्मकबिजली का आवेश। प्रोटान, कोर में शामिल, ले जाना सकारात्मकशुल्क।

किसी भी परमाणु में, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इलेक्ट्रॉन बादल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बिल्कुल बराबर होती है, इसलिए संपूर्ण रूप से परमाणु एक तटस्थ कण होता है जिसमें कोई चार्ज नहीं होता है।

एक परमाणु एक या अधिक इलेक्ट्रॉन खो सकता है या, इसके विपरीत, दूसरों से इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर सकता है। इस स्थिति में, परमाणु धनात्मक या ऋणात्मक आवेश प्राप्त कर लेता है और कहलाता है आयन.

एक परमाणु के बाहरी आयाम बहुत कम घने इलेक्ट्रॉन बादल के आयाम हैं, जो नाभिक के व्यास से लगभग 100,000 गुना बड़ा है।

प्रोटॉन के अलावा, अधिकांश परमाणुओं के नाभिक में शामिल हैं न्यूट्रॉनजिसका कोई चार्ज नहीं लगता। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से प्रोटॉन के द्रव्यमान से भिन्न नहीं होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मिलकर कहलाते हैं न्युक्लियोन.

बाइंडिंग एनर्जी और परमाणु द्रव्यमान दोष

नाभिक में नाभिक परमाणु बलों द्वारा मजबूती से बंधे होते हैं। किसी नाभिक से न्यूक्लियॉन को निकालने के लिए बहुत सारा काम करना पड़ता है, यानी उसे नाभिक को महत्वपूर्ण ऊर्जा प्रदान करनी पड़ती है।

एक परमाणु नाभिक ईबी की बाध्यकारी ऊर्जा नाभिक में न्यूक्लियंस की बातचीत की तीव्रता को दर्शाती है और अधिकतम ऊर्जा के बराबर होती है जिसे नाभिक को गतिशील ऊर्जा प्रदान किए बिना अलग-अलग गैर-अंतःक्रियात्मक न्यूक्लियंस में विभाजित करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए। प्रत्येक नाभिक की अपनी बंधनकारी ऊर्जा होती है। यह ऊर्जा जितनी अधिक होगी, परमाणु नाभिक उतना ही अधिक स्थिर होगा। परमाणु द्रव्यमान के सटीक माप से पता चलता है कि नाभिक m i का शेष द्रव्यमान हमेशा इसके घटक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के शेष द्रव्यमान के योग से कम होता है। इस द्रव्यमान अंतर को द्रव्यमान दोष कहा जाता है:

यह डीएम द्रव्यमान का वह हिस्सा है जो बाध्यकारी ऊर्जा की रिहाई के दौरान नष्ट हो जाता है। द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के नियम को लागू करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

*с2 (यहाँ संक्षेप में, C वर्ग से गुणा करें)

निर्वात में प्रकाश की गति कहाँ होती है.

नाभिक का एक अन्य महत्वपूर्ण पैरामीटर नाभिक की प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा है, जिसकी गणना नाभिक की बंधन ऊर्जा को उसमें मौजूद न्यूक्लियॉन की संख्या से विभाजित करके की जा सकती है:

यह मान उस औसत ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे एक नाभिक से एक न्यूक्लियॉन को हटाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए, या एक मुक्त प्रोटॉन या न्यूट्रॉन को अवशोषित करने पर नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा में औसत परिवर्तन।

चित्र में. ए पर एस्ट की प्रयोगात्मक रूप से स्थापित निर्भरता का एक ग्राफ दिखाया गया है।

जैसा कि व्याख्यात्मक चित्र से देखा जा सकता है, द्रव्यमान संख्या के छोटे मूल्यों पर, नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा तेजी से बढ़ती है और अधिकतम (लगभग 8.8 MeV) तक पहुंच जाती है। ऐसी द्रव्यमान संख्या वाले न्यूक्लाइड सबसे अधिक स्थिर होते हैं। आगे बढ़ने के साथ, औसत बंधन ऊर्जा कम हो जाती है, हालांकि, द्रव्यमान संख्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला में, ऊर्जा मूल्य लगभग स्थिर (MeV) होता है, जिससे यह पता चलता है कि हम लिख सकते हैं।

औसत बाइंडिंग ऊर्जा का यह व्यवहार परमाणु बलों की संतृप्ति तक पहुंचने की संपत्ति को इंगित करता है, यानी, केवल थोड़ी संख्या में "साझेदारों" के साथ एक न्यूक्लियॉन की बातचीत की संभावना। यदि परमाणु बलों में संतृप्ति की संपत्ति नहीं होती, तो परमाणु बलों की कार्रवाई के दायरे में प्रत्येक न्यूक्लियॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करेगा और संपर्क ऊर्जा आनुपातिक होगी, और एक न्यूक्लियॉन की औसत बाध्यकारी ऊर्जा स्थिर नहीं होगी विभिन्न नाभिकों के लिए, लेकिन बढ़ने के साथ बढ़ेगा।

90.परमाणु नाभिक की संरचना के सिद्धांत

भौतिकी के विकास की प्रक्रिया में, परमाणु नाभिक की संरचना के लिए विभिन्न परिकल्पनाएँ सामने रखी गईं। सबसे प्रसिद्ध निम्नलिखित हैं:

· नाभिक का ड्रॉपलेट मॉडल - 1936 में नील्स बोह्र द्वारा प्रस्तावित।

नाभिक का बूंद मॉडल- परमाणु नाभिक की संरचना के शुरुआती मॉडलों में से एक, यौगिक नाभिक सिद्धांत के ढांचे के भीतर 1936 में नील्स बोहर द्वारा प्रस्तावित, जैकब फ्रेनकेल द्वारा विकसित और उसके बाद, जॉन व्हीलर, जिसके आधार पर कार्ल वीज़सैकर ने पहली बार एक प्राप्त किया परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा के लिए अर्ध-अनुभवजन्य सूत्र, उनके सम्मान में कहा जाता है वीज़सैकर फॉर्मूला.

इस सिद्धांत के अनुसार, परमाणु नाभिक को विशेष परमाणु पदार्थ की एक गोलाकार, समान रूप से चार्ज की गई बूंद के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें कुछ गुण होते हैं, जैसे कि असम्पीडितता, परमाणु बलों की संतृप्ति, न्यूक्लियॉन (न्यूट्रॉन और प्रोटॉन) का "वाष्पीकरण", और जैसा दिखता है एक द्रव। इस संबंध में, तरल बूंद के कुछ अन्य गुणों को ऐसी बूंद कोर तक बढ़ाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, सतह तनाव, छोटी बूंदों का विखंडन (नाभिक विखंडन), और छोटी बूंदों का एक बड़ी बूंद में विलय (संलयन) नाभिक का)

· नाभिक का शैल मॉडल - 20वीं सदी के 30 के दशक में प्रस्तावित।

एक परमाणु के शेल मॉडल में, इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन कोश भरते हैं, और एक बार एक कोश भर जाने पर, अगले इलेक्ट्रॉन के लिए बंधन ऊर्जा काफी कम हो जाती है।

· सामान्यीकृत बोह्र-मोटलसन मॉडल.

ओ.एम.आई. यह धीरे-धीरे बदलती क्षमता वाले क्षेत्र में न्यूक्लियॉन की स्वतंत्र गति की धारणा के आधार पर प्रस्तावित है। आंतरिक नाभिक भरे हुए गोले एक "कंकाल" बनाते हैं, जिसमें स्वतंत्रता की सामूहिक डिग्री होती है और इसे तरल ड्रॉप मॉडल (देखें) का उपयोग करके वर्णित किया जाता है। नाभिक का बूंद मॉडल)।बाहरी, अधूरे कोशों के न्यूक्लियॉन, इस बूंद की सतह के साथ बातचीत करके, एक सामान्य, आमतौर पर गैर-गोलाकार, आत्म-स्थिरता बनाते हैं। संभावना। इस क्षमता में परिवर्तन की रुद्धोष्म प्रकृति निश्चित तरीके से होने वाली न्यूक्लियंस की एकल-कण गति को अलग करना संभव बनाती है। संभावित, सामूहिक आंदोलन से आकार और अभिविन्यास में परिवर्तन की ओर अग्रसर सीएफ। मुख्य क्षेत्र. यह दृष्टिकोण अणुओं में इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों की गति को अलग करने के समान है।

· क्लस्टर कर्नेल मॉडल

· न्यूक्लियॉन संघों का मॉडल

· कोर का ऑप्टिकल मॉडल

· सुपरफ्लुइड कोर मॉडल

सांख्यिकीय कर्नेल मॉडल

परमाणु बल

परमाणु बल वे बल हैं जो नाभिक में न्यूक्लियॉन को धारण करते हैं, जो बड़े आकर्षक बलों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो केवल कम दूरी पर कार्य करते हैं। उनमें संतृप्ति गुण होते हैं, और इसलिए परमाणु बलों को एक विनिमय चरित्र का श्रेय दिया जाता है। परमाणु बल स्पिन पर निर्भर होते हैं, विद्युत आवेश पर निर्भर नहीं होते हैं, और केंद्रीय बल नहीं होते हैं।

रेडियोधर्मी क्षय

रेडियोधर्मी क्षय(अक्षांश से. RADIUS"बीम" और एक्टिवस"प्रभावी") - प्राथमिक कणों या परमाणु टुकड़ों के उत्सर्जन के माध्यम से अस्थिर परमाणु नाभिक (चार्ज जेड, द्रव्यमान संख्या ए) की संरचना में एक सहज परिवर्तन। रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया भी कहलाती है रेडियोधर्मिता, और संबंधित तत्व रेडियोधर्मी हैं। रेडियोधर्मी नाभिक वाले पदार्थ भी रेडियोधर्मी कहलाते हैं।

यह स्थापित किया गया है कि 82 से अधिक क्रम संख्या वाले सभी रासायनिक तत्व रेडियोधर्मी हैं (अर्थात, बिस्मथ से शुरू होते हैं), और कई हल्के तत्व (प्रोमेथियम और टेक्नेटियम में स्थिर आइसोटोप नहीं होते हैं, और कुछ तत्व, जैसे इंडियम, पोटेशियम या कैल्शियम, कुछ प्राकृतिक हैं, कुछ आइसोटोप स्थिर हैं, अन्य रेडियोधर्मी हैं)।

प्राकृतिक रेडियोधर्मिता- प्रकृति में पाए जाने वाले तत्वों के नाभिकों का स्वतःस्फूर्त क्षय।

परमाणु नाभिक। सामूहिक दोष. परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा

परमाणु नाभिक परमाणु का केंद्रीय भाग है, जिसमें सभी सकारात्मक चार्ज और लगभग सभी द्रव्यमान केंद्रित होते हैं।

सभी परमाणुओं के नाभिक कहलाने वाले कणों से बने होते हैं न्यूक्लियंस.न्यूक्लियॉन दो अवस्थाओं में हो सकते हैं - एक विद्युत आवेशित अवस्था और एक तटस्थ अवस्था। आवेशित अवस्था में न्यूक्लियॉन को प्रोटॉन कहा जाता है। प्रोटॉन (पी) सबसे हल्के रासायनिक तत्व - हाइड्रोजन का नाभिक है। प्रोटॉन आवेश प्राथमिक धनात्मक आवेश के बराबर होता है, जो परिमाण में प्राथमिक ऋणात्मक आवेश q e = 1.6 ∙ 10 -19 C. के बराबर होता है, अर्थात। इलेक्ट्रॉन आवेश. तटस्थ (अपरिवर्तित) अवस्था में एक न्यूक्लियॉन को न्यूट्रॉन (n) कहा जाता है। दोनों अवस्थाओं में न्यूक्लियॉन द्रव्यमान एक दूसरे से थोड़ा भिन्न होता है, अर्थात। एम एन ≈ एम पी .

न्यूक्लियॉन प्राथमिक कण नहीं हैं। उनकी एक जटिल आंतरिक संरचना होती है और वे पदार्थ के और भी छोटे कणों - क्वार्क से बने होते हैं।

परमाणु नाभिक की मुख्य विशेषताएं आवेश, द्रव्यमान, स्पिन और चुंबकीय क्षण हैं।

कोर प्रभारीनाभिक में शामिल प्रोटॉन (z) की संख्या से निर्धारित होता है। विभिन्न रासायनिक तत्वों के लिए परमाणु आवेश (zq) अलग-अलग होता है। संख्या z को परमाणु संख्या या आवेश संख्या कहा जाता है। परमाणु संख्या डी. मेंडेलीव के तत्वों की आवर्त सारणी में एक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या है। नाभिक का आवेश परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी निर्धारित करता है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऊर्जा कोशों और उपकोशों पर उनके वितरण को निर्धारित करती है और, परिणामस्वरूप, परमाणु के सभी भौतिक-रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है। नाभिक का आवेश किसी दिए गए रासायनिक तत्व की विशिष्टता निर्धारित करता है।

कोर द्रव्यमाननाभिक का द्रव्यमान नाभिक बनाने वाले नाभिकों की संख्या (ए) से निर्धारित होता है। किसी नाभिक (ए) में न्यूक्लियॉन की संख्या को द्रव्यमान संख्या कहा जाता है। यदि न्यूक्लियॉन (ए) की कुल संख्या से प्रोटॉन (जेड) की संख्या घटा दी जाए तो नाभिक में न्यूट्रॉन (एन) की संख्या पाई जा सकती है, यानी एन = एफ-जेड। आवर्त सारणी में, इसके मध्य तक, परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या लगभग समान होती है, अर्थात। (A-z)/z= 1, तालिका के अंत तक (A-z)/z= 1.6.

परमाणुओं के नाभिकों को आमतौर पर इस प्रकार नामित किया जाता है:

एक्स - एक रासायनिक तत्व का प्रतीक;

जेड - परमाणु संख्या;

ए - द्रव्यमान संख्या.

सरल पदार्थों के नाभिक के द्रव्यमान को मापने पर, यह पता चला कि अधिकांश रासायनिक तत्वों में परमाणुओं के समूह होते हैं। समान आवेश होने के कारण विभिन्न समूहों के नाभिकों का द्रव्यमान भिन्न-भिन्न होता है। किसी दिए गए रासायनिक तत्व के परमाणुओं की विभिन्न किस्मों को, परमाणु द्रव्यमान में भिन्न कहा जाता था आइसोटोप. समस्थानिक नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है (और ; , , , ; , , )।

आइसोटोप नाभिक (z - समान, A - भिन्न) के अलावा, नाभिक भी होते हैं समदाब रेखा(जेड - अलग, ए - वही)। ( और )।

परमाणु भौतिकी में न्यूक्लियॉन, परमाणु नाभिक, परमाणुओं, इलेक्ट्रॉनों और अन्य कणों का द्रव्यमान आमतौर पर "केजी" में नहीं, बल्कि परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (एएमयू - जिसे कार्बन द्रव्यमान इकाई कहा जाता है और "ई" से दर्शाया जाता है) में मापा जाता है। परमाणु द्रव्यमान इकाई (1e) को कार्बन परमाणु के द्रव्यमान का 1/12 लिया जाता है 1e=1.6603 ∙ 10 -27 किग्रा।

न्यूक्लियॉन द्रव्यमान: m p -1.00728 e, m n =1.00867 e।

हम देखते हैं कि "e" में व्यक्त नाभिक का द्रव्यमान A के निकट की संख्या के रूप में लिखा जाएगा।

परमाणु स्पिन.नाभिक का यांत्रिक कोणीय संवेग (स्पिन) नाभिक बनाने वाले न्यूक्लियंस के स्पिन के वेक्टर योग के बराबर होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का स्पिन L = ± 1/2ћ के बराबर होता है। इसके अनुसार, सम संख्या में न्यूक्लियॉन (ए सम है) वाले नाभिक का चक्रण एक पूर्णांक या शून्य होता है। विषम संख्या में न्यूक्लियॉन (A विषम) वाले नाभिक का चक्कर अर्ध-पूर्णांक होता है।

नाभिक का चुंबकीय क्षण.परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश में भरने वाले इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षण की तुलना में नाभिक का चुंबकीय क्षण (P m i) बहुत छोटा होता है। किसी परमाणु के चुंबकीय गुण नाभिक के चुंबकीय क्षण से प्रभावित नहीं होते हैं। नाभिक के चुंबकीय क्षण की माप की इकाई परमाणु मैग्नेटोन μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T है। यह इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण से 1836 गुना कम है - बोह्र मैग्नेटन μ बी = 0.927 ∙ 10 -23 जे/टी।

प्रोटॉन का चुंबकीय क्षण 2.793 μi है और यह प्रोटॉन के स्पिन के समानांतर है। न्यूट्रॉन का चुंबकीय क्षण 1.914 μi है और यह न्यूट्रॉन के स्पिन के समानांतर है। नाभिक के चुंबकीय क्षण परमाणु मैग्नेटोन के क्रम के होते हैं।

किसी नाभिक को उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए एक निश्चित मात्रा में कार्य करना पड़ता है। इस कार्य की मात्रा नाभिक की बंधन ऊर्जा का माप है।

एक नाभिक की बंधन ऊर्जा संख्यात्मक रूप से उस कार्य के बराबर होती है जो एक नाभिक को गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए किया जाना चाहिए।

परमाणु निर्माण की विपरीत प्रक्रिया के दौरान, घटक न्यूक्लियंस से समान ऊर्जा निकलनी चाहिए। यह ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन करता है। इसलिए, नाभिक की बंधन ऊर्जा नाभिक बनाने वाले नाभिकों की ऊर्जा और नाभिक की ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर होती है:

ΔE = E nuk – E i. (1)

द्रव्यमान और ऊर्जा (ई = एम ∙ सी 2) और नाभिक की संरचना के बीच संबंध को ध्यान में रखते हुए, हम समीकरण (1) को निम्नानुसार फिर से लिखते हैं:

ΔE = ∙ s 2 (2)

परिमाण

Δm = zm p +(A-z)m n - M i, (3)

नाभिक को बनाने वाले न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान और स्वयं नाभिक के द्रव्यमान के बीच के अंतर को द्रव्यमान दोष कहा जाता है।

अभिव्यक्ति (2) को इस प्रकार फिर से लिखा जा सकता है:

ΔE = Δm ∙ s 2 (4)

वे। द्रव्यमान दोष नाभिक की बंधन ऊर्जा का माप है.

परमाणु भौतिकी में, न्यूक्लियॉन और नाभिक का द्रव्यमान एएमयू में मापा जाता है। (1 एएमयू = 1.6603 ∙ 10 27 किग्रा), और ऊर्जा आमतौर पर MeV में मापी जाती है।

यह मानते हुए कि 1 MeV = 10 6 eV = 1.6021 ∙ 10 -13 J, हम परमाणु द्रव्यमान इकाई के अनुरूप ऊर्जा मान पाते हैं

1.ए.ई.एम. ∙ एस 2 = 1.6603 ∙10 -27 ∙9 ∙10 16 = 14.9427 ∙ 10 -11 जे = 931.48 मेव

इस प्रकार, MeV में परमाणु बंधन ऊर्जा बराबर है

ΔE प्रकाश = Δm ∙931.48 MeV (5)

यह ध्यान में रखते हुए कि सारणी आमतौर पर द्रव्यमान दोष की व्यावहारिक गणना के लिए, सूत्र (3) के बजाय, नाभिक का द्रव्यमान नहीं, बल्कि परमाणुओं का द्रव्यमान देती है।

दूसरे का उपयोग करें

Δm = zm Н +(A-z)m n – M а, (6)

अर्थात्, प्रोटॉन के द्रव्यमान को एक हल्के हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से बदल दिया गया, जिससे z इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान जुड़ गया, और नाभिक के द्रव्यमान को परमाणु M a के द्रव्यमान से बदल दिया गया, जिससे ये z इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान घट गए।

नाभिक में प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा को विशिष्ट बंधन ऊर्जा कहा जाता है

(7)

नाभिक में न्यूक्लियंस की संख्या (द्रव्यमान संख्या ए पर) पर विशिष्ट बंधन ऊर्जा की निर्भरता चित्र 1 में दी गई है।

एक नाभिक को अलग-अलग (मुक्त) न्यूक्लियंस में तोड़ने के लिए जो एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं, परमाणु बलों पर काबू पाने के लिए काम करना आवश्यक है, यानी नाभिक को एक निश्चित ऊर्जा प्रदान करना। इसके विपरीत, जब मुक्त न्यूक्लियॉन एक नाभिक में संयोजित होते हैं, तो वही ऊर्जा निकलती है (ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार)।

• किसी नाभिक को अलग-अलग न्यूक्लियॉन में विभाजित करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा को परमाणु बंधन ऊर्जा कहा जाता है

कोई किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा का मान कैसे निर्धारित कर सकता है?

इस ऊर्जा को खोजने का सबसे सरल तरीका द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध पर कानून के अनुप्रयोग पर आधारित है, जिसे 1905 में जर्मन वैज्ञानिक अल्बर्ट आइंस्टीन ने खोजा था।

अल्बर्ट आइंस्टीन (1879-1955)
जर्मन सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी, आधुनिक भौतिकी के संस्थापकों में से एक। द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के नियम की खोज की, सापेक्षता के विशेष और सामान्य सिद्धांतों का निर्माण किया

इस नियम के अनुसार, किसी कण प्रणाली के द्रव्यमान m और शेष ऊर्जा, यानी, इस प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा E 0 के बीच सीधा आनुपातिक संबंध होता है:

जहाँ c निर्वात में प्रकाश की गति है।

यदि किसी भी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कणों की प्रणाली की बाकी ऊर्जा ΔE 0 1 के मान से बदल जाती है, तो इससे इस प्रणाली के द्रव्यमान में Δm के मान से संबंधित परिवर्तन होगा, और इन मात्राओं के बीच संबंध व्यक्त किया जाएगा। समानता से:

ΔE 0 = Δmс 2.

इस प्रकार, जब मुक्त न्यूक्लियॉन एक नाभिक में विलीन हो जाते हैं, तो ऊर्जा की रिहाई के परिणामस्वरूप (जो इस प्रक्रिया के दौरान उत्सर्जित फोटॉन द्वारा दूर ले जाया जाता है), न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान भी कम होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, किसी नाभिक का द्रव्यमान हमेशा उन नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है जिनसे वह बना होता है।

इसके घटक नाभिकों के कुल द्रव्यमान की तुलना में परमाणु द्रव्यमान Δm की कमी को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

Δm = (Zm p + Nm n) - M i,

जहाँ M i नाभिक का द्रव्यमान है, Z और N नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या है, और m p और m n मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान है।

Δm की मात्रा को द्रव्यमान दोष कहा जाता है। कई प्रयोगों से बड़े पैमाने पर दोष की उपस्थिति की पुष्टि की जाती है।

आइए, उदाहरण के लिए, एक ड्यूटेरियम (भारी हाइड्रोजन) परमाणु के नाभिक की बंधन ऊर्जा ΔE 0 की गणना करें, जिसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन शामिल है। दूसरे शब्दों में, आइए एक नाभिक को एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन में विभाजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की गणना करें।

ऐसा करने के लिए, हम पहले संबंधित तालिकाओं से न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान और ड्यूटेरियम परमाणु के नाभिक के द्रव्यमान का अनुमानित मान लेते हुए, इस नाभिक के द्रव्यमान दोष Δm का निर्धारण करते हैं। सारणीबद्ध आंकड़ों के अनुसार, प्रोटॉन का द्रव्यमान लगभग 1.0073 a है। ई.एम., न्यूट्रॉन द्रव्यमान - 1.0087 ए। ई.एम., ड्यूटेरियम नाभिक का द्रव्यमान 2.0141 पूर्वाह्न है। प्रातः तो, Δm = (1.0073 a.u.m. + 1.0087 a.u.m.) - 2.0141 a.u. ई.एम. = 0.0019 ए. खाओ।

जूल में बंधन ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, द्रव्यमान दोष को किलोग्राम में व्यक्त किया जाना चाहिए।

यह मानते हुए कि 1 ए. ई.एम. = 1.6605 10 -27 किग्रा, हमें मिलता है:

Δm = 1.6605 10 -27 किग्रा 0.0019 = 0.0032 10 -27 किग्रा।

द्रव्यमान दोष के इस मान को बंधन ऊर्जा सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

किसी भी परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान जारी या अवशोषित ऊर्जा की गणना की जा सकती है यदि इस बातचीत के परिणामस्वरूप बनने वाले नाभिक और कणों का द्रव्यमान ज्ञात हो।

प्रशन

1. नाभिक की बंधन ऊर्जा क्या है?
2. किसी भी नाभिक का द्रव्यमान दोष ज्ञात करने का सूत्र लिखिए।
3. किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा की गणना के लिए सूत्र लिखिए।

1 ग्रीक अक्षर Δ ("डेल्टा") आमतौर पर उस भौतिक मात्रा में परिवर्तन को दर्शाता है जिसका प्रतीक इस अक्षर से पहले आता है।

सापेक्ष परमाणु द्रव्यमानएक रासायनिक तत्व का Аr (यह वह है जो डी.आई. मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली की प्रत्येक कोशिका में तत्व के प्रतीक और उसके क्रमांक के साथ दिया गया है) समस्थानिक सामग्री को ध्यान में रखते हुए, सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान का औसत मूल्य है। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान वास्तव में दर्शाता है कि किसी दिए गए परमाणु का द्रव्यमान कार्बन आइसोटोप के 1/12 द्रव्यमान से कितनी गुना अधिक है। किसी भी सापेक्ष मात्रा की तरह, Ar एक आयामहीन मात्रा है।

परमाणु द्रव्यमान की प्रति इकाई ( परमाणु द्रव्यमान इकाई - ए.एम.यू.) को वर्तमान में न्यूक्लाइड 12 सी के द्रव्यमान के 1/12 के रूप में स्वीकार किया जाता है। इस न्यूक्लाइड को 12.0000 एएमयू का द्रव्यमान दिया गया है। परमाणु द्रव्यमान इकाई का वास्तविक मान 1.661·10-27 किग्रा है।

एएमयू में व्यक्त तीन मूलभूत कणों के द्रव्यमान के निम्नलिखित मान हैं:

प्रोटॉन द्रव्यमान - 1.007277 एएमयू, न्यूट्रॉन द्रव्यमान - 1.008665 एएमयू, इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान - 0.000548 एएमयू।

1.9.4. सामूहिक दोष

यदि आप प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की संबंधित संख्या के द्रव्यमान को जोड़कर एक आइसोटोप (आइसोटोपिक द्रव्यमान) के द्रव्यमान की गणना करते हैं, तो परिणाम प्रयोग के साथ सटीक पत्राचार नहीं देगा। गणनाओं के बीच विसंगति

आइसोटोप द्रव्यमान के मापे गए और प्रयोगात्मक रूप से पाए गए मान कहलाते हैं

सामूहिक दोष.

इसलिए, उदाहरण के लिए, सत्रह प्रोटॉन, अठारह न्यूट्रॉन और सत्रह इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान को जोड़कर प्राप्त क्लोरीन 35 सीएल के समस्थानिकों में से एक का समस्थानिक द्रव्यमान बराबर है:

17· 1.007277 + 18· 1.008665 + 17· 0.000548 = 35.289005 एएमयू

हालाँकि, इस मान का सटीक प्रयोगात्मक निर्धारण 34.96885 एएमयू का परिणाम देता है। द्रव्यमान दोष 0.32016 amu है।

सापेक्षता के सिद्धांत में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा तैयार की गई अवधारणाओं का उपयोग करके द्रव्यमान दोष की घटना की व्याख्या दी जा सकती है। द्रव्यमान दोष प्रोटॉनों के बीच प्रतिकारक बलों पर काबू पाने के लिए आवश्यक ऊर्जा से मेल खाता है।

दूसरे शब्दों में, द्रव्यमान दोष परमाणु कणों की बंधन ऊर्जा का एक माप है। यदि नाभिक को उसके घटक नाभिकों में विभाजित करना संभव होता, तो द्रव्यमान दोष की मात्रा से प्रणाली का द्रव्यमान बढ़ जाता। बंधन ऊर्जा नाभिक में न्यूक्लियंस की ऊर्जा और मुक्त अवस्था में उनकी ऊर्जा के बीच अंतर को दर्शाती है, अर्थात। बंधनकारी ऊर्जा वह ऊर्जा है जिसे किसी नाभिक को उसके घटक नाभिकों में अलग करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए।

बंधन ऊर्जा की गणना ए आइंस्टीन के सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

ई = एमसी2,

जहां: m - किलोग्राम में द्रव्यमान, s - प्रकाश की गति - 2.9979·108 m/s, E - J में ऊर्जा। उदाहरण के लिए, न्यूक्लाइड 4 He (दाढ़) के एक मोल (4 ग्राम) के लिए बंधन ऊर्जा

द्रव्यमान दोष 3.0378·10-5 किग्रा) के बराबर है:

∆ ई = (3.0378·10-5 किग्रा/मोल)·(2.9979·108 मी/से.)2 = 2.730·1012 जे/मोल यह ऊर्जा एक पारंपरिक सहसंयोजक बंधन की ऊर्जा से अधिक है

10 मिलियन बार. रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से ऐसी ऊर्जा प्राप्त करने के लिए दसियों टन पदार्थ का उपयोग करना आवश्यक होगा।

चूँकि बाइंडिंग ऊर्जा अत्यधिक उच्च है, इसलिए इसे मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (1 MeV = 9.6·1010 J/mol) प्रति न्यूक्लियॉन में व्यक्त करने की प्रथा है। इस प्रकार, 4 He नाभिक में प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा लगभग 7 MeV है, 35 Cl नाभिक में यह 8.5 MeV है।

1.9.5. परमाणु बल

परमाणु का नाभिक अध्ययन के लिए एक विशेष वस्तु है। सतही जांच से भी कई उलझनें पैदा हो जाती हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के प्राथमिक नियमों के अनुसार नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन एक दूसरे को प्रतिकर्षित क्यों नहीं करते? कूलम्ब के नियम का उपयोग करते हुए एक सरल गणना से पता चलता है कि परमाणु दूरी पर दो प्रोटॉन को लगभग 6000 N के बल के साथ पीछे हटना चाहिए, लेकिन वे इस मान से 40 गुना अधिक बल के साथ एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। इसके अलावा, यह बल दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन के बीच, साथ ही एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, यानी दोनों के बीच समान रूप से कार्य करता है। कण आवेश से पूर्णतः स्वतंत्र।

जाहिर है, परमाणु बल पूरी तरह से अलग वर्ग के बलों का प्रतिनिधित्व करते हैं, उन्हें इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन में कम नहीं किया जा सकता है; परमाणु प्रतिक्रियाओं के साथ आने वाली ऊर्जा रासायनिक परिवर्तनों की विशेषता वाली ऊर्जा से लाखों गुना अधिक है।

इलेक्ट्रॉनों की गति के वर्णन में क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का अनुप्रयोग वर्तमान में बहुत संतोषजनक परिणाम दे रहा है। क्या इस सिद्धांत का उपयोग परमाणु के नाभिक में होने वाली प्रक्रियाओं को मॉडल करने के लिए किया जा सकता है? परमाणु बलों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता उनकी कार्रवाई की बेहद कम सीमा है। दरअसल, एक इलेक्ट्रॉन की गति अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में 10-8 सेमी के क्रम के अनुमानित मूल्यों पर होती है, और सभी इंट्रान्यूक्लियर घटनाएं 10-12 सेमी और उससे कम के क्रम की दूरी पर होती हैं। ये मान न्यूक्लियॉन के आंतरिक आकार से थोड़े बड़े हैं। एक ओर इलेक्ट्रॉन की गति और दूसरी ओर इंट्रान्यूक्लियर घटना को परिमाण के क्रम में दर्शाने वाले पैमानों के अनुपात की तुलना उसी अनुपात से की जा सकती है

मैक्रोवर्ल्ड के लिए, जो शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों का पालन करता है, और माइक्रोवर्ल्ड के लिए, जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार रहता है।

नाभिक के इतने छोटे आकार के साथ, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान इसमें केंद्रित होता है। नाभिक की अनुमानित मात्रा और परमाणु के द्रव्यमान को जानकर, कोई भी परमाणु पदार्थ के घनत्व का अनुमान लगा सकता है: यह सामान्य पदार्थ के औसत घनत्व से 2·1017 गुना अधिक है और 1013 - 1014 ग्राम/सेमी3 के क्रम पर है। वास्तव में ऐसी मात्राओं को समझने का प्रयास निम्नलिखित चित्रण की ओर ले जाता है: पदार्थ के समान घनत्व के साथ, माचिस की तीली (लगभग 5 मिमी 3) के आयतन में 1 मिलियन टन पानी के द्रव्यमान के बराबर द्रव्यमान होना चाहिए। यदि ऐसी माचिस की तीली पृथ्वी की सतह पर गिरती, तो यह सभी चट्टानों को तोड़ती और ग्रह के केंद्र में घुस जाती।

1.9.6. परमाणु परिवर्तन

प्राथमिक कणों के साथ या एक-दूसरे के साथ उनकी अंतःक्रिया के कारण होने वाले परमाणु नाभिक के परिवर्तनों को कहा जाता है परमाणु प्रतिक्रियाएँ.

स्वतःस्फूर्त परमाणु क्षय - प्राकृतिक रेडियोधर्मिता- तीन प्रकार के विकिरण के साथ।

अल्फा विकिरण +2 आवेश और द्रव्यमान संख्या 4 (4 He) वाले हीलियम परमाणुओं के नाभिक की एक धारा है। इन कणों का धनात्मक आवेश इस तथ्य को स्पष्ट करता है कि अल्फा किरणें विद्युत क्षेत्र में नकारात्मक रूप से आवेशित प्लेट की ओर विक्षेपित होती हैं, और हीलियम परमाणुओं का तुलनात्मक रूप से बड़ा आकार उनकी भेदन क्षमता को उचित ठहराता है, जो अन्य दो प्रकार के विकिरणों की तुलना में काफी कम है। .

जाहिर है, जब ऐसा कण उत्सर्जित होता है, तो नाभिक दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन खो देता है। दो प्रोटॉन की हानि से परमाणु संख्या दो इकाइयों तक कम हो जाती है, इसलिए परिणाम एक नए रासायनिक तत्व का निर्माण होता है।

उदाहरण के लिए, रेडियम-226 का न्यूक्लाइड, एक अल्फा कण के नष्ट होने पर, रेडॉन-222 के न्यूक्लाइड में बदल जाता है, जिसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण:

88 रा→ 86 राण +2 हे.

ऐसे समीकरण बनाते समय, बाईं और दाईं ओर परमाणु संख्याओं के योग और द्रव्यमान संख्याओं के योग की समानता देखी जानी चाहिए (आवेश और द्रव्यमान का संरक्षण सुनिश्चित किया जाना चाहिए)।

कई मामलों में, परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण लिखने के संक्षिप्त रूप का उपयोग किया जाता है: प्रारंभिक न्यूक्लाइड बाईं ओर लिखा जाता है, अंतिम न्यूक्लाइड दाईं ओर, उनके बीच कोष्ठक में वह कण जो इस परिवर्तन का कारण बनता है, पहले इंगित किया जाता है, और फिर परिणामस्वरूप उत्सर्जित होता है। इस मामले में, ऐसे कणों के लिए निम्नलिखित अक्षर पदनामों का उपयोग किया जाता है: α (अल्फा कण), पी (प्रोटॉन), एन (न्यूट्रॉन), डी (ड्यूटेरियम न्यूक्लियस - ड्यूटेरॉन), आदि। उदाहरण के लिए, ऊपर चर्चा की गई अल्फा क्षय के लिए:

रा (-, α) आरएन।

"-" चिन्ह बमबारी करने वाले कण की अनुपस्थिति को इंगित करता है (नाभिक का क्षय अनायास होता है)।

बीटा विकिरण, बदले में, β में विभाजित होता है - (इसे आमतौर पर कहा जाता है

वे बस β -विकिरण) और β + -विकिरण हैं। β - - विकिरण प्रकाश की गति के करीब गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है। ये इलेक्ट्रॉन न्यूट्रॉन के क्षय से उत्पन्न होते हैं:

90 थ→ 91 पा + -1 ई.

न्यूक्लाइड थोरियम-234 और प्रोटैक्टीनियम-234 की द्रव्यमान संख्या समान है। ऐसे न्यूक्लाइड्स को आइसोबार कहा जाता है।

β + विकिरण की घटना एक प्रोटॉन के न्यूट्रॉन में परिवर्तन के कारण होती है, साथ में एक पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन होता है - एक प्राथमिक कण जो एक इलेक्ट्रॉन का एक एनालॉग है, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज होता है:

19 के→ 18 एआर++1 ई.

गामा विकिरण एक्स-रे की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य वाला कठोर विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। यह विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र में विचलन नहीं करता है और इसमें उच्च भेदन क्षमता होती है।

γ किरणों का उत्सर्जन α - और β -क्षय के साथ-साथ नाभिक द्वारा इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने की प्रक्रिया के साथ होता है। बाद के मामले में, नाभिक कम ऊर्जा स्तर (के- या एल-इलेक्ट्रॉन) से एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ लेता है, और प्रोटॉन में से एक न्यूट्रॉन में बदल जाता है:

न्यूक्लाइड की द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती, लेकिन परमाणु क्रमांक एक घट जाता है, उदाहरण के लिए:

23 वी + -1 ई → 22 टीआई।

अस्थिर, स्वतः क्षय होने वाले न्यूक्लाइड को रा- कहा जाता है

डायोन्यूक्लाइड या रेडियोधर्मी आइसोटोप . इनका क्षय तब तक जारी रहता है जब तक स्थिर समस्थानिक नहीं बन जाते। स्थिर आइसोटोप अब रेडियोधर्मी क्षय के अधीन नहीं हैं, इसलिए वे प्रकृति में बने रहते हैं। उदाहरणों में शामिल 16 ओ और 12 सी.

हाफ लाइफएक अस्थिर आइसोटोप वह समय है जिसके दौरान इसकी रेडियोधर्मिता अपने मूल मूल्य से आधी हो जाती है। अर्ध-जीवन एक सेकंड के दस लाखवें भाग से लेकर लाखों वर्ष तक हो सकता है (तालिका 1.2)।

तालिका 1.2

कुछ समस्थानिकों का आधा जीवन

कई रेडियोधर्मी क्षय प्रतिक्रियाएं अधिक जटिल अनुक्रमिक परमाणु प्रतिक्रियाओं के घटक हैं - तथाकथित रेडियोधर्मी परिवर्तनों की श्रृंखलाया रेडियोधर्मी श्रृंखला.

इस श्रृंखला में प्रत्येक परिवर्तन से एक अस्थिर आइसोटोप का निर्माण होता है, जो बदले में रेडियोधर्मी क्षय से गुजरता है। मूल न्यूक्लाइड को कहा जाता है मूल आइसोटोप, और परिणामी एक है बेटी आइसोटोप. अगले चरण में, बेटी का आइसोटोप माता-पिता का आइसोटोप बन जाता है, अगली बेटी में बदल जाता है, आदि। क्रमिक परिवर्तनों की यह श्रृंखला तब तक जारी रहती है जब तक कि परमाणु प्रतिक्रिया का परिणाम एक स्थिर आइसोटोप नहीं बन जाता।

इस प्रकार, यूरेनियम की रेडियोधर्मी श्रृंखला आइसोटोप 238 यू से शुरू होती है और, लगातार चौदह परमाणु क्षय प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, स्थिर आइसोटोप 206 पीबी के साथ समाप्त होती है। इस मामले में, कुल द्रव्यमान हानि 32 इकाई है।

उच्च-ऊर्जा कणों के साथ नाभिक पर बमबारी करके परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके स्थिर और अस्थिर दोनों न्यूक्लाइड का उत्पादन किया जा सकता है। प्रति-

चीख़ कृत्रिम परमाणु परिवर्तनई. रदरफोर्ड द्वारा किया गया: 1915 में

नाइट्रोजन के माध्यम से अल्फा किरणों को प्रवाहित करके, उन्होंने ऑक्सीजन का स्थिर आइसोटोप 17 O प्राप्त किया। 1935 में, आइरीन और फ्रेडरिक जूलियट-क्यूरी ने साबित किया कि अल्फा कणों के साथ एल्यूमीनियम पर बमबारी करने से फॉस्फोरस का एक रेडियोधर्मी आइसोटोप उत्पन्न होता है जो पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करता है। खोज के लिए कृत्रिम रेडियोधर्मितावैज्ञानिकों को नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

परमाणु प्रतिक्रियाएँ करते समय, परमाणु लक्ष्य पर प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की बमबारी की जाती है, जिससे परमाणु संरचना में परिवर्तन होता है और एक नए रासायनिक तत्व का निर्माण होता है। लक्ष्य से इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों पर काबू पाने के लिए बमबारी करने वाले कणों में उच्च गतिज ऊर्जा होनी चाहिए। इसलिए, कणों को त्वरक नामक विशेष प्रतिष्ठानों में उच्च गति तक त्वरित किया जाता है (उनके दो मुख्य प्रकार एक रैखिक त्वरक और एक साइक्लोट्रॉन हैं)।

कृत्रिम परमाणु परिवर्तनों को प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बमबारी और उत्सर्जित कणों के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है (तालिका 1.3.)।

परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके, 99 या अधिक की परमाणु संख्या वाले नए रासायनिक तत्वों को संश्लेषित किया गया। इस प्रयोजन के लिए, परमाणु लक्ष्य पर भारी कणों से बमबारी की जाती है, उदाहरण के लिए, 7 एन या 12 सी। इस प्रकार, नाइट्रोजन -14 नाभिक के साथ यूरेनियम -238 पर बमबारी करके आइंस्टीनियम तत्व प्राप्त किया गया था:

दोहराने के लिए सामग्री

परमाणु आयाम: ≈ 10 -8 सेमी परमाणु आयाम: ≈ 10 -12 - 10 -13 सेमी

परमाणु पदार्थ का घनत्व: ≈ 10 14 ग्राम/सेमी 3

सबएटोमिक कण

क्वांटम संख्याएं

परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र

किसी परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र बनाने के लिए, आपको निम्नलिखित जानने की आवश्यकता है:

1. अंकन प्रणाली: nℓх (n - ऊर्जा स्तर की संख्या: 1,2,3,..., ℓ - उपस्तर का अक्षर पदनाम: s, p, d, f; x - इलेक्ट्रॉनों की संख्या)। उदाहरण: 5s2 - दो इलेक्ट्रॉन पांचवें ऊर्जा स्तर के एस-उपस्तर पर (एन = 5, ℓ = 0), 4डी8 - चौथे ऊर्जा स्तर के डी-उपस्तर में आठ इलेक्ट्रॉन (एन = 4, ℓ = 2)।

2. ऊर्जा उपस्तरों को भरने का क्रम : 1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f...

(प्रत्येक उपस्तर तभी भरा जाता है जब इस पंक्ति में पिछला स्तर पूरी तरह तैयार हो जाता है)।

3. उपस्तरों की अधिकतम क्षमता:

उदाहरण: क्लोरीन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र इस परमाणु के सत्रह इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा उपस्तरों में वितरण है और इसका रूप है:

17 सीएल 1एस2 2एस2 2पी6 3एस2 3पी5

इलेक्ट्रॉनिक सूत्र लिखने का संक्षिप्त रूप :इलेक्ट्रॉन पाए गए-

पूरी तरह से निर्मित ऊर्जा स्तरों पर, संबंधित उत्कृष्ट गैस के प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है, और फिर शेष इलेक्ट्रॉनों का वितरण दर्शाया जाता है।

उदाहरण: क्लोरीन परमाणु का संक्षिप्त इलेक्ट्रॉनिक सूत्र:

17 सीएल 3एस2 3पी5

क्वांटम कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉनों का वितरण

क्वांटम कोशिकाएँ

एस-उपस्तर

पी-उपस्तर

डी-उपस्तर

एफ-उपस्तर

हंड के नियम के अनुसार: प्रारंभ में, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन को एक अलग क्वांटम सेल (समानांतर स्पिन के साथ अयुग्मित इलेक्ट्रॉन) दिया जाता है, अगले इलेक्ट्रॉन पहले से ही व्याप्त कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं, जिसके लिए एमएस मानों में विपरीत चिह्न होता है - युग्मित इलेक्ट्रॉन) .

संकेतन: एमएस = +½ ,↓ एमएस = -½

उदाहरण: 6 इलेक्ट्रॉन एफ-उपस्तर की क्वांटम कोशिकाओं पर कब्जा कर लेते हैं:

एफ-उपस्तर

नौ इलेक्ट्रॉनों के लिए आरेख इस प्रकार है:

एफ-उपस्तर

परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन ग्राफिक सूत्र

अणु की संयोजन क्षमता- बाहरी ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन, साथ ही अंतिम डी-उपस्तर, अगर यह पूरी तरह से निर्मित नहीं हुआ है।

न्यूक्लाइड पदनाम:

ऊपरी सूचकांक न्यूक्लाइड की द्रव्यमान संख्या है, निचला सूचकांक संबंधित तत्व की परमाणु संख्या है।

उदाहरण: क्लोरीन आइसोटोप:

17सीएल

संक्षिप्तीकरण: 36 सीएल

नाभिक की संरचना प्रोटॉनों की संख्या – परमाणु क्रमांक, आवर्त में किसी तत्व की क्रमसूचक संख्या

डी. आई. मेंडेलीव की डायटिक प्रणाली; न्यूट्रॉन की संख्या द्रव्यमान संख्या और प्रो की संख्या के बीच का अंतर है-

उदाहरण: क्लोरीन के समस्थानिक के लिए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या

17 सीएल है: प्रोटॉन की संख्या = 17, न्यूट्रॉन की संख्या = 36-17 = 19.

आइसोटोप - समान परमाणु संख्या, विभिन्न परमाणु द्रव्यमान (नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन, विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं)

परमाणु प्रतिक्रियाएँ

परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण के बाएँ और दाएँ पक्षों पर, इनके बीच संतुलन बनाए रखा जाना चाहिए:

– द्रव्यमान संख्याओं का योग (सुपरस्क्रिप्ट),

– परमाणु क्रमांकों का योग (उपस्क्रिप्ट)।

उदाहरण:

परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण लिखने का संक्षिप्त रूप:

बाईं ओर - मूल न्यूक्लाइड,

दाईं ओर अंतिम न्यूक्लाइड है,

उनके बीच कोष्ठक में: दिए गए परिवर्तन का कारण बनने वाला कण, फिर इसके परिणामस्वरूप उत्सर्जित होने वाला कण।

पत्र पदनाम:α (अल्फा कण), पी (प्रोटॉन), एन (न्यूट्रॉन), डी (ड्यूटेरियम न्यूक्लियस - ड्यूटेरॉन), आदि।

उदाहरण: प्रतिक्रिया के लिए 23 Na (p,n)23 Mg

11 Na +1 H→ 12 Mg +0 n

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है (§ 138 देखें), न्यूक्लियॉन परमाणु बलों द्वारा परमाणु के नाभिक में मजबूती से बंधे होते हैं। इस बंधन को तोड़ने के लिए, यानी, न्यूक्लियॉन को पूरी तरह से अलग करने के लिए, एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा खर्च करना (कुछ काम करना) आवश्यक है।

नाभिक को बनाने वाले न्यूक्लियॉन को अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को नाभिक की बंधन ऊर्जा कहा जाता है। बंधन ऊर्जा का परिमाण ऊर्जा के संरक्षण के नियम (§ 18 देखें) और द्रव्यमान की आनुपातिकता के नियम के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है। और ऊर्जा (देखें § 20)।

ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, एक नाभिक में बंधे न्यूक्लियंस की ऊर्जा, नाभिक की बंधन ऊर्जा की मात्रा से अलग हुए न्यूक्लियंस की ऊर्जा से कम होनी चाहिए। दूसरी ओर, आनुपातिकता के नियम के अनुसार, द्रव्यमान और ऊर्जा, सिस्टम की ऊर्जा में परिवर्तन के साथ सिस्टम के द्रव्यमान में आनुपातिक परिवर्तन होता है

जहाँ c निर्वात में प्रकाश की गति है। चूँकि विचाराधीन मामले में यह नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा है, परमाणु नाभिक का द्रव्यमान नाभिक बनाने वाले नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होना चाहिए, जिसे परमाणु द्रव्यमान दोष कहा जाता है। सूत्र (10) का उपयोग करके, आप किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा की गणना कर सकते हैं यदि इस नाभिक का द्रव्यमान दोष ज्ञात हो

वर्तमान में, परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को द्रव्यमान स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके उच्च सटीकता के साथ निर्धारित किया जाता है (§ 102 देखें); न्यूक्लियॉन द्रव्यमान भी ज्ञात हैं (§ 138 देखें)। इससे किसी भी नाभिक के द्रव्यमान दोष को निर्धारित करना और सूत्र (10) का उपयोग करके नाभिक की बंधन ऊर्जा की गणना करना संभव हो जाता है।

उदाहरण के तौर पर, आइए हम हीलियम परमाणु के नाभिक की बंधन ऊर्जा की गणना करें। इसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन का द्रव्यमान न्यूट्रॉन का द्रव्यमान होता है, इसलिए नाभिक बनाने वाले नाभिकों का द्रव्यमान हीलियम परमाणु के नाभिक के द्रव्यमान के बराबर होता है

तब हीलियम नाभिक की बंधन ऊर्जा है

किसी भी नाभिक की बंधन ऊर्जा को उसके द्रव्यमान दोष से जूल में गणना करने का सामान्य सूत्र स्पष्ट रूप से इस प्रकार होगा

परमाणु संख्या कहां है और ए द्रव्यमान संख्या है। परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में न्यूक्लियॉन और नाभिक के द्रव्यमान को व्यक्त करना और उसे ध्यान में रखना

आप किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा का सूत्र मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट में लिख सकते हैं:

किसी नाभिक की प्रति न्यूक्लिऑन बंधन ऊर्जा को विशिष्ट बंधन ऊर्जा कहा जाता है।

हीलियम नाभिक पर

विशिष्ट बंधन ऊर्जा परमाणु नाभिक की स्थिरता (शक्ति) की विशेषता बताती है: वी जितना अधिक होगा, नाभिक उतना ही अधिक स्थिर होगा। सूत्र (11) और (12) के अनुसार,

आइए हम एक बार फिर इस बात पर जोर दें कि सूत्रों और (13) में न्यूक्लियॉन और नाभिक के द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में व्यक्त किया जाता है (देखें § 138)।

सूत्र (13) का उपयोग करके, आप किसी भी नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा की गणना कर सकते हैं। इन गणनाओं के परिणाम चित्र में ग्राफ़िक रूप से प्रस्तुत किए गए हैं। 386; ऑर्डिनेट अक्ष विशिष्ट बंधन ऊर्जा दिखाता है; भुज अक्ष द्रव्यमान संख्या ए दिखाता है। ग्राफ़ से यह पता चलता है कि 100 के क्रम की द्रव्यमान संख्या वाले नाभिक के लिए विशिष्ट बंधन ऊर्जा अधिकतम (8.65 MeV) है; भारी और हल्के नाभिकों के लिए यह कुछ हद तक कम है (उदाहरण के लिए, यूरेनियम, हीलियम)। हाइड्रोजन परमाणु नाभिक में शून्य की एक विशिष्ट बंधन ऊर्जा होती है, जो काफी समझ में आती है, क्योंकि इस नाभिक में अलग करने के लिए कुछ भी नहीं है: इसमें केवल एक न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन) होता है।

प्रत्येक परमाणु प्रतिक्रिया के साथ ऊर्जा का विमोचन या अवशोषण होता है। यहां निर्भरता ग्राफ ए आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि किस परमाणु परिवर्तन पर ऊर्जा जारी होती है और किस पर यह अवशोषित होती है। जब एक भारी नाभिक को 100 (या अधिक) क्रम की द्रव्यमान संख्या ए वाले नाभिकों में विभाजित किया जाता है, तो ऊर्जा (परमाणु ऊर्जा) निकलती है। आइए इसे निम्नलिखित तर्क से समझाएँ। उदाहरण के लिए, यूरेनियम नाभिक दो भागों में विभाजित हो जाता है

द्रव्यमान संख्याओं के साथ परमाणु नाभिक ("टुकड़े") यूरेनियम नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा प्रत्येक नए नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा यूरेनियम के परमाणु नाभिक को बनाने वाले सभी न्यूक्लियॉन को अलग करने के लिए, बंधन के बराबर ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है यूरेनियम नाभिक की ऊर्जा:

जब ये न्यूक्लियॉन द्रव्यमान संख्या 119 के साथ दो नए परमाणु नाभिकों में संयोजित होते हैं, तो नए नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जाओं के योग के बराबर ऊर्जा जारी होगी:

नतीजतन, यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, नए नाभिक की बंधन ऊर्जा और यूरेनियम नाभिक की बंधन ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर मात्रा में परमाणु ऊर्जा जारी की जाएगी:

परमाणु ऊर्जा का विमोचन एक अलग प्रकार की परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान भी होता है - एक नाभिक में कई प्रकाश नाभिकों के संयोजन (संश्लेषण) के दौरान। वास्तव में, मान लीजिए, द्रव्यमान संख्या के साथ एक नाभिक में दो सोडियम नाभिकों का संश्लेषण होता है, सोडियम नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा, एक संश्लेषित नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा, दो सोडियम नाभिक बनाने वाले सभी नाभिकों को अलग करने के लिए, यह आवश्यक है सोडियम नाभिक की बंधन ऊर्जा के दोगुने के बराबर ऊर्जा व्यय करें:

जब ये न्यूक्लियॉन एक नए नाभिक (द्रव्यमान संख्या 46 के साथ) में संयोजित होते हैं, तो नए नाभिक की बंधन ऊर्जा के बराबर ऊर्जा जारी होगी:

नतीजतन, सोडियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया संश्लेषित नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा और सोडियम नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर मात्रा में परमाणु ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है:

इस प्रकार, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि

परमाणु ऊर्जा का विमोचन भारी नाभिकों की विखंडन प्रतिक्रियाओं और हल्के नाभिकों की संलयन प्रतिक्रियाओं दोनों के दौरान होता है। प्रत्येक प्रतिक्रियाशील नाभिक द्वारा जारी परमाणु ऊर्जा की मात्रा प्रतिक्रिया उत्पाद की बंधन ऊर्जा 82 और मूल परमाणु सामग्री की बंधन ऊर्जा 81 के बीच अंतर के बराबर है:

यह प्रावधान अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि परमाणु ऊर्जा उत्पादन की औद्योगिक विधियाँ इसी पर आधारित हैं।

ध्यान दें कि ऊर्जा उपज के मामले में सबसे अनुकूल, हाइड्रोजन या ड्यूटेरियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया है

क्योंकि, ग्राफ के अनुसार (चित्र 386 देखें), इस मामले में संश्लेषित नाभिक और मूल नाभिक की बंधन ऊर्जा में अंतर सबसे बड़ा होगा।