Најважније из лекције
Састав атома: Језгро (\(p^+\) и \(n^0\), чине нуклеоне) + електронски омотач (\(e^-\)). Скоро сва маса је у језгру, док омотач заузима највећи део запремине.
Ознака језгра: \(^{A}_{Z}\text{X}\), где је \(Z\) редни број (број протона), \(A\) масени број (број нуклеона), а број неутрона \(N = A - Z\).
Изотопи: Исти редни број \(Z\), различит масени број \(A\) (нпр. \(^{1}_{1}\text{H}, ^{2}_{1}\text{H}, ^{3}_{1}\text{H}\)). Иста хемијска, различита физичка својства.
Изобари: Исти масени број \(A\), различит редни број \(Z\) (нпр. \(^{32}_{16}\text{S}\) и \(^{32}_{18}\text{Ar}\)).
Нуклеарне силе: Најјаче привлачне силе у природи, кратког домета (\(\approx 10^{-15}\text{ m}\)), независне од наелектрисања (\(p-p\), \(n-n\), \(p-n\)), држе језгро стабилним.
Ознака језгра: \(^{A}_{Z}\text{X}\), где је \(Z\) редни број (број протона), \(A\) масени број (број нуклеона), а број неутрона \(N = A - Z\).
Изотопи: Исти редни број \(Z\), различит масени број \(A\) (нпр. \(^{1}_{1}\text{H}, ^{2}_{1}\text{H}, ^{3}_{1}\text{H}\)). Иста хемијска, различита физичка својства.
Изобари: Исти масени број \(A\), различит редни број \(Z\) (нпр. \(^{32}_{16}\text{S}\) и \(^{32}_{18}\text{Ar}\)).
Нуклеарне силе: Најјаче привлачне силе у природи, кратког домета (\(\approx 10^{-15}\text{ m}\)), независне од наелектрисања (\(p-p\), \(n-n\), \(p-n\)), држе језгро стабилним.
Атом је основна градивна честица супстанције која задржава њена хемијска својства. Састоји се од централног атомског језгра (нуклеуса) и електронског омотача.
| Честица | Ознака | Наелектрисање | Маса (\(\text{kg}\)) | Локација |
|---|---|---|---|---|
| Протон | \(p\) (или \(p^+\)) | Позитивно (\(+e\)) | \(m_p \approx 1,6726 \cdot 10^{-27}\) | Језгро |
| Неутрон | \(n\) (или \(n^0\)) | Ненаелектрисан (\(0\)) | \(m_n \approx 1,6749 \cdot 10^{-27}\) | Језгро |
| Електрон | \(e\) (или \(e^-\)) | Негативно (\(-e\)) | \(m_e \approx 9,109 \cdot 10^{-31}\) | Електронски омотач |
Протони и неутрони се заједничким именом називају нуклеони.
Атом је у целини електронеутралан јер садржи једнак број протона и електрона. Уколико атом отпусти или прими електроне, постаје наелектрисана честица – јон.
Пречник атома износи око \(10^{-10}\text{ m}\), док је пречник језгра око \(10^{-15}\text{ m}\) (око \(100\,000\) пута мањи). Скоро сва маса атома (\(> 99,9\%\)) концентрисана је у језгру, јер су протони и неутрони око \(1840\) пута масивнији од електрона.
Ако неутралан атом има 12 протона у језгру, колико електрона кружи у његовом омотачу и какво је укупно наелектрисање атома?
Неутралан атом има исти број протона и електрона, што значи да има 12 електрона у омотачу. Укупно наелектрисање атома је једнако нули (електронеутралан је).
Редни (атомски) број (\(Z\)) једнак је броју протона у језгру. Он одређује положај елемента у периодном систему и врсту хемијског елемента.
Масени број (\(A\)) представља укупан број нуклеона (збир броја протона и неутрона) у атомском језгру.
\[ A = Z + N \implies N = A - Z \]
\(A\) – масени број (број нуклеона), \(Z\) – редни број (број протона), \(N\) – број неутрона
Симболички запис језгра хемијског елемента \(X\):
\[ ^{A}_{Z}\text{X} \]
Горњи леви индекс представља масени број (\(A\)), а доњи леви индекс редни број (\(Z\)).
За језгро угљеника \(^{12}_{6}\text{C}\):
- Редни број: \(Z = 6\) \(\rightarrow\) садржи \(6\) протона (и \(6\) електрона у омотачу).
- Масени број: \(A = 12\) \(\rightarrow\) садржи \(12\) нуклеона.
- Број неутрона: \(N = A - Z = 12 - 6 = 6\) неутрона.
Одредити састав језгра изотопа јода \(^{131}_{53}\text{I}\).
Из ознаке \(^{131}_{53}\text{I}\) следи:
- Број протона: \(Z = 53\)
- Број нуклеона: \(A = 131\)
- Број неутрона: \(N = A - Z = 131 - 53 = 78\)
Изотопи су атоми истог хемијског елемента који имају исти редни број (\(Z\)), а различит масени број (\(A\)). Они имају исти број протона, а различит број неутрона.
Изотопи истог елемента имају иста хемијска својства (јер имају исти број електрона и протона), али различита физичка својства (због различите масе језгра).
Изотопи водоника:
- Обичан водоник (процијум): \(^{1}_{1}\text{H}\) (\(1\,p\), \(0\,n\))
- Деутеријум: \(^{2}_{1}\text{H}\) (\(1\,p\), \(1\,n\))
- Трицијум: \(^{3}_{1}\text{H}\) (\(1\,p\), \(2\,n\))
Изобари су атоми различитих хемијских елемената који имају исти масени број (\(A\)), а различите редне бројеве (\(Z\)). Имају једнак број нуклеона, али различита хемијска својства.
Примери изобара са масеним бројем \(A = 32\):
\[ ^{32}_{16}\text{S} \quad (\text{сумпор}), \quad ^{32}_{17}\text{Cl} \quad (\text{хлор}), \quad ^{32}_{18}\text{Ar} \quad (\text{аргон}) \]
Нуклеарне силе су веома јаке привлачне силе које делују између нуклеона унутар језгра и држе их на окупу, савладавајући електростатичко одбијање између истоимено наелектрисаних протона.
Главне особине нуклеарних сила:
- Изузетно велика јачина: То су најјаче силе у природи (стотинама пута јаче од електростатичких одбојних сила).
- Кратак домет: Делују само на веома малим растојањима унутар атомског језгра (око \(10^{-15}\text{ m}\)). На већим растојањима брзо опадају и практично су једнаке нули.
- Независност од наелектрисања: Једнако делују између два протона (\(p-p\)), два неутрона (\(n-n\)), као и између протона и неутрона (\(p-n\)).
- Својство засићења: Сваки нуклеон ступа у узајамно деловање само са суседним нуклеонима у језгру.
- Томсонов модел: Атом као позитивна сфера у коју су уграђени негативни електрони („пудинг са шљивама”).
- Радерфордов планетарни модел: Позитивно језгро изузетно малих димензија око којег круже електрони попут планета око Сунца.
- Боров модел: Електрони се крећу само по одређеним стационарним путањама (орбиталама) без емитовања зрачења, што чини основу савременог квантног модела.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Колико протона, неутрона и електрона садржи неутрални атом натријума чија је ознака \(^{23}_{11}\text{Na}\)?
Из симболичког записа \(^{23}_{11}\text{Na}\) очитавамо:
- Редни број: \(Z = 11 \implies\) број протона је 11.
- Како је атом неутралан, број електрона једнак је броју протона \(\implies\) број електрона је 11.
- Масени број: \(A = 23\).
- Број неутрона: \(N = A - Z = 23 - 11 = \) 12.
Задатак 2 (средњи): Атом неког хемијског елемента има 20 неутрона у језгру и масени број 39.
а) Одредити број протона и идентификовати редни број елемента.
б) Да ли је језгро \(^{40}_{19}\text{K}\) изотоп или изобар датог атома? Обраложити одговор.
а) Одредити број протона и идентификовати редни број елемента.
б) Да ли је језгро \(^{40}_{19}\text{K}\) изотоп или изобар датог атома? Обраложити одговор.
а) Познато је: \(N = 20\), \(A = 39\).
\[ Z = A - N = 39 - 20 = 19 \]
Редни број елемента је \(Z = 19\), што значи да језгро садржи 19 протона (у питању је калијум, \(^{39}_{19}\text{K}\)).
б) Поређењем са \(^{40}_{19}\text{K}\): Оба језгра имају исти редни број (\(Z = 19\)), а различите масене бројеве (\(A_1 = 39\), \(A_2 = 40\)). Према дефиницији, реч је о изотопима.
б) Поређењем са \(^{40}_{19}\text{K}\): Оба језгра имају исти редни број (\(Z = 19\)), а различите масене бројеве (\(A_1 = 39\), \(A_2 = 40\)). Према дефиницији, реч је о изотопима.
Задатак 3 (средњи): Језгра атома хелијума садрже два позитивна протона на растојању реда величине \(10^{-15}\text{ m}\). Зашто се језгро не распадне услед јаког електростатичког одбијања између истоимених наелектрисања?
Протоне у језгру на окупу држе нуклеарне силе. На растојањима карактеристичним за димензије језгра (\(\approx 10^{-15}\text{ m}\)), нуклеарне силе су знатно јаче од одбојних Кулонових (електростатичких) сила између позитивно наелектрисаних протона и делују привлачно независно од наелектрисања честица.
Задатак 4 (тежак): Језгро уранијума \(^{238}_{92}\text{U}\) емитује алфа-честицу (језгро хелијума \(^{4}_{2}\text{He}\)) и трансформише се у језгро торијума (\(\text{Th}\)). Одредити редни и масени број новонасталог језгра торијума, као и број неутрона у њему.
Почетно језгро уранијума има: \(A_1 = 238\), \(Z_1 = 92\).
Емитована \(\alpha\)-честица носи 2 протона и укупно 4 нуклеона (\(A_{\alpha} = 4\), \(Z_{\alpha} = 2\)).
За новонастало језгро торијума важи:
Број неутрона у језгру торијума је: \[ N = A_2 - Z_2 = 234 - 90 = 144 \]
Емитована \(\alpha\)-честица носи 2 протона и укупно 4 нуклеона (\(A_{\alpha} = 4\), \(Z_{\alpha} = 2\)).
За новонастало језгро торијума важи:
- Редни број: \(Z_2 = Z_1 - Z_{\alpha} = 92 - 2 = 90\)
- Масени број: \(A_2 = A_1 - A_{\alpha} = 238 - 4 = 234\)
Број неутрона у језгру торијума је: \[ N = A_2 - Z_2 = 234 - 90 = 144 \]
