原子核は、陽子と中性子である核子で構成されています。それらは、クォークがグルオンを交換することによって生じる強い力によって結合されています。いくつかの核子を持つ原子核にはいくつかの強い力があり、メソン (クォークと反クォークのペアから作成される粒子) の交換を使用してそれら (クォークと反クォークのペアからなる粒子) を識別することができます。 1 つのダウン クォークと 2 つのアップ クォークが、強い力場の最短寿命のコンポーネントを構成します。中性子は、3 つのダウン クォークと 1 つのアップ クォークではなく、1 つのアップ クォークと 2 つのダウン クォークを持っているため、陽子と同じになります。核子がクォークで構成されていることが確実であるにもかかわらず、単一のクォークが実験室で分離されたことはありません。より多くのエネルギーを使用すると、クォークを分離するのが難しくなります。エネルギーを追加してもクォークは解放されませんが、特定のエネルギー レベルで新しい粒子が作成されます。
原子核の質量と組成:
グラムまたはキログラム さまざまなオブジェクトの重量を決定するためのベンチマークとして使用されます。原子がキログラムに比べて小さいのは事実です。炭素 12C の質量が 1.992647 × 10-26 kg であることは注目に値します。キログラムは、物体の質量を表す最も便利な方法ではありません。その結果、原子質量を表すためにいくつかの単位が使用されます。次のパートでは、核の構造について詳しく学びます。
同位体と原子質量:
原子質量単位 (u) を持つために、炭素原子 (12C) の質量の 1/12 として定義されます。
その結果、
1u =(12C 原子 1 個の質量)/12 =(1.992647 × 10–26)/12 =1.660539 10–27 kg … (1)
- 原子質量 (u) は水素原子核の質量とほぼ同じになりました。ただし、この一般化には多くの例外があります。
- 次の問題は、原子質量を正確に定量化するにはどうすればよいかということです。質量分析計を使用することが答えです。同じ元素で、質量は違うが化学的性質が同じ原子がいくつかあります。 「同位体」は、これらの原子に付けられた名前です。
- ほぼすべての元素の同位体が混ざり合っていることがわかります.
これがどのように機能するかの例を以下に示します:
塩素の同位体は 34.98u と 36.98u です。これらのほとんどすべてが水素原子の原子量に等しい。これら 2 つの同位体の約 75.4% と 24.6% が存在します。その結果、これら 2 つの塩化物同位体の加重平均質量を使用して、塩素の平均質量を決定できます。
={(75.4 x 34.98) + (24.6 x 36.98)}/100 =35.47u =塩素の原子質量。
2 2番目 例:
水素原子核には 3 つの同位体があり、すべての質量は 1.0160 u、2.0141 u、および 3.0160 u です。陽子は、これらの同位体の中で最も軽いものに付けられた名前で、相対存在量が 99.985% です。さて、陽子の質量は
mp =1.00727 u =1.67262 10–27 kg … (2)
水素原子の質量は、その質量から電子 1 個の質量を引いたものに等しい.
1.00783u – 0.00055u =1.00728u =mp
重水素同位体の質量は 2.0141 u、トリチウム同位体の質量は 3.0160 u です。不安定なトリチウム核は自然界には見られないことに注意してください。それらは実験室で人工的に作られています。
主な要因:
- 陽子の基本電荷は 1 単位であり、安定しています。核の正電荷がこれに関与しています。量子論の発展に伴い、電子は原子核の外に存在するというコンセンサスが生まれました (以前は、電子が原子核の内部にあることについて多くの議論がありました)。 Z は元素の原子番号で、電子の数はその数と同じです。
- 結果として、原子電子の総電荷は –Ze になります。原子核は電気的に中性であるため、+Ze を帯びています。このため、原子内の陽子の数は、原子番号 Z に等しい電子の数と同じであると言えます。
中性子発見:
水素の同位体は、重水素とトリチウムです。その結果、それぞれに陽子が含まれている必要があります。それにもかかわらず、それらの原子質量は明らかに異なります。水素、重水素、トリチウムの原子量はそれぞれ 1:2:3 です。これらの同位体には原子質量があるため、追加のものを含める必要があります。陽子と電子が平衡状態にあるため、新しい物質も電気的に中性である必要があります。
この場合の余分な物質は、陽子の質量の数倍です (重水素と三重水素の余分な物質は、それぞれ陽子 1 個の質量に相当します)。原子核が陽子だけでなく陽子以外のものから構成されていると推測するのは簡単な結論です.
ベリリウム原子核は、1932 年にジェームス チャドウィックによってアルファ粒子で爆破されました。チャドウィックは、その過程で中性放射線が放出されることに気付きました。電磁放射の光子は、当時知られている唯一の中性放射でした。中性放射線が陽子で構成されていると仮定すると、
光子エネルギー>> ベリリウム原子核に衝突して得られるアルファ粒子エネルギー
チャドウィックの理論によれば、中性子は新しい種類の中性粒子です。
彼はその後の計算により、中性子の質量が陽子の質量とほぼ等しいことを確認することができました。中性子の質量が高い精度でわかったので、次のように表すことができます:
mn =1.00866 u =1.6749×10–27 kg ~ mp (陽子の質量)
Nucleus の構成:
閉じ込めを逃れた中性子の安定性は疑問視されています。典型的な寿命は約 1000 秒で、陽子、電子、反ニュートリノ (素粒子) に崩壊します。ただし、核内では安定しています。その結果、核の構成は次のようになります:
この式は A =Z + N です。
どこで、
- Z 原子番号 =陽子の総量
- N – neutrons =中性子の数
- 原子中の陽子と中性子の総数は、式 A - 質量数で与えられます。
核子は、陽子または中性子の別名です。その結果、原子の質量数 (A) は含まれる核子の数に等しくなります。原子の化学記号 X は、核種 AXZ で表されます。
アイソトーンとアイソバー:
- 等圧線は、同じ質量数、つまり「A」を持つ核種です。例:31H と 32H。
- 中性子の数 (N) が同じで原子番号が異なる核種は、同位体 (Z) と呼ばれます。いくつかの例:198Hg80、197Au79。
結論:
要約すると、陽子と中性子はすべての原子核の構成要素です。核子は、核を構成する 2 つのコンポーネントに付けられた名前です。元素のさまざまな核質量は同位体と呼ばれ、水素-1 (1 は 1 つの陽子を表す)、水素-2 (2 は 1 つの陽子と 1 つの中性子を表す)、または炭素-12 (12 は 6 つの陽子と 6 つの電子を表します)。
核内の陽子の数は比喩的に Z として表されます。これが元素に化学記号を与えるものです。原子核内の核子の総数は、原子質量数 A で象徴的に表されます。特定の元素の原子核内の中性子の数は変化する可能性があり、その結果、原子核の A も変化します。正確な質量自体と等しくない質量数を持つことは可能です。
