Периодическая система элементов Менделеева.

 

 

ru1534a  Если химические элементы расположить в порядке возрастания атомных номеров, то элементы с одинаковыми свойствами повторяются через определенный интервал.     В периодах наблюдается равномерный переход от активных металлов к менее активным металлам, к слабо активным неметаллам, к активным неметаллам, инертный газ.     Первая группа– щелочные металлы, самые активные.

 

IMG_1399В группе наблюдается регулярное изменение свойств, но менее заметное, чем внутри периода. Химическая активность щелочных металлов первой группы увеличивается с увеличением атомного номера, а у галогенов 7 группы наоборот.

     Периодичность изменения свойств объясняется заполнением электронных оболочек.

В 1895 г. немецкий физик Рентген открыл новый вид излучения с новыми неизвестными до этого свойствами, их назвали Х-лучи. Х-лучи обладают большой проникающей способностью, избирательная проникающая и поглощающая способность (т.к. разные материалы по-разному и поглощают и отражают); Х-лучи невидимы глазом, но это излучение вызывает свечение некоторых веществ (например, синеродистый барий); Х-лучи вызывают ионизацию газов. При определенной дозе облучения Х-лучи губительно действуют на живой организм, клетку. Позже эти лучи назвали рентгеновскими.

Применение в медицине: снимки у стоматолога, флюорография (диагностика), онкологические заболевания (лечение), обнаружение дефектов – дефектоскопия.

Рассмотрим природу рентгеновского излучения. В 1912 г. немецкий физик М.Лауэ получил дифракцию рентгеновских лучей на кристаллической решетке.

Таким образом: рентгеновское излучение – ЭМИ, коротковолнового диапазона.

Рентгеновские лучи получают в рентгеновских трубках, принципиальная схема устройства которой представлена на рисунке.

 

BIBL-02_obl_2014.inddПроцессы, происходящие в рентгеновских трубках:

термоэлектронная эмиссия (катод разогревается, с поверхности катода вылетают электроны);

ускорение электронов электрическим полем;

электроны долетают до анода и тормозятся – торможение электронов на аноде.

При торможении электронов на аноде энергия электрона, полученная при ускорении превращается в тепловую энергию( ,) и в энергию электромагнитного кванта – (1%) — это и есть рентгеновское излучение, тормозное рентгеновское излучение. Анод разогревается, поэтому необходимо охлаждение анода, которое осуществляется разными способами (пример, водяная). Закономерности тормозного рентгеновского излучения волновая физика не объясняет, ее может объяснить лишь квантовая физика.

Спектр тормозного рентгеновского излучения сплошной (белый), но этот спектр имеет одну особенность: спектр обрывается со стороны коротких длин волн. В основе тормозного рентгеновского излучения лежит закон сохранения и превращении энергии: при торможении электронов на аноде, энергия электронов превращается в энергию фотона и тепловую энергию:     , , ,

Пусть U3>U2>U1, тогда   (рисунок).

С увеличением напряжения между катодом и анодом можно получить условия, когда электроны обладают настолько большой энергией, что они не затормозятся на поверхности анода, а проникают внутрь атомов вещества анода, доходя до внутренних электронных оболочек (вблизи ядра атома). Тогда, за счет внутриатомных процессов излучение будет иметь линейчатый спектр и на фоне сплошного спектра появляются отдельные пики разной интенсивности. Это линии характеристического рентгеновского излучения (рисунок).

Характеристическое рентгеновское излучение объясняется внутриатомными процессами

iБыстрые электроны, проникая внутрь электронной оболочки атома, выбивают электроны, принадлежащие внутренним электронным слоям. Ближайший к ядру электронный слой (К — слой) содержит два электрона. Если один из этих электронов оказывается выбитым за пределы атома, то при переходе электрона с вышележащих слоев (L,M) на К-слой и возникает соответствующая линия   К-серии (рис.). При переходе электрона с L- слоя на   К-слой излучается наиболее интенсивная Кα -линия характеристического рентгеновского спектра. Электроны L -слоя находятся в поле ядра с зарядом   Ze, которое ослаблено одним электроном, остав­шимся в   К-слое.   Таким образом, заряд   Z1e (эффективный заряд), определяющий электрическое поле в котором находится электрон, переходящий с L -слоя на К-слой, меньше заряда ядра на ве­личину заряда одного электрона:

Внешние электронные слои можно рассматривать как сферически симметричные, и тогда электрическое поле внутри этих слоев отсут­ствует. Поэтому для L –>K — перехода, модно воспользоваться сериальной формулой        

, полученной Мозли в 1913 году, где   R — постоянная Ридберга, σ — постоянная экранирования. Для линий К-серии ni = 1,   σ =1. В частности, для линии Кα, когда переход электро­на в атоме происходит с L-слоя ( nk= 2), получим: . Тогда энергия излучаемого рентгеновского кванта равна ; .

Рентгеновские лучи находят широкое применение. Так, например, дифракция рентгеновских лучей на кристаллах, квазикристаллах, наноструктурах применяется в рентгеновском структурном анализе для определения структур атомных, молекулярных и нанокластеров.

А.Эйнштейном был сделан вывод, что переход из возбужденного состояния в основное или в более низкое состояние может происходить не только самопроизвольно, но и под действием других фотонов. При этом также происходит излучение, которое называется вынужденным или индуцированным. В отличии от спонтанного, индуцированное излучение когерентно, монохроматично, узко направлено и поляризовано. Источники индуцированного излучения в оптическом диапазоне называются оптическими квантовыми генераторами (ОКГ), так как при прохождении фотонов в среде, с определенными свойствами, излучение усиливается . ОКГ в видимом диапазоне

называются лазерами

Лазеры, благодаря своим свойствам находят широкое применение во всех областях современной науки, техники, технологиях и быту.

 

hello_html_40367d9aСостав и строение атомного ядра.

Судя по величине Z в состав ядра гелия должно входить два протона и два нейтрона. Таким образом справедлива протонно-нейтронная модель ядра.

Обозначим количество протонов Z, число нейтронов — N . Их называют нуклонами.

Z+N=A, А – атомная масса.

Таким образом, объяснено существование изотопов. Например, Z=const, N const.

Энергия связи, дефект масс, ядерные силы.

Атомное ядро – стабильное образование. Стабильность ядра характеризуется энергией связи ядра. Энергия связи равна энергии необходимой для разделения ядра на составные части. При делении ядра должны выполняться законы: закон сохранения заряда и закон сохранения энергии. По формуле Эйнштейна, известной из его теории относительности

. Пусть ядро делится на две составные части и Запишем закон сохранения энергии:

пекоРасчет показывает, что для . Величина, равная разности масс частиц , составляющие ядро и массой ядра называют дефектом масс.

дефект масс. Закон сохранения энергии запишется:

, который читается: энергия системы (ядро) складывается из кинетической энергии составных частей и потенциальной энергии их взаимодействия, т.е. энергия связывающая их в единую систему (потенциальная энергия всегда отрицательна). Модуль – энергия связи. При образовании ядра эта энергия выделяется, а при распаде – поглощается извне (см. рисунок). Выражая энергию связи через характеристики ядра, получим: Δm = MЯ– (Zmp + Nmn).

Для характеристики прочности атомного ядра вводят понятие энергии связи и дефекта масс приходящиеся на один нуклон – это есть удельная энергия связи. Зависимость энергии связи от атомной массы изотопов представлена на рисунке.

Ядро тем прочнее, чем больше удельная энергия связи и дефект масс, т.е. чем меньше потенциальная энергия системы. Самые прочные ядра расположены в средней части таблицы Менделеева с атомной массой А . Такая зависимость удельной энергии связи от А дает энергетически выгодным два процесса:

деление тяжелых ядер на несколько более легких: ;

слияние (синтез) легких ядер в одно ядро .

Оба процесса сопровождаются выделением большого количества энергии. На практике эти процессы используются для получения атомной ядерной энергии. Первый тип реакций – деления ядер называется цепной реакцией, которая идет в реакторе (см. рисунок).

Рассмотрим природу ядерных сил.

048_5По гипотезе Иваненко, Тамма нуклоны в ядре испытывают непрерывное превращение, как бы радиоактивный распад: нейтрон испускает электрон и превращается в протон, а протон поглотив этот электрон превращается в нейтрон. Таким образом, между нуклонами всегда существует легкая частица – электрон, которая и обеспечивает взаимодействия нуклонов. Эта теория приводит к малой величине сил взаимодействия. Японский физик Юкава предположил, что взаимодействие нуклонов осуществляется более тяжелыми частицами. Подобные частицы были открыты в космических лучах в 1937 году – называются µ- мезоны, но оказалось, что мезоны ядерно неактивны, они с нуклонами не взаимодействуют, позже были открыты другие частицы π- пи-мезоны ( они оказались активными. В настоящее время доказано, что именно пионы являются носителями ядерных сил, т.е. нуклоны в ядре обмениваются пи-мезонами, которые переносят импульс, и обуславливают притяжение нуклонов. Ядерные силы носят обменный характер.

Ядерные силы –короткодействующие силы, радиус действия , не являются центральными силами, значительно превосходит кулоновские силы и силы магнитного взаимодействия, т.к. эти силы быстро убывают с расстоянием, радиус действия их мал, они действуют между соседними нуклонами Им присуще свойство насыщения; наиболее устойчивое образование из четырех нуклонов (-частица).

You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply