आइसोबार्स। रेडियोपारिस्थितिकी की भौतिक नींव

कार्य 26.
निकेल-57 आइसोटोप तब बनता है जब कण लौह-54 परमाणुओं के नाभिक पर बमबारी करते हैं। परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण बनाएं और उन्हें संक्षिप्त रूप में लिखें।
समाधान:
तत्व 28 का आइसोटोप, निकेल-57, बमबारी द्वारा प्राप्त किया गया था -लोहे के कण-54 परमाणु. परमाणु नाभिक का परिवर्तन प्राथमिक कणों या एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत से निर्धारित होता है। परमाणु प्रतिक्रियाएँ रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक की संरचना में परिवर्तन से जुड़ी होती हैं। परमाणु अभिक्रियाओं की सहायता से कुछ तत्वों के परमाणुओं से दूसरे के परमाणु प्राप्त किये जा सकते हैं। प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोधर्मिता के दौरान परमाणु नाभिक के परिवर्तन को परमाणु प्रतिक्रियाओं के समीकरण के रूप में लिखा जाता है। यह याद रखना चाहिए कि द्रव्यमान संख्याओं का योग (ऊपर बाईं ओर तत्व प्रतीक के आगे की संख्याएं) और बीजगणितीय योगसमीकरण के बायीं और दायीं ओर के कणों के आवेश (नीचे बायीं ओर तत्व प्रतीक के आगे की संख्या) बराबर होने चाहिए। यह परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की गई है:

कार्य 28.
आइसोटोप क्या हैं? हम यह कैसे समझा सकते हैं कि आवर्त सारणी के अधिकांश तत्वों के परमाणु द्रव्यमान को भिन्नों के रूप में व्यक्त किया जाता है? क्या विभिन्न तत्वों के परमाणुओं का द्रव्यमान समान हो सकता है? ऐसे परमाणु क्या कहलाते हैं?
समाधान:
ऐसे परमाणु जिनका परमाणु आवेश समान होता है (और, इसलिए, समान रासायनिक गुण), लेकिन न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या (और इसलिए एक अलग द्रव्यमान संख्या), आइसोटोप कहलाते हैं (ग्रीक शब्दों से) "आइसोस"- समान और "टोपोस"- जगह)। यह स्थापित किया गया है कि, एक नियम के रूप में, प्रत्येक तत्व कई आइसोटोप का संयोजन है। यह पूर्णांक मानों से कई तत्वों के परमाणु द्रव्यमान के महत्वपूर्ण विचलन की व्याख्या करता है। इस प्रकार, प्राकृतिक क्लोरीन में 35Cl आइसोटोप का 75.53% और 37Cl आइसोटोप का 24.47% होता है; परिणामस्वरूप, क्लोरीन का औसत परमाणु द्रव्यमान 35.453 है।

प्रकृति में होने वाली एक और घटना यह है कि विभिन्न तत्वों के परमाणुओं का परमाणु द्रव्यमान समान होता है, लेकिन परमाणु आवेश अलग-अलग होते हैं। ऐसे परमाणुओं को आइसोबार कहा जाता है। उदाहरण के लिए, पोटेशियम आइसोटोप और कैल्शियम आइसोटोप का परमाणु द्रव्यमान (40) समान है, लेकिन अलग-अलग परमाणु आवेश क्रमशः +19 और +20 हैं:

कार्य 29.
आइसोटोप सिलिकॉन-30 तब बनता है जब एल्यूमीनियम-27 परमाणुओं के नाभिकों पर -कणों द्वारा बमबारी की जाती है। इस परमाणु प्रतिक्रिया के लिए एक समीकरण बनाएं और इसे संक्षिप्त रूप में लिखें।
समाधान:

परमाणु प्रतिक्रिया के लिए संकेतन का संक्षिप्त रूप अक्सर उपयोग किया जाता है। इस प्रतिक्रिया के लिए यह इस तरह दिखेगा:

बमबारी करने वाले कण को ​​कोष्ठक में लिखा जाता है, और किसी दिए गए परमाणु प्रक्रिया के दौरान बनने वाले कण को ​​अल्पविराम से अलग करके लिखा जाता है। संक्षिप्त कण समीकरणों में

क्रमशः p, d, n, e को निरूपित करें।

कार्य 31.
आइसोटोप कार्बन-11 तब बनता है जब प्रोटॉन नाइट्रोजन परमाणुओं-14 के नाभिक पर बमबारी करते हैं। इस परमाणु प्रतिक्रिया के लिए एक समीकरण बनाएं और इसे संक्षिप्त रूप में लिखें।
समाधान:
परमाणु नाभिक का परिवर्तन प्राथमिक कणों या एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत से निर्धारित होता है। परमाणु प्रतिक्रियाएँ रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक की संरचना में परिवर्तन से जुड़ी होती हैं। परमाणु अभिक्रियाओं की सहायता से कुछ तत्वों के परमाणुओं से अन्य तत्वों के परमाणु प्राप्त किये जा सकते हैं। प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोधर्मिता के दौरान परमाणु नाभिक के परिवर्तन को परमाणु प्रतिक्रियाओं के समीकरण के रूप में लिखा जाता है। यह याद रखना चाहिए कि बाईं और दाईं ओर कणों के द्रव्यमान संख्याओं का योग (ऊपर बाईं ओर तत्व प्रतीक के आगे की संख्या) और आवेशों का बीजगणितीय योग (नीचे बाईं ओर तत्व प्रतीक के आगे की संख्या) समीकरण का बराबर होना चाहिए. यह परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की गई है:

परमाणु प्रतिक्रिया के लिए संकेतन का संक्षिप्त रूप अक्सर उपयोग किया जाता है। इस प्रतिक्रिया के लिए यह इस तरह दिखेगा:

बमबारी करने वाले कण को ​​कोष्ठक में लिखा जाता है, और किसी दिए गए परमाणु प्रक्रिया के दौरान बनने वाले कण को ​​अल्पविराम से अलग करके लिखा जाता है। संक्षिप्त कण समीकरणों में

क्रमशः p, d, n, e को निरूपित करें।

कार्य 328
हाइड्रोजन के तीन समस्थानिकों के नाम बताइये। उनके नाभिकों की संरचना बताइए। भारी जल क्या है? इसे कैसे प्राप्त किया जाता है और इसके गुण क्या हैं?
समाधान:
हाइड्रोजन के लिए तीन समस्थानिक ज्ञात हैं:- प्रोटियम एन , - ड्यूटेरियम डी , - ट्रिटियम टी . प्रोटियम और ड्यूटेरियम प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होते हैं; ट्रिटियम कृत्रिम रूप से निर्मित होता है। प्रोटियम नाभिक में एक प्रोटॉन होता है, ड्यूटेरियम नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है, और ट्रिटियम नाभिक में एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं।

भारी पानी डी 2 ओ- ड्यूटेरियम और ऑक्सीजन का संयोजन। इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा भारी जल का उत्पादन किया जाता है प्राकृतिक जल. पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, एच + आयनों का निर्वहन डी + की तुलना में बहुत तेजी से होता है, इसलिए, इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा अपघटन के बाद अवशेष बड़ी मात्राजल सांद्रित है D 2 O.

भारी पानी डी 2 ओद्वारा भौतिक और रासायनिक गुणएच 2 ओ से भिन्न: टी पी एल.= 3.82 0С, टी गांठ. = 101.42 0 सी, आर बेड़ा, 1.1050 ग्राम/सेमी 3 (20 0 सी) के बराबर। एच 2 ओ और डी 2 ओ में लवण के विघटन की एन्थैल्पी, एसिड के पृथक्करण स्थिरांक और समाधान की अन्य विशेषताएं स्पष्ट रूप से भिन्न होती हैं।

परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

एक रासायनिक तत्व की विशिष्ट विशेषता उसके परमाणु क्रमांक से होती है जेड, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के साथ मेल खाता है।
प्रोटॉन की एक निश्चित संख्या वाला एक नाभिक जेडन्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है एन. प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मिलकर न्यूक्लियॉन कहलाते हैं। डेटा के साथ विशिष्ट कोर जेड, एनन्यूक्लाइड कहा जाता है।
द्रव्यमान संख्या कहलाती है पूर्ण संख्यानाभिक में न्यूक्लियॉन: ए = जेड + एन.
चूँकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान बहुत करीब है ( एमएन/एमपी = 1.0014)

परमाणु बल.नाभिक का अस्तित्व तभी संभव है जब विशेष प्रकृति के बल नाभिकों के बीच कार्य करते हैं, प्रोटॉन के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण का प्रतिकार करते हैं और अंतरिक्ष के एक छोटे से क्षेत्र में सभी नाभिकों को संपीड़ित करते हैं। ऐसे बल न तो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकृति के हो सकते हैं (इसके विपरीत, इन बलों को दृढ़ता से प्रोटॉन को आकर्षित करना चाहिए) और न ही गुरुत्वाकर्षण प्रकृति के (संख्यात्मक रूप से, महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को रोकने के लिए गुरुत्वाकर्षण आकर्षण बल बहुत छोटा है)। इन नई ताकतों को परमाणु ताकत कहा जाता है, और इन ताकतों को उत्पन्न करने वाली बातचीत को मजबूत कहा जाता है।

परमाणु बलों के निम्नलिखित गुण प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किए गए हैं।

1. ये बल परिमाण में समान हैं, भले ही वे दो प्रोटॉन, एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, या दो न्यूट्रॉन (परमाणु बलों की चार्ज स्वतंत्रता) के बीच कार्य करते हों।

2. ये बल प्रकृति में कम दूरी के होते हैं, अर्थात्। यदि नाभिकों के बीच की दूरी नाभिक के आकार से अधिक हो जाए तो लुप्त हो जाती है।

3. परमाणु बलों की कार्रवाई के क्षेत्र में, ये बल बहुत बड़े हैं (विद्युत चुम्बकीय या इसके अलावा, की तुलना में, गुरुत्वाकर्षण बल) और क्रम की दूरी तक आकर्षक बल हैं आर0, जहां उनका स्थान प्रतिकारक ताकतों ने ले लिया है। इस प्रकार, नाभिक में न्यूक्लियॉन अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में त्रिज्या के साथ रखे जाते हैं आर > आर0हालाँकि, परमाणु नाभिक को छोटे आकार में संपीड़ित नहीं किया जा सकता है।

आइसोटोप - एक ही तत्व के परमाणु जिनकी द्रव्यमान संख्या भिन्न-भिन्न होती है

एक ही तत्व के समस्थानिकों के परमाणुओं में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में एक दूसरे से भिन्न होते हैं

उदाहरण के लिए: हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक हैं: प्रोटियम 1 1 एच, ड्यूटेरियम 2 1 एच, ट्रिटियम 3 1 एच

आइसोबार - समान द्रव्यमान संख्या वाले विभिन्न तत्वों के न्यूक्लाइड; उदाहरण के लिए, आइसोबार 40 Ar, 40 K, 40 Ca हैं।

टिकट 11. इंट्रामोल्युलर रासायनिक बंधों की प्रकृति और प्रकार। के साथ कनेक्शन के उदाहरण विभिन्न प्रकाररासायनिक बंध

रासायनिक बंधन चार प्रकार के होते हैं: आयनिक, सहसंयोजक, धात्विक और हाइड्रोजन।

ईओण का रासायनिक बंध आयनों के प्रति धनायनों के स्थिरवैद्युत आकर्षण के कारण बनने वाला एक बंधन है।

सहसंयोजक रासायनिक बंधन एक ऐसा बंधन है जो साझा इलेक्ट्रॉन जोड़े के गठन के कारण परमाणुओं के बीच होता है।

गठन का दाता-स्वीकर्ता तंत्र सहसंयोजक बंधनआइए अमोनियम आयन NH4+ के निर्माण का उत्कृष्ट उदाहरण देखें:

धातु कनेक्शन
धातुओं और मिश्रधातुओं में आबंधन, जो किसी धातु में धातु आयनों के बीच अपेक्षाकृत मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा किया जाता है क्रिस्टल लैटिस, को धात्विक कहा जाता है। यह बंधन गैर-दिशात्मक, असंतृप्त है, जिसमें कम संख्या में वैलेंस इलेक्ट्रॉन और बड़ी संख्या में मुक्त ऑर्बिटल्स होते हैं, जो धातु परमाणुओं के लिए विशिष्ट है। शिक्षा योजना धातु कनेक्शन(एम - धातु):

_
म0-ने<->एम एन+

हाइड्रोजन बंधन

एक अणु (या उसके भाग) के सकारात्मक ध्रुवीकृत हाइड्रोजन परमाणुओं और दूसरे अणु (या उसके भाग) के अकेले इलेक्ट्रॉन जोड़े वाले दृढ़ता से विद्युतीय तत्वों के नकारात्मक ध्रुवीकृत परमाणुओं के बीच एक रासायनिक बंधन को हाइड्रोजन बंधन कहा जाता है।

बायोपॉलिमर - प्रोटीन (द्वितीयक संरचना) में कार्बोनिल ऑक्सीजन और अमीनो समूह के हाइड्रोजन के बीच एक इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बंधन होता है।

पॉलीन्यूक्लियोटाइड अणु - डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) डबल हेलिकॉप्टर होते हैं जिनमें न्यूक्लियोटाइड की दो श्रृंखलाएं हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़ी होती हैं। इस मामले में, संपूरकता का सिद्धांत संचालित होता है, अर्थात, ये बंधन प्यूरीन और पाइरीमिडीन आधारों से युक्त कुछ जोड़ों के बीच बनते हैं: थाइमिन (टी) एडेनिन न्यूक्लियोटाइड (ए) के विपरीत स्थित है, और साइटोसिन (सी) स्थित है। गुआनिन (जी) के विपरीत।

पदार्थों के साथ हाइड्रोजन बंधनआणविक क्रिस्टल जालक होते हैं।

टिकट 12. एनएच 4 धनायन के गठन के उदाहरण का उपयोग करते हुए बीसी विधि के मुख्य प्रावधान

विषय 1. रेडियोपारिस्थितिकी की भौतिक नींव

व्याख्यान 2:परमाणुओं की भौतिक विशेषताएं और नाभिक का रेडियोधर्मी क्षय।

परमाणु की संरचना. प्राथमिक कण. रेडियोधर्मी क्षय के प्रकार. रेडियोधर्मी क्षय का नियम.

1. परमाणु की संरचना.

एटम – सबसे छोटा कणरासायनिक तत्व, इसके सभी गुणों को संरक्षित करना। इसकी संरचना में, एक परमाणु (आकार लगभग 10-8 सेमी) एक जटिल प्रणाली है जिसमें परमाणु के केंद्र में स्थित एक सकारात्मक चार्ज नाभिक (10-13 सेमी) और विभिन्न कक्षाओं में नाभिक के चारों ओर घूमने वाले नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन होते हैं। किसी परमाणु की त्रिज्या नाभिक से सबसे दूर स्थित इलेक्ट्रॉन की कक्षा की त्रिज्या के बराबर होती है। इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश नाभिक के धनात्मक आवेश के बराबर होता है, जबकि संपूर्ण परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है।

1911 में, ई. रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना का एक ग्रहीय मॉडल प्रस्तावित किया, जिसे एन. बोह्र (1913) द्वारा विकसित किया गया था। इस मॉडल के अनुसार, परमाणु के केंद्र में एक नाभिक होता है जिसमें एक सकारात्मक होता है बिजली का आवेश. इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर अण्डाकार कक्षाओं में घूमते हैं, जिससे परमाणु का इलेक्ट्रॉन आवरण बनता है।

किसी भी परमाणु का निर्माण होता है प्राथमिक कण: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन, जो अंदर हैं स्वतंत्र राज्यइस तरह की विशेषता है भौतिक मात्राएँ, जैसे द्रव्यमान, विद्युत आवेश (या उसकी कमी), स्थिरता, गति, आदि। नाभिक और प्राथमिक कणों का द्रव्यमान आमतौर पर परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (एएमयू) में व्यक्त किया जाता है, कार्बन परमाणुओं के द्रव्यमान का 1\12 (12C) होता है एक इकाई के रूप में लिया गया।

1 ए. ई.एम. = 1.67*10-27 किग्रा

ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) में व्यक्त किया जाता है, एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट गतिज ऊर्जा के बराबर होता है जो एक इलेक्ट्रॉन (या चार्ज के साथ पदार्थ का कोई प्राथमिक कण) गुजरते समय प्राप्त करता है विद्युत क्षेत्रएक वोल्ट के संभावित अंतर के साथ।

1eV = 1.602*10-19 C

इसके अलावा, द्रव्यमान को अक्सर ऊर्जा समकक्षों में व्यक्त किया जाता है (यह एक कण की बाकी ऊर्जा है जिसका द्रव्यमान 1 एएमयू के बराबर है, 931.5 MeV (106 eV) है)।

परमाणु नाभिक - परमाणु का केंद्रीय भाग, जिसमें लगभग सारा द्रव्यमान केंद्रित होता है (99.9%)। परमाणु नाभिक में दो प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। इनका सामान्य नाम है न्यूक्लियॉन. प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन तथाकथित स्थिर और स्थिर कणों से संबंधित हैं, न्यूट्रॉन केवल तभी स्थिर होता है जब वह नाभिक में होता है।

नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या कहलाती है द्रव्यमान संख्याऔर अक्षर A (या M) द्वारा निर्दिष्ट हैं। चूँकि न्यूट्रॉन का आवेश शून्य होता है, और प्रोटॉन का प्राथमिक धनात्मक आवेश +1 होता है, नाभिक का आवेश उसमें मौजूद प्रोटॉन की संख्या के बराबर होता है, जिसे कहा जाता है चार्ज नंबर(जेड)या परमाणु संख्या. नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या तत्व के द्रव्यमान A संख्या और परमाणु संख्या Z के बीच अंतर के बराबर है: N = A-Z (AZX)।

नाभिक का विद्युत आवेश (q) प्राथमिक विद्युत आवेश (e) और आवर्त सारणी के रासायनिक तत्व के परमाणु क्रमांक (Z) के गुणनफल के बराबर है:

परमाणु बल.

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक के भीतर रहते हैं परमाणु बल . परमाणु बल एक नाभिक की संभावित बंधन ऊर्जा का निर्माण करते हैं। यह स्थापित किया गया है कि मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की ऊर्जा का योग उनसे बने नाभिक की ऊर्जा से अधिक है, जिसका अर्थ है कि नाभिक को उसके घटकों में अलग करने के लिए ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए। इसके लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा कहलाती है परमाणु बंधन ऊर्जा .

यदि हम परमाणु के नाभिक को बनाने वाले न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान को जोड़ते हैं तो वही तस्वीर देखी जाती है। नाभिक का परिकलित द्रव्यमान नाभिक के वास्तविक द्रव्यमान से अधिक होगा। नाभिक के परिकलित एवं वास्तविक द्रव्यमान के अंतर को कहा जाता है सामूहिक दोष.

परमाणु बल न्यूक्लियंस पर विद्युत आवेश की उपस्थिति या अनुपस्थिति पर निर्भर नहीं करते हैं; वे केवल बहुत कम दूरी (10-13 सेमी) पर कार्य करते हैं और परमाणु कणों के बीच की दूरी बढ़ने पर बहुत जल्दी कमजोर हो जाते हैं।

परमाणु बलों को संतृप्ति की संपत्ति की विशेषता होती है, जिसका अर्थ है कि एक न्यूक्लियॉन केवल पड़ोसी न्यूक्लियॉन की एक छोटी संख्या के साथ एक साथ परमाणु बातचीत करने में सक्षम है, जो विनिमय-प्रकार की ताकतों के रूप में परमाणु बलों की संभावित प्रकृति को इंगित करता है।

परमाणु बलों के मुख्य गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि न्यूक्लियॉन 200 से थोड़ा अधिक इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान (एक्स युकावा, 1935) के द्रव्यमान वाले कणों का एक दूसरे के साथ आदान-प्रदान करते हैं, ऐसे कणों को प्रयोगात्मक रूप से खोजा गया था (1947) और उन्हें π-मेसन कहा जाता है या पियोन (सकारात्मक, नकारात्मक और तटस्थ π-मेसॉन हैं) मेसॉन)। मेसन नहीं हैं अवयवप्रोटॉन और न्यूट्रॉन, लेकिन उनके द्वारा उत्सर्जित और अवशोषित होते हैं (उसी तरह जैसे परमाणु विद्युत चुम्बकीय विकिरण के क्वांटा को उत्सर्जित और अवशोषित करते हैं), जबकि प्रोटॉन जो एक सकारात्मक पियोन उत्सर्जित करता है वह न्यूट्रॉन में बदल जाता है, और न्यूट्रॉन पियोन को पकड़ने के बाद एक प्रोटॉन में बदल जाता है। ये सभी प्रक्रियाएं मजबूत अंतःक्रिया सुनिश्चित करती हैं और इस प्रकार नाभिक की स्थिरता सुनिश्चित करती हैं।

प्रोटॉन(पी) - एक प्राथमिक कण जो किसी भी परमाणु नाभिक का हिस्सा होता है, जिसका धनात्मक आवेश एक इकाई प्राथमिक आवेश +1 (1.602 * 10-19 C) के बराबर होता है। एक प्रोटॉन का शेष द्रव्यमान 1.00758 a है। ई.एम. या 938.27 मेव.

नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या ( परमाणु संख्या) प्रत्येक तत्व के लिए पूर्णतः स्थिर है और संगत है क्रम संख्यातालिका का तत्व (Z)। चूँकि प्रत्येक प्रोटॉन में विद्युत का एक धनात्मक प्राथमिक आवेश होता है, किसी तत्व का परमाणु क्रमांक किसी रासायनिक तत्व के किसी भी परमाणु के नाभिक में धनात्मक प्राथमिक आवेशों की संख्या को भी दर्शाता है। तत्व का क्रमांक भी कहा जाता है चार्ज नंबर.नाभिक में प्रोटॉन की संख्या परमाणु के कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करती है (लेकिन इसके विपरीत नहीं) और, तदनुसार, इलेक्ट्रॉन कोश की संरचना और तत्वों के रासायनिक गुण।

न्यूट्रॉन ( एन) - एक विद्युत रूप से तटस्थ प्राथमिक कण (केवल प्रकाश हाइड्रोजन के नाभिक में अनुपस्थित), जिसका बाकी द्रव्यमान 1.00898 a है। ई.एम. या 939.57 मेव. न्यूट्रॉन का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से दो इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान अधिक होता है। परमाणु नाभिक में, न्यूट्रॉन स्थिर होते हैं; एक ही तत्व के परमाणु के नाभिक में उनकी संख्या (एन) में उतार-चढ़ाव हो सकता है, जो मूल रूप से केवल तत्व की भौतिक विशेषता देता है (1)।

इलेक्ट्रॉन - 0.000548 a के बराबर विश्राम द्रव्यमान वाला एक स्थिर प्राथमिक कण। ई.एम., और द्रव्यमान की पूर्ण इकाइयों में - 9.1 * 10-28 किग्रा। ऊर्जा समतुल्य ए. ई.एम. इलेक्ट्रॉन 0.511 MeV है और प्राथमिक विद्युत आवेश 1.602*10-19 C है।

इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर एक निश्चित आकार और त्रिज्या की कक्षाओं में घूमते हैं। कक्षाओं को इलेक्ट्रॉनिक परतों में वर्गीकृत किया गया है (अधिकतम सात हो सकते हैं: K, L, M, N, O, P, Q)। एक परत की कक्षा में मौजूद इलेक्ट्रॉनों की सबसे छोटी संख्या क्वांटम संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है:

एम=2एन 2,

जहां n मुख्य क्वांटम संख्या है (इस मामले में यह परत संख्या के साथ मेल खाता है। इसलिए, K-परत (n=1) में 2 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, L-परत (n=2) में 8 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, और इसी तरह पर।

परमाणु नाभिक के साथ इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया में मुख्य भूमिका विद्युत चुम्बकीय बलों (विपरीत विद्युत आवेशों के कूलम्ब आकर्षण बल) द्वारा निभाई जाती है। एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के जितना करीब होगा, उतना ही अधिक होगा संभावित ऊर्जा(नाभिक के साथ बांधने वाली ऊर्जा) और कम गतिज ऊर्जा (इलेक्ट्रॉन घूर्णन ऊर्जा)। तदनुसार, बाहरी कक्षा (लगभग 1-2 ईवी की बाध्यकारी ऊर्जा) से इलेक्ट्रॉनों को आंतरिक कक्षा की तुलना में निकालना आसान होता है।

कक्षा से कक्षा में एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन का संक्रमण हमेशा ऊर्जा के अवशोषण या रिलीज (ऊर्जा की एक मात्रा अवशोषित या उत्सर्जित) से जुड़ा होता है। बोह्र के अभिधारणाओं के अनुसार, परमाणु प्रणाली एक स्थिर अवस्था में है, जो एक निश्चित ऊर्जा की विशेषता है। अनंत लंबे समय तक, प्रत्येक परमाणु केवल न्यूनतम ऊर्जा के साथ स्थिर अवस्था में रह सकता है, जिसे कहा जाता है मुख्य या सामान्य . उच्च ऊर्जा वाले परमाणु की अन्य सभी स्थिर अवस्थाएँ कहलाती हैं उत्साहित . एक इलेक्ट्रॉन का एक ऊर्जा स्तर से दूसरे, नाभिक से अधिक दूर (उच्च ऊर्जा के साथ) में संक्रमण कहलाता है उत्तेजना की प्रक्रिया .

अन्य परमाणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप, किसी आवेशित कण के साथ, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के फोटॉन को अवशोषित करते समय, एक परमाणु कम ऊर्जा वाली स्थिर अवस्था से उच्च ऊर्जा वाली स्थिर अवस्था में जा सकता है। उत्तेजित अवस्था में परमाणु का जीवनकाल s से अधिक नहीं होता है। किसी भी उत्तेजित अवस्था से, परमाणु स्वतः ही जमीनी अवस्था में चला जाता है, यह प्रक्रिया साथ होती है फोटॉन का उत्सर्जन (क्वांटा)। जिन दो अवस्थाओं के बीच संक्रमण होता है, उनमें परमाणु की ऊर्जा में अंतर के आधार पर, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की उत्सर्जित मात्रा रेडियो तरंगों की सीमा से संबंधित हो सकती है, अवरक्त विकिरण, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी या एक्स-रे विकिरण।

मजबूत विद्युत प्रभावों के तहत, इलेक्ट्रॉन परमाणु की सीमाओं से बच सकते हैं। एक परमाणु जिसने एक या अधिक इलेक्ट्रॉन खो दिए हैं वह सकारात्मक आयन में बदल जाता है, और एक परमाणु जिसने एक या अधिक इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर लिया है वह नकारात्मक आयन में बदल जाता है। उदासीन परमाणुओं से आयन बनने की प्रक्रिया कहलाती है आयनीकरण . सामान्य परिस्थितियों में, आयन अवस्था में एक परमाणु बहुत मौजूद होता है कम समय. मुक्त स्थानसकारात्मक आयन की कक्षा में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन भर जाता है, और परमाणु फिर से एक विद्युत तटस्थ प्रणाली बन जाता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है आयन पुनर्संयोजन (विआयनीकरण) और विकिरण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है।

आइसोटोप, आइसोटोन, आइसोबार।

जिन परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, वे एक ही रासायनिक तत्व के प्रकार होते हैं और कहलाते हैं आइसोटोप. ऐसे तत्वों की तालिका में संख्या समान होती है, लेकिन द्रव्यमान संख्याएँ भिन्न होती हैं (3919K, 4019K, 4119K)। चूँकि इन परमाणुओं के नाभिकों का आवेश समान होता है, उनके प्राथमिक कोशों की संरचना लगभग समान होती है, और ऐसे नाभिक वाले परमाणु रासायनिक गुणों में बेहद समान होते हैं। प्रकृति में अधिकांश रासायनिक तत्व आइसोटोप का मिश्रण हैं। आमतौर पर, एक विशेष तत्व के आइसोटोप के मिश्रण में, एक आइसोटोप प्रबल होता है, और बाकी केवल एक छोटा प्रतिशत बनाते हैं (उदाहरण के लिए, पोटेशियम में शामिल हैं: 39K - 93.08%; 40K - 0.0119%; 41K - 6.91%) (4) ).

एक रासायनिक तत्व के समस्थानिकों को एक दूसरे से अलग करने के लिए, तत्व के नाम के ऊपर एक द्रव्यमान संख्या जोड़ी जाती है, योग के बराबरकिसी दिए गए आइसोटोप के नाभिक के सभी कण, और नीचे - नाभिक का आवेश (प्रोटॉन की संख्या), तालिका में तत्व की क्रमिक संख्या के अनुरूप। इस प्रकार, प्रकृति में सबसे आम हल्के हाइड्रोजन, 11H (प्रोटियम) में 1 प्रोटॉन होता है, जो हाइड्रोजन परमाणुओं 21H (ड्यूटेरियम) - 1 प्रोटॉन और 1 न्यूट्रॉन, और 31H (ट्रिटियम) में बहुत कम पाया जाता है, जो प्रकृति में कभी नहीं पाया जाता है। इसमें 1 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं (ट्रिटियम को धीमे न्यूट्रॉन के साथ ड्यूटेरियम को विकिरणित करके कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है) (4)।

अंतर करना स्थिर और अस्थिर (रेडियोधर्मी ) आइसोटोप . पहले वे आइसोटोप हैं जिनके नाभिक बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में किसी भी परिवर्तन से नहीं गुजरते हैं, दूसरे वे आइसोटोप हैं जिनके नाभिक अनायास (बिना बाहरी प्रभाव) विघटित होकर अन्य तत्वों के परमाणुओं के नाभिक बनाते हैं। रासायनिक तत्वों के सभी समस्थानिकों के नाभिक को सामान्यतः कहा जाता है न्यूक्लाइड्स, अस्थिर न्यूक्लाइड कहलाते हैं रेडिओन्युक्लिआइड . वर्तमान में, लगभग 300 स्थिर आइसोटोप और लगभग 1,500 रेडियोधर्मी आइसोटोप ज्ञात हैं।

परमाणु नाभिक की स्थिरता के लिए शर्त:केवल वे परमाणु नाभिक जिनमें सभी नाभिकों की तुलना में न्यूनतम ऊर्जा होती है, जिसमें एक दिया गया नाभिक अनायास रूपांतरित हो सकता है, स्थिर होते हैं।

विभिन्न तत्वों के परमाणु नाभिक समान संख्यान्यूट्रॉन कहलाते हैं आइसोटोन . उदाहरण के लिए, 136C में छह प्रोटॉन और सात न्यूट्रॉन हैं, 147N में सात प्रोटॉन और सात न्यूट्रॉन भी हैं।

एक ही द्रव्यमान संख्या वाले, लेकिन अलग-अलग परमाणु क्रमांक वाले विभिन्न तत्वों के परमाणु नाभिक (अर्थात्, एक ही समय में समान संख्या में न्यूक्लियॉन से मिलकर बने) विभिन्न अनुपातप्रोटॉन और न्यूट्रॉन) कहलाते हैं समदाब रेखा .

उदाहरण के लिए: 104बीई, 105बी, 106सी, आदि।

आइसोबार के परमाणु नाभिक की ऊर्जा में अंतर प्रोटॉन पर विद्युत आवेश की उपस्थिति और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान में अंतर के अस्तित्व से निर्धारित होता है। इस प्रकार, न्यूट्रॉन की तुलना में काफी अधिक प्रोटॉन वाले नाभिक अस्थिर हो जाते हैं, क्योंकि उनमें कूलम्ब अंतःक्रिया ऊर्जा की अधिकता होती है। जिन नाभिकों में प्रोटॉन की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन होते हैं वे इस तथ्य के कारण अस्थिर होते हैं कि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है, और नाभिक के द्रव्यमान में वृद्धि से इसकी ऊर्जा में वृद्धि होती है। नाभिक को अतिरिक्त ऊर्जा से दो तरीकों से मुक्त किया जा सकता है:

1. नाभिक के अधिक स्थिर भागों में सहज विभाजन द्वारा;

2. नाभिक के आवेश में स्वतः परिवर्तन द्वारा (प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में या न्यूट्रॉन का प्रोटॉन में रूपांतरण)।

प्राथमिक कण.

प्राथमिक कण अणु, परमाणु या नाभिक नहीं हैं। उनकी त्रिज्या (R) 10-14 - 10-15 मीटर और ऊर्जा (W) लगभग 106 - 108 eV है। अब कुल गणनाज्ञात प्राथमिक कण (एंटीपार्टिकल्स के साथ) 400 तक पहुंचते हैं। उनमें से कुछ स्थिर या अर्ध-स्थिर होते हैं और प्रकृति में स्वतंत्र या कमजोर रूप से बंधे हुए अवस्था में मौजूद होते हैं। यह इलेक्ट्रॉनों, परमाणुओं की संरचना में शामिल, उनके प्रतिकण - पॉज़िट्रॉन; प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, परमाणु नाभिक की संरचना में शामिल; फोटॉनोंγ, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा हैं। इसमें इलेक्ट्रॉनिक भी शामिल है (एंटी)न्यूट्रिनोνе, बीटा परिवर्तनों की प्रक्रियाओं और तारों में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में पैदा हुआ। अन्य सभी प्राथमिक कण अत्यंत अस्थिर होते हैं और द्वितीयक में बनते हैं ब्रह्मांडीय विकिरणया प्रयोगशाला में प्राप्त किया गया। इनमें म्यूऑन (एमयू-मेसन) μ- शामिल हैं - ब्रह्मांडीय किरणों में पंजीकृत इलेक्ट्रॉन (mμ ≈ 200mе) का एक भारी एनालॉग; पियोन (पाइ-मेसन) π+, π0, π-- परमाणु संपर्क के वाहक और अन्य।

प्रत्येक कण में एक प्रतिकण होता है, जिसे आमतौर पर एक ही प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है लेकिन इसके ऊपर एक "टिल्ड" जोड़ा जाता है। कणों और प्रतिकणों का द्रव्यमान, जीवनकाल और चक्रण समान होते हैं। विद्युत आवेश और चुंबकीय क्षण सहित शेष विशेषताएँ परिमाण में समान हैं, लेकिन संकेत में विपरीत हैं।

2. रेडियोधर्मी क्षय के प्रकार।

रेडियोधर्मिता- यह कुछ रासायनिक तत्वों के परमाणु नाभिकों का गुण है जो एक विशेष प्रकार के विकिरण के उत्सर्जन के साथ स्वचालित रूप से अन्य तत्वों के नाभिक में परिवर्तित हो जाते हैं। रेडियोधर्मी विकिरण . घटना को ही कहा जाता है रेडियोधर्मी क्षय.

प्रकृति में होने वाले रेडियोधर्मी परिवर्तनों को प्राकृतिक रेडियोधर्मिता कहा जाता है। कृत्रिम रूप से उत्पादित पदार्थों (संबंधित परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से) में होने वाली समान प्रक्रियाएं कृत्रिम रेडियोधर्मिता हैं। दोनों प्रकार की रेडियोधर्मिता समान नियमों का पालन करती है।

निम्नलिखित प्रकार के परमाणु परिवर्तन या रेडियोधर्मी क्षय के प्रकार हैं: अल्फा क्षय, बीटा क्षय (इलेक्ट्रॉनिक, पॉज़िट्रॉनिक), इलेक्ट्रॉन कैप्चर (के-कैप्चर), आंतरिक रूपांतरण, परमाणु विखंडन।

अल्फ़ा क्षयएक अस्थिर परमाणु नाभिक का एक α-कण (हीलियम परमाणु 42He का नाभिक) और एक उत्पाद नाभिक (बेटी नाभिक) में सहज विभाजन होता है, इस मामले में, उत्पाद नाभिक का चार्ज 2 सकारात्मक इकाइयों से कम हो जाता है द्रव्यमान संख्या 4 इकाई से. इस मामले में, परिणामी उत्पाद तत्व को आवधिक प्रणाली की दो कोशिकाओं द्वारा मूल के सापेक्ष बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है:

लगभग सभी (दुर्लभ अपवादों के साथ) परमाणु संख्या 82 और उससे अधिक वाले तत्वों के परमाणुओं के नाभिक अल्फा रेडियोधर्मी हैं (जिनमें शामिल हैं) आवर्त सारणीलीड 82पीबी के पीछे खड़े रहें)। एक अल्फा कण, नाभिक से निकलकर, प्राप्त कर लेता है गतिज ऊर्जालगभग 4-9 मेव.

बीटा क्षयएक β-कण के उत्सर्जन के साथ अस्थिर परमाणु नाभिक का एक सहज परिवर्तन है, जिसमें उनका चार्ज एक से बदल जाता है। यह प्रक्रिया प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की आपसी परिवर्तन से गुजरने की क्षमता पर आधारित है।

यदि नाभिक में न्यूट्रॉन की अधिकता हो(नाभिक का "न्यूट्रॉन अधिभार"), तो क्या होता है इलेक्ट्रॉन β- क्षय, जिसमें न्यूट्रॉन में से एक प्रोटॉन में बदल जाता है, और नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो (जिसका द्रव्यमान और चार्ज संख्या 0 है) उत्सर्जित करता है।

10n → 11p + e – + ν – || AZX → AZ+1Y + β – + ν – +Q || 4019K → 4020Ca + β – + ν – + Q.

इस क्षय के दौरान, नाभिक का आवेश और, तदनुसार, तत्व की परमाणु संख्या एक से बढ़ जाती है (तत्व आवर्त सारणी में मूल संख्या से दाईं ओर एक संख्या में स्थानांतरित हो जाता है), लेकिन द्रव्यमान संख्या अपरिवर्तित रहती है। इलेक्ट्रॉनिक बीटा क्षय कई प्राकृतिक और कृत्रिम रूप से उत्पादित रेडियोधर्मी तत्वों की विशेषता है।

यदि नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन का प्रतिकूल अनुपात किसके कारण होता है? अतिरिक्त प्रोटॉन, फिर पॉज़िट्रॉनिक ( β+ ) क्षय, जिसमें नाभिक एक पॉज़िट्रॉन (इलेक्ट्रॉन के समान द्रव्यमान का एक कण, लेकिन +1 के चार्ज के साथ) और एक न्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है, और प्रोटॉन में से एक न्यूट्रॉन में बदल जाता है:

11पी → 10एन + ई+ + ν+ || AZX → AZ-1Y + β+ + ν+ +Q || 3015P → 3014Si + β+ + ν+ +Q

नाभिक का आवेश और, तदनुसार, तत्व की परमाणु संख्या एक से कम हो जाती है, और बेटी तत्व आवर्त सारणी में मूल के बाईं ओर एक स्थान पर कब्जा कर लेगा, द्रव्यमान संख्या अपरिवर्तित रहती है। कुछ कृत्रिम रूप से प्राप्त आइसोटोप में पॉज़िट्रॉन क्षय देखा जाता है।

एक पॉज़िट्रॉन, नाभिक से बाहर निकलकर, परमाणु के खोल से एक "अतिरिक्त" इलेक्ट्रॉन को तोड़ देता है या एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के साथ बातचीत करता है, जिससे एक "पॉज़िट्रॉन-इलेक्ट्रॉन" जोड़ी बनती है, जो तुरंत ऊर्जा समकक्ष के साथ दो गामा क्वांटा में बदल जाती है। कणों का द्रव्यमान (e+ और e-) 0.511 MeV। पॉज़िट्रॉन-इलेक्ट्रॉन जोड़ी को दो γ क्वांटा में बदलने की प्रक्रिया को कहा जाता है विनाश(विनाश), और परिणामी विद्युत चुम्बकीय विकिरण - विनाश. इस प्रकार, पॉज़िट्रॉन क्षय के दौरान, कण मूल परमाणु के बाहर नहीं उड़ते हैं, बल्कि 0.511 MeV की ऊर्जा वाली दो गामा किरणें होती हैं।

किसी भी बीटा स्रोत के β-कणों का ऊर्जा स्पेक्ट्रम निरंतर होता है (MeV के सौवें हिस्से से - नरम विकिरण, 2-3 MeV - कठोर विकिरण तक)।

इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर- परमाणु नाभिक का सहज परिवर्तन, जिसमें कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में से एक को पकड़ने और एक प्रोटॉन के न्यूट्रॉन में परिवर्तन के कारण इसका चार्ज एक से कम हो जाता है।

ऐसा तब होता है जब नाभिक में प्रोटॉन की अधिकता होती है, लेकिन पॉज़िट्रॉन क्षय के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। नाभिक के प्रोटॉन में से एक परमाणु के किसी एक कोश से एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ता है, अक्सर इसके निकटतम K-परत (K-कैप्चर) से या, कम सामान्यतः, L-लेयर (L-कैप्चर) से और मुड़ जाता है न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ न्यूट्रॉन में। इस मामले में, बेटी तत्व, पॉज़िट्रॉन क्षय की तरह, आवर्त सारणी में मूल के बाईं ओर एक कोशिका द्वारा स्थानांतरित हो जाता है।

11पी + 0-1ई → 10एन + ν+ || AZX + 0-1е → AZ-1Y + ν+ + hν || 12352Te + 0-1е → 12351Sb + ν+ + hν

एक इलेक्ट्रॉन एल-परत से के-परत में रिक्त स्थान पर, अगली परत से उत्तरार्द्ध के स्थान पर, आदि पर छलांग लगाता है। परत से परत तक इलेक्ट्रॉन का प्रत्येक संक्रमण रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है विद्युत चुम्बकीय विकिरण (एक्स-रे रेंज) के क्वांटा का।

पॉज़िट्रॉन क्षय और इलेक्ट्रॉन कैप्चर, एक नियम के रूप में, केवल कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप (4) में देखे जाते हैं।

परमाणु विखंडन- यह नाभिक का स्वतःस्फूर्त विखंडन है, जिसमें यह बिना किसी बाहरी प्रभाव के दो, आमतौर पर असमान भागों में टूट जाता है। इस प्रकार, एक यूरेनियम नाभिक को बेरियम (56Ba) और क्रिप्टन (36Kr) नाभिक में विभाजित किया जा सकता है। इस प्रकार का क्षय आवर्त सारणी में यूरेनियम से परे तत्वों के समस्थानिकों की विशेषता है। समान आवेशों के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बलों के प्रभाव में, टुकड़े के नाभिक 165 MeV के क्रम की गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं और बिखर जाते हैं अलग-अलग पक्षप्रचंड गति से.

आंतरिक रूपांतरण. उत्तेजित नाभिक उत्तेजना ऊर्जा को आंतरिक परतों (K-, L-, या M-परत) के इलेक्ट्रॉनों में से एक में स्थानांतरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु के बाहर निकल जाता है। फिर अधिक दूर की परतों (उच्च ऊर्जा स्तरों से) में से एक इलेक्ट्रॉन विशिष्ट एक्स-रे विकिरण के उत्सर्जन के साथ "रिक्त" स्थान पर क्वांटम संक्रमण करता है।

3. रेडियोधर्मी क्षय का नियम.

किसी भी रेडियोधर्मी आइसोटोप की मात्रा रेडियोधर्मी क्षय (नाभिक का परिवर्तन) के कारण समय के साथ घटती जाती है। रेडियोधर्मी क्षय लगातार होता रहता है, इस प्रक्रिया की दर और इसकी प्रकृति नाभिक की संरचना से निर्धारित होती है। इसलिए, परमाणु नाभिक की स्थिति को बदले बिना इस प्रक्रिया को किसी भी सामान्य भौतिक या रासायनिक साधन से प्रभावित नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, क्षय प्रकृति में संभाव्य है, अर्थात, यह निर्धारित करना असंभव है कि कब और कौन सा परमाणु क्षय होगा, लेकिन समय की प्रत्येक अवधि में, औसतन, किसी न किसी प्रकार का परमाणु क्षय होगा। निश्चित भागपरमाणु.

प्रत्येक रेडियोधर्मी आइसोटोप के लिए औसत गतिइसके परमाणुओं का क्षय स्थिर, अपरिवर्तनीय और केवल किसी दिए गए आइसोटोप की विशेषता है। किसी विशेष आइसोटोप के लिए रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक λ दर्शाता है कि प्रति इकाई समय में नाभिक का कितना अनुपात क्षय होगा। क्षय स्थिरांक को पारस्परिक समय इकाइयों s-1, min-1, h-1, आदि में व्यक्त किया जाता है, यह दिखाने के लिए कि समय के साथ रेडियोधर्मी नाभिकों की संख्या बढ़ने के बजाय घट जाती है।

किसी भी रेडियोधर्मी आइसोटोप के नाभिक का स्वतःस्फूर्त परिवर्तन होता है रेडियोधर्मी क्षय का नियम,जो स्थापित करता है कि उपलब्ध नाभिक का समान अंश प्रति इकाई समय में क्षय होता है।

इस नियम की गणितीय अभिव्यक्ति, जो समय के साथ रेडियोधर्मी नाभिकों की संख्या कम होने की प्रक्रिया का वर्णन करती है, निम्नलिखित सूत्र द्वारा प्रदर्शित की जाती है:

Nt = N0e-λटी, (Nt = N0e-0.693t/T) (1),

जहां, Nt समय के बाद शेष रेडियोधर्मी नाभिकों की संख्या है;

N0 - समय t=0 पर रेडियोधर्मी नाभिकों की प्रारंभिक संख्या;

λ - रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक (=0.693/टी);

T किसी दिए गए रेडियोआइसोटोप का आधा जीवन है।

व्यवहार में, रेडियोधर्मी तत्वों की क्षय दर को चिह्नित करने के लिए आधे जीवन का उपयोग किया जाता है।

हाफ लाइफवह समय है जिसके दौरान रेडियोधर्मी नाभिकों की मूल संख्या का आधा भाग क्षय हो जाता है। इसे T अक्षर से दर्शाया जाता है और समय की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है।

विभिन्न रेडियोधर्मी समस्थानिकों के लिए, आधा जीवन एक सेकंड के अंश से लेकर लाखों वर्षों तक होता है। इसके अलावा, एक ही तत्व में अलग-अलग आधे जीवन वाले आइसोटोप हो सकते हैं। तदनुसार, रेडियोधर्मी तत्वों को अल्पकालिक (घंटे, दिन) - 13153I (8.05 दिन), 21484Po (1.64 * 10-4 सेकंड) और दीर्घकालिक (वर्ष) - 23892U (T = 4.47 बिलियन वर्ष), 13755Cs में विभाजित किया गया है। (30 वर्ष), 9038 सीनियर (29 वर्ष)।

अर्ध-जीवन और क्षय स्थिरांक के बीच एक विपरीत संबंध है, यानी, बड़ा λ, छोटा टी, और इसके विपरीत।

ग्राफ़िक रूप से, रेडियोधर्मी क्षय का नियम एक घातीय वक्र (चित्र 2.1.) द्वारा व्यक्त किया जाता है। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, अर्ध-जीवन की संख्या में वृद्धि के साथ, अविघटित परमाणुओं की संख्या घट जाती है, धीरे-धीरे शून्य के करीब पहुंच जाती है [एट अल।, 1999]।

चावल। 2.1. रेडियोधर्मी क्षय के नियम का ग्राफिक प्रतिनिधित्व।

रेडियोधर्मी तत्व गतिविधिप्रति इकाई समय क्षयों की संख्या के बराबर। अधिक रेडियोधर्मी परिवर्तनकिसी दिए गए पदार्थ के परमाणुओं का अनुभव करें, उसकी गतिविधि जितनी अधिक होगी। रेडियोधर्मी क्षय के नियम के अनुसार, रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधि रेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या के समानुपाती होती है, अर्थात यह किसी दिए गए पदार्थ की बढ़ती मात्रा के साथ बढ़ती है। चूँकि रेडियोधर्मी आइसोटोप की क्षय दर अलग-अलग होती है, द्रव्यमान के अनुसार समान मात्रा में अलग-अलग रेडियोन्यूक्लाइड की गतिविधियाँ अलग-अलग होती हैं।

गतिविधि की एसआई इकाई बेकरेल (बीक्यू) है - प्रति सेकंड विघटन (डीसी/सेकेंड)। Bq के साथ, एक गैर-प्रणालीगत इकाई का उपयोग किया जाता है - क्यूरी (Ci)। 1Ki किसी की भी गतिविधि है रेडियोधर्मी पदार्थ(आइसोटोप) जिसमें प्रति सेकंड 3.7*1010 क्षय घटनाएँ घटित होती हैं। क्यूरी की एक इकाई 1 ग्राम रेडियम की रेडियोधर्मिता से मेल खाती है।

1Ci = 3.7*1010 Bq; 1 एमसीआई = 37 एमबीक्यू 1 μCi = 37 केबीक्यू

समय t के बाद किसी भी रेडियोधर्मी दवा की गतिविधि रेडियोधर्मी क्षय के मूल नियम के अनुरूप सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

पर =ए0ई0-0.693टी/टी (2),

जहां At समय t के बाद दवा की गतिविधि है;

ए0 - दवा की प्रारंभिक गतिविधि;

ई - आधार प्राकृतिक लघुगणक(ई=2.72);

टी वह समय है जिसके दौरान रेडियोआइसोटोप का क्षय हुआ;

टी - आधा जीवन; टी और टी के मानों का आयाम समान होना चाहिए (न्यूनतम, सेकंड, घंटे, दिन, आदि)।

(उदाहरण: एक निश्चित दिन पर रेडियोधर्मी तत्व 32P की A0 गतिविधि 5 mCi है। एक सप्ताह के बाद इस तत्व की गतिविधि निर्धारित करें। तत्व 32P का आधा जीवन T 14.3 दिन है। 7 दिनों के बाद 32P की गतिविधि। पर = 5 * 2,720,693*7/14.3 = 5 * 2.720.34 = 3.55 एमसीआई)।

क्यूरी इकाइयाँ (Ci) स्रोतों की गामा गतिविधि को चिह्नित करने के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इन उद्देश्यों के लिए, एक और इकाई शुरू की गई - 1 मिलीग्राम रेडियम (मिलीग्राम-ईक्यू रेडियम) के बराबर। रेडियम के बराबर मिलीग्राम - यह किसी भी रेडियोधर्मी दवा की गतिविधि है, जिसका गामा विकिरण, समान माप स्थितियों के तहत, प्लैटिनम का उपयोग करते समय रूसी संघ के रेडियम के राज्य मानक के 1 मिलीग्राम रेडियम के गामा विकिरण के समान एक्सपोज़र खुराक दर बनाता है। 0.5 मिमी मोटा फ़िल्टर करें। रेडियम की मिलीग्राम समतुल्य इकाई मौजूदा मानकों द्वारा स्थापित नहीं है, लेकिन व्यवहार में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

1 मिलीग्राम (1 एमसीआई) रेडियम का एक बिंदु स्रोत, क्षय उत्पादों के साथ संतुलन में, 0.5 मिमी मोटी प्लैटिनम प्लेट के माध्यम से प्रारंभिक निस्पंदन के बाद 1 सेमी की दूरी पर हवा में 8.4 आर/एच की खुराक दर बनाता है। यह मात्रा कहलाती है रेडियम का आयनीकरण गामा स्थिरांक और अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है Kγ . रेडियम के गामा स्थिरांक को विकिरण खुराक दर के मानक के रूप में लिया जाता है। अन्य सभी गामा उत्सर्जकों के Kγ की तुलना इसके साथ की जाती है। अधिकांश रेडियोधर्मी समस्थानिकों के लिए गामा स्थिरांक की तालिकाएँ हैं।

इस प्रकार, 60Co का गामा स्थिरांक 13.5 R/h है। रेडियम और 60Co के गामा स्थिरांक की तुलना से पता चलता है कि रेडियोन्यूक्लाइड 60Co का 1 mCi रेडियम के 1 mCi (13.5/8.4 = 1.6) से 1.6 गुना अधिक विकिरण खुराक बनाता है। दूसरे शब्दों में, हवा में निर्मित विकिरण खुराक के संदर्भ में, रेडियोन्यूक्लाइड 60Co की 1 mCi, रेडियम के 1.6 mCi के बराबर है, यानी, 0.625 mCi की गतिविधि के साथ दवा 60Co द्वारा उत्सर्जित गामा विकिरण 1 के समान विकिरण खुराक बनाता है। रेडियम का एमसीआई.

एम आइसोटोप का गामा समतुल्य निम्नलिखित संबंधों द्वारा आयनीकरण गामा स्थिरांक Kγ के माध्यम से इसकी गतिविधि ए (एमसीआई) से संबंधित है:

एम = एकेγ/8.4या ए = 8.4एम/केγ (3),

जो हमें mEq में व्यक्त रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि से आगे बढ़ने की अनुमति देता है। गतिविधि को रेडियम एमसीआई में व्यक्त करता है और इसके विपरीत।

विभिन्न प्रकार के परमाणु जिनके नाभिक में एक निश्चित संख्या में न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) होते हैं, कहलाते हैं न्यूक्लाइड.

न्यूक्लाइड के प्रतीकात्मक संकेतन में नाभिक के लिए रासायनिक प्रतीक शामिल है एक्सऔर नीचे बायीं ओर अनुक्रमणिका " जेड"(नाभिक में प्रोटॉन की संख्या) और " ए"ऊपर बाईं ओर न्यूक्लियॉन की कुल संख्या है। उदाहरण के लिए,

न्यूक्लियॉन सामग्री के आधार पर, न्यूक्लाइड को विभिन्न समूहों में जोड़ा जा सकता है: आइसोटोप, आइसोबार, आइसोटोन।

समस्थानिकन्यूक्लाइड (आइसोटोप) न्यूक्लाइड होते हैं जिनमें प्रोटॉन की संख्या समान होती है। वे केवल न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं। इसलिए, सभी आइसोटोप एक ही रासायनिक तत्व से संबंधित हैं। उदाहरण के लिए, आइसोटोप

एक ही तत्व यूरेनियम (Z= const) के समस्थानिक हैं।

चूँकि आइसोटोप में प्रोटॉन की संख्या समान होती है और इलेक्ट्रॉन कोश की संरचना समान होती है, वे जुड़वां परमाणु होते हैं, उनके रासायनिक गुण लगभग समान होते हैं; अपवाद हाइड्रोजन के समस्थानिक हैं - प्रोटियम एच, ड्यूटेरियम डी, ट्रिटियम टी, जो परमाणु द्रव्यमान में बहुत बड़े सापेक्ष अंतर के कारण, भौतिक और रासायनिक गुणों में काफी भिन्न होते हैं (तालिका 2.1)।

तालिका 2.1 साधारण और भारी जल के गुणों की तुलना

	गुण
	क्वथनांक, 0 C
	क्रांतिक तापमान, 0 C
	298.15 K, kg/dm 3 पर तरल घनत्व
	298.15 K पर ढांकता हुआ स्थिरांक
	अधिकतम घनत्व का तापमान, 0 C
	गलनांक, 0 C
	गलनांक पर बर्फ का घनत्व, किग्रा/डीएम 3

भारी हाइड्रोजन के साथ रासायनिक परिवर्तन उसके हल्के आइसोटोप की तुलना में अधिक धीरे-धीरे होते हैं।

आइसोटोनिकन्यूक्लाइड (आइसोटोन) समान संख्या में न्यूट्रॉन और विभिन्न संख्या में प्रोटॉन वाले न्यूक्लाइड होते हैं। आइसोटोन के उदाहरण: Ca और Ti, जो विभिन्न न्यूक्लाइड से संबंधित हैं। इस शब्द का प्रयोग बहुत ही कम किया जाता है.

आइसोबार्सविभिन्न प्रकार के न्यूक्लाइड कहलाते हैं जिनके नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग होती है, लेकिन न्यूक्लियॉन की संख्या समान होती है। आइसोबार का उदाहरण: Ti और Ca.

इसलिए, हम कह सकते हैं कि समान संख्या में प्रोटॉन वाले न्यूक्लाइड एक ही तत्व के विभिन्न समस्थानिक हैं; समान संख्या में न्यूक्लियॉन वाले न्यूक्लाइड आइसोबार हैं; समान संख्या में न्यूट्रॉन वाले न्यूक्लाइड आइसोटोन होते हैं।

2.4 कोर ऊर्जा

ऊर्जा किसी भी भौतिक प्रक्रिया की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक है। में परमाणु भौतिकीइसकी भूमिका विशेष रूप से महान है, क्योंकि ऊर्जा संरक्षण के नियम की अनुल्लंघनीयता उन मामलों में भी सटीक गणना करना संभव बनाती है जहां घटना के कई विवरण अज्ञात रहते हैं। नाभिक के संबंध में, आइए ऊर्जा के कई अलग-अलग रूपों को देखें।

2.4.1 विश्राम ऊर्जा

सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, परमाणु का द्रव्यमान एमआप कुल विश्राम ऊर्जा की तुलना कर सकते हैं

यदि इस सूत्र में साथप्रति सेकंड मीटर में व्यक्त करें, और एम- किलोग्राम में, तो E 0 जूल में होगा। आइए हम इसे निरूपित करें एम 0 इकाई परमाणु द्रव्यमान, किलोग्राम में व्यक्त: एम 0 = 1.66∙10 -27 किग्रा . तब म= म 0 ए आरऔर ई0 = ए आरम 0 ग 2 . आकार एम 0 सी 2 जूल और फिर इलेक्ट्रॉन वोल्ट में गणना करना आसान: एम 0 सी 2 = 931.5 मेव.यहाँ से

ई0 = 931.5ए आर . (2.6)

यहाँ ए आर- सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान, E 0 - परमाणु की कुल विश्राम ऊर्जा, MeV।

5वीं शताब्दी ईसा पूर्व में, यूनानी विचारक ल्यूसिपस और डेमोक्रिटस ने परमाणु परिकल्पना के रूप में पदार्थ की संरचना पर अपने प्रतिबिंबों के परिणामों को तैयार किया: पदार्थ को अंतहीन रूप से छोटे और छोटे भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है, "अंतिम", अविभाज्य हैं पदार्थ के कण. सभी भौतिक वस्तुएंविभिन्न प्रकार के परमाणुओं से बना है

(ग्रीक से Atomos- "अविभाज्य", "बिना काटा हुआ")। कनेक्ट विभिन्न प्रकारपरमाणु नये पदार्थ बनाते हैं।

किंवदंती के अनुसार, समुद्र के किनारे एक चट्टान पर बैठे डेमोक्रिटस ने अपने हाथ में एक सेब रखा और सोचा: "अगर मैं इस सेब को चाकू से छोटे और छोटे टुकड़ों में काट दूं, तो क्या मेरे हाथों में हमेशा वह हिस्सा रहेगा जो अभी भी है।" सेब के गुण?” इस परिकल्पना पर विचार करने के बाद, डेमोक्रिटस निम्नलिखित निष्कर्ष पर पहुंचे: “ब्रह्मांड की शुरुआत परमाणु और शून्यता है, बाकी सब कुछ केवल राय में मौजूद है। अनगिनत संसार हैं, और उनका प्रारंभ और अंत समय में होता है। और कुछ भी अस्तित्वहीनता से उत्पन्न नहीं होता, कुछ भी अस्तित्वहीनता में विलीन नहीं होता। और परमाणु आकार और भीड़ में अनगिनत हैं, लेकिन वे ब्रह्मांड के चारों ओर घूमते हैं, बवंडर में घूमते हैं, और इस प्रकार हर जटिल चीज़ का जन्म होता है: अग्नि, जल, वायु, पृथ्वी... परमाणु किसी भी प्रभाव के प्रति संवेदनशील नहीं हैं और अपरिवर्तनीय हैं उनकी कठोरता के लिए।”

19वीं सदी की शुरुआत में दुनिया की परमाणु-आणविक संरचना के सिद्धांत का उदय हुआ। प्रयोगात्मक रूप से यह साबित करना 1808 में ही संभव हो सका कि प्रत्येक रासायनिक तत्व में समान परमाणु होते हैं।

यह अंग्रेजी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी जॉन डाल्टन द्वारा किया गया था, जो इतिहास में रासायनिक परमाणुवाद के निर्माता के रूप में दर्ज हुए। डाल्टन ने लोचदार गेंदों के रूप में परमाणुओं की कल्पना की और उन पर बहुत विश्वास किया वास्तविक अस्तित्वयहां तक ​​कि उन्होंने ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं को भी कागज पर उकेरा।

1811 में, इतालवी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ अमेडियो अवोगाद्रो ने एक परिकल्पना सामने रखी जिसके अनुसार सरल गैसों के अणुओं में एक या अधिक परमाणु होते हैं। इस परिकल्पना के आधार पर, अवोगाद्रो ने मौलिक कानूनों में से एक तैयार किया आदर्श गैसेंऔर परमाणु और आणविक द्रव्यमान निर्धारित करने की एक विधि।

उन्होंने गैस कानूनों में से एक की खोज की, जिसका नाम उनके नाम पर रखा गया। इसके आधार पर आणविक और परमाणु भार निर्धारित करने की एक विधि विकसित की गई। तो, प्रकृति में सभी पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं। वे आम तौर पर सरल तत्वों में विभाजित होते हैं, जिनमें समान तत्वों (O2, N2, H2, आदि) के परमाणु होते हैं, और जटिल तत्व होते हैं, जिनमें परमाणु शामिल होते हैं विभिन्न तत्व(H2O, NaCl, H2SO4, आदि)।

एक परमाणु किसी भी सरलतम संरचना की सबसे छोटी संरचनात्मक इकाई है रसायन, तत्व कहलाते हैं।

यद्यपि परमाणु की अवधारणा, शब्द की ही तरह, प्राचीन ग्रीक मूल की है, केवल बीसवीं शताब्दी में ही पदार्थों की संरचना की परमाणु परिकल्पना की सच्चाई दृढ़ता से स्थापित हुई थी।

परमाणुओं का आकार एवं द्रव्यमान अत्यंत छोटा होता है। इस प्रकार, सबसे हल्के परमाणु (हाइड्रोजन) का व्यास केवल 0.53 है। 10-8 सेमी, तथा इसका द्रव्यमान 1.67 है। 10-24 वर्ष

अनुसंधान एवं विकास रेडियोधर्मी विकिरण, एक ओर, और दूसरी ओर, क्वांटम सिद्धांत ने सृजन का नेतृत्व किया रदरफोर्ड का परमाणु का क्वांटम मॉडल-बोरा. 1897 में जोसेफ जॉन थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद, उन्होंने पाया कि एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आने पर आवेशित कण परमाणुओं से अलग हो जाते हैं। उनके अनुमान के अनुसार, "विद्युत परमाणु" का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से लगभग एक हजार गुना कम है, और चार्ज बिल्कुल हाइड्रोजन आयन के चार्ज से मेल खाता है।

बाद में, पहले से ही 1910 और 1913 में, रॉबर्ट मिलिकन ने इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान के माप की सटीकता में काफी सुधार किया। इसलिए, व्यक्तिगत राय के बावजूद, 19वीं सदी के अंत तक यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं से भी छोटे कण वास्तव में मौजूद हैं, और, सबसे अधिक संभावना है, वे परमाणुओं का हिस्सा हैं और कुछ छोटी मात्रा में बिजली के वाहक हैं।

डब्ल्यू थॉमसन के मॉडल को विकसित करते हुए जोसेफ थॉमसन ने 1903 में परमाणु का अपना मॉडल ("किशमिश के साथ हलवा") प्रस्तावित किया: इलेक्ट्रॉन सकारात्मक क्षेत्र में फैले हुए हैं। वे लोचदार बलों द्वारा सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए क्षेत्र के अंदर रखे जाते हैं। उनमें से जो सतह पर हैं उन्हें आसानी से "खत्म" किया जा सकता है, जिससे चित्र में एक आयनित परमाणु निकल जाता है। 1.

चावल। 1.

मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणुओं में, इलेक्ट्रॉनों को थॉमसन द्वारा गणना की गई स्थिर विन्यास में व्यवस्थित किया जाता है। उन्होंने परमाणुओं के रासायनिक गुणों को निर्धारित करने के लिए ऐसे प्रत्येक विन्यास पर विचार किया। जे. थॉमसन ने सैद्धांतिक रूप से समझाने का प्रयास किया आवर्त सारणीतत्व डी.आई. मेंडेलीव।

नील्स बोह्र ने बाद में बताया कि इस प्रयास के बाद से एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को समूहों में विभाजित करने का विचार प्रारंभिक बिंदु बन गया। 1911 में, जोसेफ थॉमसन ने किसी कण के आवेश और उसके द्रव्यमान के अनुपात को मापने के लिए तथाकथित पैराबोला विधि विकसित की, जिसने आइसोटोप के अध्ययन में एक प्रमुख भूमिका निभाई।

के विचार से 1903 में परमाणु संरचना का ग्रहीय मॉडलजापानी सिद्धांतकार हंतारो नागाओका ने टोक्यो फिजिक्स एंड मैथमैटिक्स सोसाइटी में इस मॉडल को "शनि जैसा" कहा।

एच. नागाओका ने परमाणु की संरचना को सौर मंडल की संरचना के समान प्रस्तुत किया: सूर्य की भूमिका परमाणु के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए केंद्रीय भाग द्वारा निभाई जाती है, जिसके चारों ओर "ग्रह" - इलेक्ट्रॉन - स्थापित रिंग के आकार में चलते हैं कक्षाएँ थोड़े से विस्थापन पर, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं विद्युत चुम्बकीय तरंगें. लेकिन उनका काम, जिसके बारे में ई. रदरफोर्ड को नहीं पता था, आगे विकसित नहीं हुआ।

लेकिन जल्द ही यह पता चला कि नए प्रयोगात्मक तथ्य जोसेफ थॉमसन के मॉडल का खंडन करते हैं और इसके विपरीत, ग्रहीय मॉडल के पक्ष में गवाही देते हैं। इन तथ्यों की खोज उत्कृष्ट अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ई. रदरफोर्ड ने की थी। सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उन्होंने परमाणु की परमाणु संरचना की खोज की।

जोसेफ थॉमसन के छात्र अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी द्वारा बी-कणों के बिखरने पर अपने प्रसिद्ध प्रयोगों के परिणामस्वरूप, परमाणु को एक छोटे सकारात्मक चार्ज वाले नाभिक और उसके चारों ओर इलेक्ट्रॉनों में "विभाजित" किया (चित्र 2)।

1908-1909 में हंस गीगर, जिन्होंने रदरफोर्ड के साथ विक्टोरिया विश्वविद्यालय (मैनचेस्टर, इंग्लैंड) में काम किया था, जिन्होंने हाल ही में उनके साथ मिलकर एक अल्फा कण काउंटर डिजाइन किया था, और अर्नेस्ट मार्सडेन ने स्थापित किया कि जब अल्फा कण सोने की पन्नी की पतली प्लेटों से गुजरते हैं, तो उनमें से अधिकांश वे सीधे उड़ते हैं, लेकिन एकल कण 90° से अधिक कोण पर विक्षेपित हो जाते हैं, अर्थात। पूर्णतया परिलक्षित होते हैं।

चावल। 2.

अधिकांश अल्फा कण पन्नी के माध्यम से उड़ गए, उनमें से केवल एक छोटा सा हिस्सा प्रतिबिंबित हुआ, और ई. रदरफोर्ड ने महसूस किया कि अल्फा कण तब प्रतिबिंबित होते थे जब वे छोटी, भारी वस्तुओं से टकराते थे, और ये वस्तुएं एक दूसरे से बहुत दूर स्थित थीं। इस प्रकार परमाणु नाभिक की खोज हुई। नाभिक का आयतन परमाणु के आयतन से लाखों अरबों गुना कम निकला और इस नगण्य छोटे आयतन में परमाणु के लगभग सभी पदार्थ समाहित थे।

इस समय तक उन्हें यह बात पहले से ही पता थी विद्युत धाराकणों की एक धारा है, इन कणों को इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। और यहां रदरफोर्ड ने परमाणु की संरचना के ग्रहीय मॉडल की ओर रुख किया।

उनके अनुसार, वह एक लघुचित्र जैसा दिखता था सौर परिवार, जिसमें "ग्रह" - इलेक्ट्रॉन "सूर्य" - कोर (छवि 3) के चारों ओर घूमते हैं।

चावल। 3.

रदरफोर्ड के काम के लिए धन्यवाद, यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं की संरचना कैसे होती है: परमाणु के बीच में एक छोटा विशाल नाभिक होता है, और इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर "झुंड" होते हैं और परमाणु का एक हल्का खोल बनाते हैं। इस मामले में, विभिन्न विमानों में स्थित और घूमते हुए इलेक्ट्रॉन, एक नकारात्मक कुल चार्ज बनाते हैं, और नाभिक एक सकारात्मक चार्ज बनाता है। सामान्य तौर पर, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ रहता है, क्योंकि नाभिक के सकारात्मक चार्ज की भरपाई इलेक्ट्रॉनों के नकारात्मक चार्ज से पूरी तरह से हो जाती है।

हालाँकि, शास्त्रीय यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के अनुसार, एक नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन का घूर्णन निरंतर स्पेक्ट्रम के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ होना चाहिए।

लेकिन इसने 1880 से ज्ञात गैसों और रासायनिक तत्वों के वाष्प के लाइन स्पेक्ट्रा का खंडन किया।

इस विरोधाभास को 1913 में रदरफोर्ड के छात्र, डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोह्र द्वारा हल किया गया था, जिन्होंने मैक्स प्लैंक और अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा बनाए गए विकिरण और प्रकाश के अवशोषण के क्वांटम सिद्धांत के आधार पर परमाणु की संरचना का एक क्वांटम मॉडल विकसित किया था।

(14 दिसंबर, 1900) प्लैंक ने इस सूत्र की व्युत्पत्ति का प्रदर्शन किया, इस धारणा के आधार पर कि थरथरानवाला की ऊर्जा एचवी का एक पूर्णांक गुणक है, जहां वी विकिरण की आवृत्ति है, और एच एक नया सार्वभौमिक स्थिरांक है, जिसे मैक्स द्वारा कहा जाता है क्रिया की प्राथमिक मात्रा को प्लैंक करें (अब यह एक स्थिर प्लैंक है)। इस मात्रा का परिचय नए, क्वांटम भौतिकी के युग की शुरुआत थी।

नील्स बोह्र ने इस धारणा को सामने रखा कि हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन प्रणाली) केवल कुछ स्थिर ऊर्जा अवस्थाओं (कुछ कक्षाओं में इलेक्ट्रॉन) में हो सकता है, और उनमें से एक न्यूनतम ऊर्जा से मेल खाता है और जमीन (अस्पष्ट) है। बोह्र के सिद्धांत के अनुसार, किसी परमाणु द्वारा ऊर्जा का उत्सर्जन या अवशोषण केवल एक से इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान हो सकता है ऊर्जा अवस्थादूसरे को (एक कक्षा से दूसरे कक्षा तक)।

इसके आधार पर, बोह्र ने अपने अभिधारणाएँ तैयार कीं:

• 1. परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन "स्थिर" अवस्था में होता है (स्थिर कक्षा में घूमता हुआ) और कोई ऊर्जा उत्सर्जित नहीं करता है।
• 2. स्थिर अवस्था (दूसरी कक्षा में स्थानांतरित) से हटाए जाने पर, इलेक्ट्रॉन, लौटते हुए, प्रकाश की मात्रा hn = E2 - E1 उत्सर्जित करता है।
• 3. किसी परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन केवल उन "अनुमत" कक्षाओं में हो सकता है जिसके लिए कोणीय गति (एमवीआर) कुछ अलग मान लेता है, अर्थात् एमवीआर = एनएच/2पी, जहां एन एक पूर्णांक 1, 2, 3 है...

परमाणु चार्ज निकला सबसे महत्वपूर्ण विशेषतापरमाणु. 1913 में यह दिखाया गया कि नाभिक का आवेश आवर्त सारणी में तत्व की संख्या से मेल खाता है।

बोह्र के सिद्धांत ने परमाणु हाइड्रोजन के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में रेखाओं की स्थिति की बहुत सटीक गणना करना संभव बना दिया। हालाँकि, वह इस सरलतम प्रणाली में भी रेखा की तीव्रता के अनुपात की भविष्यवाणी नहीं कर सकी।

एक से अधिक इलेक्ट्रॉन वाली प्रणालियों के लिए, उदाहरण के लिए एक हीलियम परमाणु, बोह्र का सिद्धांत अब नहीं दिया गया सटीक मानवर्णक्रमीय रेखाएँ.

अत: 1923-26 में लुईस डी ब्रोगली (फ्रांस), वर्नर हाइजेनबर्ग (जर्मनी) और इरविन श्रोडिंगर (ऑस्ट्रिया) ने क्वांटम (तरंग) यांत्रिकी का एक नया सिद्धांत विकसित किया।

हाइजेनबर्ग द्वारा व्यक्त किया गया शानदार विचार क्वांटम घटनाओं को शास्त्रीय भौतिकी की तुलना में पूरी तरह से अलग स्तर पर घटना के रूप में मानना ​​था। उन्होंने उन्हें ऐसी घटना के रूप में देखा जो सटीक दृश्य प्रतिनिधित्व की अनुमति नहीं देती थी, उदाहरण के लिए, कक्षाओं में घूमते इलेक्ट्रॉनों की तस्वीर का उपयोग करना।

कुछ महीने बाद, ई. श्रोडिंगर ने तरंग अवधारणाओं की भाषा में इन घटनाओं का वर्णन करते हुए, क्वांटम यांत्रिकी का एक अलग सूत्रीकरण प्रस्तावित किया।

श्रोडिंगर का दृष्टिकोण लुई डी ब्रोगली के काम में उत्पन्न हुआ, जिन्होंने पदार्थ की तथाकथित तरंगों की परिकल्पना की: जिस तरह प्रकाश, जिसे पारंपरिक रूप से तरंगें माना जाता है, में कणिका गुण (फोटॉन या विकिरण के क्वांटा) हो सकते हैं, कणों में तरंग गुण हो सकते हैं। बाद में यह सिद्ध हुआ कि मैट्रिक्स और तरंग यांत्रिकी अनिवार्य रूप से समतुल्य हैं। एक साथ मिलकर, वे वह बनाते हैं जिसे अब क्वांटम यांत्रिकी कहा जाता है। जल्द ही, इस यांत्रिकी का विस्तार 20वीं सदी के अंग्रेजी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी, पॉल डिराक (भौतिकी में नोबेल पुरस्कार, 1933) द्वारा किया गया, जिन्होंने इलेक्ट्रॉन स्पिन को ध्यान में रखते हुए तरंग समीकरण में आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के तत्वों को शामिल किया।

मूल में आधुनिक सिद्धांतपरमाणु की संरचना निम्नलिखित बुनियादी सिद्धांतों पर आधारित है:

1). इलेक्ट्रॉन की दोहरी (कण-तरंग) प्रकृति होती है। यह कण और तरंग दोनों के रूप में व्यवहार कर सकता है। एक कण की तरह, एक इलेक्ट्रॉन का एक निश्चित द्रव्यमान और आवेश होता है। उसी समय, एक गतिमान इलेक्ट्रॉन तरंग गुण प्रदर्शित करता है, अर्थात। उदाहरण के लिए, यह विवर्तन क्षमता की विशेषता है। इलेक्ट्रॉन तरंग दैर्ध्य l और इसकी गति v डी ब्रोगली संबंध से संबंधित हैं:

जहाँ m इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है;

• 2). एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक साथ अपनी स्थिति और वेग को सटीक रूप से मापना असंभव है। हम गति को जितना अधिक सटीकता से मापेंगे, निर्देशांक में अनिश्चितता उतनी ही अधिक होगी, और इसके विपरीत। अनिश्चितता सिद्धांत की गणितीय अभिव्यक्ति संबंध है: ?x m ?v > ћ/2, जहां?x समन्वय स्थिति की अनिश्चितता है; ?v - गति माप त्रुटि;
• 3). एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन कुछ निश्चित प्रक्षेपपथों के साथ नहीं चलता है, लेकिन कर सकता है

पेरिन्यूक्लियर स्पेस के किसी भी हिस्से में हो, लेकिन इसके अंदर होने की संभावना अलग-अलग हिस्सेयह स्थान वैसा नहीं है. नाभिक के चारों ओर का स्थान जिसमें इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना काफी अधिक होती है, कक्षक कहलाता है;

4). परमाणु नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं ( साधारण नाम- न्यूक्लियंस)। नाभिक में प्रोटॉन की संख्या तत्व की परमाणु संख्या के बराबर होती है, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग उसके द्रव्यमान संख्या से मेल खाता है।

1932 में, हमारे घरेलू भौतिक विज्ञानी दिमित्री दिमित्रिच इवानेंको और जर्मन वैज्ञानिक वर्नर हाइजेनबर्ग (हाइजेनबर्ग) ने स्वतंत्र रूप से सुझाव दिया कि प्रोटॉन के साथ न्यूट्रॉन, नाभिक का एक संरचनात्मक तत्व है।

हालाँकि, नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल को अधिकांश भौतिकविदों द्वारा संदेह का सामना करना पड़ा। यहां तक ​​कि ई. रदरफोर्ड का भी मानना ​​था कि न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन का एक जटिल गठन मात्र है।

1933 में, दिमित्री इवानेंको ने परमाणु मॉडल पर एक रिपोर्ट दी, जिसमें उन्होंने प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल का बचाव किया, मुख्य थीसिस तैयार की: नाभिक में केवल भारी कण होते हैं। इवानेंको ने न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की जटिल संरचना के विचार को खारिज कर दिया। उनकी राय में, दोनों कणों में मौलिकता की समान डिग्री होनी चाहिए, यानी। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन दोनों एक दूसरे में बदलने में सक्षम हैं।

इसके बाद, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक कण - न्यूक्लियॉन की दो अवस्थाओं के रूप में माना जाने लगा और इवानेंको के विचार को आम तौर पर स्वीकार कर लिया गया, और 1932 में कॉस्मिक किरणों में एक और प्राथमिक कण - पॉज़िट्रॉन की खोज की गई।

वर्तमान में, कई प्राथमिक कणों की क्वार्क उपकणों में विभाज्यता के बारे में एक परिकल्पना है।

क्वार्क काल्पनिक कण हैं जिनसे यह माना जाता है कि मजबूत अंतःक्रिया (हैड्रोन) में भाग लेने वाले सभी ज्ञात प्राथमिक कण शामिल हो सकते हैं।

क्वार्क के अस्तित्व के बारे में परिकल्पना 1964 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी मैरी गेल-मैन और ऑस्ट्रियाई (और बाद में अमेरिकी) द्वारा स्वतंत्र रूप से सामने रखी गई थी। वैज्ञानिक जॉर्ज(जॉर्ज) ज़्विग ने हैड्रोन के लिए स्थापित कानूनों की व्याख्या करने के लिए।

वैसे, "क्वार्क" शब्द का कोई सटीक अनुवाद नहीं है। इसकी विशुद्ध रूप से साहित्यिक उत्पत्ति है: इसे गेल-मैन ने जे. जॉयस के उपन्यास "फिननेगन्स वेक" से उधार लिया था, जहां इसका अर्थ "कुछ अस्पष्ट", "रहस्यमय" था। कणों के लिए यह नाम स्पष्ट रूप से इसलिए चुना गया क्योंकि क्वार्क ने कई असामान्य गुण प्रदर्शित किए जो उन्हें सभी ज्ञात प्राथमिक कणों (उदाहरण के लिए, आंशिक विद्युत आवेश) से अलग करते थे।

चित्र 4 दिखाता है आधुनिक मॉडलपरमाणु की संरचना.

चावल। 4.

तो, परमाणुओं में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं। परमाणु के केंद्र में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्वारा निर्मित एक नाभिक होता है। इलेक्ट्रॉन इसके चारों ओर तेजी से घूमते हैं, जिससे तथाकथित इलेक्ट्रॉन बादल बनते हैं। नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान लगभग न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है। एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान उनके द्रव्यमान से बहुत कम (1836 गुना) होता है।