100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Радиоактивный атом – что такое, описание, фото и видео

Радиоактивный атом – что такое, описание, фото и видео

Все тела во Вселенной состоят из атомов и молекул. Действительно, атом является наименьшей частицей любого элемента, определяющей его химические свойства. Посмотрите видео урок Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Урок 111

В конце ХIХ в. (1896 г.) французский физик А. Беккерель (1852—1908) стал свидетелем еще одного излучения, природа которого не имела никакого аналога. Он обнаружил, что уран, расположенный в конце периодической системы д.И. Менделеева, обладает способностью самопроизвольно испускать какое-то невидимое излучение. опровергнуто экспериментальным путем.

В 1898 г. П. Кюри и М. Склодовская-Кюри выделили из урановой руды два новых химических элемента: радий и полоний. Слово “радий” образовано от латинского — “излучать, испускать лучи”. Название полоний введено в память о Польше, откуда родом была М. Склодовская. Оказалось, что активность излучений этих двух элементов в несколько тысяч раз больше, чем у урана. Посмотрите видео Из истории великих научных открытий Радиоактивность Анри Беккерель, Мария и Пьер Кюри. Мария Склодовская Кюри

Химические элементы, которые наподобие урана и радия испускают особые излучения, называются радиоактивными элементами.

При исследовании излучения радиоактивных элементов в магнитном поле было обнаружено, что они распадаются на три вида. Их называют альфа-, бета- и гамма-лучами и соответственно обозначают греческими буквами α, β, γ. Причем α- и β-лучи отклоняются в противоположные стороны, что указывает на наличие у них электрических зарядов, противоположных по знаку. Положительно заряженные компоненты получили название α-лучей, отрицательно заряженные — β-лучей. При этом β-лучи отклонялись в магнитном поле более резко, чем α-лучи. Отсюда следует, что масса α-частиц гораздо больше, чем масса β-частиц. Действительно, позднее было установлено, что α-лучи представляют собой поток ядер атомов гелия, β-лучи — поток электронов. Поэтому их часто называют α- и β-частицами.

Гамма-лучи в магнитном поле не меняют своего начального направления. Они являются потоком самых коротковолновых электромагнитных излучений, частота которых выше частоты рентгеновских лучей. Поэтому проникающая способность γ-излучений несравненно больше, чем рентгеновских лучей. Проникающая способность β-частиц значительно выше, чем α-частиц.
Процесс самопроизвольного испускания α-, β- и γ-лучей ядрами радиоактивных элементов называется радиоактивностью, а сами лучи— радиоактивным излучением.

Радиоактивные излучения являются результатом самопроизвольного распада ядра атома. Явление радиоактивности однозначно подтверждает сложное строение не только атома, но и его ядра. Дискретность заряда ионизированного атом, явления теплового излучения, фотоэффекта, рентгеновских лучей, а также открытие электрона и другие экспериментальные факты дали основание полагать, что атом имеет сложное строение.

Радиоактивность

Известно 2500 атомных ядер, и 90 % из них являются нестабильными.

Радиоактивность – это способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Большие ядра получают нестабильность, как результат конкурирования притяжения нуклонов ядерными силами и кулоновского отталкивания протонов. Стабильных ядер с зарядовым числом Z > 83 и массовым числом A > 209 не существует. Однако радиоактивными свойствами могут обладать ядра атомов со значимо меньшими значениями чисел Z и A . Когда в составе ядра количество протонов существенно превышает число нейтронов, нестабильность объясняется излишком энергии кулоновского взаимодействия. Если же ядро содержит больше нейтронов, оно становится нестабильным, как следствие факта, что масса нейтрона больше массы протона. Если увеличивается масса ядра, растет и его энергия.

Явление радиоактивности открыл физик А.Беккерель в 1896 году: было обнаружено, что соли урана испускают неизвестное излучение, имеющее способность проходить сквозь препятствия и вызывать почернение фотоэмульсии. А спустя пару лет физики М. и П. Кюри зафиксировали радиоактивность тория и открыли два новых радиоактивных элемента – полоний Po 84 210 и радий Ra 88 226 .

В дальнейшем за изучение природы радиоактивных излучений принимались многие ученые, например, Э. Резерфорд со своими учениками. Было обнаружено, что радиоактивные ядра способны испускать три вида частиц: положительно заряженные, отрицательно заряженные и нейтральные.

α -, β — и γ -излучения – это излучения, на которые способны радиоактивные ядра (соответственно заряженное положительно, отрицательно и нейтрально).

Рис. 6 . 7 . 1 отображает схему опыта, результатом которого стало обнаружение сложного состава радиоактивного излучения. В магнитном поле α — и β -лучи отклоняются в противоположных друг другу направлениях (отклонение β -лучей значимо больше); γ -лучи в магнитном поле вообще не получают отклонения.

Рисунок 6 . 7 . 1 . Схема эксперимента по обнаружению α -, β — и γ -излучений. К – свинцовый контейнер, П – радиоактивный препарат, Ф – фотопластинка, B → – магнитное поле.

Обнаруженные учеными три типа радиоактивных излучений имеют существенные отличия друг от друга в отношении способности ионизировать атомы вещества, а значит и по проникающей способности. Наименьшая проникающая способность характерна для α -излучения. В воздушной среде при нормальных условиях α -лучи проходят путь в несколько сантиметров. β -лучи, в свою очередь, менее поглощаемы веществом. Они имеют возможность проходить сквозь слой алюминия толщиной в несколько м м . Наконец, наибольшая проникающая способность принадлежит γ -лучам, имеющим способность проникать через слой свинца толщиной 5 – 10 с м .

Читайте так же:
Как делают сыр Качокавалло в Италии

В 20 -х годах XX века, после того, как Э. Резерфорд открыл ядерное строение атомов, появилось твердое утверждение, что радиоактивность является свойством атомных ядер. В ходе изучения было определено, что α -лучи есть поток α -частиц – ядер гелия He 2 4 , β -лучи представляют собой поток электронов, а γ -лучи — это коротковолновое электромагнитное излучение при очень малой длине волны λ < 10 – 10 м и, как следствие, ярко выраженных корпускулярных свойствах (эти лучи есть поток частиц – γ -квантов).

Рассмотрим подробнее существующие виды радиоактивного распада.

Альфа-распад

Альфа-распад – это самопроизвольное преобразование атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в иное (дочернее) ядро, в котором содержится число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2 , сопровождающееся испусканием α -частицы – ядра атома гелия He 2 4 .

Образцом альфа-распада может служить α -распад радия:

Ra 88 226 → Rn 86 222 + He 2 4

α -частицы, которые испускают ядра атомов радия, Резерфорд применял, проводя экспериментальное рассеивание на ядрах тяжелых элементов. Измерение по кривизне траектории в магнитном поле установило скорость α -частиц, испускаемых при α -распаде ядер радия: порядка 1 , 5 · 10 7 м / с . Размер кинетической энергии при этом — примерно 7 , 5 · 10 – 13 Д ж (около 4 , 8 М э В ). Эта величина несложно определяется, когда известны значения масс материнского и дочернего ядер и ядра гелия. Скорость испускаемой α -частицы очень велика, однако она равна лишь 5 % от скорости света, т.е. в расчетах допустимо использовать нерелятивистское выражение для кинетической энергии.

Также результатом исследований стал факт, что радиоактивное вещество способно испускать
α -частицы с несколькими дискретными значениями энергий. Объяснение этому явлению заключается в способности ядер находиться, аналогично атомам, в различных возбужденных состояниях. В одном из таких состояний может оказаться дочернее ядро при α -распаде. Далее ядро переходит в основное состояние, и испускается γ -квант. Схема α -распада радия с испусканием α -частиц с двумя значениями кинетических энергий указана на рис. 6 . 7 . 2 .

Рисунок 6 . 7 . 2 . Энергетическая диаграмма α -распада ядер радия. Продемонстрировано возбужденное состояние ядра радона Rn * 86 222 . При переходе из возбужденного состояния ядра радона в основное происходит излучение γ -кванта с энергией 0 , 186 М э В .

Итак, α -распад ядра во множестве случаев происходит совместно с γ -излучением.

Теория α -распада также содержит предположение о возможном образовании ядер групп, включающих в себя два протона и два нейтрона, т. е. α -частицу. Материнское ядро служит для
α -частиц потенциальной ямой, ограниченной потенциальным барьером. Количество энергии
α -частицы в ядре не хватает, чтобы преодолеть данный барьер (рис. 6 . 7 . 3 ).

Испускание α -частицы из ядра возможно лишь благодаря такому квантово-механическому явлению, как туннельный эффект.

Квантовая механика гласит, что существует неравная нулю вероятность прохождения частицы под потенциальным барьером. Явление туннелирования носит вероятностный характер.

Рисунок 6 . 7 . 3 . Туннелирование α -частицы сквозь потенциальный барьер.

Бета-распад

В процессе бета-распада ядро испускает электрон. Вообще существование в ядре электрона невозможно, т.е. появление электрона – лишь результат β -распада, сопровождающегося превращением нейтрона в протон. Такой процесс происходит как внутри ядра, так и со свободными нейтронами. Среднее время жизни свободного нейтрона равно примерно 15 минутам. При радиоактивном распаде нейтрон n 0 1 превращается в протон p 1 1 и электрон e — 1 0 .

В результате измерений было выявлено, что при бета-распаде наблюдается кажущееся нарушение закона сохранения энергии, поскольку суммарно энергия протона и электрона, появившихся при распаде нейтрона, меньше энергии нейтрона. В 1931 году В. Паули предположил выделение при распаде нейтрона еще одной частицы с нулевыми значениями массы и заряда, уносящей с собой часть энергии.

Нейтрино (маленький нейтрон) – частица с нулевыми значениями массы и заряда, возникающая при распаде нейтрона. Была открыта в 1953 году.

Нейтрино плохо взаимодействует с атомами вещества, поскольку не обладает зарядом и массой, и вследствие этого ее обнаружение в ходе эксперимента очень затруднительно. Ионизирующая способность нейтрино является настолько малой, что один акт ионизации в воздухе приходится приблизительно на 500 к м пути. На данный момент известно, что существует несколько типов нейтрино.

Электронный антинейтрино – частица, возникающая вследствие распада нейтрона и обозначаемая v e

Читайте так же:
Почему в авиации используют заклепки? Причины, фото и видео

Запись реакции распада нейтрона выглядит так:

n 0 1 → p 1 1 + e — 1 0 + v e

Те же явления происходят внутри ядер при β -распаде. При распаде одного их ядерных нейтронов образуется электрон, сразу же выбрасываемый из «родительского дома» (ядра) с очень большой скоростью, отличающейся от скорости света на небольшую долю процента. Поскольку распределение энергии, выделяющейся при β -распаде, между электроном, нейтрино и дочерним ядром имеет случайный характер, β -электроны способны обладать разными скоростями в широком интервале значений.

β -распад сопровождается увеличением зарядового числа Z на единицу при неизменности массового числа A . Дочернее ядро в данном случае есть ядро одного из изотопов элемента, чей атомный номер в периодической системе Менделеева на единицу превышает атомный номер исходного ядра. В качестве характерного примера β -распада можно рассмотреть преобразование изотона тория
Th 90 234 , возникающего при α -распаде урана U 92 238 , в протактиний Pa 91 234 :

Th 90 234 → Pa 91 234 + e — 1 0 + v e

Совместно с электронным β -распадом было определено такое явление, как позитронный β + -распад: ядро испускает позитрон e + 1 0 и нейтрино v e 0 0 .

Позитрон является частицей-двойником электрона, отличающейся от него лишь знаком заряда.

Существование позитрона предсказывалось еще в 1928 г. великим физиком П. Дираком. Спустя несколько лет позитрон обнаружили, как составляющую космических лучей. Позитроны возникают в результате реакции преобразования протона в нейтрон по следующей схеме:

p 1 1 → n 0 1 + e 1 0 + v e 0 0

Гамма-распад

В отличие от α — и β -радиоактивности, γ -радиоактивность ядер не имеет связи с изменением внутренней структуры ядра, а также при гамма-распаде не изменяется зарядовое или массовое число. При α — или β -распаде дочернее ядро способно войти в некоторое возбужденное состояние и получить излишнюю энергию. Переход ядра из возбужденного состояния в основное происходит совместно с испусканием одного или более γ -квантов, чья энергия способна достигать уровня нескольких М э В .

Закон радиоактивного распада

Любой образец радиоактивного вещества имеет в своем составе множество радиоактивных атомов. Поскольку для процесса радиоактивного распада характерна случайность, не зависящая от внешних условий, то закономерность в убывании количества N ( t ) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер становится важнейшей статистической характеристикой процесса радиоактивного распада.

Допустим, число нераспавшихся ядер N ( t ) изменилось на Δ N < 0 в течение небольшого промежутка времени Δ t . Поскольку вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, то количество распадов пропорционально количеству ядер N ( t ) и промежутку времени Δ t :

Коэффициент пропорциональности λ – это вероятность распада ядра за время Δ t = 1 с .

Это выражение означает, что скорость d N d t изменения функции N ( t ) прямо пропорциональна самой функции.

Такая зависимость имеет место во многих физических процессах (к примеру, при разряде конденсатора через резистор). Решение этого уравнения дает возможность записать экспоненциальный закон:

N ( t ) = N 0 e – λ t

Здесь N 0 является начальным числом радиоактивных ядер при t = 0 .

Среднее время жизни радиоактивного ядра, обозначаемое, как τ , и равное: τ = 1 λ — это время, за которое количество нераспавшихся ядер уменьшается в e ≈ 2 , 7 раза.

В целях практического применения закон радиоактивного распада оптимально записать в ином виде, беря за основание число 2 , а не e :

N ( t ) = N 0 · 2 – t T .

Период полураспада, обозначаемый, как Т , – это время, за которое произойдет распад 1 2 первоначального количества радиоактивных ядер.

Величины τ и Т связаны друг с другом соотношением:

T = 1 λ ln 2 = τ ln 2 = 0 , 693 τ

Рисунок 6 . 7 . 4 дает представление о законе радиоактивного распада.

Рисунок 6 . 7 . 4 . Закон радиоактивного распада.

Период полураспада является основной величиной, описывающей скорость радиоактивного распада. Чем меньше Т , тем интенсивность распада выше. Например, для урана T ≈ 4 , 5 млрд лет, а для радия период полураспада составляет примерно 1600 лет: таким образом, активность радия во много раз больше, чем активность урана. Существуют радиоактивные элементы с периодом полураспада в доли секунды.

При α — и β -радиоактивном распаде дочернее ядро тоже может стать нестабильным. Т.е. допустимы серии последовательных радиоактивных распадов, заканчивающихся тем, что образуются стабильные ядра. В природе существует несколько подобных серий. Самая длинная серия — серия
U 92 238 , включающая в себя 14 последовательных распадов ( 8 α -распадов и 6 β -распадов). Эта серия заканчивается стабильным изотопом свинца Pb 82 206 (рис. 6 . 7 . 5 ).

Рисунок 6 . 7 . 5 . Схема распада радиоактивной серии U 92 238 с указанием периодов полураспада.

Известно еще несколько радиоактивных серий, подобных серии U 92 238 . Существует последовательность от нептуния Np 93 237 (не обнаруженного в естественных условиях) до висмута Bi 83 209 . Эта серия радиоактивных распадов характерна для ядерных реакторов.

Радиоактивность была интересным образом использована в методе, который используется для датирования археологических и геологических находок. Датирование производится на основании концентрации радиоактивных изотопов. Чаще применяют радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода C 6 14 появляется в атмосфере в результате ядерных реакций, которые вызываются космическими лучами. Малый процент этого изотопа имеется в воздухе совместно с обычным стабильным изотопом C 6 12 . Растения и прочие организмы потребляют углерод из воздуха, накапливая оба изотопа в такой же пропорции, что и в воздушной среде. Растение гибнет и, естественно, перестает потреблять углерод, тогда нестабильный изотоп в результате β -распада постепенно превращается в азот N 7 14 с периодом полураспада 5730 лет. Точным измерением относительной концентрации радиоактивного углерода C 6 14 в останках древних организмов возможно установить время их гибели.

Читайте так же:
Почему остров Мафия так называется?

Радиоактивное излучение всех типов (альфа, бета, гамма, нейтроны), а также электромагнитная радиация (рентгеновское излучение) оказывают сильнейшее биологическое воздействие на живые организмы. Это воздействие включает в себя процессы возбуждения и ионизации атомов и молекул, составляющих живые клеток. Воздействуя на клетки, ионизирующая радиация разрушает сложные молекулы и клеточные структуры, следствием чего является лучевое поражение организма, а потому крайне важны меры радиационной защиты людей, работающих с неким источником радиации и имеющим шанс попасть в зону действия излучения.

Серьезность проблемы в том, что человек может испытать на себе действие ионизирующей радиации и в бытовых условиях. Особую опасность для здоровья человека представляет инертный, бесцветный, радиоактивный газ радон Rn 86 222 . Схема, изображенная на рисунке 6 . 7 . 5 , демонстрирует, что радон — продукт α -распада радия с периодом полураспада T = 3 , 82 сут. Радий в небольших количествах содержится в почве, в камнях, в разного рода строительных конструкциях. Концентрация радона имеет относительно небольшое время жизни, но постоянно пополняется в результате новых распадов ядер радия, поэтому радон может накапливаться в закрытых помещениях. Попав в легкие, радон испускает α -частицы и преобразуется в полоний Po 84 218 , не являющийся химически инертным. Далее происходит цепь радиоактивных преобразований серии урана (рис. 6 . 7 . 5 ). По данным Американской комиссии радиационной безопасности и контроля, человек в среднем получает 55 % ионизирующей радиации за счет радона и только 11 % за счет медицинских процедур. Доля космических лучей здесь — около 8 % . Общая доза облучения, получаемая человеком за жизнь, много меньше предельно допустимой дозы (ПДД), установленной для людей некоторых профессий, которые подвергаются дополнительному облучению ионизирующей радиацией.

Видеоурок по физике «Радиоактивность. Модели атомов.»

Сегодня на уроке мы с вами узнаем, что такое радиоактивность и как было обнаружено радиоактивное излучение. Рассмотрим опыт Эрнеста Резерфорда по изучению явления радиоактивности и узнаем, каков состав радиоактивного излучения. А также познакомимся с некоторыми первыми моделями строения атомов.

Когда вы только начинали изучать физику, мы говорили о том, что все тела состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. Такое предположение было высказано ещё древнегреческим философом Демокритом около 2500 лет назад.

Он предположил, что если делить вещество на всё более мелкие части, то в конце концов останется частица, которая сохраняет свойства данного вещества, но поделить её уже было бы нельзя. Вот эту самую маленькую частицу Демокрит и назвал атомом, что в переводе с греческого означает «неделимый».

Но примерно с середины 19 века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Одним из первых таких доказательств стало открытие в 1896 году Анри Беккерелем естественной радиоактивности. Это открытие оказалось случайным, поскольку на самом деле Беккерель изучал воздействие солнечного излучения на различные соли и минералы.

В это время уже было известно такое явление, как фосфоресценция, то есть свечение некоторых веществ, возникающее после их облучения солнечными лучами. Так вот, экспериментируя с солями урана, Беккерель завернул фотопластинку в плотную чёрную бумагу, положил на неё сверху маленький кусочек урановой соли и выставил всё это на солнечный свет. После проявления фотопластинки на ней обнаружилось тёмное пятно на том месте, где лежала крупинка соли. Беккерель полагал, что это следствие явления фосфоресценции. Но однажды из-за облачной погоды опыт пришлось отложить, и пластинка с солью урана была помещена в светонепроницаемый ящик стола. Несколько дней спустя Беккерель на всякий случай проявил фотопластинку и с удивлением обнаружил на ней тёмное пятно. Учёный понял, что соли урана самопроизвольно, без всякого освещения, излучают какие-то неизвестные лучи.

Многие учёные стали повторять опыты Беккереля, и прежде всего супруги Пьер и Мария Кюри. Они пытались проверить, нет ли среди веществ, не исследованных Беккерелем, таких, которые обладают таинственными свойствами урана.

В первых экспериментах поиски велись с помощью электроскопа. Вам уже известно, что воздух — это изолятор, поэтому положение листочков заряженного электроскопа не должно меняться. Но если воздух подвергнуть действию излучения, тогда он становится проводником. Этим свойством излучения и воспользовались учёные для поиска новых радиоактивных элементов. Мария Кюри подносила к заряженному электроскопу различные минералы и смотрела, как ведут себя его листочки. В 1898 году было обнаружено, что подобные лучи испускает ещё один элемент — торий. В том же 1898 году супруги Кюри выделили из урановой смоляной руды два новых химических элемента — радий и полоний. Именно от радия и произошёл термин «радиоактивность».

Читайте так же:
Неожиданно опасные животные – список, названия, чем опасны, фото и видео

Радиоактивность — это способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.

Такую радиоактивность ещё называют естественной радиоактивностью.

В 1899 году английский физик Эрнест Резерфорд провёл серию опытов, в результате которых было обнаружено, что радиоактивное излучение имеет сложный состав. Суть его опытов такова. Резерфорд построил установку, которая представляла собой толстостенный свинцовый ящик с прорезью. Внутрь ящика помещались крупицы радия. Из ящика сквозь узкое отверстие выходил направленный и сфокусированный пучок радиоактивного излучения и попадал на фотопластинку. После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно тёмное пятно в том месте, куда попадал пучок.

Затем всю установку Резерфорд поместил в сильное магнитное поле. Он рассуждал так: если радиоактивное излучение является потоком частиц с положительным зарядом, то под действием сил магнитного поля поток частиц отклонится вверх.

Если радиоактивное излучение — это поток частиц, имеющих отрицательный заряд, то он отклонится вниз.

Ну, а если это поток частиц, не имеющих заряда, то пучок не будет отклоняться.

Каково же было удивление Резерфорда, когда после проявления на фотопластинке были обнаружены три пятна: центральное, которое было и раньше, и два дополнительных — по разные стороны от центрального. Отсюда следовало, что в пучке излучения действительно присутствовали частицы, обладающие зарядами противоположных знаков.

Положительно заряженные частицы были названы альфа-частицами, а отрицательно заряженные — бета-частицами. Центральный поток, очевидно, представлял собой излучение, не содержащее заряженных частиц. Это излучение получило название гамма-излучения.

Также Резерфорду удалось доказать, что альфа-излучение является потоком атомов гелия, потерявших оба своих электрона. При этом путь альфа-частиц в воздухе не велик, и он полностью задерживается простым листом бумаги.

В том же году Беккерель доказал, что бета-лучи являются потоком электронов. Этот поток имеет бо́льшую проникающую способность и задерживается лишь цинковой пластинкой толщиной несколько миллиметров.

В 1900 году французский физик Поль Виллар установил, что третья составляющая радиоактивного излучения представляет собой электромагнитное излучение с очень малой длиной волны. Гамма-лучи легко проходят через вещество, и, чтобы их остановить, нужна либо свинцовая пластинка толщиной в пять сантиметров, либо тридцать сантиметров бетона, или же шестьдесят сантиметров грунта.

Явление радиоактивности, то есть самопроизвольное излучение веществом альфа-, бета- и гамма-излучений, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.

И что, скорее всего, в состав атома входят отрицательно и положительно заряженные частицы. Кроме того, было известно, что атом в целом электрически нейтрален.

Опираясь на эти и некоторые другие факты англичанин Джозеф Джон Томсон в 1903 году предложил одну из первых моделей атома. Согласно его модели, атом представляет собой однородный шар из положительно заряженного вещества, внутри которого находятся электроны. Причём число электронов полностью компенсирует суммарный положительный заряд атома. Эта модель чем-то напоминала булочку с изюмом. Отсюда и произошёл термин «пудинговая модель атома».

Однако модель строения атома по Томсону нуждалась в проверке. В частности, важно было проверить, действительно ли положительный заряд распределён по всему объёму атома. Поэтому в 1911 году Эрнестом Резерфордом была проведена серия опытов по изучению состава и строения атома. Суть опыта достаточно проста. Резерфорд брал свинцовый сосуд, внутри которого находился радиоактивный элемент, испускающий альфа-частицы через узкое отверстие в сосуде.

Для регистрации этих самых частиц учёный использовал экран, на который была нанесена тонкая плёнка специального вещества. Альфа-частицы, взаимодействуя с этим веществом, вызывали кратковременные вспышки, которые можно было наблюдать в микроскоп. Такой метод регистрации частиц называется методом сцинциляций (т. е. вспышек).

Итак, чтобы устранить рассеяние альфа-частиц на молекулах воздуха, Резерфорд поместил всю установку в сосуд, из которого был откачан воздух. Если на пути частиц нет никаких препятствий, то они попадают на экран узким пучком, а возникающие вспышки сливаются в одно небольшое световое пятно.

Однако если на пути альфа-частиц поместить тонкую золотую фольгу, то при взаимодействии с ней площадь пятна увеличивалась. Это свидетельствовало о рассеянии альфа-частиц. Но Резерфорд на этом не остановился. Он немного модифицировал исходную установку с целью выяснить, могут ли альфа-частицы отклоняться на ещё большие углы. Для этого он окружил фольгу экранами и повторил опыт. К его великому удивлению, некоторые частицы отклонились на углы, превышающие 90 градусов. То есть фактически небольшое число частиц было отброшено назад.

Читайте так же:
Как сохранить хорошую память в старости: теория и практика

Действительно, такой результат предвидеть было очень сложно, поскольку расчёты говорили о том, что электрическое поле положительного заряда, распределённого по всему атому, не может быть достаточно сильным, чтобы отбросить альфа-частицу назад. А поскольку масса электрона почти в 8000 раз меньше массы альфа-частицы, то и они не могли существенно поменять траекторию альфа-частиц. Это навело учёного на мысли о том, что более 99,9% массы и весь положительный заряд атома сосредоточены в чрезвычайно малой области в его центре. Эта область была названа ядром атома.

И только те немногие частицы, которые пролетают рядом с ядром атома, отклоняются на большие углы.

На основании своих опытов Резерфорд смог оценить размеры атома и его ядра. Выяснилось, что диаметр ядра составляет порядка 10 -14 — 10 -15 м, в то время как диаметр атома составляет порядка 10 -10 м. Все эти данные привели Резерфорда к созданию ядерной (планетарной) модели атома, о которой вы уже не раз слышали. Напомним, что в этой модели в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны.

После открытия Резерфордом атомного ядра многочисленные эксперименты подтвердили, что атомные ядра так же, как и сами атомы, имеют сложную структуру. Но об этом мы с вами поговорим в ближайшее время.

Атомы

Вся материя состоит из атомов. Отдельный атом слишком мал, чтобы его можно было увидеть даже в сильный микроскоп. Однако из объединенных атомов состоят все твердые тела, химические вещества и объекты во Вселенной. Например, в булавочной головке содержится приблизительно миллиард миллиардов атомов.

Атомы, способные легко передвигаться друг относительно друга, образуют жидкости и газы. Атомы, зафиксированные более жестко и не обладающие свободой передвижения, образуют твердые тела. В природе встречаются 92 вида атомов. Еще 17 видов ученые получили в лабораториях искусственно. У каждого вида атомов есть свои индивидуальные свойства. Вещество, состоящее только из одного вида атомов (химических элементов), называется простым.

Атомы разных веществ

Самый простой — атом водорода (1) очень легкого газа, из которого в основном состоит Солнце. Неон (2) — газ, используемый в рекламных газосветных трубках. В желтках яиц содержится много серы (3). Кальций (4) необходим, чтобы наши кости были здоровыми. Серебро (5) —драгоценный металл. В атоме свинца (6) много субатомных частиц, поэтому свинец очень тяжелый. Его применяют для изготовления грузил и дроби.

Основная доля объема атома приходится на пустоту. Однако в этой пустоте есть еще более мелкие частички материи, субатомные частицы. Это протоны, нейтроны и электроны. Протоны и нейтроны собраны вместе в центре атома и образуют его ядро. Электроны по размеру гораздо меньше, и они быстро вращаются вокруг ядра.

Элементы различаются числом субатомных частиц. Простейший химический элемент — водород, атом которого состоит лишь из двух частиц, одного протона я одного электрона. В любом атоме число протонов равно числу электронов.

Субатомные частицы, называемые протонами и нейтронами, собраны в ядре. Электроны быстро двигаются вокруг ядра, образуя различные электронные оболочки.

Слово «радиоактивность» придумала французская ученая польского происхождения Мария Кюри (1867—1934). Она исследовала минералы и дала такое название невидимым лучам, которые испускали некоторые образцы. Эти лучи воздействовали на фотобумагу и электрические приборы. Мария выделила те вещества, которые отвечали за повышенную радиоактивность, и открыла два новых элемента, полоний и радий.

Радиоактивность

Атомы в большинстве своем стабильны и не изменяются с течением времени. Однако есть и нестабильные атомы, подверженные распаду. Когда такие атомы распадаются, они выделяют некоторые частицы и излучают энергию. Такое явление называется радиоактивностью. Примерами радиоактивных химических элементов служат уран, плутоний и радий. Выделяя частицы и энергию, они превращаются в более простые атомы. Так, уран превращается в свинец. Это называется радиоактивным распадом. У радиоактивных элементов распад происходит с разной скоростью. Радиоактивность, она же радиация, может быть опасной, она вредит живым организмам. Но при тщательном контроле ее применение приносит много пользы в медицине и научных исследованиях.

Возраст древнеегипетских мумий определяется из измерений очень слабой радиации, которую испускает содержащийся в них углерод. Этот метод называется радиоуглеродным датированием.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию