Многоэлектронный атом. Принцип Паули.

В многоэлектронном атоме, заряд которого равен Ze, электроны будут занимать различные оболочки. При движении вокруг ядра Z-электроны располагаются в соответствии с квантово-механистическим законом, который называется принципом Паули:

В любом атоме не может быть двух одинаковых электронов, определяемых набором четырех квантовых чисел: главного n, орбитального l, магнитного ml и магнитного спинового ms.

В состояниях с определенным значением могут находиться в атоме не более 2n2 электронов.

Значит, на первой оболочке могут находиться только 2 электрона, на второй – 8, на третьей – 18 и т.д. Таким образом, совокупность электронов в многоэлектронном атоме, имеющих одно и то же главное квантовое число n, называют электронной оболочкой. Принцип Паули дал возможность теоретически обосновать периодическую систему элементов Менделеева, создать квантовую статистику и современную теорию твердых тел.

12. Основные понятия ядерной физики. Радиоактивность. Ядра всех атомов можно разделить на два больших класса: стабильные и радиоактивные. Стабильные ядра можно преобразовать путем взаимодействия их друг с другом или с различными микрочастицами, а нестабильные ядра распадаются самопроизвольно. Любое ядро заряжено положительно, и величина заряда определяется количеством протонов в ядре. Количество протонов и нейтронов в ядре определяет массовое число ядра. В то время как заряд ядра равен сумме зарядов входящих в него протонов, масса ядра не равна сумме масс отдельных свободных протонов и нейтронов. Она несколько меньше этой суммы. Это объясняется тем, что для связи нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре требуется энергия связи. Каждый нуклон, попадая в ядро, выделяет часть своей массы для формирования внутриядерного сильного взаимодействия, которое «склеивает» нуклоны в ядре, что приводит к уменьшению массы ядра на так называемый дефект массы. Наиболее устойчивы средние ядра, так как они имеют большую энергию связи. Менее устойчивы тяжелые и легкие ядра. Из одного тяжелого ядра можно получить два средних ядра, при этом выделяется энергия. Так, при бомбардировке ядра урана свободными нейтронами образуется огромная энергия, два средних ядра и два новых свободных нейтрона. Последние вызывают деление других ядер урана – в результате образуется цепная реакция. Этот способ получения энергии используется в ядерных боеприпасах и управляемых ядерных энергетических установках на электростанциях и на транспортных объектах с атомной энергетикой.

Кроме этого способа получения атомной энергии есть и другой – слияние двух легких ядер в более тяжелое ядро. Процесс объединения идет при сверхвысоких температурах и поэтому называется термоядерной реакцией. Термоядерные реакции идут на звездах и на Солнце.

Радиоактивностью называется самопроизвольное преобразование одних ядер в другие. Спонтанный распад изотопов ядер в условиях природной среды называют естественной, а в условиях лабораторий в результате деятельности человека – искусственной радиоактивностью. Естественную радиоактивность открыл французский физик Анри Беккерель в 1896 году. Продолжили изучение естественной радиоактивности Мария и Пьер Кюри. Искусственная радиоактивность открыта и исследована супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. Необходимо отметить, что принципиального отличия между этими двумя типами радиоактивности нет.

Известны три основных вида радиоактивного излучения: ά-, β- и γ-излучение.

ά-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и слабой проникающей способностью. Оно представляет собой поток ядер гелия. Заряд ά-частиц положителен и по модулю равен двойному заряду электрона.

β-излучение также отклоняется электрическим и магнитным полями. Оно характеризуется сравнительно слабой ионизирующей способностью и относительно высокой проникающей способностью. Одна из разновидностей β-излучения – поток быстрых электронов.

γ-излучение не отклоняется ни электрическим, ни магнитным полем. Обладает сравнительно слабой ионизирующей способностью и очень высокой проникающей способностью. γ-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны, что и обуславливает его высокую проникающую способность.

Лекция 3
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ И ПРИНЦИПЫ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)