sarcina electrică relativă a nucleului atomic explicație

Un atom este cea mai mică unitate constitutivă a materiei comune care are proprietățile unui element chimic. Fiecare atom este format dintr-un nucleu și din unul sau mai mulți electroni legați de nucleu. Peste 99,94% din masa unui atom este concentrată în nucleu. Protonii au sarcină electrică pozitivă, electronii au sarcină electrică negativă, iar neutronii nu au sarcină electrică.

Ce înseamnă „sarcina electrică relativă a nucleului”

Numărul de protoni este caracteristic pentru toți atomii unui element. El reprezintă numărul de sarcini nucleare Z (numărul de sarcini electrice pozitive). Numărul de protoni din nucleu definește elementul chimic căruia îi aparține atomul: de exemplu, toți atomii de cupru conțin 29 de protoni. Dacă numărul de protoni este egal cu cel de electroni, atunci atomul este neutru din punct de vedere electric.

Astfel, prin „sarcina electrică relativă a nucleului” se înțelege, în practică, numărul total de sarcini pozitive (protoni) din nucleu, notat cu Z, care determină interacțiunea electrostatică dintre nucleu și norul electronic. Electronii unui atom sunt atrași de protonii din nucleul atomic de această forță electromagnetică.

Componentele nucleului și rolul lor electric

• Protonii: Protonii au sarcină electrică pozitivă. Numărul de protoni se numește număr atomic.
• Neutronii: Neutronii nu au sarcină electrică și au o masă similară cu a protonului. Numărul de neutroni definește izotopul elementului.
• Nucleonii: Protonii și neutronii legați din atom formează un mic nucleu atomic, și sunt denumiți colectiv nucleoni.

Protonii și neutronii din nucleu sunt atrași unul de celălalt printr-o altă forță, forța nucleară, care de obicei este mai puternică decât forța electromagnetică de respingere ce acționează între protonii încărcați pozitiv. Nucleonii sunt legați împreună de un potențial atractiv cu rază mică de acțiune numit forță tare reziduală.

Influența sarcinii nucleare asupra proprietăților atomice

Numărul de electroni influențează proprietățile magnetice ale unui atom. Electronii atomilor se află în spațiul din jurul nucleului atomic și se mișcă cu viteza foarte mare. Pentru un atom este valabil: Nr. protonilor = Nr. sarcinilor nucleare = Nr. electronilor = Nr. de ordine (în cazul atomilor neutri).

Numărul de protoni stabileste poziția elementului în sistemul periodic. Atomii se pot atașa de unul sau mai mulți alți atomi prin legături chimice pentru a forma compuși chimici, cum ar fi moleculele. Legăturile chimice dintre atomi erau explicate ca interacțiuni între electronii care îi compun.

Efecte cuantice și modele atomice relevante pentru înțelegerea sarcinii nucleare

Conform ipotezei De Broglie, atomii sunt suficient de mici încât încercarea de a le prezice comportamentul folosind fizica clasică dă predicții vizibil incorecte din cauza efectelor cuantice. În 1926, Erwin Schrödinger a folosit această idee pentru a dezvolta un model matematic al atomului, care descria electronii ca forme de undă tridimensionale, mai degrabă decât ca particule punctiforme.

O consecință a folosirii formelor de undă pentru a descrie particulele a fost că este matematic imposibil să se obțină valori precise atât pentru poziția cât și pentru impulsul unei particule la un moment dat în timp; acest lucru a devenit cunoscut ca principiul incertitudinii, și a fost formulat de Werner Heisenberg în 1926.

Modelul atomic al lui Rutherford (1911) a introdus conceptul de nucleu cu sarcină electrică pozitivă și electroni cu sarcină electrică negativă în învelișul electronic, bazat pe experimente de împrăștiere a radiațiilor alfa pe o foaie de aur. Acest model explică faptul că majoritatea masei și a sarcinii pozitive a atomului se concentrează într-un volum foarte mic - nucleul.

Istoria descoperirii sarcinilor subatomice și a structurii atomului

John Dalton a folosit conceptul de atomi pentru a explica legea proporțiilor multiple. Fizicianul J. J. Thomson a măsurat masa razelor catodice, arătând că ele sunt formate din particule mult mai ușoare decât atomii și a numit această particulă electron. Thomson a postulat incorect că masa redusă a electronilor este distribuită prin tot atomul printr-o mare uniformă de sarcini pozitive.

În 1909, Hans Geiger și Ernest Marsden, sub conducerea lui Ernest Rutherford, au observat că unele particule alfa erau deviate la unghiuri mari, ceea ce a dus la concluzia că sarcina pozitivă este concentrată într-un nucleu mic. J. J. Thomson a primit în 1906 Premiul Nobel în Fizică pentru descoperirea electronului.

Izotopi, numere și simboluri

Numărul de neutroni, N, al unui atom poate fi diferit pentru nucleele atomice ale aceluiași element. Izotopi: Specii de atomi ai aceluiaș element chimic, care au același număr de protoni (același număr atomic), dar număr diferit de neutroni (număr de masă diferit). Din punct de vedere chimic se comportă la fel.

Procese care modifică sarcina sau compoziția nucleului

Fuziunea nucleară apare atunci când mai multe particule atomice se unesc pentru a forma un nucleu mai greu, cum ar fi prin ciocnirea la mare energie a două nuclee. Fisiunea nucleară este procesul invers, divizarea unui nucleu în două nuclee mai mici-de obicei, prin dezintegrare radioactivă. Nucleul poate fi modificat și prin bombardament cu particule subatomice sau fotoni de mare energie.

Dacă în urma unei reacții de fuziune masa nucleului este mai mică decât suma maselor particulelor separate, atunci diferența poate fi emisă sub formă de energie conform E = mc2, unde m este pierderea de masă și c este viteza luminii. Fuziunea a două nuclee care creează nuclee mai mari cu numere atomice mai mici decât fierul și nichelul este de obicei un proces exoterm care eliberează energie.

Structura internă a protonilor și neutronilor și implicații pentru sarcina nucleului

În Modelul Standard al fizicii, electronii sunt particule elementare, fără structură internă. Cu toate acestea, atât protonii cât și neutronii sunt particule compozite alcătuite din particule elementare numite quarkuri. Există două tipuri de quarkuri în atomi, fiecare având o sarcină electrică fracționară. Protonii sunt compuși din două quarkuri up (fiecare cu sarcina +2/3) și un quark down (cu sarcina −1/3). Neutronii constau dintr-un quark up și două quarkuri down.

Quarkurile sunt ținute împreună de interacțiunea tare, care este mediată de gluoni. Protonii și neutronii, la rândul lor, sunt ținuți unul lângă altul în nucleu de forța nucleară, care este un reziduu al unei forțe tari cu proprietăți oarecum diferite în raport cu raza de acțiune. Raza nucleului este aproximativ egală cu 1.07·A^(1/3) fm, unde A este numărul total de nucleoni. Acesta este mult mai mic decât raza atomului, care este de ordinul a 10^5 fm.

Aspecte practice: de ce contează sarcina relativă a nucleului

Sarcina nucleului determină atracția asupra electronilor și, astfel, configurația electronică, proprietățile chimice și poziția în tabelul periodic. În atomii cu un număr atomic scăzut, un nucleu care are mai mulți neutroni decât protoni tinde să scadă la o stare de energie mai mică prin dezintegrare radioactivă, astfel încât raportul neutroni-protoni să se apropie de unu. Pe măsură ce numărul atomic crește, este necesară o proporție mai mare de neutroni pentru compensarea respingerii reciproce dintre protoni.

Numărul de protoni dintr-un atom (sarcina sa pozitivă totală) stă la baza multor proprietăți: poziția în tabelul periodic, tipul de legături chimice pe care le formează atomul, energia de ionizare și multe altele. Dacă un atom are mai mulți sau mai puțini electroni decât numărul său atomic, atunci el devine încărcat negativ sau, respectiv, pozitiv; un atom încărcat electric se numește ion.

tags: #sarcina #electrica #relativa #a #nucleului

Postări populare:

• Băile cu sare: un ajutor natural pentru fertilitatea feminină
• Deplasarea steriletului în uter: cauze comune și semne
• Ghid de alegere a unui sac de iarnă pentru landou
• Analiză a anchetei privind migrarea periculoasă în cazul Alexandrei Ivanov din timpul cezarianei
• Interpretarea corectă a testului de sarcină