האטום הגרעיני
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | גרעין אטומי |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | פרוטונים |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | ניטרונים |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | נוקלייד |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | מספר פרוטונים |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | מספר נוקלאונים |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | נוקלאונים |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | איזוטופים |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | יחידת מסה אטומית |
יריה על דף זהב
- צוותו של רדפורד ירה חלקיקי אלפא לעבר דף זהב דק.
- רובם עברו ישר דרך הדף — אך מספר מעטים הוחזרו כמעט ישר לאחור.
- "כמו שיריית קליע לעבר נייר רפידה והוא יחזור אליך."
מעבדה להוכחות האטום הגרעיני
קשרו את התצפיות למודל האטום הגרעיני.
מה ההתפזורות הראתה
- רוב העוברים ישר → האטום הוא בעיקר ריק.
- סטייה גדולה ונדירה → גרעין קטן, צפוף וחיובי מחזיק את המטען והמסה.
רוב חלקיקי האלפא עוברים כמעט ישר; מעטים נסטים בחוד על ידי הגרעין הקטן
רוב חלקיקי אלפא שעברו ישר דרך נייר הזהב הראו שהאטום הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אם רובם עוברים ישר, אין הרבה בדרכם — האטום ריק ברובו, עם המסה והמטען מרוכזים בגרעין זעיר.
המודל הגרעיני
- גרעין: פרוטונים (מטען $+e$) ו-נוטרונים (ללא מטען). אלקטרונים ($-e$) מקיפים אותו.
- האטום הוא $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; הגרעין רק $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — אך מחזיק כמעט את כל המשקל.
- לאטום ניטרלי יש מספר זהה של אלקטרונים כמו של פרוטונים.
מודלים פשוטים של אטום הליום ואטום ליתיום (לא בקנה מידה)
כמעט כל מסת האטום נמצאת בגרעין שלו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פרוטונים וניטרונים הם ~1 u כל אחד; אלקטרונים הם ~1/1836 u, ולכן הגרעין מחזיק כמעט את כל המסה.
סימון
- נוקליד נכתב כך: $^{A}_{Z}\text{X}$. $Z$ = מספר אטומי (קובע את היסוד), $A$ = מספר מסה.
- מספר הניטרונים הוא $N = A - Z$. פרוטונים וניטרונים יחד נקראים נוכלונים.
פרוטונים וניטרונים יחד נקראים ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מספר הנוקלאון $A$ סופר את הפרוטונים ואת הניטרונים בגרעין.
כמה ניטרונים יש ב$^{14}_{6}\text{C}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ נייטרונים.
איזוטופים
- איזוטופים הם בעלי אותו מספר אטומי $Z$ אך עם מספר שונה של נוטרונים.
- דוגמה: $^{12}_{6}\text{C}$ ו$^{14}_{6}\text{C}$ — אותם יסוד, משקל שונה.
סימון נוקלידי: מספר מסה למעלה, מספר אטומי למטה
לאיזוטופים של יסוד יש:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אותו $Z$ (ולכן אותו יסוד וכימיה) אך $N$ שונה, המוביל למספר מסה שונה $A$.
מה נשמר
- בכל תהליך גרעיני, מספר הנוקלאונים $A$ ומטען נשמרים.
- כללים אלו מאפשרים לך לאזן כל משוואת דעיכה: המספרים העליונים חייבים להתחבר באותו סכום בשני האגפים, וכן המספרים התחתונים.
בתהליך גרעיני, אילו כמויות תמיד שמורות?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
מספר נאוכליאון וטעון שמורים. מספרי הפרוטונים והנייטרונים יכוליםשתנות כל אחד (למשל, בדה-קריעה β נייטרון הופך לפרוטון).
התאם כל חלקיק משורר לכתיבה שלו במשוואת דה-קריעה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
המספר העליון הוא מספר הנאוכליאון והתחתון הוא הטעון; שניהם צריכים להתאזן לאורך המשוואה.
דוגמה פתורה: טריטיום
טריטיום, $^{3}_{1}\text{H}$, הוא איזוטופ רדיואקטיבי של מימן הפולט חלקיק β$^{-}$.
- חלקיקים באטום ניטרלי: $Z = 1$ פרוטון; $N = 3 - 1 = 2$ נייטרונים; $1$ אלקטרון (שווה למספר הפרוטונים).
- משוואת דעיכה: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. בדיקה: עליון $3 = 3 + 0$; תחתון $1 = 2 + (-1)$. החלקיק הנוסף הוא אנטי-ניטרינו.
- קווארקים בגרעין: פרוטון הוא uud ונייטרון הוא udd, ולכן פרוטון אחד ושני נייטרונים מכילים $2 + 1 + 1 = 4$ קווארקי למעלה ו$1 + 2 + 2 = 5$ קווארקי למטה.
- בדיקת מטען: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, המטען של הפרוטון היחיד.
דוגמה פתורה: שרשרת דעיכות
גרעין של רדיום-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, דועך דרך סדרה של שלבים שבהם נפלטו חמישה חלקיקי α וארבעה חלקיקי β$^{-}$. זיהוי הגרעין הסופי.
- מספר Nuclon: כל חלקיק α מוריד $4$, כל חלקיק β$^{-}$ אינו מוריד כלום: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- מספר פרוטון: כל חלקיק α מוריד $2$, כל חלקיק β$^{-}$ מוסיף $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- תשובה: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — עופרת.
- בדיקה: סדר הדעיכות אינו חשוב; רק הסכומים הם. מטען ומספר Nuclon נשמרים בכל צעד בודד, ולכן הם נשמרים בסך הכל.
גרעין עם מספר פרוטונים $92$ פולט שלושה חלקיקי α ושני חלקיקי β⁻. מהו מספר הפרוטונים של הגרעין הסופי?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כל α מוריד את $Z$ ב-$2$ וכל β⁻ מרים אותו ב-$1$: $92 - 6 + 2 = 88$.
לאטום ניטרלי יש $Z$ אלקטרונים — מספר הפרוטונים, לעולם לא $A$. איזוטופים שונים רק בנייטרונים, ולכן הכימיה שלהם זהה. במשוואת דעיכה יש לאזן שתי השורות: חלקיק β$^{-}$ נכתב כ$^{0}_{-1}\beta$, ולכן הוא משאיר את $A$ ללא שינוי ומעלה את $Z$ בواحد. ו"הגרעין קטן מאוד" פירוט כ-$10^{-15}\ \text{m}$ — פי מאה אלף קטן מהאטום, לא פי עשר.
יחידת מספר אטומי
- היחידה $\text{u}$ מוגדרת כך ש$^{12}_{6}\text{C}$ יש מסת מדויקת של $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; פרוטון ונייטרון הם כל אחד בכ-$1\ \text{u}$, חלקיק α בכ-$4\ \text{u}$ עם מטען $+2e$.
יחידת המסה האטומית המאוחדת מוגדרת כך שקרבון-12 יש לו מסה של בדיוק 12 u.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כן — הגדרה זו קובעת את $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
הבנתך מושלמת
- פיזור α → האטום רובו ריק עם גרעין צפוף וקטן מאוד
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ פרוטונים, $A$ Nuclons, $N = A - Z$ נייטרונים, $Z$ אלקטרונים כאשר ניטרלי; איזוטופים משתפים $Z$
- תהליכים גרעיניים שומרים על מספר Nuclon ועל מטען — יש לאזן שתי שורות של כל משוואה