O caracteristică a contaminării radioactive, spre deosebire de contaminarea cu alți poluanți, este că nu radionuclidul (poluantul) în sine are un efect dăunător asupra oamenilor și obiectelor din mediu, ci radiația, sursa căreia este.

Cu toate acestea, există cazuri când un radionuclid este un element toxic. De exemplu, după un accident Centrala nucleara de la Cernobîlîn mediu inconjurator plutoniul 239, 242 Pu au fost aruncați cu particule de combustibil nuclear. Pe lângă faptul că plutoniul este un emițător alfa și prezintă un pericol semnificativ atunci când intră în organism, plutoniul în sine este un element toxic.

Din acest motiv, se folosesc două grupe de indicatori cantitativi: 1) pentru a evalua conținutul de radionuclizi și 2) pentru a evalua impactul radiațiilor asupra unui obiect.
Activitate- o măsură cantitativă a conținutului de radionuclizi din obiectul analizat. Activitatea este determinată de numărul de descompuneri radioactive ale atomilor pe unitatea de timp. Unitatea de activitate SI este Becquerel (Bq) egal cu o dezintegrare pe secunda (1Bq = 1 dezintegrare/s). Uneori se folosește o unitate de măsurare a activității în afara sistemului - Curie (Ci); 1Ci = 3,7 × 1010 Bq.

Doza de radiații este o măsură cantitativă a impactului radiației asupra unui obiect.
Datorită faptului că impactul radiațiilor asupra unui obiect poate fi evaluat la diferite niveluri: fizic, chimic, biologic; la nivelul moleculelor individuale, celulelor, ţesuturilor sau organismelor etc. se folosesc mai multe tipuri de doze: absorbite, echivalente efective, expunere.

Pentru a evalua modificarea dozei de radiații în timp, se folosește indicatorul „rata de doză”. Rata dozei este raportul dintre doză și timp. De exemplu, rata dozei de expunere externă de la surse naturale de radiații în Rusia este de 4-20 μR/h.

Principalul standard pentru om - limita principală de doză (1 mSv / an) - este introdus în unități de doză echivalentă efectivă. Există standarde în unități de activitate, niveluri de poluare a terenurilor, VDU, GWP, SanPiN etc.

Structura nucleului atomic.

Atomul este cea mai mică particulă un element chimic care își păstrează toate proprietățile. În structura sa, un atom este un sistem complex format dintr-un nucleu încărcat pozitiv de o dimensiune foarte mică (10 -13 cm) situat în centrul atomului și electroni încărcați negativ care se rotesc în jurul nucleului pe diferite orbite. Sarcina negativă a electronilor este egală cu sarcina pozitivă a nucleului, în timp ce în general se dovedește a fi neutră din punct de vedere electric.

Nucleele atomice sunt formate din nucleoni - protoni nucleari ( Z- numărul de protoni) și neutronii nucleari (N este numărul de neutroni). Protonii și neutronii „nucleari” diferă de particulele în stare liberă. De exemplu, un neutron liber, spre deosebire de unul legat dintr-un nucleu, este instabil și se transformă într-un proton și un electron.

Numărul de nucleoni Am (numărul de masă) este suma numerelor de protoni și neutroni: Am = Z + N.

proton - particulă elementară a oricărui atom, are o sarcină pozitivă egală cu sarcina unui electron. Numărul de electroni din învelișul unui atom este determinat de numărul de protoni din nucleu.

neutroni - un alt tip de particule nucleare din toate elementele. Este absent doar în nucleul de hidrogen ușor, care constă dintr-un proton. Nu are încărcare și este neutru din punct de vedere electric. În nucleul atomic, neutronii sunt stabili, în timp ce în stare liberă sunt instabili. Numărul de neutroni din nucleele atomilor aceluiași element poate fluctua, astfel încât numărul de neutroni din nucleu nu caracterizează elementul.

Nucleonii (protoni + neutroni) sunt ținuți în interiorul nucleului atomic de forțele nucleare de atracție. Forțele nucleare sunt de 100 de ori mai puternice decât forțele electromagnetice și, prin urmare, păstrează protonii încărcați similar în interiorul nucleului. Forțele nucleare se manifestă doar la distanțe foarte mici (10 -13 cm), ele constituie energia potențială de legare a nucleului, care se eliberează parțial în timpul unor transformări, trece în energie cinetică.

Pentru atomii care diferă în compoziția nucleului, se folosește denumirea de „nuclizi”, iar pentru atomii radioactivi - „radionuclizi”.

Nuclizi numiți atomi sau nuclee cu un număr dat de nucleoni și o sarcină dată a nucleului (nuclid desemnare A X).

Nuclizii care au același număr de nucleoni (Am = const) se numesc izobare. De exemplu, nuclizii 96 Sr, 96 Y, 96 Zr aparțin unei serii de izobare cu numărul de nucleoni Am = 96.

Nuclizi care au același număr de protoni (Z= const) sunt numite izotopi. Diferă doar prin numărul de neutroni, prin urmare aparțin aceluiași element: 234 U , 235 U, 236 U , 238 U .

izotopi- nuclizi cu același număr de neutroni (N = Am -Z = const). Nuclizii: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca aparțin seriei izotopilor cu 20 de neutroni.

Izotopii sunt de obicei notați ca Z X M, unde X este simbolul unui element chimic; M - numărul de masă, egal cu suma numărul de protoni și neutroni din nucleu; Z este numărul atomic sau sarcina nucleului, egal cu numărul de protoni din nucleu. Deoarece fiecare element chimic are propriul său număr atomic constant, acesta este de obicei omis și limitat la scrierea doar a numărului de masă, de exemplu: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr etc.

Atomii nucleului care au aceleași numere de masă, dar sarcini diferite și, în consecință, proprietăți diferite sunt numiți "izobare", de exemplu, unul dintre izotopii de fosfor are un număr de masă de 32 - 15 Р 32, unul dintre izotopii de sulf. are același număr de masă - 16 S 32 .

Nuclizii pot fi stabili (dacă nucleii lor sunt stabili și nu se descompun) sau instabili (dacă nucleii lor sunt instabili și suferă modificări care în cele din urmă cresc stabilitatea nucleului). Se numesc nuclee atomice instabile care se pot descompune spontan radionuclizi. Fenomenul de dezintegrare spontană a nucleului unui atom, însoțit de emisia de particule și (sau) radiatie electromagnetica, se numește radioactivitate.

Ca rezultat al dezintegrarii radioactive, se pot forma atât un izotop stabil, cât și unul radioactiv, la rândul lor, dezintegrandu-se spontan. Se numesc astfel de lanțuri de elemente radioactive conectate printr-o serie de transformări nucleare familii radioactive.

În prezent, IURAC ( uniunea internationala chimie teoretică și aplicată) a denumit oficial 109 elemente chimice. Dintre aceștia, doar 81 au izotopi stabili, dintre care cel mai greu este bismutul. (Z= 83). Pentru restul de 28 de elemente se cunosc doar izotopi radioactivi, cu uraniu (u~ 92) este cel mai greu element găsit în natură. Cel mai mare dintre nuclizi naturali are 238 de nucleoni. În total, existența a aproximativ 1700 de nuclizi din aceste 109 elemente a fost acum dovedită, numărul de izotopi cunoscuți pentru elementele individuale variind de la 3 (pentru hidrogen) la 29 (pentru platină).

nucleul atomic- aceasta este Partea centrală un atom, format din protoni și neutroni (numiți în mod colectiv nucleonii).

Nucleul a fost descoperit de E. Rutherford în 1911 în timp ce studia pasajul α -particule prin materie. S-a dovedit că aproape întreaga masă a unui atom (99,95%) este concentrată în nucleu. Dimensiunea nucleului atomic este de ordinul 10 -1 3 -10 - 12 cm, care este de 10.000 de ori mai mică decât dimensiunea învelișului de electroni.

Modelul planetar al atomului propus de E. Rutherford și observația sa experimentală a nucleelor ​​de hidrogen au fost eliminate α -particulele din nucleele altor elemente (1919-1920), l-au condus pe om de știință la ideea de proton. Termenul de proton a fost introdus la începutul anilor 20 ai secolului XX.

Proton (din greacă. protoni- în primul rând, simbol p) este o particulă elementară stabilă, nucleul unui atom de hidrogen.

Proton- o particulă încărcată pozitiv, a cărei sarcină este egală în valoare absolută cu sarcina unui electron e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Masa unui proton este de 1836 de ori masa unui electron. Masa de repaus a unui proton m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

A doua particulă din nucleu este neutroni.

Neutron (din lat. neutru- nici una, nici alta, un simbol n) este o particulă elementară care nu are sarcină, adică neutră.

Masa neutronului este de 1839 de ori masa electronului. Masa unui neutron este aproape egală cu (puțin mai mare decât) a unui proton: masa în repaus a unui neutron liber m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu și depășește masa protonilor cu 2,5 mase de electroni. Neutron, împreună cu protonul sub numele comun nucleon face parte din nucleul atomic.

Neutronul a fost descoperit în 1932 de D. Chadwig, un student al lui E. Rutherford, în timpul bombardamentului cu beriliu. α -particule. Radiația rezultată cu putere mare de penetrare (a depășit un obstacol format dintr-o placă de plumb de 10–20 cm grosime) și-a intensificat efectul la trecerea prin placa de parafină (vezi figura). Estimarea energiei acestor particule din urmele din camera de nori făcută de Joliot-Curies și observațiile suplimentare au făcut posibilă excluderea ipotezei inițiale că acest lucru γ -quanta. Marea putere de penetrare a particulelor noi, numite neutroni, a fost explicată prin neutralitatea lor electrică. La urma urmei, particulele încărcate interacționează activ cu materia și își pierd rapid energia. Existența neutronilor a fost prezisă de E. Rutherford cu 10 ani înainte de experimentele lui D. Chadwig. La lovitura α -particule din nucleele de beriliu, are loc următoarea reacție:

Iată simbolul neutronului; sarcina sa este egală cu zero, iar masa atomică relativă este aproximativ egală cu unu. Un neutron este o particulă instabilă: un neutron liber într-un timp de ~ 15 min. se descompune într-un proton, un electron și un neutrin - o particulă lipsită de masă în repaus.

După descoperirea neutronului de către J. Chadwick în 1932, D. Ivanenko și W. Heisenberg au propus în mod independent modelul proton-neutron (nucleon) al nucleului. Conform acestui model, nucleul este format din protoni și neutroni. Numărul de protoni Z coincide cu numărul de serie al elementului din tabelul lui D. I. Mendeleev.

Taxa de bază Q determinată de numărul de protoni Z, care fac parte din nucleu și este un multiplu al valorii absolute a sarcinii electronului e:

Q = + Ze.

Număr Z numit numărul de sarcină nucleară sau numar atomic.

Numărul de masă al nucleului DAR numit numărul total de nucleoni, adică protoni și neutroni conținuti în acesta. Numărul de neutroni dintr-un nucleu este notat cu literă N. Deci numărul de masă este:

A = Z + N.

Nucleonilor (protoni și neutroni) li se atribuie un număr de masă egal cu unu, iar electronului i se atribuie o valoare zero.

Ideea compoziției nucleului a fost facilitată și de descoperire izotopi.

Izotopi (din greacă. isos egal, același și topoa- loc) - acestea sunt varietăți de atomi ai aceluiași element chimic, ale căror nuclee atomice au același număr de protoni ( Z) și un număr diferit de neutroni ( N).

Nucleele unor astfel de atomi se mai numesc izotopi. Izotopii sunt nuclizi un element. Nuclid (din lat. nucleu- nucleu) - orice nucleu atomic (respectiv, un atom) cu numere date Zși N. Desemnare generala nuclizii au forma ……. Unde X- simbolul unui element chimic, A=Z+N- numar de masa.

Izotopii ocupă același loc în Tabelul Periodic al Elementelor, de unde și numele lor. Prin proprietățile sale nucleare (de exemplu, prin capacitatea de a intra în reactii nucleare) izotopii, de regulă, diferă semnificativ. Proprietățile chimice (și aproape la fel de fizice) ale izotopilor sunt aceleași. Acest lucru se explică prin Proprietăți chimice elementul sunt determinate de sarcina nucleului, deoarece el este cel care afectează structura învelișului de electroni a atomului.

Excepție fac izotopii elementelor ușoare. Izotopi ai hidrogenului 1 H — protium, 2 H— deuteriu, 3 H — tritiu ele diferă atât de mult ca masă, încât proprietățile lor fizice și chimice sunt diferite. Deuteriul este stabil (adică nu este radioactiv) și este inclus ca o impuritate mică (1: 4500) în hidrogenul obișnuit. Deuteriul se combină cu oxigenul pentru a forma apă grea. Fierbe la presiunea atmosferică normală la 101,2°C și îngheață la +3,8°C. tritiu β este radioactiv cu un timp de înjumătățire de aproximativ 12 ani.

Toți au elemente chimice există izotopi. Unele elemente au doar izotopi instabili (radioactivi). Pentru toate elementele, izotopii radioactivi au fost obținuți artificial.

Izotopi ai uraniului. Elementul uraniu are doi izotopi - cu numerele de masă 235 și 238. Izotopul este doar 1/140 din cel mai comun.

După cum știți, tot materialul din Univers este format din atomi. Un atom este cea mai mică unitate de materie care își poartă proprietățile. La rândul său, structura unui atom este alcătuită dintr-o trinitate magică de microparticule: protoni, neutroni și electroni.

Mai mult, fiecare dintre microparticule este universală. Adică nu poți găsi doi protoni, neutroni sau electroni diferiți în lume. Toate sunt absolut asemănătoare între ele. Și proprietățile atomului vor depinde doar de compoziția cantitativă a acestor microparticule în structura generala atom.

De exemplu, structura unui atom de hidrogen constă dintr-un proton și un electron. Următorul ca complexitate, atomul de heliu este format din doi protoni, doi neutroni și doi electroni. Un atom de litiu este format din trei protoni, patru neutroni și trei electroni etc.

Structura atomilor (de la stânga la dreapta): hidrogen, heliu, litiu

Atomii se combină în molecule, iar moleculele se combină în substanțe, minerale și organisme. Molecula de ADN, care stă la baza oricărei vieți, este o structură asamblată din aceleași trei blocuri magice ale universului ca piatra aflată pe drum. Deși această structură este mult mai complexă.

Chiar mai mult fapte uimitoare deschis atunci când încercăm să aruncăm o privire mai atentă asupra proporțiilor și structurii sistemului atomic. Se știe că un atom este format dintr-un nucleu și electroni care se mișcă în jurul lui de-a lungul unei traiectorii care descrie o sferă. Adică nici nu poate fi numită mișcare în sensul obișnuit al cuvântului. Electronul este mai degrabă localizat peste tot și imediat în această sferă, creând un nor de electroni în jurul nucleului și formând un câmp electromagnetic.

Reprezentări schematice ale structurii atomului

Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni și aproape întreaga masă a sistemului este concentrată în el. Dar, în același timp, nucleul în sine este atât de mic încât dacă îi creșteți raza la o scară de 1 cm, atunci raza întregii structuri a atomului va ajunge la sute de metri. Astfel, tot ceea ce percepem ca materie densă constă în mai mult de 99% din legăturile energetice dintre particulele fizice singure și mai puțin de 1% din formele fizice în sine.

Dar care sunt aceste forme fizice? Din ce sunt făcute și din ce material sunt? Pentru a răspunde la aceste întrebări, să aruncăm o privire mai atentă asupra structurilor protonilor, neutronilor și electronilor. Deci, coborâm încă o treaptă în adâncurile microcosmosului - la nivelul particulelor subatomice.

Din ce este format un electron?

Cea mai mică particulă a unui atom este un electron. Un electron are masă, dar nu are volum. Din punct de vedere științific, electronul nu constă din nimic, ci este un punct fără structură.

Un electron nu poate fi văzut la microscop. Se observă doar sub forma unui nor de electroni, care arată ca o sferă neclară în jurul nucleului atomic. În același timp, este imposibil să spunem cu exactitate unde se află electronul la un moment dat. Dispozitivele sunt capabile să capteze nu particula în sine, ci doar urma sa de energie. Esența electronului nu este încorporată în conceptul de materie. Este mai degrabă ca o formă goală care există doar în și prin mișcare.

Nu a fost găsită încă nicio structură în electron. Este aceeași particulă punctuală ca și cuantumul energiei. De fapt, un electron este energie, cu toate acestea, aceasta este forma sa mai stabilă decât cea reprezentată de fotonii luminii.

În prezent, electronul este considerat indivizibil. Acest lucru este de înțeles, deoarece este imposibil să împărțiți ceva care nu are volum. Cu toate acestea, există deja evoluții în teorie, conform cărora compoziția unui electron conține o trinitate de cvasiparticule precum:

• Orbiton - conține informații despre poziția orbitală a electronului;
• Spinon - responsabil pentru spin sau cuplu;
• Holon - transportă informații despre sarcina unui electron.

Cu toate acestea, după cum vedem, cvasiparticulele nu au absolut nimic în comun cu materia și poartă doar informații.

Fotografii ale atomilor diferitelor substanțe într-un microscop electronic

Interesant este că un electron poate absorbi cuante de energie, cum ar fi lumina sau căldura. În acest caz, atomul se mută la un nou nivel de energie, iar granițele norului de electroni se extind. De asemenea, se întâmplă că energia absorbită de un electron este atât de mare încât poate sări din sistemul atomic și să își continue mișcarea ca o particulă independentă. În același timp, se comportă ca un foton al luminii, adică pare să înceteze să mai fie o particulă și începe să prezinte proprietățile unei unde. Acest lucru a fost dovedit într-un experiment.

Experimentul lui Young

În cursul experimentului, un flux de electroni a fost direcționat pe un ecran cu două fante tăiate în el. Trecând prin aceste fante, electronii s-au ciocnit cu suprafața altui ecran de proiecție, lăsându-și amprenta pe acesta. Ca urmare a acestui „bombardament” de către electroni, pe ecranul de proiecție a apărut un model de interferență, similar cu cel care ar apărea dacă undele, dar nu particulele, ar trece prin două fante.

Un astfel de model apare datorită faptului că valul, care trece între cele două fante, este împărțit în două valuri. Ca rezultat al mișcării ulterioare, undele se suprapun și în unele zone se anulează reciproc. Ca rezultat, obținem multe dungi pe ecranul de proiecție, în loc de una, așa cum ar fi dacă electronul s-ar comporta ca o particulă.

Structura nucleului unui atom: protoni și neutroni

Protonii și neutronii formează nucleul unui atom. Și în ciuda faptului că în volumul total miezul ocupă mai puțin de 1%, în această structură este concentrată aproape întreaga masă a sistemului. Dar în detrimentul structurii protonilor și neutronilor, fizicienii sunt împărțiți în păreri, iar în acest moment există două teorii simultan.

• Teoria #1 - Standard

Modelul standard spune că protonii și neutronii sunt formați din trei quarci conectați printr-un nor de gluoni. Quarcii sunt particule punctiforme, la fel ca cuantele și electronii. Și gluonii sunt particule virtuale care asigură interacțiunea cuarcilor. Cu toate acestea, în natură nu s-au găsit nici quarci, nici gluoni, așa că acest model este supus unor critici severe.

• Teoria #2 - Alternativă

Dar, conform teoriei alternative a câmpului unificat dezvoltat de Einstein, protonul, ca și neutronul, ca orice altă particulă a lumii fizice, este un câmp electromagnetic care se rotește cu viteza luminii.

Câmpurile electromagnetice ale omului și ale planetei

Care sunt principiile structurii atomului?

Totul în lume - subtil și dens, lichid, solid și gazos - este doar stările energetice ale nenumăratelor câmpuri care pătrund în spațiul Universului. Cu cât nivelul de energie în câmp este mai mare, cu atât este mai subțire și mai puțin perceptibil. Cu cât nivelul de energie este mai scăzut, cu atât este mai stabil și mai tangibil. În structura atomului, precum și în structura oricărei alte unități a Universului, se află interacțiunea unor astfel de câmpuri - diferite ca densitate energetică. Se dovedește că materia este doar o iluzie a minții.

Adăugați site-ul la marcaje

Conceptul de atom. Structura atomului și a nucleului atomic

Atomul este cea mai mică particulă element, păstrându-și caracteristicile.

atomi diverse elemente diferă unele de altele. Deoarece există peste 100 de elemente diferite, există și peste 100 diferite feluri atomi.

Figura 1-2. Părți ale unui atom.

Fiecare atom are un nucleu , situat în centrul atomului. Conține particule încărcate pozitiv - protoni și particule neîncărcate - neutroni.

Electronii, particule încărcate negativ, se învârt în jurul nucleelor ​​(vezi Figura 1-2).

Numărul de protoni din nucleul unui atom se numește numărul atomic al elementului.

Orez. 1-3. Electronii aflați în învelișuri din jurul nucleului.

Numerele atomice vă permit să distingeți un element de altul. Fiecare element are o greutate atomică. Greutatea atomică este masa unui atom, care este determinată de numărul total de protoni și neutroni din nucleu. Electronii nu contribuie aproape deloc la greutate totală un atom, masa unui electron este doar 1/1845 din masa unui proton și poate fi neglijată.

Electronii se rotesc pe orbite concentrice în jurul nucleului. Fiecare orbită se numește coajă. Aceste shell-uri sunt umplute în următoarea secvență: shell-ul K este umplut mai întâi, apoi L, M, N și așa mai departe. (Vezi Figura 1-3). Numărul maxim de electroni care pot încăpea pe fiecare înveliș este prezentat în Fig. 1-4.

Învelișul exterior se numește valență, iar numărul de electroni pe care îi conține se numește valență. Cu cât învelișul de valență este mai departe de nucleu , cu atât mai puțină atracție din partea nucleului este experimentată de fiecare electron de valență. Astfel, potențialul unui atom de a câștiga sau a pierde electroni crește dacă învelișul de valență nu este umplut și este situat suficient de departe de nucleu.

Orez. 1-4 și 1-5. Compoziția atomului.

Electronii învelișului de valență pot primi energie. Dacă acești electroni obțin suficientă energie din forțele externe, ei pot părăsi atomul și deveni electroni liberi, mișcându-se aleatoriu de la atom la atom. Materiale care conțin un numar mare de electronii liberi se numesc conductori.

Orez. 1-6. valență de cupru.

Pe Fig. 1-5 comparați conductivitățile diferitelor metale utilizate ca conductori . În tabel, argintul, cuprul și aurul au o valență de unu (vezi Figura 1-6). Cu toate acestea, argintul este un conductor mai bun, deoarece electronii săi de valență sunt mai puțin legați.

Izolatoarele, spre deosebire de conductori, împiedică fluxul de electricitate. Izolatorii sunt stabili datorită faptului că electronii de valență ai unor atomi sunt atașați de alți atomi, umplându-le învelișurile de valență, prevenind astfel formarea de electroni liberi.

Orez. 1-7. Proprietăți dielectrice diverse materiale folosite ca izolatori.

Materialele clasificate drept izolatori sunt comparate în Fig. 1-7. Mica este cel mai bun izolator deoarece are cei mai puțini electroni liberi în învelișul de valență.

La jumatatea distantei dintre conductori si izolatori se afla semiconductorii.Semiconductorii nu sunt nici buni conductori, nici buni izolatori, dar sunt importanti deoarece conductivitatea lor poate fi variata de la conductor la izolator. Siliciul și germaniul sunt materiale semiconductoare.

Se spune că un atom care are același număr de electroni și protoni este neutru din punct de vedere electric. Un atom care primește unul sau mai mulți electroni nu este neutru din punct de vedere electric. Devine încărcat negativ și se numește ion negativ. Dacă un atom pierde unul sau mai mulți electroni, acesta devine încărcat pozitiv și se numește ion pozitiv. Procesul de câștig sau pierdere de electroni se numește ionizare. Joacă de ionizare mare rolîn fluxul de curent electric.