68. Принцип Паулі. Заповнення електронних оболонок. Правила Гунда
в будь-якому квантовому стані може знаходитися не більше одного електрона. Тому кожен наступний електрон не збудженого атома повинен займати найглибший з ще не заповнених рівнів.
в атомі не може бути електронів з однаковим набором квантових числі.
Сукупність електронів атома з однаковими n, утворюють оболонку. Прийнято наступне позначення оболонок.
Оболонки поділяють на подоболочки з різними l. Різні стану в подоболочкі відрізняються значеннями квантових чисел ml і ms.
У вщент заповненій оболонці сумарний L = 0, S = 0 і J = 0.
Про періодичної системі елементів
Про періодичної системі елементів
1. Розподіл електронів по станах називають електронною конфігурацією.
1. Оболонку, повністю заповнену електронами, називають замкнутою. Електрони в кожній подоболочкі називають еквівалентним, якщо у них однакові n і l.
2. Заповнення оболонок виконується аж до атома К (калію). Електрон займає сусідній рівень оскільки він більш енергетично вигідніше.
3. Періодичність хімічних і фізичних властивостей пояснюється поведінкою зовнішніх валентних електронів.
4. Нормальний терм, або основний стан атома визначається за правилом Хунда.
-
Мінімальною енергією даної електронної конфігурації має терм з найбільшим можливим значенням спина S і з найбільшим можливим при такому S значенні L. При цьому
Наприклад для конфігурації p2, p3, p5 матимемо
69. Характеристичні рентгенівські спектри
Кожен елемент має свій, характерним для нього лінійчатим спектром, які називають характеристичним.
1. З ростом атомного номера Z елемент спектри монотонно зміщуються в короткохвильову сторону.
2. Характеристичні спектри різних елементів мають подібний характер, якщо елемент знаходиться в з'єднанні з іншим. Характеристичні спектри виникають при переходах електронів у внутрішніх частинах атома.
3. Спектри складаються з декількох серій: K, L, M, ...
Безперервний спектр гальмівного випромінювання і лінії K-серії характеристичного спектра для молібденового (Мо) анода.
Характеристичні рентгенівські спектри. закон Мозлі
Мозлі в 1913 експериментально встановив закон згідно з яким частота w Ka - ліній залежить від атомного номера Z. де R - постійна Рідберга, s - постійна, для легких елементів s »1.
70. Характеристика атомного ядра. Склад, розмір, спін ядра, маса, енергія зв'язку
Ядро складається з протонів і нейтронів - нуклонів.
Протон (p) має позитивним зарядом e і масою
Спін протона s = 1/2
Власний магнітний момент
До складу нуклонів входять кварки двох типів: u - кварк (up), d - кварк (down).
Кварки мають електричні заряди кратні 1/3 e: qu = + 2 / 3e, qd = -1 / 3e.
До складу протона входить 2 u - кварка і один d - кварк p = (uud).
До складу нейтрона входить 1 u - кварк і два d - кварка n = (udd).
Нейтрон (n). Електричний заряд дорівнює нулю.
що на 0.14% більше маси протона.
Спін нейтрона s = 1/2
знак «-» означає, напрямок спина і магнітного моменту у n взаємно протилежні
У вільному стані нейтрон нестабільний і мимовільно розпадається
Період напіврозпаду 12 хвилин
Характеристики атомного ядра
Z - заряд ядра (дорівнює числу протонів в ядрі)
A - маса ядра (визначає число нуклонів в ядрі)
N = A - Z (характеризує число нейтронів в ядрі)
Конкретні атоми з даним числом протонів і нейтронів прийнято називати нуклідами.
Нукліда з однаковим числом протонів називають ізотопами.
У атомного ядра немає чіткої межі. Експериментально встановлено, що в кожному ядрі є внутрішня область, в якій щільність r ядерного речовини постійна, і поверхневий шар, де ця щільність падає до нуля.
У першому наближенні ядро можна вважати сферичним, радіуса
де 1ФМ = 10-13 см
Маса ядра, яке визначається масовим числом A, пропорційно його обсягу, оскільки
Отже, щільність речовини у всіх ядрах приблизно однакова, дорівнює
Спіном ядра I називається повний кутовий момент ядра.
S - сумарний спіновий момент, L - сумарний орбітальний момент нуклонів в ядрі.
спін нуклона дорівнює ½, тому спін I ядра може бути цілим і напівцілим, в залежності від числа нуклонів.
В основних станах всіх стабільних ядер I £ 9/2. Моменти імпульсу більшості нуклонів в ядрі взаємно компенсують один одного, розташовуючись антипараллельно. У всіх ядер з парним числом протонів і нейтронів спин основного стану I = 0.
Маса ядра не є адитивною величиною. Причина - сильна взаємодія. Через це взаємодії для повного поділу ядра необхідно провести роботу, яка визначає енергія зв'язку Eсв.
Енергія спокою частинки
значить, енергія спокою ядра менше суми енергій спокою вільних нуклонів, що входять до складу даного ядра.
Більш детально енергія зв'язку записується як
де Z і N - число протонів і нейтронів в ядрі.
Формула незручна, оскільки в таблицях призводять маси не ядер, а маси нуклідів, т. Е. Атомів MЯ. Замінимо масу протона масою нукліда 1H (mH), а масу ядра MЯ - масою відповідного нуклида (ma). Т. е. Додамо Z електронів і стільки ж віднімаємо, нехтуючи енергією зв'язку електрона з ядром в порівнянні з масою ядра.
Для спрощення розрахунків вводиться поняття дефект маси D як різниця між масою (в а. Є.М.) і масовим числом A ядра або нуклона:
дефект маси може бути як позитивним так і негативним, за початок відліку прийнятий нуклон 12C, у якого D = 0.
Питома енергія зв'язку
Енергію зв'язку припадає в середньому на нуклон, Eсв / A називається питомою енергією зв'язку і характеризує міру міцності ядра. У грубому наближенні можна вважати, що Eсв / A слабо залежить від масового числа A
і приблизно дорівнює 8 МеВ. Це означає, що ядерні сили мають властивість насичення. Кожен нуклон взаємодіє тільки з обмеженим числом сусідніх нуклонів.
Питома енергія зв'язку
Якби кожен нуклон взаємодіяв з усіма іншими, то енергія була б пропорційна A-1.
Щільність ядерної речовини всередині ядра однорідна завдяки насиченню ядерних сил.
Звідси випливає, що ядерні сили короткодіючі з радіусом близько 10-13 см. Найбільш міцні ядра з A = 50 ¸ 60 т. Е. Cr до Zn.
Як з ростом, так і зі зменшенням A питома енергія зв'язку зменшується, важким ядер енергетично вигідно ділиться, утворюючи більш легкі ядра, а легким зливатися. В обох випадках виділяється енергія.
При розподілі ядра 235U - 200 МеВ, а при d + t = a + n - 17,6 МеВ
71.Ядерние сили. Механізм взаємодії нуклонів. Свойстваp- мезонів
1. Сили короткодействующие 10-13 см, на менших відстанях тяжіння змінюється відштовхуванням.
2. Мають зарядовим незалежністю, що проявляється в подібності сил взаємодії нуклонів n-n, p-p, n-p.
3. сили не центральні, залежать від орієнтації спінів нуклонів.
4. Мають властивість насичення: кожен нуклон взаємодіє тільки з обмеженим числом сусідніх нуклонів.
Механізм взаємодії нуклонів
Всякому полю повинна відповідати певна частка - квант поля, яка є переносником взаємодії.
При взаємодії нуклонів квантами поля є p-мезони (Юкава 1935).
Покоївся вільний нейтрон не може мимовільно перетвориться в нейтрон + p-мезон, сумарна маса яких більша за масу нейтрона, проте з точки зору квантової механіки за час Dt енергія системи може зміниться на DE так, що
DEDt> # 295 ;, т. Е. На час Dt »# 295; / DE. За цей час порушення закону збереження виявити не можна.
Механізм взаємодії нуклонів
Час існування p - мезона з енергією спокою mpc2 одно:
за цей час p - мезон поглине випустив його нуклоном.
Відстань, на яке p - мезон віддалиться від нуклона можна оцінити як:
Частинки, випускання і поглинання яких відбувається з удаваним порушенням закону збереження, називаються віртуальними.
Якщо навколо немає інших нуклонів, то p - мезон поглине нуклоном його випустив, то кажуть, що нуклон завжди оточений «мезонів шубою»
Коли два нуклона зближуються і їх шуби починають стикатися, то створюються умови для обміну віртуальними мезонами - виникає ядерна взаємодія.
Якщо радіус взаємодії порядку 10-13 см, то маса p-мезона: mp »270 me.
Існує 3 типи p - мезонів:
p + - мезон (+ e), час життя 10-8 с
p - - мезон (-e). час життя 10-8 с
p0 - мезон (0), час життя 10-16 з
При енергії зіткнення Tp> 290 МеВ, в реакціях (p-p) і (p-n) з великою ймовірністю народжуються p - мезони:
p + p ® p + p + p0; p + n ® p + p + p-; p + n ® n + n + p +;
Спін кожного з трьох p - мезонів дорівнює нулю. Електричні заряди різні. Ядерна активність - однакова.
Вони ізото- інваріантні частинки. Загальна назва цих частинок - півонії. Півонії складаються з кварків.
p + = p0 = p - = p0 =
Властивості p - мезонів
p + - частка p - - античастинка p0 - істинно нейтральна частинка (не має античастинки), наприклад як фотон.
нейтрон n і антинейтрон мають різну кварковую структуру.
при зіткненні частинки аннігілірут.
72. Моделі ядер. Крапельна модель ядра
Крапельна модель ядра. запропонована Н. Бором в 1936 році. Ядро розглядається як крапля несжимаемой електрично зарядженою рідини з високою щільністю (1014 г / см3).
Перший член основний, інші поправочні.
2й член рівняння враховує поверхневий ефект (на поверхні ядра-краплі нуклони мають меншу, ніж усередині ядра, енергію зв'язку, тому він негативний і пропорційний площі поверхні S μ R2μ A 2/3)
3й член рівняння враховує енергію кулонівського відштовхування, що зменшує енергію зв'язку ядра μ Z2 / RμZ2 / A1 / 3
2 останніх членів чи не пояснюються крапельної моделлю. 1 й з них враховує тенденцію рівності числа протонів і нейтронів.
5й - враховує міцність парному-парних ядер в порівнянні з ядрами, що мають непарну кількість протонів і нейтронів, пов'язаний з спінової залежністю ядерних сил.
d = + 1 для парних A і Z
d = 0 для ядер з непарними A
d = -1 для ядер з парними A і непарними Z
a3 = 0.584МеВ, - може бути розрахований
Для ядер з непарним A, d = 0 - ізобари
Для деяких ядер Z = Z0 - Eсв максимально - стабільні ядра.
У ядер Z = Z0 ± 1 є можливість перетворитися на стабільну через b + або b - розпад.
73.Моделі ядер. Оболочечная модель ядра
У цій моделі кожен нуклон рухається в усередненому полі інших ядер.
Є дискретні енергетичні рівні, заповнені з урахуванням принципу Паулі. Рівні групуються в оболонки, в кожній з яких може перебувати певний число нуклонів.
Повністю заповнені оболонки утворюють стійкі структури. Такими є ядра, що мають число протонів або нейтронів (або обидва ці числа) 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Ці числа називаються магічним числами.