Атом ядроларының байланыс энергиясы
Курстық жұмыс
Тақырыбы: Атом құрылысы
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
І Атом құрылысының теориялық негіздері
1.1 Атом
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...5
1.2. Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ – сәуле
шығару ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
1.3. Атом ядросының құрылысы. Атом ядроларының байланыс
энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .21
ІІ Атом құрылысын тарауын оқыту әдістемесі
2.1. Атом құрылымы. Элементар бөлшектер бөлімінде өтілетін
тақырыптардың сабақ
жоспары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..29
2.2. Атом құрылымы. Элементар бөлшектер бөлімі бойынша есептердің
шығарылуы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... .37
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... 43
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..44
КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі. Физика пәнін оқыту ғылыми дүниетанымды,
тұлғаның дамуын қамтамасыз етеді. Мектеп реформасын жүзеге асыру барысында,
физикалық білім беруді қоғамның соңғы он жылдықтағы уақыт талаптары мен
ғылыми жетістіктеріне лайықты, барлық мүмкіндіктерді қолдануды қажет етеді.
Адам және қоғам жөнінде барынша мол білім берумен қатар, білім
мазмұнын тұлғаға бағыттау, тұлға мүддесіне бейімдеу маңызды. Егер,
оқушылардың білімі мен шеберлігін, дағдысын жеке өмірлік жоспарларын іске
асыруға, өз денсаулықтары мен өмірін қорғауға мүмкіндік берсе, олардың
пәнге қызығушылығын арттыратыны сөзсіз.
Қазіргі таңда әрбір азамат радиоактивтілік құбылысын ядролық
энергетика, медицинадағы қолданысы бойынша тиімділік, ал қоршаған ортаға
туғызатын экологиялық залалы тиімсіздігі тұрғысынан түсінеді.
Радиоактивтілік құбылысы атом ядросындағы процестерге тәуелді
болғандықтан, орта мектептің физика курсының Атомның құрылысы. Атомдық
құбылыстар тарауында оқытылады.
Қазақстан Республикасында 2000 жылдардан бастап Физика пәнінен
алғашқы төл оқулықтарымыз қолданыла бастады. Негізгі мектепте Физика және
Астрономия пәні ретінде қалыптасты, Ядролық физика тарауы негізгі
мектептің 9-сыныбында бүгінгі күнге дейін оқытылуда. Алайда, мына төмендегі
жағдайларды ескеру қажеттілігін атаймыз.
Қазақстан Республикасында радиациялық ахуалдың жағдайы әрбір азаматты
ойландырары сөзсіз.
1. Семей, Атырауда (Азғыр), Батыс Қазақстанда (Капустин Яр, Глиц), Шығыс
Қазақстанда, Қызылордада (Байқоңыр), Ақтөбеде (Ембі) ядролық сынақтар
жасалды. Алматы, Талдықорған қалалары Қытайдың ЛобНор сынақ
айлағындағы жарылыстардан да зардап шегетіні анық.
2. АЭС-ң қатты радиоактивті қалдықтарды жоспарлы бөлуін ескерген дұрыс
деп ойлаймыз. Кеңестер Одағы кезінде алғашқы АЭС-ң бірі Қазақстанда
(Маңғыстау облысында) жасалғандығын, АЭС-ң жұмыс істеу мерзімінің
шектеулілігін ескерген жөн.
3. Қазақстан Республикасы уран өндірісі жөнінде алдыңғы қатарға шығып
отырғандығы, кейбір аймақтарда (Оңтүстік Қазақстан, Қызылорда, Жамбыл
облыстары) радиациялық деңгейдің жоғарылығы байқалады.
4. Әлем тәжірибесін ескерсек, Чернобыль АЭС-ғы, бүгінгі озық технологиялы
Жапон еліндегі Фукусима АЭС-ғы реактордың істен шығуы әрбір азаматтың
радиоактивтілік құбылысымен, оның тиімділігі мен залалы жөнінде жүйелі
білімге ие болуды қажет етеді.
Аталған жағдайларды ескерсек, өскелең ұрпақтың радиоактивтілік
құбылысы мен ядролық физика курсы бойынша берілген білім сапасы мен
қоғамдық қажеттілік арасындағы қарама-қайшылықты көрсетеді. Бұл қарама-
қайшылық, Қазақстан Республикасындағы 2009 жылы жүргізілген 15 жастағы
оқушылар білімін анықтаудың PISA-2009 Халықаралық зерттеулерінен де
байқалады. PISA-2009 Халықаралық зерттеулері 65 елді қамтыса, жаратылыстану
білімі (оның ішінде физика пәні де бар) бойынша біздің еліміз 58-орында.
Мақсаты: негізгі мектеп Физика және Астрономия пәні Атомның
құрылысы. Атомдық құбылыстар, Атом ядросы. Ядролық энергия. Элементар
бөлшектер және Әлем дамуы туралы мағлұматтар тарауының мазмұнын анықтау
мен тиімді әдістемесін жасау болып табылады.
Курстық жұмыстың мақсатына жету үшін мына төмендегі міндеттерді шешуді
қажет деп есептейміз:
• Атомның құрылысы. Атомдық құбылыстар, Атом ядросы. Ядролық энергия.
Элементар бөлшектер және Әлем дамуы туралы мағлұматтар тарауының орта
мектепте оқытылу жағдайын зерттеу;
• зерттеу нысанын оқытуды жетілдіру мақсатында Ресей Федерациясында
қолданылатын оқулықтарға ғылыми-әдістемелік талдау жасау;
І Атом құрылысының теориялық негіздері
1.1 Атом құрылысы
Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады
деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың
бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан
заттарға сан алуан атомдар сәйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан
күмән туғызады.
Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарата атомның
қасиеттерiне байланысты жаңа тәжiрибелiк деректер жинала бастады.
Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында
электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн
анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын
зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген
кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi
шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом
құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс
ғалымыД.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық
масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына
кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр
ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай.
7.1 - сурет
Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, он ың алғашқы моделiн ұсынған ғалым Дж .
Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10-
10м болатын шар. Бұл шардың бүкiл к өлемi оң зарядталған, ал терiсзаряд талған
электрондар оның iшiнде су тамшысы ның iшiнде жүзiп жүргентүйiршiктер тәрiзд
i қозғалып жүредi(7.1 сурет). Томс он моделi атомныңбiрқатар қарапайым қасие
ттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жа ғдайдақиыншылыққа тiрелетiн.
7.2 - сурет
Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiр ек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiнұсы н
ған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резе рфорд болатын. Ол өзтәжiрибелерiнде аса ш
апшаң αбөлшектер жұқа алтын фольгад аншашыраған кездегi бұрыштық таралу ын зер
ттей келе атомныңпланетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды. Резер фордты
ң бұлмоделi бойынша атомдағы оң зар ядтар Томсон моделiндегiдей бүкiлкө лемде
таралмай, керiсiнше, оның орталығын да жинақталады. Оны атомядросы деп атайды
. Ал электрондар болса Күн жүйесiнд егi планеталартәрiздi ядроны айнала қозға
лып жүредi (7.2 -
сурет). Электрондардыңмассасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей де рлiк м
ассасы ядродашоғырланған. Ядроның ө лшемi атомның өлшемiмен салыстырған дашама
мен 105 еседей кiшi.
Атом бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен
радиусы 104 -105 есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны
айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің
сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон
қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері ~ 10-8 см,
көлденең қимасының ауданы ~10-16 см2, көлемі ~10-24 см3. Борлық атом
теориясында ең қарапайым атом – сутегі атомы. Оның радиусының дәл белгілі
бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы
шамасына тең: a=0.53 * 10−8 см (дәлірек, 0.52917*10-8 см). Атомның массасы,
негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (А),
яғни протондар мен нейтрондардың жа лпы санына (нуклондардың жалпы санына)
пропорционал болып ұлғаяды. Өйткені атомдағы электронның массасы (0.91*10-
20 г) бір протонның немесе нейтронның массасынан (1.67*10-24 г) 1.840 есе
аз. Сондықтан атомның ауырлық орталығы ядроға дәлдей келеді. Атом массасы
ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес.
Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның
ішкі энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері болады. Оның ең төменгі
деңгейі атомның негізгі күйі E1 (ол ең тұрақты, шексіз ұзақ өмір сүретін
күйі), ал жоғарғы энергия деңгейлері қозған күйлер Еі (і=2, 3, ...) деп
аталады, (ол аз өмір сүреді). Қозған күйден ~10-8 сек. ішінде атом негізгі
күйге ауысып отырады. Осындай ауысу кезінде атомға осы екі деңгейінің
айырымына тең (hν=Eν–E1, мұндағы h – Планк тұрақтысы, ν – ұшып шыққан сәуле
квантының жиілігі) сырттан энергия берілуі не шығарылуы шарт. Атом
энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық
қасиетінің болуынан. Атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық
түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық
санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан
(n), атомның осындай импульс моментін анықтайтын орбиталық кванттық сан
(l), ал (l)-дың берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік
кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (ms).
Осы 4 кванттық сан мен Паули принципі атомдағы электрондардың барлық
күйлерін сипаттайды. Сонымен бірге кванттық теорияда микробөлшектердің сол
4 кванттық сан анықтайтын күйлерін толқындық функциямен (φ) өрнектейді. Ол
функцияның квадраты (φ2) бөлшектердің кеңістік нүктелерінде болу
ықтималдығын білдіреді. Кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы осы
ықтималдыққа пропорционал. Кванттық сандардың мәндеріне сәйкес атомдардағы
қабықшалар мен қабаттар рет-ретімен толтырылып отырады. Осылайша
элементтердің Менделеев кестесіндегі орны анықталады. Алдымен ең кіші n=1
қабат толтырып, онда болғаны 2 электрон ғана орналасады. Онан кейін n=2
қабат толтырылғанда ядроның заряды өсуіне сәйкес қабаттар ядроға жақындай
түседі. 1-қабат 1s қабықшадан, 2-қабат 2s, 2p қабықшалардан, 3-қабат 3s,
3p, 3d қабықшалардан, т.с.с. тұрады. Әр қабат элементтің периодын
анықтайды. Осы период элементтердің химиялық, оптикалық, электрлік,
және магниттік қасиеттерінің қайталану периоды болып табылады. Осы
периодтылық атомның ең сыртқы электрон қабықшаларының қасиетімен
анықталады. Мұндай периодтылық иондар қасиетінде де сақталады.
Атомның орбиталарында 2 не одан да көп электрондар қозғалып жүрсе,
онда мұндай күрделі атомдардағы электрондардың өзара әсерлесуін де еске алу
керек. Ол әсерлесулер тек электр статикалық ғана емес, орбиталық магниттік
моменттер мен бөлшектердің өзінің ішкі магниттік моменттері де өзара
әсерлесуі мүмкін. Мысалы, гелий атомындағы 2 электронның негізгі күйдегі
әсерлесу энергиясы 78.98 эВ.Көп электронды атомдар құрылысын зерттегенде
бұларды есепке алып отырады. Сонымен бірге әр электронның орбита бойымен
қозғалысында туатын электр магниттік өрісі мен электронның ішкі магниттік
моменттерінің әсерлесуі де қосымша байланыс энергиясын тудырады. Осының
нәтижесінде атом спектрлерінде нәзік түзілісті, ал электрон мен ядроның
магниттік моменттерінің өзара әсерлесуінен аса нәзік түзілісті көреміз.
Қазіргі замандағы кванттық электр динамикасында атом электрондарының вакуум
құрамындағы виртуалды бөлшектермен әсерлесуін де есептеп атом құрылысының
мұнан да күрделі екеніне көз жеткізуге болады.
Атом құрылысын білу көптеген физикалық және химиялық үрдістердің мәнін
түсінуге жол ашады. Атом құрылысының қарапайым моделін Резерфорд, Бор және
т.б. ғалымдар жасады. Бұл модельдер бойынша әрбір атом протон, нейтрон және
электрон бөлшектерінен тұрады. Протон мен нейтрон ядроны құрайды.
Электрондарға қарағанда ядро ауырырақ болады. Атомның аз көлемін
құрайтындығына қарамастан атомның негізгі массасы ядроға шоғырланған.
Белгілі бір заңдықтылықтарға сәйкес электрондар ядроны айналып жүреді. Ядро
екі санмен-атомның реттік нөмірімен (2) жеке массалық санмен (А)
сипатталады. Паули ұстанымы деп аталатын заңға сәйкес электронды толық
сипаттау үшін кез келген атомның электрондарын электрондық конфигурация
түрінде көрсетуге мүмкіндік беретін 4 квант сандары пайдаланылады. Сонымен
ядро заряды 2, массалық сан А және квант сандары арқылы периодтық жүйедегі
кез келген атомды сипаттауға болады. Атомдардың түрін нуклидтер деп
атайды. Реттік нөмірлерінің (2) мәндері бірдей, бірақ массалық сандары (А)
және ядродағы нейтрон сандары әртүрлі нуклидтерді изотоптар деп атайды.
Табиғаттағы көптеген элементтер негізінен изотоптар қоспасы түрінде
кездеседі.
Кейбір элементтердің изотоптары тұрақсыз: өз-өзінен ядролары ыдырап жатады.
Ондай изотоптарды радиоактивті деп атайды. Бұндай ядролардың ыдырау
процесі нәтижесінде а-немесе Р-бөлшектер, кейде ү-сәулесі бөлінеді. Бұндай
радиоактивтік ыдыраулар ешқандай сырт себепсіз өз-өзінен табиғи түрде жүріп
жатады. Бастапқы санмен салыстырғанда ядроның жартысының ыдырауы —
жартылай ыдыраудеп аталады. Кейінірек радиоактивті ыдырау тек
табиғи түрде ғана емес, атомды протон, нейтрон және а-
бөлшектермен атқылау арқылы жасанды түрде де жүргізуге болатындығы
анықталды.
Ядролық реакциялар кезінде (табиғи және жасанды өзгерістердің екеуінде де)
заряд және масса сақталу заңы сақталады, сондықтан теңдеудің сол жағындағы
заряд пен массаның жиынгығы оң жағындағы зарядпен пен массаның жиынтығына
тең болуы тиіс.
Атомның электрондық және ядролық қүрылысын білу химиялық факторларды
пайдалы жүйелеуге мүмкіндік беріп, химияны түсінуді және зерттеуді
жеңілдетеді Химиялық реакциялар кезіңде негізінен атомның сыртқы бөліпндегі
электрондар өзара әрекеттесетіндікген, химиктер үшін электрондар маңызды
бөлшектер болып саналады. Атомдардың электрондық құрылысының салдарынан
периодтық жүйедеп элементтер қатарлар мен бағаналарға орналасады. Периодтық
жүйеде жеті период, сегіз топ бар.
Сыртқы қабаттағы электрондар саны топтың нөміріне, ал электрондық қабаттар
саны периодтың номеріне сәйкес келеді. Әрбір период сілтіЛік металмен
басталып асыл газдармен аяқталады. Элементтің ең жоғарғы тотығу дәрежесі
топтың нөмірімен анықталады. Тек, фтор(-І), мыс, күміс, алтын (+1 және +2;
+1 және +2; +1 және +3) тотығу дәрежелерін көрсетіп бұл ережеге сәйкес
келмейді.
Үлкен периодтарда элементтердің белгілі бір санынан кейін: 4-ші және 5-ші
периодтарда-10 элементтен кейін, 6-шы және 7-периодтарда-24 элементтен
кейін қасиеттері қайталанып отырады. Осы құрылыс топтарды негізгі және
қосымша топшаларға бөлуге негіз болады. Негізгі топша элементтерімен
қосымша топша элементтерінің қасиеттерінде айқын айырмашылық бар. Мысалы 1
топ элементтері Li, Na К, Rb, Сs, Fr — нағыз металдар, тотығу дәрежелері+1,
ал осы топтың қосымша топшасында орналасқан Сu, Аg, Аu элементтері
электрохимиялық кернеу қатарының соңында орналасады. IV топтан бастап
негізгі топша элементтерЗ ЭН4,ЭН3, ЭН2, ЭН құрамды үшқыш сутекті қосылыстар
түзеді. Үлкен периодтардағы химиялық элементтердің
қасиеттерінің металдықтан бейметалдыққа ауысуы өте баяу жүретіндіктерден
период аяғындағы бейметалл элемештер аз болады. Мысалы, 4-периодта -мышьяк,
селен, бром, ал 5-периодта теллур, йод. 6-шы периодтағы лантаннан кейінп
(2=57) 58-71 арасындағы 14 элемент қасиеттері жағынан лантанға үқсас
болғандықтан лантаноидтар деп аталады. Бұлар химиялық қосылыстарында +3
тотығу дәрежесін көрсететін күміс тәріздес ақ түсті металдар, сумен
2Э+6Н20=2Э(ОН)з +ЗН2 сызбанұсқасы бойынша әрекеттеседі 7-ші периодта
актинийден кейін (2=89) орналасқан 90-103-ші реттік нөмірлі 14 элемент —
актиноидтар деп аталады.
Ядро зарядының өсуіне қарай химиялық элементтердің қасиеттерінің периодты
түрде өзгеруі олардың электровдық қабаттарының құрылысына тікелей
байланысты болады, себебі соңғы қабаттағы элетрондардың энергия запасы
жоғары болғандықтан химиялық байланыс түзуге қатысады.
Бұдан шығатын қорытынды: элементтердің қасиеттерінің периоды қайталануының
себебі: атомдардың электрондық конфигурацияларының периодты түрде
қайталануында екен. Бірақ, элементтердің қасиеттерінің периодты қайталануы
сыртқы энергетикалық деңгейдің құрылысымен де байланысты (сі-және Г-
элементтерде сыртқы қабаттың астындағы 2-ші және 3-ші деңгейлерінде
болады.)
Период бойынша сілтілік металдан галогенге қарай атом радиусы кішірейсе,
топ бойынша жоғарыдан төмен қарай атом радиусы ұлғаяды. Мысалы, литий
атомының радиусы 0,158 нм болса, натрийдікі-0,171 нм. Әрбір топ ішінде
жоғарыдан төмен қарай элементтің иондану потенциалы кішірейсе, период
бойынша солдан оңға қарай үлкейеді. Мысалы, литийдің иондану потенциалы
632, цезийдікі-376, ал неондікі — 2064кДжмоль.
№1. Фотоэффектінің ұзын толқынды (қызыл) шекарасы калий үшін 0,6 мкм-
ге тең. Электронның шығу жұмысын джоульмен анықтаңдар.
№2. Егер электронның шығу жұмысы 2 эВ-қа тең болса, калий үшін
фотоэффектінің қызыл шекарасы қандай болады?
№3.Металды толқын ұзындығы λ жарықпен сәулелендірген кездегі
фотоэлектронның υ жылдамдығын және кинетикалық Е энергиясын табыңдар.
№4. Сәулелердің толқын ұзындығы 500 нм болса, фотон энергиясы
(h=6.63*10-34Дж*с)
№5. Көздің талмай қабылдайтын қуаты 2*10-9Вт. Толқын ұзындығы 0,5 мкм
жарықты қабылдайды. 1с ішінде көз торына түсетін фотон саны
№6. Қызыл жарықтың ауадағы толқын ұзындығы 775 нм. Толқын жиілігін
анықтаңыз (с=мс)
№7. Вакуумдық диодтағы кернеу 45,5 В. Диодтың катодынан ұшып шыққан
электронның анодқа соғылу жылдамдығы (кг, Кл)
№8. Фотоэффектіні түсіндіру үшін толқын ұзындығы сәуле
порциясына берілетін энергия:
№9. Электронның цезий бетінен шығу жұмысы 1,6*10-19 Дж. Цезий бетіне
толқын ұзындығы 450 нм болатын сәуле түссе, фотоэффект байқала ма?
№10. Рентген түтікшесі 50 кВ кернеумен жұмыс істейді. Сәуле шығарудың
минимал толқын ұзындығы (Дж; e=Кл):
№11. Электрон үдетуші өрісте потенциалы 200 В нүктеден потенциалы 300
В нүктеге орын ауыстырады. Бастапқы жылдамдығы нөлге тең болса, электронның
соңғы алған жылдамдығын анықтаңыз (Кл; кг):
№12. Өзіне келген әр түрлі жиіліктегі сәулелердің энергиясын толық
жұтып алатын денені қалай атаймыз?
№13. Квант энергиясы электронның тыныштық энергиясына тең
электромагниттік сәуле шығарудың толқын ұзындығы
(h=6.62*10Дж*с, кг)
№14. Радиостанция 2 МГц жиілікпен жұмыс жасайды. Станция шығара алатын
толқын ұзындығы (с = 3·108 мс)
№15. Ұзындығы , жылдамдығымен таралатын толқын жиілігін
анықтайтын формула
№16. Егер рентген сәулелерінің максимал жиілігі болса, рентген
түтігінің катоды мен аноды арасындағы потенциалдар айырмасы.
№17. Фотон энергиясы 2эВ сәуленің толқын ұзындығын табыңыз.
№18.Толқын ұзындығы 400 нм-ге сәйкес квант энергиясы неге тең?
(h=6.63*10 Дж*с, с=3*10 мс)
№19. Жарықтың ауадағы толқын ұзындығы 650 нм. Толқын жиілігін
анықтаңыз.
№20. Вакуумдық диодтағы кернеу 5,5 В. Диодтың катодынан ұшып шыққан
электронның анодқа соғылу жылдамдығы (кг, Кл)
№21. Қуаты 100 Вт жарық көзі 1 секунтта 5*1020 фотон шығарады. Сәуле
шығарудың орташа толқын ұзындығын табыңдар.
№22. Егер А спектрлік класына жататын жұлдыз атмосферасының
температурасы Т 20 000 К болса, оның энергетикалық жарқырауын (сәуле шығару
қабілетін ) анықтау керек.
№23. Фотоэффектінің ұзын толқынды (қызыл) шекарасы калий үшін 0,6 мкм-
ге тең. Электронның шығу жұмысын джоульмен анықтаңдар.
№24. Эвдиометрде 24 мл сутек пен 15 мл оттектен тұратын қоспа
қопарылыс бергенде су түзілген. Қопарылыстан кейін қоспада қандай газ
қалған, оның көлемі мен массасы қандай?
№25. 26Fe, 14Sі, 31Ga Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№26. 32 г мыс оттекпен әректтескенде 155 кДж жылу бөлінеген.
Осы реакцияның термохимиялық теңдеуін құрыңдар.
№27. 29 Cu, 46 Pd, 15 P Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№28. Зат мөлшері 0,3 моль, 3моль, 30 моль болатын хлорсутекте
қанша молекула бар?
№29. 21 Sc, 33 As, 11 Na Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№30. Ядросында 7 протон мен 8 нейтрон бар бейтарап атомның электрондық
қабықшасында қанша электрон бар. (7 электрон)
№31.Протонның , нейтронның, электронның массалық саны мен заряд саны
№32. Жарықтың екіжақтылығы (толқындық-корпускулалық)
№33. Планк тұрақтысы (Дж*с) және (Эв*с) шамасы бойынша (Һ=6,62*10 -34
Дж*с), (Һ=4,136*10 -15 эВ*с)
№34. Ультракүлгін гамма, рентген, инфрақызыл сәулелерінің қайсысының
жиілігі жоғары (гамма сәуле) Толқын ұзындығы үлкені (инфрақызыл,
ультракүлгін, рентген, гамма)
№35. Электрон массасы қаншаға тең (m е =9,1*10 31 кг)
№36. Ваккумдағы электромагниттік сәулелердің тарлау жылдамдығы (с=3*10 8
мс)
№37. Электрон сутегі атомының бірінші энергетикалық деңгейінен екіншісіне
ауысқанда жиілігі 4,57*1014Гц сәуле шығады. Сонда атомның энергиясы қаншаға
өзгереді?
№38. Сутегі атомы энергиясы Е1=1,7 эВ тұрақты күйден энергиясы Е2=6,8 эВ
күйге өткенде оның атомы шығаратын жарықтың толқын ұзындығын анықтаңдар.
№39.Толқын ұзындығы 5*10-7 м-ге тең жарық квантының энергиясын есептеңдер?
№40.Цезийдің бетінен ақ жарық түсіп тұр. Егер түскен жарықтың жиілігі
5*1014Гц болса, фотоэффект байқала ма? Цезийдің электронының шығу жұмысы
3,04*1019Дж.
№41. Мынадай элемент атомдарының ядро зарядын анықтаңдар:Ca, Fe, Si, Mn
№42. Реттік нөмірлері берілген элементтердің пеиодын,қатарын,тобын
анықтаңдар.
І топ: 7,12 ІІ топ: 17,23 ІІІ топ: 30,35.41
№43. Мына элементтерді металдық қасиетінің өсуі бойынша орналастырыңдар:
бор,бериллий,көміртек,литий С В Ве Lі
№44. Берілген элементтердің қайсысында айқын бейметалдық қасиет басым:
фосфор,алюминий, кремний, күкірт, фтор, хлор
Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi
Атомның ядролық моделi α-
бөлшектердiң жұқа алтын фольгаданша шырауын дұрыс түсiндiргенiмен екiнш i жағы
нан басқа қиындыққажолықты. Оның мә нiсi мынада болатын. Классикалық эл ектрод
инамиказаңдары тұрғысынан атомның п ланетарлық моделi тәрiздес жүйелеро рнықты
болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала үдей қозғалатынболға ндықта
н өзiнен электромагниттiк сәуле шығ аруы тиiс. Ал бұлай сәулешашу оның энерги
ясын кемiтедi де соның салдарынан э лектронның айналурадиусы бiрте-
бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құла п түсуi тиiс болатын. Бiрақтәжiрибе бұған
мүлдем керi нәтиже бередi. Атом ор нықты жүйе және олқозбаған күйде бо лса өз
iнен ешқандай да сәуле шығармайды.
Теория мен тәжiрибенiң арасындағы о сындай қарама-
қайшылықты шешужолында ғалымдарға б iраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағ ыттағы
зерттеулербарысында алғашқы елерлi ктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор ж еттi.
Олклассикалық физиканың атомдық жүй еге қатысты барлық көзқарастарынқай та қар
ай келiп, оның атомдарға қатысты жа ңа тәжiрибелiк деректердiтүсiндiруд е дәрм
енсiз екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физикаұғымдарының ауқы мынан
тысқары шығу қажет болатын. Нильс Б ор 1913жылы солай жасады да, ол ато мның ж
арықты шығаруы мен жұтуыжөнiндегi ө зiнiң түсiнiгiн мынадай екi постула т түрi
нде тұжырымдады :
1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр
күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей
қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.
2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi
стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған
сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады
hv=En- Em
Мұндағы En және En осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h – Планк
тұрақтысы.
Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп,
сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.
Франк және Герцтiң тәжiрибелерi
Сутегi атомы үшiн есептелген спектрлердiң тәжiрибе нәтижесiмен сәйкес
келуi Бор теориясының үлкен табысы едi. Бiрақ бұл әлi де стационар
күйлердiң болатындығының, атом энергиясының квантталатынының айқын дәлелi
емес-тiн. Атомның энергетикалық күйiнiң дискреттi болатынын алғаш рет
дәлелдеген тәжiрибе – Дж.Франк және Г.Герц тәжiрибесi. 1913 жылы орындалған
бұл тәжiрибеде электрондардың сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын.
Шығару және жұтылу спектрлерi. Спектр түрлерi. Спектр аппараты
Интерференция, дифракция және дисперсия тәрiздi құбылыстар кезiнде ақ
жарықтың бiрнеше түске жiктелетiнi тәжiрибеден белгiлi. Дисперсия құбылысын
пайдалана отырып, Ньютонның ақ жарықты жiктегенiн бiлемiз. Тәжiрибе жалпы
спектрлердi мынадай бiрнеше топқа бөлуге болатынын көреттi : тұтас спектр,
сызықтық сектр жiне жолақты спектрлер.
Тұтас спектрдi қатты дене, сұйық және сығылған газды жоғарғы
температураға дейiн қыздырған кезде бередi. Тұтас спектр шартты түрде жетi
түске бөлiнедi : қызыл, оранж, сары, жасыл, көгiлдiр, көк және күлгiн. Бұл
түстердiң арасында айқын шекара жоқ. Бiр түс екiншi түске бiрте-бiрте
өтедi. Спектрдiң тұтас болуы оның құрамында барлық толқын ұзындығындағы
жарықтың бар екенiн көрсетедi. Бұлай болуының басты себебi жарық шығарып
тұрған атомдар бiр бiрiмен күштi байланыста. Осы күштi байланыстың
салдарынан әрбiр атом шығарған монохроматты жарықтар ұйытқып, бiр-бiрiмен
тұтасып кетедi.
Сиретiлген газды жоғарғы температураға дейiн қыздырып, спектроскоп
арқылы қарасақ жiңiшке сызықтардан тұратын спектрдi байқаймыз. Мұндай
сызықтық спектрдiң байқалуы жарық шығарып тұрған зат осы сызықтарға сәйкес
келетiн жиiлiктегi ғана жарықты шығарып тұрғанының дәлелi. Бұл спектрлердi
газдың жекелеген атомдары шығарады. Газ жақсы сиретiлген болғандықтан оаның
атомдары бiр-бiрiмен әсерлеспейдi десе де болады. Ал мұндай сызықтық
спектрдiң болуы және бұл сызықтарға сәйкес келетiн жиiлiктiң мәнi Бордың
теориясынан анықталады.
Егер жарық шығарып тұрған газдың тығыздығын бiрте-бiрте арттыратын
болсақ, онда спектр сызықтарының енi бiрте-бiрте артып, тұтасып кетедi.
Тағы бiр байқалатын спектрдiң түрi жолақ спектрлер. Олар аралары бiр
бiрiнен бөлiнген енi едәуiр үлкен жолақтардан тұрады. Ажыратқыштық қабiлетi
жоғары спектроскоптың көмегiмен жеке жолақтарды бажайлап қарайтын болсақ,
олардың өте тығыз орналасқан жеке сызықтардың жиынтығы екенiне көз
жеткiзуге болады. Сызықтық спектрлердi жеке атомдар беретiн болса, жолақ
спектрлердi бiр-бiрiмен байланыспаған немесе әлсiз байланысқан молекулалар
туғызады.
Осы кезге дейiнгi қарастырғанымыз ж арықтың шығару спектрлерi. Жарықты а
томдар тек белгiлi жиiлiкте шығарып қана қоймайды,сонымен қатар осында й жиiл
iктерде жұтады да. Мысалы ақ жарықт ытемпературасы төмен, өзiнен жарық шығары
п тұрмаған газ арқылыжiберетiн болс ақ, жарықтың үздiксiз спектрiнiң бе тiнде
қара сызықтарпайда болады. Бұл жұтылу спектрлерi
Сызықтық спектр оны шығарып тұрған атомның құрлысымен тiкелейбайланыст ы. Ал
әрбiр заттың атомы бiр-
бiрiнен ерекше, олай болса әрбiрзат тың беретiн спектрi де ерекше. Бұл белгiс
iз заттың спектрiн зерттейотырып, о ның химиялық құрамын анықтауға мүмк iндiк
бередi. Бұл әдiстiспектрлiк сарапта у деп атайды.
Жарықтың кванттық көздерi. Лазерлер
ХХ ғасырдың екiншi жартысындағы физ иканың iрi табыстарының бiрiоптикал ы
қ кванттық генератор, немесе басқаш а айтқанда лазердiңойлап табылуы.
"Лазер" деген сөз ағылшынның "Light Amplificatoin by Stimulated Emission of
Radiation" деген сөйлемiнiң алғашқы әрiптерiненалынған (LASER). Бұл "м әжбүрл
енген сәуле шашудың көмегiмен жарық тыкүшейту" дегендi бiлдiредi. Мәжбү рленге
н сәуле шығару үрдiсi лазелердiңфиз икалық негiзi болып табылады.
Атомдардағы электрондардың бiр деңг ейден екiншi деңгейге еркiн өткенке з
дегi сәуле шығаруын өз еркiмен неме се спонтанды сәуле шығару депатайды . Атом
дар бұл жағдайда сәуленi бiр-
бiрiнен тәуелсiз шығаратынболғандық тан ол сәуле толқындары когеренттi болмай
ды.
1916 жылы А.Эйнштейн, атом электрон дарының жоғарғы деңгейден төменгiде ң
гейге өте отырып өзiнен сәуле шығар уы бұл атомға сырттан әсер ететiнэл ектром
агниттiк өрiстiң әсерiнен де болу м үмкiндiгiн болжады. Мұндайсәуле шығ аруды
мәжбүрленген немесе индуцирленген с әуле шығару депатайды.
Егер сыртқы өрiстiң жиiлiгi қозған атомның өзiндiк жиiлiгiмен сәйкес к е
лсе,онда резонанстық эффекттiң салд арынан мәжбүрленген сәуле шығарудың ықтима
лдылығы күрт өседi. Яғни, жиiлiгi қ озған атомның өзiндiкжиiлiгiмен дәл келет
iн фотон осы атомның электронымен ә серлескен кездеол атом қозған күйде н төме
нгi энергетикалық күйге өтедi де бi р фотонныңқасында жиiлiгi тура сонд ай екi
ншi фотон пайда болады. Бұл үрдiс б ұдан әрiбасқа атомдармен де қайтала нып та
сқынды түрде өтедi де жарық күрткүш ейедi. Бұл жөнiнде мына жерден қарап
көруге болады.
7.5 - сурет
Әдетте жарық зат арқылы өткен кезде заттағы негiзгi күйде тұрған атомд а
ржарықты жұтады да, қозған атомдар өзiнен мәжбүрленген сәуле шығарады. Сондық
тан жарық зат арқылы өткен кезде кү шею үшiн заттағы атомдардыңтең жарт ысынан
көбi қозған күйде болуы тиiс. Затт ардың мұндай күйi
-деңгейлерi инверсиялы қоныстанған күй деп аталады (inversio
– латыншатөңкерiлген деген ұғымды бiлдiредi). Атомдар әдетте қозған күйде
өте аз, 10-9 – 10-
7 с уақыт ғана болатындықтан деңгей лерi инверсиялы қоныстанғанкүйлердi алу о
ңай шаруа емес. Бiрақ кейбiр атомда рдың қозған күйде ұзақ,шамамен 10-
3 с бола алатын күйлерi болады. Онд ай күйлердiметатұрақты күйлер деп а тайды.
Осындай метатұрақты күйлерi барзат тарды жарықты күшейтуге қолданады. Алғашқ
ы лазерлер ретiндерубиннiң кристалл дары пайдаланылды. Ондағы атомдарды қозды
ру үшiнрубин бiлiктi сыртынан импул ьстi түрде жұмыс iстейтiн, спираль шаммен
орады. Шам жарқ етiп жанған кездегi шыққан энергияны рубин атомдарыжұт ып, ме
татұрақты күйлерге өтедi. Атомдарды бұлай қоздыру олардыүрлеу деп атал ады. Б
үкiл қозған атомдардың сәуле шығару ы бар болғаны10-8 – 10-
10 с уақытқа созылады. Осы кездегi жарық сәулесiнiң қуаты өтеүлкен 109 Вт-
қа дейiн жетуi мүмкiн. Бұл үлкен эл ектростанциялардыңқуатынан да үлкен .
Лазер сәулесiнiң негiзгi қасиеттерi оның аса жоғарғы монохроматтылығы, ш
ашырамайтын сәуле түрiнде алу мүмкi ндiгi және аса қуаттылығы.
Бүгiнгi күнде кристаллдардағы лазер ден өзгеше, газдағы жәнесұйықтардағ ы
(бояғыштардағы) лазерлер жасалған. Бояғыштағылазерлердiң ерекшелiгi, оларды
ң шығаратын сәулелерiнiң жиiлiгiн к еңауқымда өзгертудiң мүмкiндiгi бар .
Лазерлер бүгiнгi күнде сан алуан са лада қолданылады. Олар заттарды
өңдеу, медицина және голография. Монохроматты когеренттi лазерлiк сәуленiң
көмегiмен волоконды оптикада кабельдiк, телефондық және теледидарлық
байланысты жүзеге асыруға болады. Тасымалдаушы жиiлiктiң аса жоғары (1013 –
1014 Гц) болуы бiр жарыққұбыры арқылы миллиардқа дейiнгi музыкалық хабарды
немесе миллионға дейiнгi телехабарды бiрмезгiлде тасымалдауға мүмкiндiк
бередi.
Бұл күндерi лазерлiк термоядролық синтездi жүзеге асыру мүмкiндiктерi
зерттелуде.
Зарядталған бөлшектердi бақылау мен тiркеудiң әдiстерi
Бөлшектердiң қасиеттерiн қарастырғанда олардың бiр-бiрiмен әсерлесу
сипатын бiлудiң және осы әсерлесу кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн
т.с.с. зерттеудiң маңызы зор. Ол үшiн бiз оларды тiркеп, әрi бақылай
бiлуiмiз қажет. Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен
бастап-ақ бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың әдiстерi де қалыптаса бастады.
Бұл бағыттағы алғашқы қолданылған әдiстiң бiрiфотоэмульсия әдiсi.
Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық сәулелердiң фотопластинкаға әсерi
негiзiнде кездейсоқ ашылған болатын. Бұл әдiс күнi бүгiнге дейiн элементар
бөлшектер физикасында, ғарыштық сәулелердi зерттеуде кеңiнен қолданылады.
Әдiстiң мәнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты
арқылы өткен кезде өзi өткен траекторияның бойында көрiнбейтiн iз қалдырады
да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын траектория түрiнде көрiнедi.
Қалдырған iздiң қалыңдығы және ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын және
энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.
7.6 - сурет
Тәжiрибелiк ядролық физиканың тамаш а құралдарының бiр – Вильсонкамерас ы
. Оның жұмыс iстеу принципi мынадай : Қақпағы әйнектенжасалған цилиндр тектес
ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қан ыққан ауабар. Егер поршендi тез қоз ғап, ц
илиндрдiң көлемiн кенет ұлғайтсақ,а диабаталық үрдiстiң салдарынан онда ғы ауа
мен бу салқындайды да асақаныққан күйге өтедi. Егер дәл осы мезетте к амера
арқылы зарядталғанбөлшек өтсе, оның қозғалысының бойындағы аса қаныққа н бу б
өлшектерiконденсацияланып, ұсақ там шылар пайда болады. Ол тамшыларды т рек де
патайды. Осы сәтте бүкiл камераны ж арқ еткен жарықпен сәулелендiрсек,б ұл тре
ктер суреттiң қара фонындағы ақ жол ақтар түрiнде көрiнедi (7.6-
сурет). Дәл өлшеулер жүргiзу үшiн ә детте Вильсон камерасын тұрақтымагн ит өрi
сiне орналастырады. Онда бұл өрiстi ң салдарынан қозғалып баражатқан за рядтал
ған бөлшектердiң траекториясы қисая ды. Сыртқы магнитөрiсiнiң индукцияс ы белг
iлi болған жағдайда бөлшек траектор иясыныңқисықтық радиусын өлшеу арқы лы оны
ң массасы мен зарядын жәнеэнергиясы н анықтаудың мүмкiндiгi бар.
7.7 - сурет
Зарядталған бөлшектердi бақылауға м үмкiндiк беретiн тағы бiр құрал –кө п
iршiктi камера. Көпiршiктi камераны температурадасы өзiнiң қайнаутемпе ратура
сына өте жақын тұрған сұйықпен толт ырады. Мұндай сұйықретiнде әдетте с ұйылты
лған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қ олданады. Камераарқылы зарядталған бөлшек
өткен кезде ол өткен жолдың бойынд ағы сұйықбөлшектерiнiң температурас ы кене
т артып, қайнайды да бу көпiршiктер iпайда болады. Ал оны жоғарыдағы Ви льсон
камерасындағыдай жолменсуретке түсi рiп алуға болады (7.7-
сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйық тыңтығыздығы Вильсон камерасындағы газдың
тығыздығынан әлде қайдаартық болға ндықтан мұнда аса дәл өлшеулер жүрг iзудiң
мүмкiндiгi бар.
7.8 - сурет
Шапшаң зарядталған бөлшектер мен γ- кванттарды тiркеуде Гейгер-
Мюллересептегiштерi қолданылады (7. 8-
сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы(шам амен 0,1 атм) газ қоспасымен, мысал ы арго
н мен метил спиртiнiңбуының қоспасы мен толтырылған цилиндр трубкадан т ұрады.
Цилиндрдiңортасында одан изолятор арқылы оқшауланған жiңiшке сым бар. Бұлжi
ңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң ко рпусы катодтың ролiн атқарады.Анод пен ка
тодтың арасына аса жоғары кернеу бе рiлген. Есептегiштiңжұмыс көлемi ар қылы з
арядталған бөлшек өткен кезде ол өз жолындағы газбөлшектерiн иондайды да, па
йда болған электрон мен оң ион жоға рғыкернеудiң салдарынан туындылаған өрiст
iң әсерiнен сәйкес анод пенкатодқа қарата үдей қозғалады. Бұл бөлшекте р өз к
езегiнде жолындакездескен газдың ба сқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс
тасқындысипат алады. Иондалған бөлш ектер тасқыны анод пен катодқа келi пжетке
нда тiзбек өте аз уақытқа тұйықтала ды да, бөлшек тiркеледi.
7.9 - сурет
Ядролық сәуле шашудың кез-
келген түрiн тiркеу үшiн иондаушы к амераларқолданылады (7.9-
сурет). Иондаушы камераның жұмыс iс теу принципiГейгер-
Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда теканод пе н като
дтың арасына берiлетiн кернеудiң ша масы аса үлкен емес.Сондықтан тiзбе кте па
йда болатын токтың шамасы аса аз. О ны арнайыкүшейткiштердiң көмегiмен өлшеп,
иондаушы бөлшектердiң қарқыныжөнiн де баға беруге болады.
1.2 Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ – сәуле шығару
Құрамындағы протондар мен нейтронда рдың саны әртүрлi болғаныменолардың
қосындысы, яғни нуклондардың саны б iрдей болатын ядроларизобаралар деп атала
ды. Мысалы нуклондарының саны 10-
ға тең болатынизобаралар мыналар : , және . Тәжiрибе, негiзiн
ен бiр массалықсанға сәйкес келетiн бiрнеше изобарлардың тек бiреуi ға на орн
ықтыболатынын көрсетедi. Мысалы жоғ арыдағы изобарлардың iшiнен тек ған а
орнықты. Атом ядросының орнықтылығ ын анықтайтын принципмынау : ядро о рнықты
болу үшiн оның энергиясы осы ядро өз еркiншеөзгере алатын басқа барлы қ ядро
лардың энергиясынан аз болуы тиiс.
Изобарлардың энергиясының әртүрлi б олуы протон мен нейтронныңмассалары н
ың әртүрлi болуымен және протонның электр заряды болуыментүсiндiрiледi . Мұнд
ай энергиясы жоғары орнықсыз ядро ө зiндегi артықэнергиядан басқа орнық ты ядр
оларға ыдырау арқылы немесе өз заря дын бiрбiрлiкке өзгерту арқылы құты лады.
Орнықсыз ядролардың осылай өзбетiнш е басқа ядроға өзгеруi радиоактивтi лiк де
п аталады. Табиғаттакездесетiн изот оптардың радиоактивтiлiгi табиғи ра диоакт
ивтiлiк депаталады. Ал зертханада я дролық реакцияның көмегiмен алынған изотоп
тардың радиоактивтiлiгiн жасанды ра диоактивтiлiк деп атайды.Радиоактив тiлiкт
i табиғи және жасанды деп бөлу тек шартты түрде,олардың бiр-
бiрiнен принципиальдi айырмашылығы жоқ. Мұндайтүрленулердiң мысалы α-
ыдырау және β-ыдырау болып табылады .
Альфа-ыдырау деп берiлген ядроның ө з еркiмен альфа-бөлшекке және ядро-
қалдыққа мына түрдегi түрленуiн айт ады
Альфа-ыдырау кезiнде ыдырайтын (аналық) ядроның заряды екiге, ал
массалық саны төртке кемидi. Тәжiрибе Zi82 болатын барлық ядролардың альфа-
радиоактивтi екенiн көрсетедi. Мұның бiр мысалы ядросы. Бұл ядроның
альфа ыдырауының нәтижесiнде альфа бөлшектi және торий ядросының изотопын
аламыз
Бұл ыдыраудың нәтижесiнде альфа-бөлшектiң кинетикалық энергиясы 4,18
МэВ, ал сәйкес торий изотопының кинетикалық энергиясы 0,07 МэВ болады.
Альфа-ыдыраудың механизмiн классикалық физика түсiндiре алмайды.
Классикалық көзқарас тұрғысынан альфа-бөлшек ядродан бөлiнiп шығу үшiн
ядролық тартылыс күшiне қарсы жұмыс жасауы қажет. Ал бiрақ шындығында
мұндай жұмыс жасалынбайды. Бұлай болуының себебi кванттық механикадағы
бөлшектiң толқындық қасиетiмен байланысқан туннельдiк құбылыс арқылы
түсiндiрiледi.
Бета-ыдыраудың үш түрiн ажыратады. Олар электрондық, позитрондық және
К-қармау бета-ыдыраулары. Электрондық бета-ыдырау кезiнде ядро өз бетiнше
зарядын бiр бiрлiкке арттыра отырып өзiнен электронды ұшырып шығарады. Бұл
құбылыстың негiзiнде протон мен нейтронның бiр-бiрiне айнала алатын қасиетi
жатыр. Бос нейтронның массасы бос протон мен электронның массаларының
қосындысынан үлкен. Сондықтан энергетикалық тұрғыдан мұндай ыдырау тиым
салынбаған. Тәжiрибе нәтижелерiн терең талдау бұл ыдырау кезiнде протон мен
электронмен қатар заряды мен массалық саны нөлге тең тағы бiр бөлшек
бөлiнетiнiн көреттi. Э.Фермидiң ұсынысы бойынша нейтрино деп аталған бұл
бөлшектi 1956 жылы тәжiрибеден байқады. Сонымен нейтронның ыдырау реакциясы
мұндағы - электрондық антинейтрино.
Ядроның байланыс энергиясының болуынан ядро құрамындағы протондар мен
нейтрондардың массасы бұл бөлшектiң бос күйiндегi массасынан негiзiнен аз
екенi шығады. Осы себептен де ядро құрамындағы барлық нейтрондар бiрдей
бета-ыдырауға түсiп кетпейдi. Тек энергиясы жоғары кейбiр ядроларда ғана
мұндай түрлену энергетикалық тұрғыдан мүмкiн болады. Мұндай ядроларды бета-
радиоактивтi ядролар деп атайды. Бета-ыдырау кезiнде ядродағы нуклондардың
саны өзгермей қалатын болғандықтан ядроның массалық саны өзгерiссiз қалады.
Массасы нейтронның массасынан аз болғандықтан бос протон орнықты.
Бiрақядродағы протонның массасы кванттық механиканың анықталмағандық
принципiне сәйкес кейбiр сәтте нейтронның массасынан артық болып кетуi де
мүмкiн. Бұл жағдайда мына түрде
позитрондық бета-ыдырау жүзеге асады.
Ал К-қармау немесе электрондық қармау кезiнде атомның К-қабатындағы
электронның бiрi ядроға жұтылады.
Ал γ - сәуле шығару радиоактивтiлiктiң дербес түрi болып табылмайды.
Әдетте γ - сәуле шығару альфа- және бета-ыдыраумен қатар жүредi.Бұл
ыдыраулардың нәтижесiнде алынған еншiлес ядро әдетте қозған күйде болады.
Ал ол қозған күйден негiзгi күйiне өткен кезде қозған күйден негiзгi күйге
өткен том тәрiздi өзiнен γ - сәуле шығарады. Бiрақ бұл γ-кванттардың
энергиясы атом шығаратын γ-кванттардың энергиясынан әлде қайда үлкен
болады.
Радиоактивтiлiк ыдырау заңы. Ығысу ережесi
Радиоактивтi ыдырау заңы деп радиоактивтi ядролардың санының уақыт
бойынша өзгеру заңдылығын айтады. Бұл заңды оңай анықтауға болады.
Шындығында, егер қандай да бiр уақыт мезетiнде радиоактивтi ядролардың
саны N болса онда dt уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны dNмынаған
тең болады
dN=-λN·dt
мұндағы минус таңбасы dN – дi ыдырамаған ядролардың өсiмшесi ретiнде
қарастырумен байланысты. Ал λ, радиоактивтi ядроның бiрлiк уақыт аралығында
ыдырау ықтималдылығы. Оны әдетте ыдырау тұрақтысы деп атайды. Бұл өрнектi
интегралдай отырып
lnN =-λt + const
аламыз. Бастапқы t=0 уақыт мезетiндегi ыдырамаған радиоактивтi
ядролардың санын N0 деп белгiлей отырып, const = lnN0 екенiн аламыз. Онда
N =N0 e-λt
Мiне, осы өрнек радиоактивтi ыдырау заңы болып табылады (7.10 -
сурет).
Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ыдырайтын уақытты
жартылайыдырау периоды деп атап, Т12 әрiпiмен белгiлейдi. Онда бұл
анықтамадан
ал бұдан
7.10 - сурет
Бүгiнгi күнге дейiнгi белгiлi радио активтi ядролардың жартылайыдыраупе р
иоды 3·10-7 с-тан 5·1015 жылға дейi нгi аралықтағы мәнге ие.
Радиоактивтi заттың активтiлiгi деп бiрлiк уақыт аралығында болатыныды р
аудың санын айтады, яғни
Бұл жерден активтiлiктiң радиоактит i ядролардың санына пропорционал, а л
жартылайыдраудың периодына керi про порционал екенi көрiнiп тұр.
Активтiлiктiң халықаралық бiрлiктер жүйесiндегi бiрлiгi беккерель (Бк) .
Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау жасайтын радиоактивтi заттыңактивт iлiгi
алынған. Нақтылы өмiрде активтiлiкт iң кюри (Ки) деп аталатынбiрлiгi жи i қолд
анылады. Кюри ретiнде 1 с аралығынд а 3,7·1010 ыдыраужасайтын радиоакив тi зат
тың активтiлiгi алынған.
1.3. Атом ядросының құрылысы. Атом ядроларының байланыс энергиясы
Кез-келген химиялық элементтiң атомының ядросы оң зарядталған
протоннан және заряды жоқ нейтроннан тұрады. Протонның заряды абсолют
шамасы жағынан электронның зарядына тең. Протон мен нейтрон нуклон деп
аталатын ядролық бөлшектiң әртүрлi зарядтық күйi болып табылады. Ядродағы
протондардың саны Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң
атомдық нөмiрiмен сәйкес. Ядродағы нейтрондадың саны N деп белгiленедi. 11Н
және 32Не ядроларынан басқа барлық ядролар үшiн N≥Z. Менделеевтың периодтық
таблицасының бiрiншi жартысында тұрған жеңiл элементтер үшiн N≈Z, ал екiншi
жартысындағы элементтерде нейтронның саны артықтау N≈1,6·Z.
Ядроның массалық саны деп A=N+Z болатын нуклондардың жалпы санын
айтады. Ядроны әдетте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарының саны
бiрдей, ал массалық саны әртұрлi ядроларды изотоптар деп атайды.
Изотоптардағы протонның саны бiрдей болады да, нейтронның саны әртүрлi
болады. Мысалы сутегiнiң изотоптары: , (немесе -дейтерий), (немесе -
тритий); гелийдiң изотоптары: , ; уранның изотоптары: , . Бүгiнгi күнi
барлық химиялық элементтердiң үшжүзге жақын орнықты, ал екi мыңға жақын
орнықсыз (радиоактивтi) изотоптары белгiлi.
Электронның массасы протонның массасынан 1836 есе кiшi болғандықтан
ядроның массасы атомның массасымен бiрдей десе де болады. Элементар
бөлшектердiң массасын әдетте массаның атомдық бiрлiгi (м.а.б) деп аталатын
жүйеден тыс бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң изотопының
массасының 112 бөлiгi алынған.
Ядро сонымен қатар өзiндiк қозғалыс мөлшерi моментiмен - спинiмен
сипатталады. Ядроның спинi нуклондардың спиндерi арқылы анықталады. Әрбiр
нуклонның спинi ħ2-ге тең. Жұп нуклоннан тұратын ядроның спинi
(ħ бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге тең. Ал тақ нуклоннан тұратын
ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) жартылай бүтiн санға тең.
Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың
толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде
анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан
ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын әдетте мынадай
эмпириялық өрнекпен анықтайды
R=R0A13 мұндағы R0 =(1,3 - 1,7)·10-15 м
Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық
тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар қоғасынның
ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньтонға жетедi. Бiрақ ядро
бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен
нетрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн
көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында
әсерлесудi пәрмендi әсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пәрмендi
әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды
ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады.
Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ететiн күштер болып табылады. Ол
10-15 м-ге дейiнгi аралықта әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп
кетедi.
Масс-спектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын
өлшеу кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос
жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн
көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар
мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның
энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын
бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау
керек. Мұндай энергияны DЕбай ядроның байланыс энергиясы деп атайды.
ΔEбай =Zmp c2 +Nmn c2 -mя с2 =Δmc2
мұндағы Δm=Zmp+Nmn-mямассалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға
келетiн орташа байланыс энергиясын Δεбай деп белгiлеп, ядроның меншiктi
байланыс энергиясы деп атайды.
Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны
қоршаған электрондық бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында
жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасетiн зертеу мәселесi
туды. Атом ядросының негiзгi сипаттамасының бiрi оның заряды. Ядроның
зарядын өлшеу оның мәнi элементар зарядты сәйкес химиялық элементтiң реттiк
номерiне көбейткенге тең екенiн, яғни q=Zeекенiн көрсеттi.
Уран ядросының бөлiнуi. Ядролық реакцияда энергияның бөлiнуi
Бөлшектердiң атом ядросымен әсерлесуiнiң нәтижесiнде оны басқа ядро
мен бөлшекке өзгертуi ядролық реакция деп аталады. Ядролық реакцияны
символдық түрде былайша жазады A+a-B+b немесе A(a,b)B. Ядролық реакция
кейбiр жағдайда бiрмәндi болып өтпейдi, яғни A+a-B+b схемасымен қатар A+a-
C+c схемасы да жүзеге асуы мүмкiн. Реакцияның мүмкiн болатын жолдары
оның каналдары деп аталады.
Ядролық реакция кезiнде толық заряд және нуклондар саны сақталады.
Сонымен қатар бұл кезде энергияның, импульстiң және импульс моментiнiң
сақталу заңы орындалады.
Ядролық реакциялар энергия бөлiне немесе жұтыла отырып өтуi мүмкiн.
Бұл жағдайлардың қайсысының жүзеге асатынын реакцияға түсетiн және
реакциядан шығатын бөлшектердiң массаларының айырымын бiле отырып өө
өрнегiнен есептеп табуға болады.
Әртүрлi ядролық реакциялардың iшiнде кейбiр ауыр ядролардың бөлiну
реакциясының маңызы ерекше. Ауыр ядролар ондағы нейтронның ара салмағы
үлкен болғандықтан орнықсыз болып келедi. Бұл ауыр ядролардың меншiктi
байланыс энергиясының орташа ядролармен салыстырғанда аз болатынан көрiнiп
түр. Сондықтан мұндай ядроларға тағы бiр нейтрон келiп қосылса ол
бөлшектенiп кетедi. Осының бiр мысалы, уран ядросының нейтрондармен
атқылаған кезде бөлiну реакциясы алғаш рет 1939 жылы ашылған болатын.
Бастапқы ядрода нейтрондар артық болғандықтан реакция кезiнде бөлшектенген
ядролармен қатар бiрнеше нейтрон да ұшып шығады. Мысалы уран бөлшектенген
кезде бiр бөлшектену актiсiнде 2-3 нейтрон бөлiнедi. Егер дұрыс жағдай
болса бұл нейтрондар уранның басқа ядроларына барып түсiп, оларды
бөлшектейдi. Сөйтiп бұл үрдiс тасқынды түрде күрт өседi. Бұлай жалғасқан
реакцияны тiзбектi реакция деп атайды.
Тiзбектi реакцияны нақтылы жүзеге асыру оңай шаруа емес. Уранның
бөлшектенуi кезiнде бөлiнетiн нейтрондар тек уранның 235 изотопын ғана
бөлшектей алады. Оның энергиясы 238 изотопты бөлшектеуге жеткiлiксiз. Ал
табиғи уранда 238 уранның үлесi 99,3% те 235 уранның үлесi бар болғаны
0,7%. Сондықтан бiрiншiден тiзбектi реакцияны жүзеге асыру үшiн 235 уранды
таза түрде бөлiп алу қажет. Екiншiден оның мөлшерi жеткiлiктi болуы тиiс,
себебi оның мөлшерi аз болса реакция кезiнде туындылайтын нейтрондар уран
ядроларына жолықпай тысқары шығып кетедi. Тiзбектi реакция басталатын ең аз
массасын критикалық масса деп атайды. Мысалы 235 уран үшiн оның мәнi
бiрнеше ондаған килограмм. Тiзбектi реакция кезiнде орасан көп энергия
бөлiнедi. Уранның температурасы миллиондаған градусқа көтерiлiп, пайда
болған от шар маңындағының бәрiн күйдiрiп, қиратады.
Уранның бiр ядросы бөлшектенген кезiнде 200 МэВ-қа жуық энергия
бөлiнедi. Оның 165 МэВ-қа жуығы реакциядан шығатын бөлшектердiң кинетикалық
энергиясы түрiнде болады да қалғаны таза гамма-кванттардың энергиясы
болады. Осы энергияны бiле отырып 1 кг уран бөлшектенгенде бөлiнетiн
энергияны есептеп табуға болады, ол 80 миллиард джоулға тең. Ол 1 кг көмiр
немесе мұнай жаққан кезде бөлiнетiн энергиядан бiрнеше миллион есе артық.
Сондықтан ядролық энергияны пайдалану өте тиiмдi.
№45. Кейбір элементтердің сутегі мен және оттегімен қосылыстарының жалпы
формулалары қандай:RH3,R2O,RO2,RH,RH4. Осылардың қайсысы көміртегі мен
мышьяктың сутекпен қосылысы мен жоғары оксидінің формуласына сәйкес келеді?
№46. Мына қосылыстардың формуласы дұрыс болу үшін қажетті индекстерді
қойыңдар: РН, Н, СН, NH .
№47. Жоғары оксидтерінің формуласы дұрыс болу үшін қажетті индекстерді
қойыңдар: CIO, SbO, PbO, SiO.
№48. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар? ,
№49. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
+ → + ?
№50. Азот атом ядросының байланыс энергиясын есептеп шығарыңдар (mp=1,00728
м.а.б., mn=1,00866м.а.б. , Mя =15,00011 м.а.б.)
№51. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№52. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
? + → +
№53. Оттек атом ядросының байланыс энергиясын есептеп шығарыңдар
(mp=1,00728 м.а.б., mn=1,00866м.а.б. , Mя =16,999 м.а.б.)
№54. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№55. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:+
? → +
№56. Төмендегі ядролық реакция кезінде энергия бөліне ме, әлде жұтыла
ма?(=14,00307 м.а.б., =4,002603 м.а.б., =16,999134 м.а.б., =1,007825
м.а.б.)
№57. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№58. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
+ γ → + ?
№59. Радиоактивті кобальттың жартылай ыдырау периоды 72 тәулік.
Массасы 4 г кобальттың 216 тәулікте ыдырайтын бөлігінің массасы?
№60. Уранның бір ядросы екі жарықшаққа бөлінгенде 200 МэВ энергия
босап шықса, осы ураннан 1 г ядролық реакторда жанғанда қандай энергия
бөлінеді?( М=235*10-3кгмоль , q =29*106 Джкг ,NA = 6 *1023 моль-1 )
№61. Сутегінің 31 Н изотобының ядросында қанша Z протон мен қанша N
нейтрон бар?
№62. Атомдық ядросында 8 протон мен 9 нейтрон бар нейтраль атомның
электрондық қабықшасында неше электрон бар?
№63. Атом массасының атом ядросының массасына қатынасы қаншаға тең?
№64.Толқын ұзындығы 0,48 мкм фотон шығарған кезде, сутегi атомындағы
электронның энергиясы қалай өзгередi.
№65. 8О17 ядросының массалар ақауын және байланыс энергиясын табыңыз.
№66. Двигателiнiң қуаты 3,2·107 Вт, пайдалы әсер коэффициентi 17%
атомдық мұзжарғыш күнiне уран-235 атомының қанша мөлшерiн тұтынады. Уран-
235 атомының бiр ядросы бөлiнген кезде 200 МэВ энергия бөлiнiп шығады.
№67. Элементтің сутегімен қосылысында 2,74 % сутегі бар, ал оттегімен
жоғары валенттіліктегі қосылысының формуласы Э2О7. Бұл қай элемент?
№68. Элементтің сутегімен қосылысының құрамында 1 атом сутегі бар,
демек, 35,5 сол элементтің бір атомына сәйкес келеді (ЭН). VІІ топта
атомдық массасы 35,5 –ке сәйкес келетін бір ғана элемент бар, ол – хлор.
№69. Екі валентті металдың 25 грамы сумен әрекеттесіп (қалыпты
жағдайда), 14 л сутегін ығыстырып шығарады. Бұл қай элемент?
№70. Реттік нөмірі 46-ға тең элементтің атомында неше электрон
орбитасы болады?
№71. Реттік нөмірі 81-ге тең элемент атомында электрондар қалай
орналасқан?
№72. VI периодтың 9 –шы торында орналасқан элемент атомының
электрондық құрылымы қандай болады?
№73. Реттік нөмірі 71-ге тең элементтің электрондық формуласы қандай?
№74. Реттік нөмірі 21-ге тең элемент атомының электрондық құрылымын
графикалық түрде жазу керек.
№75. Реттік нөмірі 17-ге тең элемент атомының қалыпты және қозған
жағдайда электрондарының орналасу сызбасын жазу керек.
№76. Реттік нөмірлері 19, 35, 39, 58 – элементтер қандай электрон
типіне жатады?
№77. Калий мен марганец атомдарының электрондық – графикалық
формуласын жазыңыздар.
№78. Реттік нөмірі 20 және 35 элементтерінің электрондық және
графикалық формуласын жазыңыздар. Бұлар қандай элементтерге жатады?
№79. 9 және 27-ші элементтердің графикалық формуласын жазыңыздар.
Бұлардың қайсысы р - элементтерге жатады?
№80. Бірінші элемент атомының сыртқы энергетикалық деңгейлерінің
құрылысы ... 3s 2 3p 6 3d ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Тақырыбы: Атом құрылысы
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
І Атом құрылысының теориялық негіздері
1.1 Атом
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...5
1.2. Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ – сәуле
шығару ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
1.3. Атом ядросының құрылысы. Атом ядроларының байланыс
энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .21
ІІ Атом құрылысын тарауын оқыту әдістемесі
2.1. Атом құрылымы. Элементар бөлшектер бөлімінде өтілетін
тақырыптардың сабақ
жоспары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..29
2.2. Атом құрылымы. Элементар бөлшектер бөлімі бойынша есептердің
шығарылуы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... .37
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... 43
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..44
КІРІСПЕ
Тақырыптың өзектілігі. Физика пәнін оқыту ғылыми дүниетанымды,
тұлғаның дамуын қамтамасыз етеді. Мектеп реформасын жүзеге асыру барысында,
физикалық білім беруді қоғамның соңғы он жылдықтағы уақыт талаптары мен
ғылыми жетістіктеріне лайықты, барлық мүмкіндіктерді қолдануды қажет етеді.
Адам және қоғам жөнінде барынша мол білім берумен қатар, білім
мазмұнын тұлғаға бағыттау, тұлға мүддесіне бейімдеу маңызды. Егер,
оқушылардың білімі мен шеберлігін, дағдысын жеке өмірлік жоспарларын іске
асыруға, өз денсаулықтары мен өмірін қорғауға мүмкіндік берсе, олардың
пәнге қызығушылығын арттыратыны сөзсіз.
Қазіргі таңда әрбір азамат радиоактивтілік құбылысын ядролық
энергетика, медицинадағы қолданысы бойынша тиімділік, ал қоршаған ортаға
туғызатын экологиялық залалы тиімсіздігі тұрғысынан түсінеді.
Радиоактивтілік құбылысы атом ядросындағы процестерге тәуелді
болғандықтан, орта мектептің физика курсының Атомның құрылысы. Атомдық
құбылыстар тарауында оқытылады.
Қазақстан Республикасында 2000 жылдардан бастап Физика пәнінен
алғашқы төл оқулықтарымыз қолданыла бастады. Негізгі мектепте Физика және
Астрономия пәні ретінде қалыптасты, Ядролық физика тарауы негізгі
мектептің 9-сыныбында бүгінгі күнге дейін оқытылуда. Алайда, мына төмендегі
жағдайларды ескеру қажеттілігін атаймыз.
Қазақстан Республикасында радиациялық ахуалдың жағдайы әрбір азаматты
ойландырары сөзсіз.
1. Семей, Атырауда (Азғыр), Батыс Қазақстанда (Капустин Яр, Глиц), Шығыс
Қазақстанда, Қызылордада (Байқоңыр), Ақтөбеде (Ембі) ядролық сынақтар
жасалды. Алматы, Талдықорған қалалары Қытайдың ЛобНор сынақ
айлағындағы жарылыстардан да зардап шегетіні анық.
2. АЭС-ң қатты радиоактивті қалдықтарды жоспарлы бөлуін ескерген дұрыс
деп ойлаймыз. Кеңестер Одағы кезінде алғашқы АЭС-ң бірі Қазақстанда
(Маңғыстау облысында) жасалғандығын, АЭС-ң жұмыс істеу мерзімінің
шектеулілігін ескерген жөн.
3. Қазақстан Республикасы уран өндірісі жөнінде алдыңғы қатарға шығып
отырғандығы, кейбір аймақтарда (Оңтүстік Қазақстан, Қызылорда, Жамбыл
облыстары) радиациялық деңгейдің жоғарылығы байқалады.
4. Әлем тәжірибесін ескерсек, Чернобыль АЭС-ғы, бүгінгі озық технологиялы
Жапон еліндегі Фукусима АЭС-ғы реактордың істен шығуы әрбір азаматтың
радиоактивтілік құбылысымен, оның тиімділігі мен залалы жөнінде жүйелі
білімге ие болуды қажет етеді.
Аталған жағдайларды ескерсек, өскелең ұрпақтың радиоактивтілік
құбылысы мен ядролық физика курсы бойынша берілген білім сапасы мен
қоғамдық қажеттілік арасындағы қарама-қайшылықты көрсетеді. Бұл қарама-
қайшылық, Қазақстан Республикасындағы 2009 жылы жүргізілген 15 жастағы
оқушылар білімін анықтаудың PISA-2009 Халықаралық зерттеулерінен де
байқалады. PISA-2009 Халықаралық зерттеулері 65 елді қамтыса, жаратылыстану
білімі (оның ішінде физика пәні де бар) бойынша біздің еліміз 58-орында.
Мақсаты: негізгі мектеп Физика және Астрономия пәні Атомның
құрылысы. Атомдық құбылыстар, Атом ядросы. Ядролық энергия. Элементар
бөлшектер және Әлем дамуы туралы мағлұматтар тарауының мазмұнын анықтау
мен тиімді әдістемесін жасау болып табылады.
Курстық жұмыстың мақсатына жету үшін мына төмендегі міндеттерді шешуді
қажет деп есептейміз:
• Атомның құрылысы. Атомдық құбылыстар, Атом ядросы. Ядролық энергия.
Элементар бөлшектер және Әлем дамуы туралы мағлұматтар тарауының орта
мектепте оқытылу жағдайын зерттеу;
• зерттеу нысанын оқытуды жетілдіру мақсатында Ресей Федерациясында
қолданылатын оқулықтарға ғылыми-әдістемелік талдау жасау;
І Атом құрылысының теориялық негіздері
1.1 Атом құрылысы
Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады
деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың
бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан
заттарға сан алуан атомдар сәйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан
күмән туғызады.
Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарата атомның
қасиеттерiне байланысты жаңа тәжiрибелiк деректер жинала бастады.
Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында
электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн
анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын
зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген
кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi
шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом
құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс
ғалымыД.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық
масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына
кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр
ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай.
7.1 - сурет
Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, он ың алғашқы моделiн ұсынған ғалым Дж .
Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10-
10м болатын шар. Бұл шардың бүкiл к өлемi оң зарядталған, ал терiсзаряд талған
электрондар оның iшiнде су тамшысы ның iшiнде жүзiп жүргентүйiршiктер тәрiзд
i қозғалып жүредi(7.1 сурет). Томс он моделi атомныңбiрқатар қарапайым қасие
ттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жа ғдайдақиыншылыққа тiрелетiн.
7.2 - сурет
Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiр ек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiнұсы н
ған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резе рфорд болатын. Ол өзтәжiрибелерiнде аса ш
апшаң αбөлшектер жұқа алтын фольгад аншашыраған кездегi бұрыштық таралу ын зер
ттей келе атомныңпланетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды. Резер фордты
ң бұлмоделi бойынша атомдағы оң зар ядтар Томсон моделiндегiдей бүкiлкө лемде
таралмай, керiсiнше, оның орталығын да жинақталады. Оны атомядросы деп атайды
. Ал электрондар болса Күн жүйесiнд егi планеталартәрiздi ядроны айнала қозға
лып жүредi (7.2 -
сурет). Электрондардыңмассасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей де рлiк м
ассасы ядродашоғырланған. Ядроның ө лшемi атомның өлшемiмен салыстырған дашама
мен 105 еседей кiшi.
Атом бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен
радиусы 104 -105 есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны
айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің
сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон
қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері ~ 10-8 см,
көлденең қимасының ауданы ~10-16 см2, көлемі ~10-24 см3. Борлық атом
теориясында ең қарапайым атом – сутегі атомы. Оның радиусының дәл белгілі
бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы
шамасына тең: a=0.53 * 10−8 см (дәлірек, 0.52917*10-8 см). Атомның массасы,
негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (А),
яғни протондар мен нейтрондардың жа лпы санына (нуклондардың жалпы санына)
пропорционал болып ұлғаяды. Өйткені атомдағы электронның массасы (0.91*10-
20 г) бір протонның немесе нейтронның массасынан (1.67*10-24 г) 1.840 есе
аз. Сондықтан атомның ауырлық орталығы ядроға дәлдей келеді. Атом массасы
ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес.
Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның
ішкі энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері болады. Оның ең төменгі
деңгейі атомның негізгі күйі E1 (ол ең тұрақты, шексіз ұзақ өмір сүретін
күйі), ал жоғарғы энергия деңгейлері қозған күйлер Еі (і=2, 3, ...) деп
аталады, (ол аз өмір сүреді). Қозған күйден ~10-8 сек. ішінде атом негізгі
күйге ауысып отырады. Осындай ауысу кезінде атомға осы екі деңгейінің
айырымына тең (hν=Eν–E1, мұндағы h – Планк тұрақтысы, ν – ұшып шыққан сәуле
квантының жиілігі) сырттан энергия берілуі не шығарылуы шарт. Атом
энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық
қасиетінің болуынан. Атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық
түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық
санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан
(n), атомның осындай импульс моментін анықтайтын орбиталық кванттық сан
(l), ал (l)-дың берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік
кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (ms).
Осы 4 кванттық сан мен Паули принципі атомдағы электрондардың барлық
күйлерін сипаттайды. Сонымен бірге кванттық теорияда микробөлшектердің сол
4 кванттық сан анықтайтын күйлерін толқындық функциямен (φ) өрнектейді. Ол
функцияның квадраты (φ2) бөлшектердің кеңістік нүктелерінде болу
ықтималдығын білдіреді. Кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы осы
ықтималдыққа пропорционал. Кванттық сандардың мәндеріне сәйкес атомдардағы
қабықшалар мен қабаттар рет-ретімен толтырылып отырады. Осылайша
элементтердің Менделеев кестесіндегі орны анықталады. Алдымен ең кіші n=1
қабат толтырып, онда болғаны 2 электрон ғана орналасады. Онан кейін n=2
қабат толтырылғанда ядроның заряды өсуіне сәйкес қабаттар ядроға жақындай
түседі. 1-қабат 1s қабықшадан, 2-қабат 2s, 2p қабықшалардан, 3-қабат 3s,
3p, 3d қабықшалардан, т.с.с. тұрады. Әр қабат элементтің периодын
анықтайды. Осы период элементтердің химиялық, оптикалық, электрлік,
және магниттік қасиеттерінің қайталану периоды болып табылады. Осы
периодтылық атомның ең сыртқы электрон қабықшаларының қасиетімен
анықталады. Мұндай периодтылық иондар қасиетінде де сақталады.
Атомның орбиталарында 2 не одан да көп электрондар қозғалып жүрсе,
онда мұндай күрделі атомдардағы электрондардың өзара әсерлесуін де еске алу
керек. Ол әсерлесулер тек электр статикалық ғана емес, орбиталық магниттік
моменттер мен бөлшектердің өзінің ішкі магниттік моменттері де өзара
әсерлесуі мүмкін. Мысалы, гелий атомындағы 2 электронның негізгі күйдегі
әсерлесу энергиясы 78.98 эВ.Көп электронды атомдар құрылысын зерттегенде
бұларды есепке алып отырады. Сонымен бірге әр электронның орбита бойымен
қозғалысында туатын электр магниттік өрісі мен электронның ішкі магниттік
моменттерінің әсерлесуі де қосымша байланыс энергиясын тудырады. Осының
нәтижесінде атом спектрлерінде нәзік түзілісті, ал электрон мен ядроның
магниттік моменттерінің өзара әсерлесуінен аса нәзік түзілісті көреміз.
Қазіргі замандағы кванттық электр динамикасында атом электрондарының вакуум
құрамындағы виртуалды бөлшектермен әсерлесуін де есептеп атом құрылысының
мұнан да күрделі екеніне көз жеткізуге болады.
Атом құрылысын білу көптеген физикалық және химиялық үрдістердің мәнін
түсінуге жол ашады. Атом құрылысының қарапайым моделін Резерфорд, Бор және
т.б. ғалымдар жасады. Бұл модельдер бойынша әрбір атом протон, нейтрон және
электрон бөлшектерінен тұрады. Протон мен нейтрон ядроны құрайды.
Электрондарға қарағанда ядро ауырырақ болады. Атомның аз көлемін
құрайтындығына қарамастан атомның негізгі массасы ядроға шоғырланған.
Белгілі бір заңдықтылықтарға сәйкес электрондар ядроны айналып жүреді. Ядро
екі санмен-атомның реттік нөмірімен (2) жеке массалық санмен (А)
сипатталады. Паули ұстанымы деп аталатын заңға сәйкес электронды толық
сипаттау үшін кез келген атомның электрондарын электрондық конфигурация
түрінде көрсетуге мүмкіндік беретін 4 квант сандары пайдаланылады. Сонымен
ядро заряды 2, массалық сан А және квант сандары арқылы периодтық жүйедегі
кез келген атомды сипаттауға болады. Атомдардың түрін нуклидтер деп
атайды. Реттік нөмірлерінің (2) мәндері бірдей, бірақ массалық сандары (А)
және ядродағы нейтрон сандары әртүрлі нуклидтерді изотоптар деп атайды.
Табиғаттағы көптеген элементтер негізінен изотоптар қоспасы түрінде
кездеседі.
Кейбір элементтердің изотоптары тұрақсыз: өз-өзінен ядролары ыдырап жатады.
Ондай изотоптарды радиоактивті деп атайды. Бұндай ядролардың ыдырау
процесі нәтижесінде а-немесе Р-бөлшектер, кейде ү-сәулесі бөлінеді. Бұндай
радиоактивтік ыдыраулар ешқандай сырт себепсіз өз-өзінен табиғи түрде жүріп
жатады. Бастапқы санмен салыстырғанда ядроның жартысының ыдырауы —
жартылай ыдыраудеп аталады. Кейінірек радиоактивті ыдырау тек
табиғи түрде ғана емес, атомды протон, нейтрон және а-
бөлшектермен атқылау арқылы жасанды түрде де жүргізуге болатындығы
анықталды.
Ядролық реакциялар кезінде (табиғи және жасанды өзгерістердің екеуінде де)
заряд және масса сақталу заңы сақталады, сондықтан теңдеудің сол жағындағы
заряд пен массаның жиынгығы оң жағындағы зарядпен пен массаның жиынтығына
тең болуы тиіс.
Атомның электрондық және ядролық қүрылысын білу химиялық факторларды
пайдалы жүйелеуге мүмкіндік беріп, химияны түсінуді және зерттеуді
жеңілдетеді Химиялық реакциялар кезіңде негізінен атомның сыртқы бөліпндегі
электрондар өзара әрекеттесетіндікген, химиктер үшін электрондар маңызды
бөлшектер болып саналады. Атомдардың электрондық құрылысының салдарынан
периодтық жүйедеп элементтер қатарлар мен бағаналарға орналасады. Периодтық
жүйеде жеті период, сегіз топ бар.
Сыртқы қабаттағы электрондар саны топтың нөміріне, ал электрондық қабаттар
саны периодтың номеріне сәйкес келеді. Әрбір период сілтіЛік металмен
басталып асыл газдармен аяқталады. Элементтің ең жоғарғы тотығу дәрежесі
топтың нөмірімен анықталады. Тек, фтор(-І), мыс, күміс, алтын (+1 және +2;
+1 және +2; +1 және +3) тотығу дәрежелерін көрсетіп бұл ережеге сәйкес
келмейді.
Үлкен периодтарда элементтердің белгілі бір санынан кейін: 4-ші және 5-ші
периодтарда-10 элементтен кейін, 6-шы және 7-периодтарда-24 элементтен
кейін қасиеттері қайталанып отырады. Осы құрылыс топтарды негізгі және
қосымша топшаларға бөлуге негіз болады. Негізгі топша элементтерімен
қосымша топша элементтерінің қасиеттерінде айқын айырмашылық бар. Мысалы 1
топ элементтері Li, Na К, Rb, Сs, Fr — нағыз металдар, тотығу дәрежелері+1,
ал осы топтың қосымша топшасында орналасқан Сu, Аg, Аu элементтері
электрохимиялық кернеу қатарының соңында орналасады. IV топтан бастап
негізгі топша элементтерЗ ЭН4,ЭН3, ЭН2, ЭН құрамды үшқыш сутекті қосылыстар
түзеді. Үлкен периодтардағы химиялық элементтердің
қасиеттерінің металдықтан бейметалдыққа ауысуы өте баяу жүретіндіктерден
период аяғындағы бейметалл элемештер аз болады. Мысалы, 4-периодта -мышьяк,
селен, бром, ал 5-периодта теллур, йод. 6-шы периодтағы лантаннан кейінп
(2=57) 58-71 арасындағы 14 элемент қасиеттері жағынан лантанға үқсас
болғандықтан лантаноидтар деп аталады. Бұлар химиялық қосылыстарында +3
тотығу дәрежесін көрсететін күміс тәріздес ақ түсті металдар, сумен
2Э+6Н20=2Э(ОН)з +ЗН2 сызбанұсқасы бойынша әрекеттеседі 7-ші периодта
актинийден кейін (2=89) орналасқан 90-103-ші реттік нөмірлі 14 элемент —
актиноидтар деп аталады.
Ядро зарядының өсуіне қарай химиялық элементтердің қасиеттерінің периодты
түрде өзгеруі олардың электровдық қабаттарының құрылысына тікелей
байланысты болады, себебі соңғы қабаттағы элетрондардың энергия запасы
жоғары болғандықтан химиялық байланыс түзуге қатысады.
Бұдан шығатын қорытынды: элементтердің қасиеттерінің периоды қайталануының
себебі: атомдардың электрондық конфигурацияларының периодты түрде
қайталануында екен. Бірақ, элементтердің қасиеттерінің периодты қайталануы
сыртқы энергетикалық деңгейдің құрылысымен де байланысты (сі-және Г-
элементтерде сыртқы қабаттың астындағы 2-ші және 3-ші деңгейлерінде
болады.)
Период бойынша сілтілік металдан галогенге қарай атом радиусы кішірейсе,
топ бойынша жоғарыдан төмен қарай атом радиусы ұлғаяды. Мысалы, литий
атомының радиусы 0,158 нм болса, натрийдікі-0,171 нм. Әрбір топ ішінде
жоғарыдан төмен қарай элементтің иондану потенциалы кішірейсе, период
бойынша солдан оңға қарай үлкейеді. Мысалы, литийдің иондану потенциалы
632, цезийдікі-376, ал неондікі — 2064кДжмоль.
№1. Фотоэффектінің ұзын толқынды (қызыл) шекарасы калий үшін 0,6 мкм-
ге тең. Электронның шығу жұмысын джоульмен анықтаңдар.
№2. Егер электронның шығу жұмысы 2 эВ-қа тең болса, калий үшін
фотоэффектінің қызыл шекарасы қандай болады?
№3.Металды толқын ұзындығы λ жарықпен сәулелендірген кездегі
фотоэлектронның υ жылдамдығын және кинетикалық Е энергиясын табыңдар.
№4. Сәулелердің толқын ұзындығы 500 нм болса, фотон энергиясы
(h=6.63*10-34Дж*с)
№5. Көздің талмай қабылдайтын қуаты 2*10-9Вт. Толқын ұзындығы 0,5 мкм
жарықты қабылдайды. 1с ішінде көз торына түсетін фотон саны
№6. Қызыл жарықтың ауадағы толқын ұзындығы 775 нм. Толқын жиілігін
анықтаңыз (с=мс)
№7. Вакуумдық диодтағы кернеу 45,5 В. Диодтың катодынан ұшып шыққан
электронның анодқа соғылу жылдамдығы (кг, Кл)
№8. Фотоэффектіні түсіндіру үшін толқын ұзындығы сәуле
порциясына берілетін энергия:
№9. Электронның цезий бетінен шығу жұмысы 1,6*10-19 Дж. Цезий бетіне
толқын ұзындығы 450 нм болатын сәуле түссе, фотоэффект байқала ма?
№10. Рентген түтікшесі 50 кВ кернеумен жұмыс істейді. Сәуле шығарудың
минимал толқын ұзындығы (Дж; e=Кл):
№11. Электрон үдетуші өрісте потенциалы 200 В нүктеден потенциалы 300
В нүктеге орын ауыстырады. Бастапқы жылдамдығы нөлге тең болса, электронның
соңғы алған жылдамдығын анықтаңыз (Кл; кг):
№12. Өзіне келген әр түрлі жиіліктегі сәулелердің энергиясын толық
жұтып алатын денені қалай атаймыз?
№13. Квант энергиясы электронның тыныштық энергиясына тең
электромагниттік сәуле шығарудың толқын ұзындығы
(h=6.62*10Дж*с, кг)
№14. Радиостанция 2 МГц жиілікпен жұмыс жасайды. Станция шығара алатын
толқын ұзындығы (с = 3·108 мс)
№15. Ұзындығы , жылдамдығымен таралатын толқын жиілігін
анықтайтын формула
№16. Егер рентген сәулелерінің максимал жиілігі болса, рентген
түтігінің катоды мен аноды арасындағы потенциалдар айырмасы.
№17. Фотон энергиясы 2эВ сәуленің толқын ұзындығын табыңыз.
№18.Толқын ұзындығы 400 нм-ге сәйкес квант энергиясы неге тең?
(h=6.63*10 Дж*с, с=3*10 мс)
№19. Жарықтың ауадағы толқын ұзындығы 650 нм. Толқын жиілігін
анықтаңыз.
№20. Вакуумдық диодтағы кернеу 5,5 В. Диодтың катодынан ұшып шыққан
электронның анодқа соғылу жылдамдығы (кг, Кл)
№21. Қуаты 100 Вт жарық көзі 1 секунтта 5*1020 фотон шығарады. Сәуле
шығарудың орташа толқын ұзындығын табыңдар.
№22. Егер А спектрлік класына жататын жұлдыз атмосферасының
температурасы Т 20 000 К болса, оның энергетикалық жарқырауын (сәуле шығару
қабілетін ) анықтау керек.
№23. Фотоэффектінің ұзын толқынды (қызыл) шекарасы калий үшін 0,6 мкм-
ге тең. Электронның шығу жұмысын джоульмен анықтаңдар.
№24. Эвдиометрде 24 мл сутек пен 15 мл оттектен тұратын қоспа
қопарылыс бергенде су түзілген. Қопарылыстан кейін қоспада қандай газ
қалған, оның көлемі мен массасы қандай?
№25. 26Fe, 14Sі, 31Ga Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№26. 32 г мыс оттекпен әректтескенде 155 кДж жылу бөлінеген.
Осы реакцияның термохимиялық теңдеуін құрыңдар.
№27. 29 Cu, 46 Pd, 15 P Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№28. Зат мөлшері 0,3 моль, 3моль, 30 моль болатын хлорсутекте
қанша молекула бар?
№29. 21 Sc, 33 As, 11 Na Атомдарының электрондық және графиктік
формулаларын жазыңдар.
№30. Ядросында 7 протон мен 8 нейтрон бар бейтарап атомның электрондық
қабықшасында қанша электрон бар. (7 электрон)
№31.Протонның , нейтронның, электронның массалық саны мен заряд саны
№32. Жарықтың екіжақтылығы (толқындық-корпускулалық)
№33. Планк тұрақтысы (Дж*с) және (Эв*с) шамасы бойынша (Һ=6,62*10 -34
Дж*с), (Һ=4,136*10 -15 эВ*с)
№34. Ультракүлгін гамма, рентген, инфрақызыл сәулелерінің қайсысының
жиілігі жоғары (гамма сәуле) Толқын ұзындығы үлкені (инфрақызыл,
ультракүлгін, рентген, гамма)
№35. Электрон массасы қаншаға тең (m е =9,1*10 31 кг)
№36. Ваккумдағы электромагниттік сәулелердің тарлау жылдамдығы (с=3*10 8
мс)
№37. Электрон сутегі атомының бірінші энергетикалық деңгейінен екіншісіне
ауысқанда жиілігі 4,57*1014Гц сәуле шығады. Сонда атомның энергиясы қаншаға
өзгереді?
№38. Сутегі атомы энергиясы Е1=1,7 эВ тұрақты күйден энергиясы Е2=6,8 эВ
күйге өткенде оның атомы шығаратын жарықтың толқын ұзындығын анықтаңдар.
№39.Толқын ұзындығы 5*10-7 м-ге тең жарық квантының энергиясын есептеңдер?
№40.Цезийдің бетінен ақ жарық түсіп тұр. Егер түскен жарықтың жиілігі
5*1014Гц болса, фотоэффект байқала ма? Цезийдің электронының шығу жұмысы
3,04*1019Дж.
№41. Мынадай элемент атомдарының ядро зарядын анықтаңдар:Ca, Fe, Si, Mn
№42. Реттік нөмірлері берілген элементтердің пеиодын,қатарын,тобын
анықтаңдар.
І топ: 7,12 ІІ топ: 17,23 ІІІ топ: 30,35.41
№43. Мына элементтерді металдық қасиетінің өсуі бойынша орналастырыңдар:
бор,бериллий,көміртек,литий С В Ве Lі
№44. Берілген элементтердің қайсысында айқын бейметалдық қасиет басым:
фосфор,алюминий, кремний, күкірт, фтор, хлор
Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi
Атомның ядролық моделi α-
бөлшектердiң жұқа алтын фольгаданша шырауын дұрыс түсiндiргенiмен екiнш i жағы
нан басқа қиындыққажолықты. Оның мә нiсi мынада болатын. Классикалық эл ектрод
инамиказаңдары тұрғысынан атомның п ланетарлық моделi тәрiздес жүйелеро рнықты
болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала үдей қозғалатынболға ндықта
н өзiнен электромагниттiк сәуле шығ аруы тиiс. Ал бұлай сәулешашу оның энерги
ясын кемiтедi де соның салдарынан э лектронның айналурадиусы бiрте-
бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құла п түсуi тиiс болатын. Бiрақтәжiрибе бұған
мүлдем керi нәтиже бередi. Атом ор нықты жүйе және олқозбаған күйде бо лса өз
iнен ешқандай да сәуле шығармайды.
Теория мен тәжiрибенiң арасындағы о сындай қарама-
қайшылықты шешужолында ғалымдарға б iраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағ ыттағы
зерттеулербарысында алғашқы елерлi ктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор ж еттi.
Олклассикалық физиканың атомдық жүй еге қатысты барлық көзқарастарынқай та қар
ай келiп, оның атомдарға қатысты жа ңа тәжiрибелiк деректердiтүсiндiруд е дәрм
енсiз екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физикаұғымдарының ауқы мынан
тысқары шығу қажет болатын. Нильс Б ор 1913жылы солай жасады да, ол ато мның ж
арықты шығаруы мен жұтуыжөнiндегi ө зiнiң түсiнiгiн мынадай екi постула т түрi
нде тұжырымдады :
1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр
күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей
қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.
2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi
стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған
сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады
hv=En- Em
Мұндағы En және En осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h – Планк
тұрақтысы.
Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп,
сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.
Франк және Герцтiң тәжiрибелерi
Сутегi атомы үшiн есептелген спектрлердiң тәжiрибе нәтижесiмен сәйкес
келуi Бор теориясының үлкен табысы едi. Бiрақ бұл әлi де стационар
күйлердiң болатындығының, атом энергиясының квантталатынының айқын дәлелi
емес-тiн. Атомның энергетикалық күйiнiң дискреттi болатынын алғаш рет
дәлелдеген тәжiрибе – Дж.Франк және Г.Герц тәжiрибесi. 1913 жылы орындалған
бұл тәжiрибеде электрондардың сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын.
Шығару және жұтылу спектрлерi. Спектр түрлерi. Спектр аппараты
Интерференция, дифракция және дисперсия тәрiздi құбылыстар кезiнде ақ
жарықтың бiрнеше түске жiктелетiнi тәжiрибеден белгiлi. Дисперсия құбылысын
пайдалана отырып, Ньютонның ақ жарықты жiктегенiн бiлемiз. Тәжiрибе жалпы
спектрлердi мынадай бiрнеше топқа бөлуге болатынын көреттi : тұтас спектр,
сызықтық сектр жiне жолақты спектрлер.
Тұтас спектрдi қатты дене, сұйық және сығылған газды жоғарғы
температураға дейiн қыздырған кезде бередi. Тұтас спектр шартты түрде жетi
түске бөлiнедi : қызыл, оранж, сары, жасыл, көгiлдiр, көк және күлгiн. Бұл
түстердiң арасында айқын шекара жоқ. Бiр түс екiншi түске бiрте-бiрте
өтедi. Спектрдiң тұтас болуы оның құрамында барлық толқын ұзындығындағы
жарықтың бар екенiн көрсетедi. Бұлай болуының басты себебi жарық шығарып
тұрған атомдар бiр бiрiмен күштi байланыста. Осы күштi байланыстың
салдарынан әрбiр атом шығарған монохроматты жарықтар ұйытқып, бiр-бiрiмен
тұтасып кетедi.
Сиретiлген газды жоғарғы температураға дейiн қыздырып, спектроскоп
арқылы қарасақ жiңiшке сызықтардан тұратын спектрдi байқаймыз. Мұндай
сызықтық спектрдiң байқалуы жарық шығарып тұрған зат осы сызықтарға сәйкес
келетiн жиiлiктегi ғана жарықты шығарып тұрғанының дәлелi. Бұл спектрлердi
газдың жекелеген атомдары шығарады. Газ жақсы сиретiлген болғандықтан оаның
атомдары бiр-бiрiмен әсерлеспейдi десе де болады. Ал мұндай сызықтық
спектрдiң болуы және бұл сызықтарға сәйкес келетiн жиiлiктiң мәнi Бордың
теориясынан анықталады.
Егер жарық шығарып тұрған газдың тығыздығын бiрте-бiрте арттыратын
болсақ, онда спектр сызықтарының енi бiрте-бiрте артып, тұтасып кетедi.
Тағы бiр байқалатын спектрдiң түрi жолақ спектрлер. Олар аралары бiр
бiрiнен бөлiнген енi едәуiр үлкен жолақтардан тұрады. Ажыратқыштық қабiлетi
жоғары спектроскоптың көмегiмен жеке жолақтарды бажайлап қарайтын болсақ,
олардың өте тығыз орналасқан жеке сызықтардың жиынтығы екенiне көз
жеткiзуге болады. Сызықтық спектрлердi жеке атомдар беретiн болса, жолақ
спектрлердi бiр-бiрiмен байланыспаған немесе әлсiз байланысқан молекулалар
туғызады.
Осы кезге дейiнгi қарастырғанымыз ж арықтың шығару спектрлерi. Жарықты а
томдар тек белгiлi жиiлiкте шығарып қана қоймайды,сонымен қатар осында й жиiл
iктерде жұтады да. Мысалы ақ жарықт ытемпературасы төмен, өзiнен жарық шығары
п тұрмаған газ арқылыжiберетiн болс ақ, жарықтың үздiксiз спектрiнiң бе тiнде
қара сызықтарпайда болады. Бұл жұтылу спектрлерi
Сызықтық спектр оны шығарып тұрған атомның құрлысымен тiкелейбайланыст ы. Ал
әрбiр заттың атомы бiр-
бiрiнен ерекше, олай болса әрбiрзат тың беретiн спектрi де ерекше. Бұл белгiс
iз заттың спектрiн зерттейотырып, о ның химиялық құрамын анықтауға мүмк iндiк
бередi. Бұл әдiстiспектрлiк сарапта у деп атайды.
Жарықтың кванттық көздерi. Лазерлер
ХХ ғасырдың екiншi жартысындағы физ иканың iрi табыстарының бiрiоптикал ы
қ кванттық генератор, немесе басқаш а айтқанда лазердiңойлап табылуы.
"Лазер" деген сөз ағылшынның "Light Amplificatoin by Stimulated Emission of
Radiation" деген сөйлемiнiң алғашқы әрiптерiненалынған (LASER). Бұл "м әжбүрл
енген сәуле шашудың көмегiмен жарық тыкүшейту" дегендi бiлдiредi. Мәжбү рленге
н сәуле шығару үрдiсi лазелердiңфиз икалық негiзi болып табылады.
Атомдардағы электрондардың бiр деңг ейден екiншi деңгейге еркiн өткенке з
дегi сәуле шығаруын өз еркiмен неме се спонтанды сәуле шығару депатайды . Атом
дар бұл жағдайда сәуленi бiр-
бiрiнен тәуелсiз шығаратынболғандық тан ол сәуле толқындары когеренттi болмай
ды.
1916 жылы А.Эйнштейн, атом электрон дарының жоғарғы деңгейден төменгiде ң
гейге өте отырып өзiнен сәуле шығар уы бұл атомға сырттан әсер ететiнэл ектром
агниттiк өрiстiң әсерiнен де болу м үмкiндiгiн болжады. Мұндайсәуле шығ аруды
мәжбүрленген немесе индуцирленген с әуле шығару депатайды.
Егер сыртқы өрiстiң жиiлiгi қозған атомның өзiндiк жиiлiгiмен сәйкес к е
лсе,онда резонанстық эффекттiң салд арынан мәжбүрленген сәуле шығарудың ықтима
лдылығы күрт өседi. Яғни, жиiлiгi қ озған атомның өзiндiкжиiлiгiмен дәл келет
iн фотон осы атомның электронымен ә серлескен кездеол атом қозған күйде н төме
нгi энергетикалық күйге өтедi де бi р фотонныңқасында жиiлiгi тура сонд ай екi
ншi фотон пайда болады. Бұл үрдiс б ұдан әрiбасқа атомдармен де қайтала нып та
сқынды түрде өтедi де жарық күрткүш ейедi. Бұл жөнiнде мына жерден қарап
көруге болады.
7.5 - сурет
Әдетте жарық зат арқылы өткен кезде заттағы негiзгi күйде тұрған атомд а
ржарықты жұтады да, қозған атомдар өзiнен мәжбүрленген сәуле шығарады. Сондық
тан жарық зат арқылы өткен кезде кү шею үшiн заттағы атомдардыңтең жарт ысынан
көбi қозған күйде болуы тиiс. Затт ардың мұндай күйi
-деңгейлерi инверсиялы қоныстанған күй деп аталады (inversio
– латыншатөңкерiлген деген ұғымды бiлдiредi). Атомдар әдетте қозған күйде
өте аз, 10-9 – 10-
7 с уақыт ғана болатындықтан деңгей лерi инверсиялы қоныстанғанкүйлердi алу о
ңай шаруа емес. Бiрақ кейбiр атомда рдың қозған күйде ұзақ,шамамен 10-
3 с бола алатын күйлерi болады. Онд ай күйлердiметатұрақты күйлер деп а тайды.
Осындай метатұрақты күйлерi барзат тарды жарықты күшейтуге қолданады. Алғашқ
ы лазерлер ретiндерубиннiң кристалл дары пайдаланылды. Ондағы атомдарды қозды
ру үшiнрубин бiлiктi сыртынан импул ьстi түрде жұмыс iстейтiн, спираль шаммен
орады. Шам жарқ етiп жанған кездегi шыққан энергияны рубин атомдарыжұт ып, ме
татұрақты күйлерге өтедi. Атомдарды бұлай қоздыру олардыүрлеу деп атал ады. Б
үкiл қозған атомдардың сәуле шығару ы бар болғаны10-8 – 10-
10 с уақытқа созылады. Осы кездегi жарық сәулесiнiң қуаты өтеүлкен 109 Вт-
қа дейiн жетуi мүмкiн. Бұл үлкен эл ектростанциялардыңқуатынан да үлкен .
Лазер сәулесiнiң негiзгi қасиеттерi оның аса жоғарғы монохроматтылығы, ш
ашырамайтын сәуле түрiнде алу мүмкi ндiгi және аса қуаттылығы.
Бүгiнгi күнде кристаллдардағы лазер ден өзгеше, газдағы жәнесұйықтардағ ы
(бояғыштардағы) лазерлер жасалған. Бояғыштағылазерлердiң ерекшелiгi, оларды
ң шығаратын сәулелерiнiң жиiлiгiн к еңауқымда өзгертудiң мүмкiндiгi бар .
Лазерлер бүгiнгi күнде сан алуан са лада қолданылады. Олар заттарды
өңдеу, медицина және голография. Монохроматты когеренттi лазерлiк сәуленiң
көмегiмен волоконды оптикада кабельдiк, телефондық және теледидарлық
байланысты жүзеге асыруға болады. Тасымалдаушы жиiлiктiң аса жоғары (1013 –
1014 Гц) болуы бiр жарыққұбыры арқылы миллиардқа дейiнгi музыкалық хабарды
немесе миллионға дейiнгi телехабарды бiрмезгiлде тасымалдауға мүмкiндiк
бередi.
Бұл күндерi лазерлiк термоядролық синтездi жүзеге асыру мүмкiндiктерi
зерттелуде.
Зарядталған бөлшектердi бақылау мен тiркеудiң әдiстерi
Бөлшектердiң қасиеттерiн қарастырғанда олардың бiр-бiрiмен әсерлесу
сипатын бiлудiң және осы әсерлесу кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн
т.с.с. зерттеудiң маңызы зор. Ол үшiн бiз оларды тiркеп, әрi бақылай
бiлуiмiз қажет. Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен
бастап-ақ бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың әдiстерi де қалыптаса бастады.
Бұл бағыттағы алғашқы қолданылған әдiстiң бiрiфотоэмульсия әдiсi.
Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық сәулелердiң фотопластинкаға әсерi
негiзiнде кездейсоқ ашылған болатын. Бұл әдiс күнi бүгiнге дейiн элементар
бөлшектер физикасында, ғарыштық сәулелердi зерттеуде кеңiнен қолданылады.
Әдiстiң мәнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты
арқылы өткен кезде өзi өткен траекторияның бойында көрiнбейтiн iз қалдырады
да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын траектория түрiнде көрiнедi.
Қалдырған iздiң қалыңдығы және ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын және
энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.
7.6 - сурет
Тәжiрибелiк ядролық физиканың тамаш а құралдарының бiр – Вильсонкамерас ы
. Оның жұмыс iстеу принципi мынадай : Қақпағы әйнектенжасалған цилиндр тектес
ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қан ыққан ауабар. Егер поршендi тез қоз ғап, ц
илиндрдiң көлемiн кенет ұлғайтсақ,а диабаталық үрдiстiң салдарынан онда ғы ауа
мен бу салқындайды да асақаныққан күйге өтедi. Егер дәл осы мезетте к амера
арқылы зарядталғанбөлшек өтсе, оның қозғалысының бойындағы аса қаныққа н бу б
өлшектерiконденсацияланып, ұсақ там шылар пайда болады. Ол тамшыларды т рек де
патайды. Осы сәтте бүкiл камераны ж арқ еткен жарықпен сәулелендiрсек,б ұл тре
ктер суреттiң қара фонындағы ақ жол ақтар түрiнде көрiнедi (7.6-
сурет). Дәл өлшеулер жүргiзу үшiн ә детте Вильсон камерасын тұрақтымагн ит өрi
сiне орналастырады. Онда бұл өрiстi ң салдарынан қозғалып баражатқан за рядтал
ған бөлшектердiң траекториясы қисая ды. Сыртқы магнитөрiсiнiң индукцияс ы белг
iлi болған жағдайда бөлшек траектор иясыныңқисықтық радиусын өлшеу арқы лы оны
ң массасы мен зарядын жәнеэнергиясы н анықтаудың мүмкiндiгi бар.
7.7 - сурет
Зарядталған бөлшектердi бақылауға м үмкiндiк беретiн тағы бiр құрал –кө п
iршiктi камера. Көпiршiктi камераны температурадасы өзiнiң қайнаутемпе ратура
сына өте жақын тұрған сұйықпен толт ырады. Мұндай сұйықретiнде әдетте с ұйылты
лған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қ олданады. Камераарқылы зарядталған бөлшек
өткен кезде ол өткен жолдың бойынд ағы сұйықбөлшектерiнiң температурас ы кене
т артып, қайнайды да бу көпiршiктер iпайда болады. Ал оны жоғарыдағы Ви льсон
камерасындағыдай жолменсуретке түсi рiп алуға болады (7.7-
сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйық тыңтығыздығы Вильсон камерасындағы газдың
тығыздығынан әлде қайдаартық болға ндықтан мұнда аса дәл өлшеулер жүрг iзудiң
мүмкiндiгi бар.
7.8 - сурет
Шапшаң зарядталған бөлшектер мен γ- кванттарды тiркеуде Гейгер-
Мюллересептегiштерi қолданылады (7. 8-
сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы(шам амен 0,1 атм) газ қоспасымен, мысал ы арго
н мен метил спиртiнiңбуының қоспасы мен толтырылған цилиндр трубкадан т ұрады.
Цилиндрдiңортасында одан изолятор арқылы оқшауланған жiңiшке сым бар. Бұлжi
ңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң ко рпусы катодтың ролiн атқарады.Анод пен ка
тодтың арасына аса жоғары кернеу бе рiлген. Есептегiштiңжұмыс көлемi ар қылы з
арядталған бөлшек өткен кезде ол өз жолындағы газбөлшектерiн иондайды да, па
йда болған электрон мен оң ион жоға рғыкернеудiң салдарынан туындылаған өрiст
iң әсерiнен сәйкес анод пенкатодқа қарата үдей қозғалады. Бұл бөлшекте р өз к
езегiнде жолындакездескен газдың ба сқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс
тасқындысипат алады. Иондалған бөлш ектер тасқыны анод пен катодқа келi пжетке
нда тiзбек өте аз уақытқа тұйықтала ды да, бөлшек тiркеледi.
7.9 - сурет
Ядролық сәуле шашудың кез-
келген түрiн тiркеу үшiн иондаушы к амераларқолданылады (7.9-
сурет). Иондаушы камераның жұмыс iс теу принципiГейгер-
Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда теканод пе н като
дтың арасына берiлетiн кернеудiң ша масы аса үлкен емес.Сондықтан тiзбе кте па
йда болатын токтың шамасы аса аз. О ны арнайыкүшейткiштердiң көмегiмен өлшеп,
иондаушы бөлшектердiң қарқыныжөнiн де баға беруге болады.
1.2 Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ – сәуле шығару
Құрамындағы протондар мен нейтронда рдың саны әртүрлi болғаныменолардың
қосындысы, яғни нуклондардың саны б iрдей болатын ядроларизобаралар деп атала
ды. Мысалы нуклондарының саны 10-
ға тең болатынизобаралар мыналар : , және . Тәжiрибе, негiзiн
ен бiр массалықсанға сәйкес келетiн бiрнеше изобарлардың тек бiреуi ға на орн
ықтыболатынын көрсетедi. Мысалы жоғ арыдағы изобарлардың iшiнен тек ған а
орнықты. Атом ядросының орнықтылығ ын анықтайтын принципмынау : ядро о рнықты
болу үшiн оның энергиясы осы ядро өз еркiншеөзгере алатын басқа барлы қ ядро
лардың энергиясынан аз болуы тиiс.
Изобарлардың энергиясының әртүрлi б олуы протон мен нейтронныңмассалары н
ың әртүрлi болуымен және протонның электр заряды болуыментүсiндiрiледi . Мұнд
ай энергиясы жоғары орнықсыз ядро ө зiндегi артықэнергиядан басқа орнық ты ядр
оларға ыдырау арқылы немесе өз заря дын бiрбiрлiкке өзгерту арқылы құты лады.
Орнықсыз ядролардың осылай өзбетiнш е басқа ядроға өзгеруi радиоактивтi лiк де
п аталады. Табиғаттакездесетiн изот оптардың радиоактивтiлiгi табиғи ра диоакт
ивтiлiк депаталады. Ал зертханада я дролық реакцияның көмегiмен алынған изотоп
тардың радиоактивтiлiгiн жасанды ра диоактивтiлiк деп атайды.Радиоактив тiлiкт
i табиғи және жасанды деп бөлу тек шартты түрде,олардың бiр-
бiрiнен принципиальдi айырмашылығы жоқ. Мұндайтүрленулердiң мысалы α-
ыдырау және β-ыдырау болып табылады .
Альфа-ыдырау деп берiлген ядроның ө з еркiмен альфа-бөлшекке және ядро-
қалдыққа мына түрдегi түрленуiн айт ады
Альфа-ыдырау кезiнде ыдырайтын (аналық) ядроның заряды екiге, ал
массалық саны төртке кемидi. Тәжiрибе Zi82 болатын барлық ядролардың альфа-
радиоактивтi екенiн көрсетедi. Мұның бiр мысалы ядросы. Бұл ядроның
альфа ыдырауының нәтижесiнде альфа бөлшектi және торий ядросының изотопын
аламыз
Бұл ыдыраудың нәтижесiнде альфа-бөлшектiң кинетикалық энергиясы 4,18
МэВ, ал сәйкес торий изотопының кинетикалық энергиясы 0,07 МэВ болады.
Альфа-ыдыраудың механизмiн классикалық физика түсiндiре алмайды.
Классикалық көзқарас тұрғысынан альфа-бөлшек ядродан бөлiнiп шығу үшiн
ядролық тартылыс күшiне қарсы жұмыс жасауы қажет. Ал бiрақ шындығында
мұндай жұмыс жасалынбайды. Бұлай болуының себебi кванттық механикадағы
бөлшектiң толқындық қасиетiмен байланысқан туннельдiк құбылыс арқылы
түсiндiрiледi.
Бета-ыдыраудың үш түрiн ажыратады. Олар электрондық, позитрондық және
К-қармау бета-ыдыраулары. Электрондық бета-ыдырау кезiнде ядро өз бетiнше
зарядын бiр бiрлiкке арттыра отырып өзiнен электронды ұшырып шығарады. Бұл
құбылыстың негiзiнде протон мен нейтронның бiр-бiрiне айнала алатын қасиетi
жатыр. Бос нейтронның массасы бос протон мен электронның массаларының
қосындысынан үлкен. Сондықтан энергетикалық тұрғыдан мұндай ыдырау тиым
салынбаған. Тәжiрибе нәтижелерiн терең талдау бұл ыдырау кезiнде протон мен
электронмен қатар заряды мен массалық саны нөлге тең тағы бiр бөлшек
бөлiнетiнiн көреттi. Э.Фермидiң ұсынысы бойынша нейтрино деп аталған бұл
бөлшектi 1956 жылы тәжiрибеден байқады. Сонымен нейтронның ыдырау реакциясы
мұндағы - электрондық антинейтрино.
Ядроның байланыс энергиясының болуынан ядро құрамындағы протондар мен
нейтрондардың массасы бұл бөлшектiң бос күйiндегi массасынан негiзiнен аз
екенi шығады. Осы себептен де ядро құрамындағы барлық нейтрондар бiрдей
бета-ыдырауға түсiп кетпейдi. Тек энергиясы жоғары кейбiр ядроларда ғана
мұндай түрлену энергетикалық тұрғыдан мүмкiн болады. Мұндай ядроларды бета-
радиоактивтi ядролар деп атайды. Бета-ыдырау кезiнде ядродағы нуклондардың
саны өзгермей қалатын болғандықтан ядроның массалық саны өзгерiссiз қалады.
Массасы нейтронның массасынан аз болғандықтан бос протон орнықты.
Бiрақядродағы протонның массасы кванттық механиканың анықталмағандық
принципiне сәйкес кейбiр сәтте нейтронның массасынан артық болып кетуi де
мүмкiн. Бұл жағдайда мына түрде
позитрондық бета-ыдырау жүзеге асады.
Ал К-қармау немесе электрондық қармау кезiнде атомның К-қабатындағы
электронның бiрi ядроға жұтылады.
Ал γ - сәуле шығару радиоактивтiлiктiң дербес түрi болып табылмайды.
Әдетте γ - сәуле шығару альфа- және бета-ыдыраумен қатар жүредi.Бұл
ыдыраулардың нәтижесiнде алынған еншiлес ядро әдетте қозған күйде болады.
Ал ол қозған күйден негiзгi күйiне өткен кезде қозған күйден негiзгi күйге
өткен том тәрiздi өзiнен γ - сәуле шығарады. Бiрақ бұл γ-кванттардың
энергиясы атом шығаратын γ-кванттардың энергиясынан әлде қайда үлкен
болады.
Радиоактивтiлiк ыдырау заңы. Ығысу ережесi
Радиоактивтi ыдырау заңы деп радиоактивтi ядролардың санының уақыт
бойынша өзгеру заңдылығын айтады. Бұл заңды оңай анықтауға болады.
Шындығында, егер қандай да бiр уақыт мезетiнде радиоактивтi ядролардың
саны N болса онда dt уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны dNмынаған
тең болады
dN=-λN·dt
мұндағы минус таңбасы dN – дi ыдырамаған ядролардың өсiмшесi ретiнде
қарастырумен байланысты. Ал λ, радиоактивтi ядроның бiрлiк уақыт аралығында
ыдырау ықтималдылығы. Оны әдетте ыдырау тұрақтысы деп атайды. Бұл өрнектi
интегралдай отырып
lnN =-λt + const
аламыз. Бастапқы t=0 уақыт мезетiндегi ыдырамаған радиоактивтi
ядролардың санын N0 деп белгiлей отырып, const = lnN0 екенiн аламыз. Онда
N =N0 e-λt
Мiне, осы өрнек радиоактивтi ыдырау заңы болып табылады (7.10 -
сурет).
Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ыдырайтын уақытты
жартылайыдырау периоды деп атап, Т12 әрiпiмен белгiлейдi. Онда бұл
анықтамадан
ал бұдан
7.10 - сурет
Бүгiнгi күнге дейiнгi белгiлi радио активтi ядролардың жартылайыдыраупе р
иоды 3·10-7 с-тан 5·1015 жылға дейi нгi аралықтағы мәнге ие.
Радиоактивтi заттың активтiлiгi деп бiрлiк уақыт аралығында болатыныды р
аудың санын айтады, яғни
Бұл жерден активтiлiктiң радиоактит i ядролардың санына пропорционал, а л
жартылайыдраудың периодына керi про порционал екенi көрiнiп тұр.
Активтiлiктiң халықаралық бiрлiктер жүйесiндегi бiрлiгi беккерель (Бк) .
Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау жасайтын радиоактивтi заттыңактивт iлiгi
алынған. Нақтылы өмiрде активтiлiкт iң кюри (Ки) деп аталатынбiрлiгi жи i қолд
анылады. Кюри ретiнде 1 с аралығынд а 3,7·1010 ыдыраужасайтын радиоакив тi зат
тың активтiлiгi алынған.
1.3. Атом ядросының құрылысы. Атом ядроларының байланыс энергиясы
Кез-келген химиялық элементтiң атомының ядросы оң зарядталған
протоннан және заряды жоқ нейтроннан тұрады. Протонның заряды абсолют
шамасы жағынан электронның зарядына тең. Протон мен нейтрон нуклон деп
аталатын ядролық бөлшектiң әртүрлi зарядтық күйi болып табылады. Ядродағы
протондардың саны Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң
атомдық нөмiрiмен сәйкес. Ядродағы нейтрондадың саны N деп белгiленедi. 11Н
және 32Не ядроларынан басқа барлық ядролар үшiн N≥Z. Менделеевтың периодтық
таблицасының бiрiншi жартысында тұрған жеңiл элементтер үшiн N≈Z, ал екiншi
жартысындағы элементтерде нейтронның саны артықтау N≈1,6·Z.
Ядроның массалық саны деп A=N+Z болатын нуклондардың жалпы санын
айтады. Ядроны әдетте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарының саны
бiрдей, ал массалық саны әртұрлi ядроларды изотоптар деп атайды.
Изотоптардағы протонның саны бiрдей болады да, нейтронның саны әртүрлi
болады. Мысалы сутегiнiң изотоптары: , (немесе -дейтерий), (немесе -
тритий); гелийдiң изотоптары: , ; уранның изотоптары: , . Бүгiнгi күнi
барлық химиялық элементтердiң үшжүзге жақын орнықты, ал екi мыңға жақын
орнықсыз (радиоактивтi) изотоптары белгiлi.
Электронның массасы протонның массасынан 1836 есе кiшi болғандықтан
ядроның массасы атомның массасымен бiрдей десе де болады. Элементар
бөлшектердiң массасын әдетте массаның атомдық бiрлiгi (м.а.б) деп аталатын
жүйеден тыс бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң изотопының
массасының 112 бөлiгi алынған.
Ядро сонымен қатар өзiндiк қозғалыс мөлшерi моментiмен - спинiмен
сипатталады. Ядроның спинi нуклондардың спиндерi арқылы анықталады. Әрбiр
нуклонның спинi ħ2-ге тең. Жұп нуклоннан тұратын ядроның спинi
(ħ бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге тең. Ал тақ нуклоннан тұратын
ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) жартылай бүтiн санға тең.
Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың
толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде
анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан
ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын әдетте мынадай
эмпириялық өрнекпен анықтайды
R=R0A13 мұндағы R0 =(1,3 - 1,7)·10-15 м
Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық
тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар қоғасынның
ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньтонға жетедi. Бiрақ ядро
бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен
нетрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн
көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында
әсерлесудi пәрмендi әсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пәрмендi
әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды
ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады.
Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ететiн күштер болып табылады. Ол
10-15 м-ге дейiнгi аралықта әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп
кетедi.
Масс-спектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын
өлшеу кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос
жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн
көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар
мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның
энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын
бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау
керек. Мұндай энергияны DЕбай ядроның байланыс энергиясы деп атайды.
ΔEбай =Zmp c2 +Nmn c2 -mя с2 =Δmc2
мұндағы Δm=Zmp+Nmn-mямассалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға
келетiн орташа байланыс энергиясын Δεбай деп белгiлеп, ядроның меншiктi
байланыс энергиясы деп атайды.
Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны
қоршаған электрондық бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында
жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасетiн зертеу мәселесi
туды. Атом ядросының негiзгi сипаттамасының бiрi оның заряды. Ядроның
зарядын өлшеу оның мәнi элементар зарядты сәйкес химиялық элементтiң реттiк
номерiне көбейткенге тең екенiн, яғни q=Zeекенiн көрсеттi.
Уран ядросының бөлiнуi. Ядролық реакцияда энергияның бөлiнуi
Бөлшектердiң атом ядросымен әсерлесуiнiң нәтижесiнде оны басқа ядро
мен бөлшекке өзгертуi ядролық реакция деп аталады. Ядролық реакцияны
символдық түрде былайша жазады A+a-B+b немесе A(a,b)B. Ядролық реакция
кейбiр жағдайда бiрмәндi болып өтпейдi, яғни A+a-B+b схемасымен қатар A+a-
C+c схемасы да жүзеге асуы мүмкiн. Реакцияның мүмкiн болатын жолдары
оның каналдары деп аталады.
Ядролық реакция кезiнде толық заряд және нуклондар саны сақталады.
Сонымен қатар бұл кезде энергияның, импульстiң және импульс моментiнiң
сақталу заңы орындалады.
Ядролық реакциялар энергия бөлiне немесе жұтыла отырып өтуi мүмкiн.
Бұл жағдайлардың қайсысының жүзеге асатынын реакцияға түсетiн және
реакциядан шығатын бөлшектердiң массаларының айырымын бiле отырып өө
өрнегiнен есептеп табуға болады.
Әртүрлi ядролық реакциялардың iшiнде кейбiр ауыр ядролардың бөлiну
реакциясының маңызы ерекше. Ауыр ядролар ондағы нейтронның ара салмағы
үлкен болғандықтан орнықсыз болып келедi. Бұл ауыр ядролардың меншiктi
байланыс энергиясының орташа ядролармен салыстырғанда аз болатынан көрiнiп
түр. Сондықтан мұндай ядроларға тағы бiр нейтрон келiп қосылса ол
бөлшектенiп кетедi. Осының бiр мысалы, уран ядросының нейтрондармен
атқылаған кезде бөлiну реакциясы алғаш рет 1939 жылы ашылған болатын.
Бастапқы ядрода нейтрондар артық болғандықтан реакция кезiнде бөлшектенген
ядролармен қатар бiрнеше нейтрон да ұшып шығады. Мысалы уран бөлшектенген
кезде бiр бөлшектену актiсiнде 2-3 нейтрон бөлiнедi. Егер дұрыс жағдай
болса бұл нейтрондар уранның басқа ядроларына барып түсiп, оларды
бөлшектейдi. Сөйтiп бұл үрдiс тасқынды түрде күрт өседi. Бұлай жалғасқан
реакцияны тiзбектi реакция деп атайды.
Тiзбектi реакцияны нақтылы жүзеге асыру оңай шаруа емес. Уранның
бөлшектенуi кезiнде бөлiнетiн нейтрондар тек уранның 235 изотопын ғана
бөлшектей алады. Оның энергиясы 238 изотопты бөлшектеуге жеткiлiксiз. Ал
табиғи уранда 238 уранның үлесi 99,3% те 235 уранның үлесi бар болғаны
0,7%. Сондықтан бiрiншiден тiзбектi реакцияны жүзеге асыру үшiн 235 уранды
таза түрде бөлiп алу қажет. Екiншiден оның мөлшерi жеткiлiктi болуы тиiс,
себебi оның мөлшерi аз болса реакция кезiнде туындылайтын нейтрондар уран
ядроларына жолықпай тысқары шығып кетедi. Тiзбектi реакция басталатын ең аз
массасын критикалық масса деп атайды. Мысалы 235 уран үшiн оның мәнi
бiрнеше ондаған килограмм. Тiзбектi реакция кезiнде орасан көп энергия
бөлiнедi. Уранның температурасы миллиондаған градусқа көтерiлiп, пайда
болған от шар маңындағының бәрiн күйдiрiп, қиратады.
Уранның бiр ядросы бөлшектенген кезiнде 200 МэВ-қа жуық энергия
бөлiнедi. Оның 165 МэВ-қа жуығы реакциядан шығатын бөлшектердiң кинетикалық
энергиясы түрiнде болады да қалғаны таза гамма-кванттардың энергиясы
болады. Осы энергияны бiле отырып 1 кг уран бөлшектенгенде бөлiнетiн
энергияны есептеп табуға болады, ол 80 миллиард джоулға тең. Ол 1 кг көмiр
немесе мұнай жаққан кезде бөлiнетiн энергиядан бiрнеше миллион есе артық.
Сондықтан ядролық энергияны пайдалану өте тиiмдi.
№45. Кейбір элементтердің сутегі мен және оттегімен қосылыстарының жалпы
формулалары қандай:RH3,R2O,RO2,RH,RH4. Осылардың қайсысы көміртегі мен
мышьяктың сутекпен қосылысы мен жоғары оксидінің формуласына сәйкес келеді?
№46. Мына қосылыстардың формуласы дұрыс болу үшін қажетті индекстерді
қойыңдар: РН, Н, СН, NH .
№47. Жоғары оксидтерінің формуласы дұрыс болу үшін қажетті индекстерді
қойыңдар: CIO, SbO, PbO, SiO.
№48. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар? ,
№49. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
+ → + ?
№50. Азот атом ядросының байланыс энергиясын есептеп шығарыңдар (mp=1,00728
м.а.б., mn=1,00866м.а.б. , Mя =15,00011 м.а.б.)
№51. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№52. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
? + → +
№53. Оттек атом ядросының байланыс энергиясын есептеп шығарыңдар
(mp=1,00728 м.а.б., mn=1,00866м.а.б. , Mя =16,999 м.а.б.)
№54. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№55. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:+
? → +
№56. Төмендегі ядролық реакция кезінде энергия бөліне ме, әлде жұтыла
ма?(=14,00307 м.а.б., =4,002603 м.а.б., =16,999134 м.а.б., =1,007825
м.а.б.)
№57. Мына бейтарап атомдарда қанша электрон, протон, нейтрон, нуклон бар?
№58. Менделеев кестесін пайдаланып, ядролық реакцияны толықтырып жазыңдар:
+ γ → + ?
№59. Радиоактивті кобальттың жартылай ыдырау периоды 72 тәулік.
Массасы 4 г кобальттың 216 тәулікте ыдырайтын бөлігінің массасы?
№60. Уранның бір ядросы екі жарықшаққа бөлінгенде 200 МэВ энергия
босап шықса, осы ураннан 1 г ядролық реакторда жанғанда қандай энергия
бөлінеді?( М=235*10-3кгмоль , q =29*106 Джкг ,NA = 6 *1023 моль-1 )
№61. Сутегінің 31 Н изотобының ядросында қанша Z протон мен қанша N
нейтрон бар?
№62. Атомдық ядросында 8 протон мен 9 нейтрон бар нейтраль атомның
электрондық қабықшасында неше электрон бар?
№63. Атом массасының атом ядросының массасына қатынасы қаншаға тең?
№64.Толқын ұзындығы 0,48 мкм фотон шығарған кезде, сутегi атомындағы
электронның энергиясы қалай өзгередi.
№65. 8О17 ядросының массалар ақауын және байланыс энергиясын табыңыз.
№66. Двигателiнiң қуаты 3,2·107 Вт, пайдалы әсер коэффициентi 17%
атомдық мұзжарғыш күнiне уран-235 атомының қанша мөлшерiн тұтынады. Уран-
235 атомының бiр ядросы бөлiнген кезде 200 МэВ энергия бөлiнiп шығады.
№67. Элементтің сутегімен қосылысында 2,74 % сутегі бар, ал оттегімен
жоғары валенттіліктегі қосылысының формуласы Э2О7. Бұл қай элемент?
№68. Элементтің сутегімен қосылысының құрамында 1 атом сутегі бар,
демек, 35,5 сол элементтің бір атомына сәйкес келеді (ЭН). VІІ топта
атомдық массасы 35,5 –ке сәйкес келетін бір ғана элемент бар, ол – хлор.
№69. Екі валентті металдың 25 грамы сумен әрекеттесіп (қалыпты
жағдайда), 14 л сутегін ығыстырып шығарады. Бұл қай элемент?
№70. Реттік нөмірі 46-ға тең элементтің атомында неше электрон
орбитасы болады?
№71. Реттік нөмірі 81-ге тең элемент атомында электрондар қалай
орналасқан?
№72. VI периодтың 9 –шы торында орналасқан элемент атомының
электрондық құрылымы қандай болады?
№73. Реттік нөмірі 71-ге тең элементтің электрондық формуласы қандай?
№74. Реттік нөмірі 21-ге тең элемент атомының электрондық құрылымын
графикалық түрде жазу керек.
№75. Реттік нөмірі 17-ге тең элемент атомының қалыпты және қозған
жағдайда электрондарының орналасу сызбасын жазу керек.
№76. Реттік нөмірлері 19, 35, 39, 58 – элементтер қандай электрон
типіне жатады?
№77. Калий мен марганец атомдарының электрондық – графикалық
формуласын жазыңыздар.
№78. Реттік нөмірі 20 және 35 элементтерінің электрондық және
графикалық формуласын жазыңыздар. Бұлар қандай элементтерге жатады?
№79. 9 және 27-ші элементтердің графикалық формуласын жазыңыздар.
Бұлардың қайсысы р - элементтерге жатады?
№80. Бірінші элемент атомының сыртқы энергетикалық деңгейлерінің
құрылысы ... 3s 2 3p 6 3d ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz