ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 11 класс · § 35
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 35. Протоны, нейтроны и изотопы

Какие числа определяют элемент, изотоп и заряд атома?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Какие числа определяют элемент, изотоп и заряд атома?

Наблюдаем и объясняем

Состав ядра и заряд атома

Выбирай изотоп и электронное состояние. Посчитай три вида частиц отдельно.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

Точки обозначают состав ядра, не реальные положения нуклонов. Масштабы ядра и электронной оболочки не воспроизводятся.

01

Состав ядра

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами. Протон имеет заряд +e, нейтрон электрически нейтрален. Их массы близки, но не равны; нейтрон немного тяжелее протона.

Зарядовое число Z равно числу протонов и определяет химический элемент. Массовое число A равно общему числу нуклонов: A = Z + N. Следовательно, число нейтронов N = A − Z. Массовое число — целое число частиц, а не измеренная масса в килограммах.

Протоны

Z

Нуклоны

A = Z + N

Нейтроны

N = A − Z

Элемент задаётся числом протонов, а массовое число учитывает протоны и нейтроны.

Почему A = 12 не означает массу ровно 12 кг?

A является безразмерным счётным числом нуклонов; массу выражают в килограммах или атомных единицах массы.

02

Изотопы и ионы

Изотопы одного элемента имеют одинаковое Z и разное N, следовательно, разное A. Углерод-12 и углерод-14 оба содержат 6 протонов, но соответственно 6 и 8 нейтронов. Различие нейтронов меняет ядерные свойства и массу.

В нейтральном атоме число электронов равно Z. Ионизация меняет электронную оболочку: положительный ион имеет меньше электронов, отрицательный — больше. Если заряд иона равен qe, число электронов Z − q; знак q нужно сохранять.

Изотопы и ионы: сравнение
ИзменениеЧто меняется
Число нейтроновИзотоп
Число протоновХимический элемент
Число электроновЗаряд иона

Изотоп и ион описывают разные изменения: в ядре и в электронной оболочке.

У углерода-14 оторвали один электрон. Сколько осталось протонов и нейтронов?

По-прежнему 6 протонов и 8 нейтронов. Электронов стало 5, заряд иона +e.

Частицы Стандартной модели

Таблица группирует элементарные частицы. Протоны и нейтроны — составные адроны, поэтому их не следует добавлять как ещё два элементарных лептона.

Cush · Public domain · Источник. Без изменений.

Энергия связи на нуклон

По вертикали отложена средняя энергия связи на нуклон, по горизонтали — массовое число. Полная энергия связи и средняя на частицу различаются.

Fastfission · Public domain · Источник. Без изменений.

03

Размеры и ядерные силы

Радиус ядра составляет несколько фемтометров: 1 фм = 10⁻¹⁵ м. Приближённо R ≈ r₀A^(1/3), где r₀ около 1,2 фм. Это отражает примерно постоянную плотность ядерного вещества, а не укладку твёрдых шариков с видимыми границами.

Протоны электрически отталкиваются, но на ядерных расстояниях нуклоны связывает сильное взаимодействие. Ядерные силы короткодействующие. Электрическая нейтральность нейтрона не означает отсутствия сильного взаимодействия с ядрами.

Размеры и ядерные силы: сравнение
СвойствоПротонНейтрон
Заряд+e0
Относительная массаОколо 1 uОколо 1 u, немного больше
В ядреУчаствует в сильном взаимодействииУчаствует в сильном взаимодействии

Ядро удерживается сильным взаимодействием, несмотря на электрическое отталкивание протонов.

Нейтрон не заряжен. Значит ли это, что он проходит через любое вещество без взаимодействий?

Нет. Он взаимодействует с ядрами, может рассеиваться или поглощаться; характер процесса зависит от энергии и вещества.

04

Модель: состав без путаницы

Выбирай изотоп и состояние электронной оболочки. Цветные точки в ядре обозначают протоны и нейтроны, но не их реальные положения. Электроны подсчитываются отдельно; модель не задаёт их классические орбиты.

Для железа-56 Z = 26, N = 30. Нейтральный атом содержит 26 электронов, ион +e — 25. Для водорода-1 ядро состоит из одного протона без нейтронов. Возможность конкретного ионного состояния зависит от элемента, поэтому показаны только нейтральный атом и потеря одного электрона.

Прочитать Z и A

Элемент и изотоп

Вычислить N

A − Z

Учесть ионизацию

Электронов Z или Z − 1

Ядерный состав и электронный заряд нужно считать отдельно.

Можно ли по одному массовому числу A всегда назвать элемент?

Нет. Разные элементы могут иметь одинаковое A при разных Z.

Соберём главное

Шесть выводов

01Элемент задаётся числом протонов, а массовое число учитывает протоны и нейтроны.
02Изотоп и ион описывают разные изменения: в ядре и в электронной оболочке.
03Ядро удерживается сильным взаимодействием, несмотря на электрическое отталкивание протонов.
04Ядерный состав и электронный заряд нужно считать отдельно.
05Нейтральный атом имеет нулевой суммарный заряд, хотя его части заряжены.
06Рисунок нуклонов является схемой состава, а не фотографией ядра.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Число протонов обозначают…
2. Массовое число равно…
3. Число нейтронов…
4. У углерода-14 при Z = 6 нейтронов…
5. Изотопы одного элемента имеют одинаковое…
6. В нейтральном атоме электронов…
7. После удаления одного электрона у углерода-14…
8. У железа-56 с Z = 26 число нейтронов…
9. Электрическая нейтральность нейтрона означает…
10. Массовое число A — это…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 35. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 35. Протонно-нейтронная модель.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…