Структура атома и атомског језгра

Џ. Џ. Томосон је (1903) предложио модел атома по коме атом представља сферу (лопту) у којој је равномерно распоређена позитивна количина наелектрисања, у којоj пливају електрони. Електрони се крећу, претежно осцилујући око својих равнотежних положаја.

Радерфорд је (1911.) је на основу анализе експеримената формулисао динамички или планетарни модел атома, користећи аналогију са планетарним Сунчевим системом.

Атом се састоји од позитивног језгра (нуклеуса) око којег круже негативно наелектрисани електрони (као планете око Сунца), по путањама чији су пречници много већи од димензија јегра. Електрони чине електронски омотач – омотач атома.

Позитивно наелектрисано језгро окружено је са Z електрона (Z – редни број елемента у периодном систему). Атом је електронеутралан – укупно негативно наелектрисање електрона једнако је позитивном наелектрисању језгра.
Маса електронског омотача је занемарљиво мала у односу на масу језгра. Сва маса је сконцентрисана у језгру.

Полазећи од експерименталних података, Нилс Бор је закључио да у микросвету владају физички закони који не могу да се разумеју на основу аналогије са макросветом. Бор је (1913.) повезао Радерфордов модел атома са Планковом теоријом кванта и формулисао нови модел атома.

Електрони се око језгра крећу само по одређеним орбитама које се називају стационарне. Док се креће по стационарним орбитама електрон не емитује електромагнетно зрачење.
Електрон емитује енергију када прелази из стања са вишом енергијом у стање са нижом енергијом. Електрон апсорбује (прима) енергију када прелази из стања са мањом енергијом у стање са вишом енергијом.

Иако Боров модел атома представља важан корак у приказивању атома и атомских процеса, он није могао да објасни грађу ни најпростијих атома са више електрона (хелијум, литијум). Борова теорија данас има само историјски значај. Она представља прелазну етапу од класичне до квантне механике.

Модел атома: (језгро – протони и неутрони, омотач – електрони)

Пример:

Атомско језгро се састоји од протона и неутрона. Протони и неутрони имају приближно исте масе.

$m_{p}\approx m_{n}\approx 1,67\cdot 10^{-27}kg$

Маса електрона је око 1840 пута мања од масе протона или неутрона.

$m_{p}\approx m_{n}\approx 1,67\cdot 10^{-27}kg$

Језгро има много већу масу од електронског омотача.

Пречник језгра ( $10^{-14}m$ ) је много пута мањи од пречника атома ( $10^{-10}m$ ).

Језгро је централни део атома. У језгру је сконцентрисано целокупно позитивно наелектрисање атома и готово целокупна маса атома.

Број протона једнак је броју електрона – Атом је електронеутралан.

Када има вишак електрона атом је негативно наелектрисан, а када има мањак електрона атом је позитивно наелектрисан.

У природи су могући процеси у којима се од електронеутралног атома одваја један или више електрона. Одвојени електрони се називају слободни електрони, а остатак атома – позитивни јони – катјони.

Могућ је и обрнут процес – Неки од слободних електрона могу да уђу у састав електронског омотача. Тако настају негативни јони – анјони.

При одвајању електрона – јонизацији не мења се број протона и неутрона у језгру.

У унутрашњости атом делују привлачне силе – позитивно језгро и негативно наелектрисани омотач се међусобно привлаче.

У природи постоје атоми који имају од 1 до 92 електрона. Постоје и атоми са већим бројем електрона који су произведени у лабораторијама.

1870. године Мендељејев – предавање: “О периодном систему елемената и његовој примени за одређивање особина неоткривених елемената.“

Број протона у језгру представља редни број атома. Редни број се обележава словом Z.

Укупан број протона и неутрона у језгру чини масени број. Масени број се обележава словом А.

водоник: Z=1 A=1 $_1^1H$

хелијум: Z=2 A=4 $_2^4He$

Ознака за атом:

$_Z^A X$

X – хемијски симбол елемента

Пример: $_1^1H$ $_2^4He$ $_{8}^{16}\textrm{O}$

Број протона и неутрона једнак је код атома на почетку Периодног система. Број неутрона у језгру је све већи од броја протона што се иде ка крају Периодног система.

Пример: уран – 143 неутрона и 92 протона $_{92}^{235}\textrm{U}$

Неки елементи могу да имају у језгру различит број неутрона.

Пример: водоник

тешки водоник – деутеријум – језгро: 1 протон и 1 неутрон
супертешки водоник – трицијум – језгро: 1 протон и 2 неутрона

Елементи који имају исти редни број, а различите масене бројеве називају се изотопи. Велики број елемената има изотопе.

Изотопи урана: $_{}^{233}\textrm{U}$ $_{}^{235}\textrm{U}$ $_{}^{238}\textrm{U}$ $_{}^{239}\textrm{U}$

Пошто се у језгрима налазе протони на веома малим међусобним растојањима између њих делују веома јаке одбојне електричне силе. Пошто су нуклеони упркос томе у језгрима веома јако везани, између њих мора да делује нека јака привлачна сила. Та сила је првобитно названа нуклеарна сила. Особине ове нуклеарне силе се веома разликују од особина гравитационе и електромагнетне силе.

Поред јаке нуклеарне силе, у језгру владају и силе мањег интензитета такозване слабе нуклеарне силе (слаба интеракција) које се манифестују приликом распада неких елементарних честица.

Основне особине нуклеарне силе:

најјаче силе у природи – много већег интензитета од осталих познатих сила у природи (подаци у табели)
кратког домета – радијус деловања реда величине 10^-15m, када се повећава растојање интензитет врло брзо опада, тако да се на растојањима реда величине 10^-14m практично једнак нули; на мањим растојањима нуклеарна сила постаје одбојна и спречава нуклеоне у језгру да се споје у хомогену целину
независне од наелектрисања – исте силе делују између два протона, као и између два неутрона, односно између протона и неутрона
показују својство засићења – један нуклеон интерагује само са нуклеонима који га окружују; при повећању броја нуклеона у језгру, нуклеарна сила се не мења, па је густина свих језгара иста
није централна – не може да се каже да је да делује дуж праве која спаја центре честица које интерагују (за разлику од електричне и гравитационе)

Нуклеарна сила је јединствена и значајно се разликује од свих до сада познатих сила у природи.

Додатак:

Природна радиоактивност

Физика

Структура атома и атомског језгра

Садржај

Часописи