Прочность ядер

Физики для удобства вводят некоторую среднюю характеристику прочности ядра атома, которую называют «энергией связи нуклона в ядре», и которая равна полной энергии связи, деленной на число нуклонов в ядре. Для обозначения энергии связи нуклона используем символ «E₁». Для гелия E₁ = 28,3/4 = 7,1 МэВ.

Экспериментально обнаружено, что для более тяжелых ядер энергия связи нуклона вначале возрастает (то есть ядра становятся прочнее), достигает своего максимума в 8,5 МэВ примерно в середине таблицы Менделеева для элементов, расположенных вблизи олова, и затем начинает равномерно уменьшаться до значения 7,6 МэВ для ядра урана. Это можно пояснить такой аналогией: если в некоторой конструкции ставить стену за стеной и соединять их арками, прочность будет расти. Если продолжать добавлять к имеющимся аркам кирпич за кирпичом, конструкция будет становиться громоздкой и ее прочность начнет уменьшаться. Где-то в районе олова прочность нуклонной конструкции подходит к своему максимальному значению, так как конструкция из такого количества нуклонов становится слишком громоздкой, и с добавлением новых нуклонов начинает уменьшаться. Синтезированные искусственно ядра и вовсе нестабильны и тут же рассыпаются. Для того, чтобы конструкция из множества нуклонов стала вновь стабильной, необходимо полностью изменить устройство ядра – вместо сложенной вместе кучки должно появиться что-то другое. Можно вспомнить, что высокие башни, сделанные из ажурных, как паутина, конструкций, прочнее сплошных – при равной массе сплетенные конструкции могут быть в несколько раз выше. Может быть и человеку удастся когда-нибудь не просто добавлять в ядро нуклон за нуклоном, а строить из них прочные ажурные конструкции?

Для сравнения скажем, что энергия химической связи между двумя атомами водорода в молекуле водорода равна 4,5 эВ, то есть в полтора миллиона раз меньше, а для испарения воды, то есть для преодоления притяжения между молекулами воды, достаточно затратить и вовсе всего лишь 0,1 эВ.

Дальше нас ждет самое, пожалуй, интересное – ядерные реакции, модель атома Бора, квантовая механика, корпускулярно-волновой дуализм, радиоактивность и многое-многое другое, что в полной мере выросло и окрепло в начале двадцатого века.

Дополнительные сведения:

*) Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов, называются «изотонами» (не путать с изото П ами)

*) Количество нейтронов в ядре называется его «изотопическим числом» и обозначается буквой «N»

*) «⁷₃Li» – так обозначают изотопы – то есть такие элементы, у которых число протонов в ядре одинаково, а число нейтронов отличается. Верхняя цифра – массовое число, а нижняя – зарядовое число атома. Получается, что разность между верхней и нижней цифрой равна количеству нейтронов в ядре, т.е. изотопическому числу. Пример: если обозначить буквой «p» протон, то что получится в результате реакции отнятия у атома кислорода протона (¹⁶₈O – p), и какова будет запись результата? Отнятие у кислорода протона превращает его в азот (N). Верхняя цифра – массовое число ядра, так что из нее надо отнять единицу. Нижняя цифра – зарядовое число ядра, значит и оттуда надо отнять единицу – все просто:

¹⁶₈O – p → ¹⁵₇N

Изотоп ¹⁵₇N и в самом деле существует и является стабильным, хотя конечно, встречается намного реже обычного азота ¹⁴₇N (0,365 % и 99,635 % соответственно), так что такая реакция вполне возможна.

Мы можем пользоваться и упрощенной записью, так как если известно – какой у нас элемент, то это значит, что нам совершенно точно известно – сколько в его ядре протонов. Поэтому вместо «⁷₃Li» мы вполне можем просто писать «⁷Li». Запись «⁷₃Li» удобна тогда, когда ты не уверен, что твой читатель точно помнит порядковые номера элементов в таблице Менделеева, и тогда такая расширенная запись станет для него подсказкой.

*) После открытия изотопов стали различать «простой элемент» и «смешанный элемент», несмотря на явную нелогичность и несообразность таких понятий. Под простым элементом имеют в виду совокупность атомов с одинаковой массой и одинаковым зарядом ядра. Таковым, например, является золото, состоящее из единственного стабильного изотопа ¹⁹⁷₇₉Au. Смешанный элемент – это естественная смесь простых элементов, однажды возникшая при образовании Солнечной системы. Простой или смешанный – безразлично для химии: она не может их различить даже с помощью тончайших методов анализа. Но иногда это отличие становится очевидным, и те, кто остался в живых из 60 тысяч человек (если их состояние после этого можно назвать «жизнью») после атомной бомбардировки собственной страны и собственного народа, произошедшей 14 сентября 1954 года в 9 часов 53 минуты на Тоцком полигоне Южно-Уральского военного округа под руководством великого палача маршала Жукова, навсегда запомнили разницу между безобидным изотопом урана ²³⁸₉₂U и изотопом ²³⁵₉₂U.

схема строения атома

Поиск по сайту: