§ 28. Сучасна модель атома. Досліди Резерфорда. Протонно-нейтронна модель ядра. Ядерні сили. Ізотопи. Використання ізотопів

• Назад до змісту

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Розгляньте малюнок 28.5 і з’ясуйте, ядра атомів яких елементів зображено. Сірі кульки — нейтрони, оранжеві — протони.

На малюнку ліворуч зображено ядро атома Літію, а праворуч — ядро атома Карбону.

Вид хімічного елемента визначає зарядове число $Z$ (кількість протонів у ядрі), яке дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі:

• Ядро ліворуч містить 3 протони (оранжеві кульки) та 4 нейтрони (сірі кульки). Елемент із порядковим номером $Z = 3$ — це Літій (${}^7_3\text{Li}$).
• Ядро праворуч містить 6 протонів (оранжеві кульки) та 6 нейтронів (сірі кульки). Елемент із порядковим номером $Z = 6$ — це Карбон (${}^{12}_6\text{C}$).

ОБДУМАЙТЕ, ЗМОДЕЛЮЙТЕ, ЗРОБІТЬ…

Створіть модель будь-якого атома з періодичної системи Менделєєва, використовуючи підручні матеріали (пластилін, дріт, зубочистки, кульки тощо).

Для виготовлення простої моделі атома Літію (${}^7_3\text{Li}$) знадобляться: пластилін трьох кольорів (червоний, синій, жовтий) і тонкий дріт.

Порядок виготовлення моделі:

1. Виготовлення ядра: скочуємо з пластиліну 3 червоні кульки (протони) і 4 сині кульки (нейтрони). Зліплюємо їх разом у щільну кульку, яка утворює ядро атома.
2. Виготовлення орбіт: згинаємо з дроту два концентричні кільця різного діаметра та закріплюємо їх навколо ядра.
3. Розміщення електронів: ліпимо 3 маленькі жовті кульки (електрони). Два електрони прикріплюємо до внутрішнього дротяного кільця, а один — до зовнішнього кільця.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Розпізнайте неправдиву інформацію.
Планетарну модель атома запропонував Нільс Бор. Ядро атома складається з протонів, нейтронів і електронів. Порядковий номер елемента вказує на кількість протонів у ядрі. Ядерні сили — це сили притягання, що діють між нуклонами.

Неправдивими є такі твердження:

• «Планетарну модель атома запропонував Нільс Бор.» Справді, планетарну (ядерну) модель атома запропонував Ернест Резерфорд у 1911 році після проведення дослідів із розсіювання альфа-частинок.
• «Ядро атома складається з протонів, нейтронів і електронів.» Насправді атомне ядро складається тільки з нуклонів (протонів та нейтронів), а електрони рухаються навколо ядра та утворюють електронну оболонку атома.

Правдивими є твердження:

• «Порядковий номер елемента вказує на кількість протонів у ядрі.»
• «Ядерні сили — це сили притягання, що діють між нуклонами.»

2. У ядрі атома Флуору 9 протонів і 10 нейтронів. Скільки електронів має цей атом?

Цей атом має 9 електронів. Атом є електрично нейтральним, тому загальна кількість негативно заряджених електронів у ньому точно дорівнює кількості позитивно заряджених протонів у ядрі ($N_e = Z = 9$).

3. Оберіть у періодичній таблиці хімічних елементів довільний хімічний елемент. Визначте кількість протонів, нейтронів у ядрі цього хімічного елемента та електронів, що обертаються навколо ядра.

Оберемо хімічний елемент Оксиген (${}^{16}_{8}\text{O}$):

• Кількість протонів: дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній таблиці ($Z = 8$), тобто в ядрі є 8 протонів.
• Кількість електронів: в нейтральному атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів ($N_e = Z$), отже, навколо ядра рухається 8 електронів.
• Кількість нейтронів: дорівнює різниці між масовим числом $A$ та кількістю протонів $Z$:
  $N = A - Z = 16 - 8 = 8\text{ нейтронів}$

4. У ядрі атома Карбону міститься 12 частинок. Навколо ядра обертаються 6 електронів. Визначте кількість протонів і нейтронів у ядрі цього атома.

Дано:

• $A = 12$
• $N_e = 6$

Знайти:

• $Z - ?$
• $N - ?$

Розв’язання:
Атом є електрично нейтральним, тому число протонів у ядрі дорівнює числу електронів, які обертаються навколо нього:
$Z = N_e = 6$
Загальна кількість частинок у ядрі (нуклонів) дорівнює сумі протонів і нейтронів:
$A = Z + N$
Звідси визначимо кількість нейтронів:
$N = A - Z$
$N = 12 - 6 = 6$

Відповідь: $Z = 6$ протонів, $N = 6$ нейтронів.

5. У ядрі атома хімічного елемента 31 протон і 39 нейтронів. Який це елемент?

Це хімічний елемент Ґалій ($\text{Ga}$).

Кількість протонів у ядрі визначає порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі. Номер 31 належить Ґалію. Нуклонне число для цього ядра становить $A = Z + N = 31 + 39 = 70$, тобто це ізотоп ${}^{70}_{31}\text{Ga}$.

6. Використовуючи додаткові джерела інформації, дізнайтеся про практичне застосування ізотопів у медицині, енергетиці, археології.

Ізотопи знайшли широке практичне застосування у важливих галузях людської діяльності:

• У медицині: радіоактивні ізотопи використовують для точної діагностики та терапії хвороб. Наприклад, ізотоп Йоду-131 допомагає виявляти та лікувати захворювання щитоподібної залози, а опромінення ізотопом Кобальту-60 застосовують для руйнування ракових клітин.
• В енергетиці: ізотопи Урану (${}^{235}\text{U}$) та Плутонію (${}^{239}\text{Pu}$) слугують ядерним паливом на атомних електростанціях, де під час реакції поділу ядер виділяється величезна кількість теплової та електричної енергії.
• В археології: радіовуглецевий метод на основі розпаду ізотопу Карбону-14 дозволяє точно визначати вік стародавніх органічних знахідок (залишків деревини, тканин, кісток) віком до кількох десятків тисяч років.

СЛОВНИК ФІЗИЧНИХ ТЕРМІНІВ (ДЛЯ ПОШУКУ ІНФОРМАЦІЇ В АНГЛОМОВНИХ ДЖЕРЕЛАХ)