Строеж на веществото

Съществува едно предложение на  Д. Менделеев, че причината за периодичното изменение на химичните свойства на елементите се крие в техните атоми, се потвърдило в началото на 20 век.

Какъв е строежа на атома? Всеки атом е изграден от атомно ядро и електрони, образуващи електронната му обвивка (вижте фигура 1.1). Като цяло атома е електронеутрален.

 

АТОМНО ЯДРО. РАДИОАКТИВНОСТ

Строеж на атомното ядро. То се намира в центъра на атома и е много малко по размери. Радиусът му е около 100 000 пъти по-малък от радиуса на самия атом. Атомното ядро е с много голяма плътност. Плътността е от порядъка на 10¹³ – 10¹⁴ g/cm³. Ако си представим кибритена кутийка пълна с вещество, което има плътността на атомното ядро, то тази кутийка би тежала близо 2,5 милиарда тона.

Атомното ядро не се променя при химичните реакции. Изградено е от протони (p) и неутрони (n).

Протонът представлява частица с маса, приблизителна равна на една атомна единица за маса (а. е. м. е равна на 1,6657.10^-27kg). Той има единица положителен електричен заряд. На протоните се дължи положителният електричен заряд на атомното ядро.

Броят на протоните в атомното ядро е основна негова характеристика. Той е точно определен и постоянен на атомите за всеки един химичен елемент. Броят на протоните определя кой е химичният елемент.

Химичният елемент е съвкупност от атоми с еднакъв брой протони в ядрото.

Броят на протоните съвпада с поредния номер (Z) на елемента в периодичната система. Той е равен на броя на електроните в електронната обвивка и именно затова атома е електронеутрален.

Броят на протоните (p) = Поредния номер (Z) = Броя на електроните (e^–)

От тази зависимост се вижда, че видът на химичния елемент може да се определи и по неговия пореден номер.

Неутроните са електронеутрални. Масата на неутрона е почти равна на масата на протона.

Масово число. Сборът на броя на протоните и броя на неутроните в атомното ядро се нарича масово число. Масовото число е важна характеристика на атомното ядро и се бележи с А.

Масово число (А) = Брой на протоните + Броя на неутроните

Прието е масовото число да се записва вляво горе преди химичния знак на елемента, а поредният номер – вляво долу преди химичния знак. Например за въглерода значението е .

Изотопи. Броят на неутроните може да е различен за атомите на един и същи химичен елемент.

Разновидностите от атоми на един и същи химичен елемент, различаващи се помежду си по броя на неутроните и следователно по масовите си числа се наричат изотопи.

Например за въглерода C (Z = 6 и p = 6) са известни повече от два изотопа. Еднин от тях съдържа 6 неутрона и има масово число А₁ = 6p + 6n или A₁ = 12. Друг изотоп на въглерода има 6p и 8n. Масовото му число А₂ = 6p + 8n или A₂ = 14. Записват се по следния начин: .

Очевидно масовото число (А) характеризира изотопите на химичните елементи. Например известни са три изотопа на водорода H – протий, деутроний и тритий. Протоят съдържа само един протон (p = 1), няма никакви неутрони (n = 0) и масовото му число A₁ = 1. Деутерият – p = 1, n = 1 и A₂ = 2. Тритият – p = 1; n = 2 и А₃ = 3. Означават се както следва: .

В природата повечето химични елементи съществуват като смес от изотопи с постоянен състав. В сместа обикновено преобладава количеството на единия от изотопите. Например хлорът ₁₇Cl  има два изотопа –   и  . Количеството на изотопа на хлора   в природата е 75,4%, а на   е 24,6%. При изчисляване на относителната атомна маса А, на химичните елементи се взимат тези взаимоотношения. Това е една от причините атомната маса на хлора да е 35,453 атомна единица маса.

 

Радиоактивност. Ядрени реакции.

Атомните ядра на някои елементи при определени условия могат да се разпадат. Това явление е открито от физика с френски произход Анри Бекерел през далечната 1896 г. Ученият установява, че съдържаща уран руда без външно въздействие изпуска лъчи, оставящи следи върху фотографска плака. По-късно явлението е наречено естествена радиоактивност. Химичните елементи, чийто атоми се разпадат самопроизволно, се наричат радиоактивни елементи. Радиоактивни елементи са например уранът (U), торият (Th) и много други.

При изслеване на радиоактивността са открити три вида лъчи: α-, β- и γ- лъчи. Те имат определена прониквателна способност. α- и β- лъчите се отклоняват от външно електрично поле. И трите вида лъчи могат да предизвикват превръщането на атомите в йони. Тези лъчи се наричат радиоактивни или йонизиращи лъчи. Те се различават не само по свойствата си, а и по въздействието си върху живите организми. Разпадането н ядрото на даден химичен елемент може да бъде предизвикано и по изкуствен начин, когато атомите на химичните елементи се обстрелват с неутрони, с ускорени електрически заредени частици или γ- лъчи.

 Атомните ядра могат да се променят чрез ядрени реакции (вижте схема 1). От схемата личи, че когато при ядрената реакция се променя броя на протоните, се получава нов химичен елемент. Когато пък от своя страна се променя броя на неутроните, се получава изотоп на същия химичен елемент. При някои ядрени реакции се получават изкуствени радиоактивни изотопи на химичните елементи. Придбитата по този начин способност на атомните ядра на химичните елементи, да излъчват радиоактивни лъчи (йонизиращи лъчи), се нарича изкуствена радиоактивност. Открита е в началото на 1933 г. от Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Много радиоактивни изотопи са получени по такъв начин (вижте фигура 1.2). 

Ядрените реакции се различават съществено от химичните реакции, които не са свързани с промени в ядрата и не водаят до получаване на нов химичен елемент. Друга съществена разлика е огромната енергия, която се отделя или поглъща при ядрените реакции. Тя се нарича атомна или ядрена енергия.

Радиоактивността се измерва с единицата бекерел (Bq); 1 Bq е равен на един разпад за една секунда.

ЛЮБОПИНО: Последният елемент, открит в природата е франций (Z=87). Първият елемент, получен по изкуствен начин, е технеций (Z=43). Идеята за синтезирането на нови химични елементи е предложена от Енрико Ферми.