ذرة نووية
| English | العربية |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | النواة |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | البروتونات |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | النيوترونات |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | نوكلييد |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | العدد البروتوني |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | رقم النوكليون |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | نيوكليونات |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | نظائر |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | وحدة الكتلة الذرية |
Firing at gold foil
- Rutherford's team fired α-particles at a thin gold foil.
- Most went straight through — but a rare few bounced almost straight back.
- "As if you fired a shell at tissue paper and it came back at you."
مختبر دليل الذرة النووية
ربط الملاحظات بالنموذج النووي للذرة.
What the scattering showed
- Most pass through → the atom is mostly empty space.
- A rare big deflection → a tiny, dense, positive nucleus 原子核 holds the charge and mass.
Most alpha-particles pass nearly straight through; a few are deflected sharply by the tiny nucleus
أظهر مرور معظم جسيمات ألفا مباشرة عبر صفيحة الذهب أن الذرة:
إذا مرّت معظمها مباشرة، فلا يوجد عائق — الذرة فارغة في الغالب، مع تركيز الكتلة والشحنة في نواة صغيرة جداً.
The nuclear model
- Nucleus: protons 质子 (charge $+e$) and neutrons 中子 (no charge). Electrons ($-e$) surround it.
- The atom is $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; the nucleus only $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — but holds nearly all the mass.
- A neutral atom has as many electrons as protons.
Simple models of a helium atom and a lithium atom (not to scale)
كثافة كتلة الذرة تقريباً كلها في نواتها.
البروتونات والنيوترونات ~1 u لكل منهما؛ الإلكترونات ~1/1836 u، لذا النواة تحتوي تقريباً على كل الكتلة.
Notation
- A nuclide 核素 is written $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = proton number 质子数 (fixes the element), $A$ = nucleon number 核子数.
- Number of neutrons $N = A - Z$. Protons and neutrons together are nucleons 核子.
البروتونات والنيوترونات مجتمعة تسمى ____.
عدد النيوكليون $A$ يعدّ البروتونات زائد النيوترونات في النواة.
كم عدد النيوترونات في $^{14}_{6}\text{C}$؟
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ نيوترونات.
Isotopes 同位素
- Isotopes have the same proton number $Z$ but different numbers of neutrons.
- Example: $^{12}_{6}\text{C}$ and $^{14}_{6}\text{C}$ — same element, different mass.
Nuclide notation: nucleon number on top, proton number below
لنظائر العنصر:
نفس $Z$ (لذا نفس العنصر والكيمياء) ولكن مختلف $N$، مما يعطي عدداً كتلياً مختلفاً $A$.
What's conserved
- In any nuclear process, nucleon number $A$ and charge are conserved.
- These two rules let you balance every decay equation: the top numbers must add up on both sides, and so must the bottom numbers.
في عملية نووية، ما الكميات المحفوظة دائماً؟
عدد النيوكليون والشحنة محفوظان. يمكن أن يتغير عدد البروتونات والنيوترونات على حدة (مثلاً في اضمحلال بيتا يتحول نيوترون إلى بروتون).
طابق كل جسيم مشع بكيفية كتابته في معادلة الاضمحلال.
الرقم العلوي هو عدد النيوكليون والسفلي هو الشحنة؛ كلاهما يجب أن يتوازن عبر المعادلة.
Worked example: tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, is a radioactive isotope of hydrogen that emits a β$^{-}$ particle.
- Particles in a neutral atom: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons; $1$ electron (equal to the protons).
- Decay equation: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Check: top $3 = 3 + 0$; bottom $1 = 2 + (-1)$. The extra particle is an antineutrino.
- Quarks in the nucleus: a proton is uud and a neutron is udd, so one proton and two neutrons contain $2 + 1 + 1 = 4$ up quarks and $1 + 2 + 2 = 5$ down quarks.
- Check the charge: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, the charge of the single proton.
Worked example: a chain of decays
A nucleus of radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decays through a series of steps in which five α-particles and four β$^{-}$ particles are emitted. Identify the final nucleus.
- Nucleon number: each α removes $4$, each β$^{-}$ removes none: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Proton number: each α removes $2$, each β$^{-}$ adds $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Answer: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — lead.
- Check: the order of the decays does not matter; only the totals do. Charge and nucleon number are conserved at every single step, so they are conserved overall.
نواة ذات عدد بروتوني $92$ تشع ثلاث جسيمات ألفا وجسيمين بيتا⁻. ما هو العدد البروتوني للنواة النهائية؟
كل ألفا يخفض $Z$ بمقدار $2$ وكل بيتا⁻ يرفعه بمقدار $1$: $92 - 6 + 2 = 88$.
A neutral atom has $Z$ electrons — the proton number, never $A$. Isotopes differ only in neutrons, so their chemistry is identical. In a decay equation balance both rows: a β$^{-}$ is written $^{0}_{-1}\beta$, so it leaves $A$ unchanged and raises $Z$ by one. And "the nucleus is tiny" means about $10^{-15}\ \text{m}$ — a hundred thousand times smaller than the atom, not ten.
Atomic mass unit 原子质量单位
- The unit $\text{u}$ is set so that $^{12}_{6}\text{C}$ has mass exactly $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; a proton and a neutron are each about $1\ \text{u}$, an α-particle about $4\ \text{u}$ with charge $+2e$.
وحدة الكتلة الذرية الموحدة مُعرَّفة بحيث تكون كتلة الكربون-12 تساوي 12 u بالضبط.
نعم — هذا التعريف يثبت $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
You've got it
- α-scattering → atom is mostly empty with a tiny dense nucleus
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protons, $A$ nucleons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ electrons when neutral; isotopes share $Z$
- nuclear processes conserve nucleon number and charge — balance both rows of every equation