จำนวนอิเล็กตรอนถูกกำหนดอย่างไร? โครงสร้างของอะตอม วงโคจรของอิเล็กตรอน จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในวงโคจร ตระกูลธรณีเคมี การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติขององค์ประกอบกับโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนและมวล ไอโซโทปและจำนวนโปรตอน

ตัวอย่างการเชื่อมโยงกระบวนการอีโซออสโมซิส การถ่ายโอนและการกระจายพลังงานและข้อมูล

องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม การคำนวณโปรตอนและนิวตรอน

สูตรปฏิกิริยาที่เป็นรากฐานของฟิวชันเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุม

องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม การคำนวณโปรตอนและนิวตรอน

ตามแนวคิดสมัยใหม่ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ ในทางกลับกัน นิวเคลียสของอะตอมก็ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่มีขนาดเล็กกว่า - จากจำนวนที่แน่นอน โปรตอนและนิวตรอน(ชื่อที่ยอมรับโดยทั่วไปคือนิวคลีออน) ซึ่งเชื่อมโยงถึงกันด้วยพลังนิวเคลียร์

จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และเปลือกอิเล็กตรอนเป็นตัวกำหนด คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีสาร จำนวนโปรตอนตรงกับเลขอะตอมใน ตารางธาตุ องค์ประกอบทางเคมีเมนเดเลเยฟ หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า เลขประจุ เลขอะตอม เลขอะตอม- ตัวอย่างเช่น จำนวนโปรตอนในอะตอมฮีเลียมคือ 2 ในตารางธาตุคือเลข 2 และกำหนดให้เป็น He 2 สัญลักษณ์ของจำนวนโปรตอนคือตัวอักษรละติน Z เมื่อเขียนสูตร มักเป็นตัวเลขที่ระบุ จำนวนโปรตอนอยู่ใต้สัญลักษณ์ขององค์ประกอบหรือขวาหรือซ้าย: He 2 / 2 He

จำนวนนิวตรอนสอดคล้องกับไอโซโทปจำเพาะของธาตุ ไอโซโทปเป็นองค์ประกอบที่มีเลขอะตอมเท่ากัน (จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน) แต่มีเลขมวลต่างกัน เลขมวล– จำนวนนิวตรอนและโปรตอนทั้งหมดในนิวเคลียสของอะตอม (แสดงไว้ อักษรละตินก) เมื่อเขียนสูตร เลขมวลจะแสดงที่ด้านบนของสัญลักษณ์ธาตุที่ด้านหนึ่ง: He 4 2 / 4 2 He (ไอโซโทปฮีเลียม - ฮีเลียม - 4)

ดังนั้น ในการหาจำนวนนิวตรอนในไอโซโทปใดไอโซโทปหนึ่งๆ ควรลบจำนวนโปรตอนออกจากจำนวนมวลทั้งหมด ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่าอะตอมของฮีเลียม-4 He 4 2 มีอนุภาคมูลฐาน 4 ตัว เนื่องจากเลขมวลของไอโซโทปคือ 4 ยิ่งกว่านั้น เรารู้ว่า He 4 2 มีโปรตอน 2 ตัว ลบจาก 4 (จำนวนมวลรวม) 2 (จำนวนโปรตอน) เราจะได้ 2 - จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของฮีเลียม-4

กระบวนการคำนวณจำนวนอนุภาคแฟนทอมในนิวเคลียสของอะตอม ตัวอย่างเช่น ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่เราพิจารณาฮีเลียม-4 (He 4 2) ซึ่งนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว เนื่องจากนิวเคลียสของฮีเลียม-4 ที่เรียกว่าอนุภาคอัลฟา (อนุภาคแอลฟา) มีประสิทธิภาพมากที่สุดในปฏิกิริยานิวเคลียร์ จึงมักใช้สำหรับการทดลองในทิศทางนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าในสูตรสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์มักใช้สัญลักษณ์αแทน He 4 2

ด้วยการมีส่วนร่วมของอนุภาคอัลฟาที่ E. Rutherford ดำเนินการในครั้งแรก ประวัติศาสตร์อย่างเป็นทางการปฏิกิริยาฟิสิกส์ของการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ในระหว่างปฏิกิริยาอนุภาคอัลฟา (He 4 2) “โจมตี” นิวเคลียสของไอโซโทปไนโตรเจน (N 14 7) ส่งผลให้เกิดไอโซโทปออกซิเจน (O 17 8) และโปรตอนหนึ่งตัว (p 1 1)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้มีลักษณะดังนี้:

ลองคำนวณจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังการแปลงนี้กัน

เพื่อคำนวณจำนวนอนุภาค PHANTOM ที่คุณต้องการ:
ขั้นตอนที่ 1 นับจำนวนนิวตรอนและโปรตอนในแต่ละนิวเคลียส:
- จำนวนโปรตอนระบุไว้ในตัวบ่งชี้ด้านล่าง
- เราค้นหาจำนวนนิวตรอนโดยการลบจำนวนโปรตอน (ตัวบ่งชี้ที่ต่ำกว่า) ออกจากจำนวนมวลทั้งหมด (ตัวบ่งชี้บน)

ขั้นตอนที่ 2 นับจำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสของอะตอม:
- คูณจำนวนโปรตอนด้วยจำนวนอนุภาค Phantom Po ที่มีอยู่ใน 1 โปรตอน
- คูณจำนวนนิวตรอนด้วยจำนวนอนุภาค Phantom Po ที่มีอยู่ใน 1 นิวตรอน

ขั้นตอนที่ 3 เพิ่มจำนวนอนุภาค Phantom Po:
- เพิ่มจำนวนผลลัพธ์ของอนุภาค Phantom Po ในโปรตอนด้วยจำนวนผลลัพธ์ในนิวตรอนในนิวเคลียสก่อนเกิดปฏิกิริยา
- เพิ่มจำนวนผลลัพธ์ของอนุภาค Phantom Po ในโปรตอนด้วยจำนวนผลลัพธ์ในนิวตรอนในนิวเคลียสหลังปฏิกิริยา
- เปรียบเทียบจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนทำปฏิกิริยากับจำนวนอนุภาค Phantom Po หลังปฏิกิริยา

ตัวอย่างการคำนวณจำนวนอนุภาคหลอนในนิวเคลียสของอะตอมที่พัฒนาขึ้น
(ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาค α (He 4 2) ดำเนินการโดย E. Rutherford ในปี 1919)

ก่อนเกิดปฏิกิริยา (N 14 7 + He 4 2)
ยังไม่มีข้อความ 14 7

จำนวนโปรตอน: 7
จำนวนนิวตรอน: 14-7 = 7
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 7 โปรตอน: (12 x 7) = 84;
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 7 นิวตรอน: (33 x 7) = 231;
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 84+231 = 315

เขา 4 2
จำนวนโปรตอน – 2
จำนวนนิวตรอน 4-2 = 2
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 2 โปรตอน: (12 x 2) = 24
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 2 นิวตรอน: (33 x 2) = 66
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 24+66 = 90

จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยา

น 14 7 + เขา 4 2
315 + 90 = 405

หลังปฏิกิริยา (O 17 8) และโปรตอนหนึ่งตัว (p 1 1):
โอ 17 8
จำนวนโปรตอน: 8
จำนวนนิวตรอน: 17-8 = 9
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 8 โปรตอน: (12 x 8) = 96
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 9 นิวตรอน: (9 x 33) = 297
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 96+297 = 393

หน้า 1 1
จำนวนโปรตอน: 1
จำนวนนิวตรอน: 1-1=0
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
มี 12 Po ใน 1 โปรตอน
ไม่มีนิวตรอน
จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดในนิวเคลียส: 12

จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดหลังปฏิกิริยา
(โอ 17 8 + หน้า 1 1):
393 + 12 = 405

ลองเปรียบเทียบจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยา:

ตัวอย่างรูปแบบย่อสำหรับการคำนวณจำนวนอนุภาคหลอนในปฏิกิริยานิวเคลียร์

มีชื่อเสียง ปฏิกิริยานิวเคลียร์คือปฏิกิริยาของอันตรกิริยาของอนุภาค α กับไอโซโทปเบริลเลียม ซึ่งมีการค้นพบนิวตรอนครั้งแรก โดยแสดงตัวว่าเป็นอนุภาคอิสระอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในปี 1932 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Chadwick สูตรปฏิกิริยา:

213 + 90 → 270 + 33 - จำนวนอนุภาค Phantom Po ในแต่ละนิวเคลียส

303 = 303 - ผลรวมของอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยา

จำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยาจะเท่ากัน

คำแนะนำ

หากอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมจะเท่ากับจำนวนโปรตอน จำนวนโปรตอนสอดคล้องกับ องค์ประกอบอะตอมในตารางธาตุ ตัวอย่างเช่น มีเลขอะตอมตัวแรก อะตอมจึงมีเลขอะตอมหนึ่ง เลขอะตอมของโซเดียมคือ 11 ดังนั้นอะตอมของโซเดียมจึงมี 11 อิเล็กตรอน

อะตอมก็สามารถสูญเสียหรือได้รับได้เช่นกัน ในกรณีนี้อะตอมจะกลายเป็นไอออนซึ่งมีประจุบวกทางไฟฟ้าหรือ สมมติว่าโซเดียมอิเล็กตรอนตัวหนึ่งออกจากเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม อะตอมโซเดียมจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก โดยมีประจุอิเล็กตรอน +1 และ 10 ในเปลือกอิเล็กตรอน เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอน อะตอมจะกลายเป็นไอออนลบ

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีสามารถรวมตัวกันเป็นโมเลกุลซึ่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารได้ จำนวนอิเล็กตรอนในโมเลกุลเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมด ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำ H2O ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอม โดยแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอน 1 ตัว และอะตอมออกซิเจน 1 อะตอมซึ่งมีอิเล็กตรอน 8 ตัว นั่นคือมีอิเล็กตรอนเพียง 10 ตัวในโมเลกุลของน้ำ

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและเปลือกอิเล็กตรอน นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยอนุภาคสองประเภท - โปรตอนและนิวตรอน มวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส เนื่องจากโปรตอนและนิวตรอนหนักกว่าอิเล็กตรอนมาก

คุณจะต้อง

• เลขอะตอมขององค์ประกอบ แผนภาพ N-Z

คำแนะนำ

นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า กล่าวคือ ประจุไฟฟ้าของพวกมันเป็นศูนย์ นี่เป็นปัญหาหลักของจำนวนนิวตรอน - เลขอะตอมขององค์ประกอบหรือเปลือกอิเล็กตรอนไม่ได้ให้คำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามนี้ ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอน 6 ตัวเสมอ แต่สามารถมีโปรตอนได้ 6 และ 7 ตัว นิวเคลียสของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันในนิวเคลียสถือเป็นไอโซโทปของธาตุนี้ ไอโซโทปสามารถเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือสามารถผลิตขึ้นมาได้

นิวเคลียสของอะตอมถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ตัวอักษรขององค์ประกอบทางเคมีจากตารางธาตุ ทางด้านขวาของสัญลักษณ์จะมีตัวเลขสองตัวที่ด้านบนและด้านล่าง เลขบนสุดคือเลขมวลของอะตอม A = Z+N โดยที่ Z คือประจุนิวเคลียร์ (จำนวนโปรตอน) และ N คือจำนวนนิวตรอน เลขล่างคือ Z ซึ่งเป็นประจุของนิวเคลียส บันทึกนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส แน่นอนว่ามันเท่ากับ N = A-Z

สำหรับไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งๆ ตัวเลข A จะเปลี่ยนแปลง ซึ่งสามารถเห็นได้ในสัญลักษณ์ของไอโซโทปนี้ ไอโซโทปบางชนิดมีชื่อดั้งเดิมของตัวเอง ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสไฮโดรเจนธรรมดาไม่มีนิวตรอนและมีโปรตอนหนึ่งตัว ดิวเทอเรียมไอโซโทปไฮโดรเจนมีนิวตรอนหนึ่งตัว (A = 2 หมายเลข 2 อยู่ด้านบน 1 ตัวอยู่ด้านล่าง) และไอโซโทปทริเทียมมีนิวตรอนสองตัว (A = 3 เลข 3 อยู่ด้านบน และ 1 อยู่ด้านล่าง)

การพึ่งพาจำนวนนิวตรอนกับจำนวนโปรตอนสะท้อนให้เห็นในสิ่งที่เรียกว่า แผนภาพนิวซีแลนด์นิวเคลียสของอะตอม ความเสถียรของนิวเคลียสขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนและจำนวนโปรตอน นิวเคลียสของนิวไคลด์แสงจะเสถียรที่สุดที่ N/Z = 1 นั่นคือเมื่อจำนวนนิวตรอนและโปรตอนเท่ากัน เมื่อเลขมวลเพิ่มขึ้น บริเวณความเสถียรจะเปลี่ยนไปที่ค่า N/Z>1 และถึง N/Z ~ 1.5 สำหรับนิวเคลียสที่หนักที่สุด

วิดีโอในหัวข้อ

แหล่งที่มา:

• โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม
• วิธีหาจำนวนนิวตรอน

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ ซึ่งโคจรรอบนิวเคลียสในวงโคจรของอะตอมและก่อตัวเป็นชั้นอิเล็กตรอน (ระดับพลังงาน) จำนวนอนุภาคที่มีประจุลบในระดับภายนอกและภายในจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติขององค์ประกอบ จำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในอะตอมสามารถพบได้โดยการรู้ประเด็นสำคัญบางประการ

คุณจะต้อง

• - กระดาษ;
• - ปากกา;
• - ระบบคาบของเมนเดเลเยฟ

คำแนะนำ

ในการกำหนดจำนวนอิเล็กตรอน ให้ใช้ตารางธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ. ในตารางนี้ องค์ประกอบต่างๆ จะถูกจัดเรียงตามลำดับเฉพาะ ซึ่งสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบเหล่านั้น เมื่อรู้ว่าค่าบวกจะเท่ากับเลขลำดับขององค์ประกอบเสมอ คุณจึงสามารถหาจำนวนอนุภาคลบได้อย่างง่ายดาย ท้ายที่สุดเป็นที่ทราบกันว่าอะตอมโดยรวมมีความเป็นกลางซึ่งหมายความว่าจำนวนอิเล็กตรอนจะเท่ากับจำนวนและจำนวนองค์ประกอบในตาราง ตัวอย่างเช่นเท่ากับ 13 ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนจะเป็น 13 สำหรับโซเดียม - 11 สำหรับเหล็ก - 26 เป็นต้น

หากคุณต้องการหาจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน ก่อนอื่นให้ทบทวนหลักการของพอลและกฎของฮันด์ จากนั้นจึงกระจายอนุภาคเชิงลบไปตามระดับและระดับย่อยโดยใช้ระบบคาบเดียวกัน หรือค่อนข้างจะกระจายคาบและกลุ่มของมัน ดังนั้นจำนวนแถวแนวนอน (จุด) บ่งบอกถึงจำนวนชั้นพลังงาน และแถวแนวตั้ง (กลุ่ม) บ่งบอกถึงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับภายนอก

อย่าลืมว่าจำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกจะเท่ากับหมายเลขกลุ่มเฉพาะองค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักเท่านั้น สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้าง คือจำนวนอนุภาคที่มีประจุลบที่อยู่กลุ่มสุดท้าย ระดับพลังงานมีได้ไม่เกินสอง เช่น scandium (Sc) ซึ่งอยู่ในคาบที่ 4 ในกลุ่มที่ 3 กลุ่มย่อยด้านข้างมี 2 ​​ตัว ในขณะที่กาเลียม (Ga) ซึ่งอยู่ในช่วงเวลาเดียวกันและกลุ่มเดียวกันแต่อยู่ใน กลุ่มย่อยหลัก, อิเล็กตรอนภายนอก 3.

เมื่อนับอิเล็กตรอนเข้า อะตอมโปรดทราบว่ารูปแบบหลังเป็นโมเลกุล ในกรณีนี้ อะตอมสามารถยอมรับ ปล่อยอนุภาคที่มีประจุลบออกไป หรือก่อตัวเป็นคู่ร่วมได้ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไฮโดรเจน (H2) ใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมกัน อีกกรณีหนึ่ง: ในโมเลกุลของโซเดียมฟลูออไรด์ (NaF) ผลรวมของอิเล็กตรอนจะเท่ากับ 20 แต่ในระหว่างนั้น ปฏิกิริยาเคมีอะตอมโซเดียมยอมให้อิเล็กตรอนและเหลือ 10 และอะตอมของฟลูออรีนยอมรับและได้รับ 10 ด้วย

คำแนะนำที่เป็นประโยชน์

โปรดจำไว้ว่าระดับพลังงานชั้นนอกสุดจะมีอิเล็กตรอนได้เพียง 8 ตัวเท่านั้น และนี่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบในตารางธาตุ

แหล่งที่มา:

• เนื่องจากอะตอมคือหมายเลของค์ประกอบ

อะตอมประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอม ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ซึ่งพบได้ในนิวเคลียสที่ใจกลางอะตอม จำนวนโปรตอนของไอโซโทปสามารถคำนวณได้จากเลขอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่เกี่ยวข้อง

แบบจำลองอะตอม

ในการอธิบายคุณสมบัติของอะตอมและโครงสร้างของมัน จะใช้แบบจำลองที่เรียกว่า "แบบจำลองบอร์ของอะตอม" โครงสร้างของอะตอมมีลักษณะคล้ายกัน ระบบสุริยะ- จุดศูนย์กลางหนัก (นิวเคลียส) อยู่ตรงกลาง และอนุภาคที่เบากว่าจะเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบนิวเคลียส นิวตรอนและโปรตอนก่อตัวเป็นนิวเคลียสที่มีประจุบวก และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ ศูนย์กลาง โดยถูกดึงดูดด้วยแรงไฟฟ้าสถิต

ธาตุคือสสารที่ประกอบด้วยอะตอมประเภทเดียวกัน และถูกกำหนดโดยจำนวนโปรตอนในแต่ละอะตอม ธาตุจะมีชื่อและสัญลักษณ์เป็นของตัวเอง เช่น ไฮโดรเจน (H) หรือออกซิเจน (O) คุณสมบัติทางเคมีองค์ประกอบขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนและจำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในอะตอม ลักษณะทางเคมีอะตอมไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนนิวตรอนเนื่องจากไม่มีประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม จำนวนของมันส่งผลต่อความเสถียรของแกนกลางที่เปลี่ยนแปลงไป น้ำหนักรวมอะตอม.

ไอโซโทปและจำนวนโปรตอน

อะตอมเรียกว่าไอโซโทป แต่ละองค์ประกอบด้วยจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน อะตอมเหล่านี้มีความเหมือนกันทางเคมี แต่มีมวลต่างกัน และความสามารถในการเปล่งรังสีก็ต่างกันด้วย

เลขอะตอม (Z) คือเลขอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ ซึ่งถูกกำหนดโดยจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส แต่ละอะตอมมีลักษณะเฉพาะด้วยเลขอะตอมและเลขมวล (A) ซึ่งเท่ากับจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในนิวเคลียส

องค์ประกอบอาจมีอะตอมที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน แต่จำนวนโปรตอนยังคงเท่าเดิมและเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมที่เป็นกลาง หากต้องการทราบว่ามีโปรตอนจำนวนเท่าใดในนิวเคลียสของไอโซโทป การดูเลขอะตอมของไอโซโทปก็เพียงพอแล้ว จำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนองค์ประกอบทางเคมีที่เกี่ยวข้องในตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ

• รังสี ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการป้องกันรังสี

จนถึงต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ แต่กลับกลายเป็นว่าคิดผิด ในความเป็นจริง ที่ศูนย์กลางของอะตอมคือนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่เป็นกลาง และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะหมุนในวงโคจรรอบนิวเคลียส (แบบจำลองอะตอมนี้ถูกเสนอในปี 1911 โดย E. Rutherford) เป็นที่น่าสังเกตว่ามวลของโปรตอนและนิวตรอนเกือบจะเท่ากัน แต่มวลของอิเล็กตรอนนั้นน้อยกว่าประมาณ 2,000 เท่า

แม้ว่าอะตอมจะมีอนุภาคทั้งที่มีประจุบวกและประจุลบ แต่ประจุของมันจะเป็นกลาง เนื่องจากอะตอมมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน และอนุภาคที่มีประจุต่างกันจะทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกัน

ต่อมานักวิทยาศาสตร์พบว่าอิเล็กตรอนและโปรตอนมีประจุเท่ากันคือ 1.6 10 -19 C (C คือคูลอมบ์ ซึ่งเป็นหน่วยประจุไฟฟ้าในระบบ SI

คุณเคยคิดเกี่ยวกับคำถามนี้หรือไม่ - มีอิเล็กตรอนจำนวนเท่าใดที่สอดคล้องกับประจุ 1 C?

1/(1.6·10 -19) = 6.25·10 18 อิเล็กตรอน

พลังงานไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้ามีอิทธิพลต่อกันซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบ แรงไฟฟ้า.

หากร่างกายมีอิเล็กตรอนมากเกินไป ก็จะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบทั้งหมด และในทางกลับกัน หากมีการขาดอิเล็กตรอน ร่างกายก็จะมีประจุบวกทั้งหมด

โดยการเปรียบเทียบกับ แรงแม่เหล็กเมื่อขั้วที่มีประจุเหมือนกันผลักกันและขั้วที่มีประจุตรงข้ามดึงดูดกัน ประจุไฟฟ้าจะมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในวิชาฟิสิกส์ การพูดถึงขั้วของประจุไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ

ในการค้นหาขนาดของแรงที่กระทำระหว่างวัตถุที่มีประจุ จำเป็นต้องรู้ไม่เพียงแต่ขนาดของประจุเท่านั้น แต่ยังต้องทราบระยะห่างระหว่างวัตถุด้วย แรงโน้มถ่วงสากลได้รับการพิจารณาแล้วก่อนหน้านี้: F = (Gm 1 m 2)/R 2

• ม. 1, ม. 2- มวลกาย;
• ร- ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของร่างกาย
• G = 6.67 · 10 -11 Nm 2 /กก- ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากล

จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ นักฟิสิกส์ได้สูตรที่คล้ายกันสำหรับแรงปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า กฎของคูลอมบ์:

F = kq 1 ค 2 /r 2

• q 1, q 2 - ประจุโต้ตอบวัดเป็น C;
• r คือระยะห่างระหว่างประจุ
• k - สัมประสิทธิ์สัดส่วน ( เอสไอ: k=8.99·10 9 นิวตันเมตร 2 Cl 2; สสส: k=1)

• k=1/(4πε 0).
• ε 0 γ8.85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - ค่าคงที่ทางไฟฟ้า

ตามกฎของคูลอมบ์ ถ้าประจุสองประจุมีเครื่องหมายเหมือนกัน แรง F ที่กระทำระหว่างประจุทั้งสองจะเป็นค่าบวก (ประจุทั้งสองจะผลักกัน) หากประจุมีเครื่องหมายตรงกันข้าม พลังที่มีประสิทธิภาพลบ (ประจุดึงดูดกัน)

แรงมหาศาลของประจุ 1 C สามารถตัดสินได้โดยใช้กฎของคูลอมบ์ ตัวอย่างเช่น ถ้าเราถือว่าประจุสองประจุ แต่ละประจุมีขนาด 1 C อยู่ห่างกัน 10 เมตร ประจุทั้งสองจะผลักกันด้วยแรง:

F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8.99 10 9) 1 1/(10 2) = -8.99 10 7 นิวตัน

นี่เป็นพลังที่ค่อนข้างใหญ่เทียบได้กับมวล 5,600 ตันโดยประมาณ

ตอนนี้ ลองใช้กฎของคูลอมบ์เพื่อหาว่าอิเล็กตรอนหมุนในอะตอมไฮโดรเจนด้วยความเร็วเชิงเส้นเท่าใด โดยสมมติว่ามันเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลม

ตามกฎของคูลอมบ์ แรงไฟฟ้าสถิตที่กระทำต่ออิเล็กตรอนสามารถเทียบได้กับแรงสู่ศูนย์กลาง:

F = kq 1 q 2 /r 2 = mv 2 /r

เมื่อคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่ามวลของอิเล็กตรอนคือ 9.1·10 -31 กก. และรัศมีวงโคจรของมัน = 5.29·10 -11 m เราจะได้ค่า 8.22·10 -8 N

ตอนนี้คุณสามารถหาได้แล้ว ความเร็วเชิงเส้นอิเล็กตรอน:

8.22·10 -8 = (9.1·10 -31)โวลต์ 2 /(5.29·10 -11) โวลต์ = 2.19·10 6 เมตร/วินาที

ดังนั้นอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนจึงหมุนรอบจุดศูนย์กลางด้วยความเร็วประมาณ 7.88 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วยนิวเคลียสและ อิเล็กตรอน. ปริมาณ อิเล็กตรอนในอะตอมขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของมัน การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์กำหนดการกระจายตัวของอิเล็กตรอนข้ามเปลือกและเปลือกย่อย

คุณจะต้อง

• เลขอะตอม องค์ประกอบโมเลกุล

คำแนะนำ

ถ้าอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า แสดงว่าเป็นตัวเลข อิเล็กตรอนมันเท่ากับจำนวนโปรตอน จำนวนโปรตอนสอดคล้องกับเลขอะตอมของธาตุในตารางธาตุ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนมีเลขอะตอมตัวแรก ดังนั้นอะตอมจึงมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัว เลขอะตอมของโซเดียมคือ 11 ดังนั้นอะตอมของโซเดียมจึงมี 11 อิเล็กตรอน.

อะตอมยังสามารถสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนได้ ในกรณีนี้ อะตอมจะกลายเป็นไอออนซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกหรือลบ สมมุติว่าหนึ่งในนั้น อิเล็กตรอนโซเดียมได้ออกจากเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมไปแล้ว อะตอมโซเดียมจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก โดยมีประจุ +1 และ 10 อิเล็กตรอนบนเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเข้าร่วมแล้ว อิเล็กตรอนอะตอมจะกลายเป็นไอออนลบ

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีสามารถรวมตัวกันเป็นโมเลกุลซึ่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารได้ ปริมาณ อิเล็กตรอนในโมเลกุลจะมีปริมาณเท่ากับ อิเล็กตรอนอะตอมทั้งหมดที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำ H2O ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม ซึ่งแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอน 1 ตัว และออกซิเจน 1 อะตอมซึ่งมี 8 อะตอม อิเล็กตรอน- นั่นคือมีเพียง 10 โมเลกุลในโมเลกุลของน้ำ อิเล็กตรอน.

นักคณิตศาสตร์ผู้คลั่งไคล้ที่รักการนับทุกสิ่งในโลกต้องการทราบคำตอบของคำถามพื้นฐานมานานแล้วว่าในจักรวาลมีอนุภาคอยู่กี่อนุภาค เมื่อพิจารณาว่าอะตอมไฮโดรเจนประมาณ 5 ล้านล้านอะตอมสามารถพอดีกับหัวเข็มหมุดได้ แต่ละอะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 4 ตัว (อิเล็กตรอน 1 ตัวและควาร์ก 3 ตัวในโปรตอน) จึงปลอดภัยที่จะสรุปได้ว่าจำนวนอนุภาคในจักรวาลที่สังเกตได้นั้นมีมากกว่านั้น ขีดจำกัดของการเป็นตัวแทนของมนุษย์

อย่างไรก็ตาม ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ โทนี่ ปาดิลลา แห่งมหาวิทยาลัยน็อตติงแฮม ได้พัฒนาวิธีการประมาณจำนวนอนุภาคทั้งหมดในจักรวาลโดยไม่คำนึงถึงโฟตอนหรือนิวตริโน เนื่องจากพวกมันไม่มีมวล (หรือแทบไม่มีเลย)

สำหรับการคำนวณของเขา นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลที่ได้รับจากกล้องโทรทรรศน์พลังค์ ซึ่งใช้ในการวัดรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล ซึ่งเป็นรังสีแสงที่มองเห็นได้ที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล และทำให้เกิดรูปร่างคล้ายขอบเขตของมัน ต้องขอบคุณกล้องโทรทรรศน์ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประมาณความหนาแน่นและรัศมีของจักรวาลที่มองเห็นได้

ตัวแปรที่จำเป็นอีกประการหนึ่งคือเศษส่วนของสสารที่มีอยู่ในแบริออน อนุภาคเหล่านี้ประกอบด้วยควาร์กสามตัว และแบริออนที่รู้จักกันดีที่สุดในปัจจุบันคือโปรตอนและนิวตรอน ดังนั้น Padilla จึงพิจารณาพวกมันในตัวอย่างของเขา สุดท้ายนี้ การคำนวณต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับมวลของโปรตอนและนิวตรอน (ซึ่งใกล้เคียงกัน) หลังจากนั้นจึงเริ่มการคำนวณได้

นักฟิสิกส์ทำอะไร? เขานำความหนาแน่นของจักรวาลที่มองเห็นมาคูณด้วยเศษส่วนของความหนาแน่นของแบริออนเพียงอย่างเดียว จากนั้นจึงคูณผลลัพธ์ด้วยปริมาตรของจักรวาล เขาแบ่งมวลผลลัพธ์ของแบริออนทั้งหมดในจักรวาลด้วยมวลของแบริออนหนึ่งอัน แล้วได้จำนวนแบริออนทั้งหมด แต่เราไม่สนใจแบริออน เป้าหมายของเราคืออนุภาคมูลฐาน

เป็นที่ทราบกันดีว่าแต่ละแบริออนประกอบด้วยควาร์กสามตัว - นั่นคือสิ่งที่เราต้องการ อีกทั้งจำนวนโปรตอนทั้งหมด (ดังที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว หลักสูตรของโรงเรียนเคมี) เท่ากับ จำนวนทั้งหมดอิเล็กตรอนซึ่งก็เช่นกัน อนุภาคมูลฐาน- นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ยังระบุด้วยว่า 75% ของสสารในจักรวาลมีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ และอีก 25% ที่เหลือเป็นฮีเลียม สามารถละเลยองค์ประกอบอื่น ๆ ในการคำนวณขนาดนี้ได้ Padilla คำนวณจำนวนนิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน จากนั้นคูณสองตำแหน่งแรกด้วยสาม - และในที่สุดเราก็ได้ผลลัพธ์สุดท้าย

3.28x10 80- มากกว่าสาม viginillion

328.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ เมื่อพิจารณาจากขนาดของจักรวาล อนุภาคเหล่านี้ไม่ได้เติมเต็มปริมาตรทั้งหมดแม้แต่ส่วนใหญ่ เป็นผลให้มีอนุภาคมูลฐานเพียงหนึ่ง (!) ต่อลูกบาศก์เมตรของจักรวาล