به مجموع پروتون ها و نوترون ها چه میگویند

به مجموع پروتون ها و نوترون ها چه میگویند را از سایت پست روزانه دریافت کنید.

پروتون

پروتون (Proton) ذره‌ای زیراتمی با نماد p {\displaystyle {\ce {p}}} یا p + {\displaystyle {\text{p}}^{+}} است که جرمش ۱۸۳۷ برابر جرم الکترون و اندکی کمتر از جرم نوترون است. به پروتون و نوترون که هر کدام جرمی حدود یک یکای جرم اتمی (amu) دارند نوکلئون (ذرات درون هستهٔ اتم‌ها) هم می‌گویند. بار پروتون مثبت و اندازه‌اش با اندازهٔ بار الکترون (1e+) یعنی ۱۹-۱۰× ۱٫۶۰۲۲ کولن دقیقاً برابر است.

در هستهٔ هر اتم، یک یا چند پروتون وجود دارد. شمار پروتون‌ها در هسته، عدد اتمی نام دارد که با نماد Z نمایش داده می‌شود و ویژگیِ تعیین‌کنندهٔ نوع هر عنصر شیمیایی‌ست به این معنی که تعداد پروتون‌های هستهٔ اتم‌های هر عنصر شیمیایی یکتاست: هر عنصر شیمیایی عدد اتمی منحصر به خودش را دارد.

واژهٔ پروتون که در زبان یونانی به معنای «نخستین» است، نامی‌ست که بار اول ارنست رادرفورد در سال ۱۹۲۰ به هستهٔ هیدروژن داد. وی سال‌ها پیش از این نام گذاری دریافته بود که هستهٔ هیدروژن را (که می‌دانستند سبک‌ترین هسته است) می‌توان با برخورد اتمی از هستهٔ نیتروژن بیرون کشید. از این رو به نظر می‌رسید پروتون باید ذره‌ای بنیادی و عنصر سازندهٔ هستهٔ نیتروژن و دیگر هسته‌های سنگین‌تر (از هیدروژن) باشد.

با آن‌که ابتدا گمان می‌رفت پروتون ذرهٔ بنیادیست، امروز در طبقه‌بندیِ مدل استاندارد فیزیک ذرات، پروتون مانند نوکلئونِ دیگر، یعنی نوترون، یکی از هادرون‌ها و ذره‌ای مرکب از سه کوارک ظرفیتی‌ست: دو کوارک بالا که بار الکتریکی هر کدام (۲e/۳)+ و یک کوارک پایین که بار الکتریکیش ۳/e - است.[۱][۲] سهم جرم سکون کوارک‌ها در جرم پروتون تنها ۱٪ است.[۳] بقیهٔ جرم پروتون برخاسته از انرژی بستگیِ کرومودینامیکِ کوانتومی شامل انرژی جنبشی کوارک‌ها و انرژی میدان‌های گلوئون‌هائی‌ست که کوارک‌ها را به هم پیوند می‌دهد. از آنجا که پروتون ذرهٔ بنیادی نیست، اندارهٔ فیزیکی دارد که می‌توان اندازه گرفت: جذر میانگین مربعی شعاع پروتون بین ۰٫۸۴ و ۰٫۸۷ فرمی (هر فرمی برابر ۱۵-۱۰ متر) است.[۴] در سال ۲۰۱۹ دو بررسی مستقل با روش‌های متفاوت شعاع پروتون را اندازه گرفتند و به مقدار ۰٫۸۳۳ فرمی رسیدند، عدم قطعیت این اندازه‌گیری‌ها ۰٫۰۱۰± فرمی است.

در دماهای کم پروتون آزاد و الکترون پیوند می‌سازند اما خصلت پروتون تغییر نمی‌کند. پروتونی که به سرعت از ماده عبور می‌کند در اثر برهم‌کنش با هسته‌ها و الکترون‌های ماده کُند می‌شود و بالاخره ابر الکترون‌های یکی از اتم‌ها آن را جذب می‌کند. نتیجه، اتم پروتون‌دار و در واقع ترکیب شیمیایی آن اتم با هیدروژن است. در خلأ هر جا که الکترون آزاد باشد، پروتونی که به اندازه کافی کند باشد می‌تواند یک الکترون جذب کند و اتم خنثای هیدروژن بسازد که از دیدگاه شیمیایی رادیکال آزاد است. این اتم‌های «هیدروژن آزاد» در انرژی کم تمایل به واکنش شیمیایی با انواع دیگر اتم‌ها را دارند. واکنش اتم‌های آزاد هیدروژن با یکدیگر به ساخت مولکول طبیعی هیدروژن ( H 2 {\displaystyle {\ce {H2}}} ) منجر می‌شود که که فراوان‌ترین جزء ابرهای مولکولی در فضای بین ستارگان است.

شرح[ویرایش]

پروتون، فرمیونی با اسپین ½- است که از سه کوارک ظرفیت ساخته شده[۵] و دارای توزیع بار الکتریکی مثبتی است که با آهنگ نمایی کم می‌شود. شعاع پروتون حدوداً ۰/۸ فمنتو متراست.[۶] همین کوارک‌های ظرفیت هستند که پروتون را به یک باریون که خود یک زیر ذره هادرونی ست تبدیل می‌کنند. دو کوارک بالا و یک کوارک پایین با نیرویی به‌غایت محکم به میانجیگری گلوئون به هم متصل هستند. امروزه بر این باوریم که پروتون از سه کوارک ظرفیت (بالا بالا پایین)، گلوئون‌ها و جفت‌هایی ظرفیتی از کوارک دریایی تشکیل شده‌اند.

پروتون و نوترون ذرات درون هسته‌ای هستند و می‌توانند توسط نیروی هسته‌ای به یکدیگر متصل شوند و هسته اتم را شکل دهند. هسته فراوان‌ترین ایزوتوپ هیدروژن تنها از یک پروتون تشکیل شده‌است. دو ایزوتوپ دیگر هیدروژن یعنی دوتریوم و تریتیوم به ترتیب دارای یک و دو نوترون هستند که به پروتون متصل شده‌اند. هسته سایر اتم‌ها از بیش از یک پروتون و تعداد متفاوتی نوترون شکل گرفته‌است.

تاریخچه[ویرایش]

مدت زیادی نیاز بود تا مفهوم ذره هیدروژن-مانند به عنوان سازنده سایر اتم‌ها توسعه یابد. نخست، ویلیام پروت در ۱۸۱۵ بر پایه تفسیر ساده‌انگارانه‌ای از مقادیر وزن اتمی، چنین فرض کرد که همه اتم‌ها از اتم‌های هیدروژن که اون آن‌ها را پروتیل می‌نامید، تشکیل شده‌اند. پس از آن که مقدارهای دقیق‌تری اندازه‌گیری شدند، این فرضیه رد شد.[۷]

در ۱۸۸۶، اویگن گلدشتاین با کشف پرتوهای آندی نشان داد که این پرتوها مربوط به ذره‌هایی با بار مثبت هستند که از گازها تولید می‌شوند. البته از آن‌جایی‌که این ذرات منتشر شده از گازهای مختلف، دارای نسبت بار به جرم متفاوتی بودند، شناسایی آن‌ها بر خلاف الکترون با بار الکتریکی منفی، به عنوان یک ذره امکان‌پذیر نبود. اما در ۱۸۹۸ ویلهلم وین یون هیدروژن را به عنوان ذره ای که بیشینه نسبت بار به جرم در گازهای یونیزه را داراست کشف نمود.

پس از کشف هسته اتم توسط ارنست رادرفورد در ۱۹۱۱، آنتونیوس فن‌در بروک اظهار کرد که مکان هر عنصر در جدول تناوبی، متناظر با بار هسته آن است. هنری موزلی در ۱۹۱۳ این مطلب را با به‌کارگیری طیف پرتو ایکس به صورت تجربی تأیید کرد.[۸]

رادرفورد در ۱۹۱۷ ثابت کرد که هسته هیدروژن در هسته‌های دیگر نیز وجود دارد. معمولاً این نتیجه را به عنوان کشف پروتون در نظر می‌گیرند.[۹] رادرفورد آزمایشی انجام داد که در آن، ذرات آلفا را به هوا (که بیشتر آن نیتروژن است) شلیک نمود و آشکارگرها اثراتی از هیدروژن را به عنوان یک محصول واکنش نشان دادند. رادرفورد پس از آن که آزمایش را با نیتروژن خالص تکرار کرد و مشاهده کرد که اثرات بیشتر شده‌اند، چنین نتیجه گرفت که این ذره‌های هیدروژن تنها می‌توانند از نیتروژن آمده باشند و بنابراین نیتروژن باید محتوی هسته هیدروژن باشد. در این آزمایش یک هسته هیدروژن جدا شد و نیتروژن به اکسیژن-۱۷ تبدیل شد. این رخداد، نخستین واکنش هسته‌ای گزارش شده‌است:

14N + α → 17O + p

رادرفورد تحت تأثیر فرضیه پروت می‌دانست که هیدروژن ساده‌ترین و سبک‌ترین عنصر و واحد سازنده دیگر عناصر است. کشف این مطلب که هسته هیدروژن در همه هسته‌های دیگر وجود دارد، رادرفورد را بر آن داشت که نامی ویژه به عنوان یک ذره، به هسته هیدروژن بدهد. رادرفورد چنین پنداشت که هیدروژن به عنوان سبک‌ترین عنصر، تنها دارای یکی از این ذره‌ها است و این واحد سازنده بنیادی جدید را پروتون نامید. این واژه از کلمه‌ای یونانی به معنی نخستین، مشتق شده‌بود.[۱۰]

اولیور لاج در جلسه ای در مؤسسه بریتانیایی پیشرفت‌های علمی به تاریخ ۲۴ اوت ۱۹۲۰ از وی خواست تا به منظور جلوگیری از اشتباه شدن هیدروژن معمولی با هیدروژن مثبت نامی برای آن انتخاب کند. رادرفورد که واژه پروتیل را که توسط پروت استفاده شده بود در ذهن داشت هم پروتون (proton) و هم پرووتون (prouton) را پیشنهاد داد که واژه نخستین مورد پذیرش قرار گرفت.[۱۱][۱۲][۱۳]

تحقیقات نشان می‌دهد که رعد و برق می‌تواند پروتون‌هایی با انرژی تا چندین ده میلیون الکترون ولت تولید نماید.[۱۴]

پروتون‌ها معمولاً در پروتون درمانی یا آزمایش‌های متفاوت فیزیک ذره ای استفاده می‌شوند. یکی از مثال‌های مهم در این زمینه شتاب‌دهنده بزرگ هادرونی می‌باشد.

پایداری[ویرایش]

پروتون آزاد (که به هیچ نوترون یا الکترونی بسته نباشد) ذره‌ای پایدار است که تاکنون واپاشی آن به ذرات دیگر مشاهده نشده‌است. پروتون آزاد به‌طور طبیعی در دماها و انرژی‌های زیادی که پروتون انرژی کافی برای جداشدن از الکترون داشته باشد مشاهده می‌شود. در پلاسما پروتون آزاد وجود دارد چون دما آنقدر زیاد است که مانع می‌شود پروتون الکترونی را جذب کند و پیوند بسازد. ۹۰٪ پرتوهای کیهانی که در فضای بین ستارگان منتشر می‌شوند پروتون‌های پرسرعت و پرانرژی‌ست. در برخی واپاشی‌های هسته‌ای نادر نیز پروتون از هستهٔ اتم گسیل می‌شود. نوترون آزاد ناپایدار است و در اثر واپاشی آن، پروتون به همراه الکترون و پادنوترینو آزاد می‌شود.

تاکنون واپاشی خودبه‌خود پروتون آزاد مشاهده نشده‌است. به همین دلیل، پروتون در مدل استاندارد ذرهٔ پایدار است. اما در برخی نظریه‌های وحدت بزرگ فیزیک ذرات، واپاشی پروتون پیش‌بینی می‌شود و نیمه‌عمر آن بین ۳۱+۱۰ و ۳۶+۱۰سال است و در برخی پژوهش‌های تجربی برای عمر میانگین پروتون در اثر واپاشی فرضیِ آن به ذرات دیگر حد پایین تعیین شده‌است.[۱۵][۱۶][۱۷]

در آزمایش‌هائی که در آشکارگر سوپر کامیوکانده در ژاپن انجام شده، حد پایین ۳۳+۱۰ × ۶٫۶ سال برای نیمه‌عمر واپاشی پروتون به پادمیوئون و پیون خنثی و حد پایین ۳۳+۱۰× ۸٫۲ سال برای نیمه‌عمر واپاشی پروتون به پوزیترون و پیون خنثی به دست آمده‌است [به این معنی که در این آزمایش‌ها واپاشی پروتون دیده نشده و اگر پروتون وابپاشد با توجه به مدت آزمایش و مقدار ماده‌ئی که تحت نظر بوده، نیمه‌عمر پروتون از این مقادیر بیشتر است].[۱۸] در آزمایشی دیگر در رصدخانهٔ نوترینو سادبری در کانادا، پژوهشگران تلاش کردند پرتوهای گاما حاصل از واپاشی هسته‌های به‌جامانده پس از هر نوع واپاشیِ یکی از پروتون‌های هستهٔ اتم اکسیژن ۱۶را آشکار کنند. در این آزمایش حد پایین ۲۹+۱۰× ۲٫۱ سال برای نیمه‌عمر پروتون به دست آمد.[۱۹]

از سوی دیگر، فرایند جذب الکترون و تبدیل پروتون به نوترون (که واپاشی بتای وارون نیز نام دارد)، فرایندی شناخته‌شده در فیزیک است. این فرایند برای پروتون آزاد خودبه‌خود روی نمی‌دهد و انجام آن نیاز به تأمین انرژی لازم دارد. این واکنش، برگشت‌پذیر است و نوترون در واپاشی بتا که یکی از شکل‌های معمول واپاشی هسته‌ای‌ست، با نیمه‌عمر میانگین پانزده دقیقه به پروتون تبدیل شود.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

نوترون

نوترون (به انگلیسی: Neutron) (با نشان n 0 {\displaystyle {\ce {n^0}}} ) یکی از ذرات هسته‌ای اتم با بار الکتریکی خنثی و جرم مطلق ۲۷- ۱۰ × ۱٬۶۷۴۸۲ کیلوگرم و جرم نسبی ۱٬۰۰۸۶۶۵۴۱ است و به همراه [[پروتون]

جیمز چادویک در سال ۱۹۳۲ این ذره را، که رادرفورد در سال ۱۹۲۰ وجود آن را پیش‌بینی کرده بود، کشف کرد. پروتون‌ها ذراتی با بار الکتریکی مثبت هستند و توسط نیروی کولنی به شدت همدیگر را دفع می‌کنند. علت اینکه پروتون‌ها همدیگر را دفع نمی‌کنند، برهم‌کنش آن‌ها با نوترون‌ها توسط نیروی هسته‌ای قوی است. نوترون در حال آزاد ذره‌ای ناپایدار است و عمر متوسط آن ۹۱۸ ثانیه است و به پروتون، الکترون و نوترینو واپاشیده می‌شود. به این واپاشی، واپاشی بتا منفی ( β − {\displaystyle {\ce {\beta^{-}}}} ) می‌گویند.

نسبت تعداد پروتون‌ها به نوترون‌ها در هسته‌ی اتم‌های مختلف متفاوت است. برای مثال، نسبت تعداد نوترون‌ها به پروتون‌ها در اتم اکسیژن نسبت ۱ به ۱ است، در حالی که در اتم آهن به نسبت ۱۵ به ۱۳ است. طبق یک قاعده‌ی کلی که از اصل طرد پائولی نتیجه می‌شود، اگر این نسبت کمتر از ۱/۵ باشد؛ اتم پایدار است و فروپاشیده نمی‌شود و همین، دلیل اصلی پایدار بودن نوترون‌ها در داخل هسته‌ی اتم است. هر اتمی که نسبت نوترون‌ها به پروتون‌ها بیشتر از ۱/۵ باشد، ناپایدار است و در برخی از اتم‌ها با فروپاشی یکی از نوترون‌ها به پروتون و الکترون، سعی در برقراری این تعادل می‌شود. برای مثال:

Cs 55 137 ⟶ Ba 56 137 + e − + ν e ¯ {\displaystyle {\ce {^{137}_{55}Cs->{^{137}_{56}Ba}+{e^{-}}+{\bar {\nu _{e}}}}}}

تاریخچه کشف نوترون[ویرایش]

با اندازه‌گیری‌هایی که ارنست رادرفورد انجام داد، او متوجه شد که جرم هسته‌ی اتم تقریباً دوبرابر تعداد پروتون‌ها است. بدین ترتیب او پیش بینی کرد که ذره دیگری باید در هسته باشد تا این کمبود جرم را جبران کند.

در سال ۱۹۳۲ جیمز چادویک آزمایشی ترتیب داد. او بریلیم را با ذرات آلفا بمباران کرد و متوجه شد که ذرّه‌ای با قدرت نفوذ بسیار بالا از هسته‌ی اتم بیرون می‌زند که در میدان مغناطیسی منحرف نمی‌شود. او ابتدا فکر کرد که این باید اشعه X یا گاما باشد؛ اما هنگامی که سرعت آن را اندازه گرفت، متوجه شد که سرعت این ذره یک دهم سرعت نور است. به همین دلیل این ذره را که جرم آن حدود جرم پروتون بود، بار الکتریکی نداشت و سرعت آن یک دهم سرعت نور بود، نوترون نامید و آن را به هسته نسبت داد.

داستان کشف نوترون و خصوصیات آن برای تحولات خارق العاده در فیزیک اتمی که در نیمه اول قرن 20 رخ داده است ، محوری است و در نهایت در سال 1945 به بمب اتمی منتهی شد. در مدل رادرفورد در سال 1911 ، اتم متشکل از یک هسته عظیم با بار مثبت است که توسط ابر بسیار بزرگتر از الکترونهای با بار منفی احاطه شده است. در سال 1920 ، رادرفورد اظهار داشت که این هسته از پروتونهای مثبت و ذرات با بار خنثی تشکیل شده است ، اتم تنها به پروتون و الکترون محدود نشده است. [۳] فرض بر این بود که الکترونها در درون هسته ساکن هستند زیرا مشخص شد که تابش بتا از الکترونهای ساطع شده از هسته تشکیل شده است. [۳] رادرفورد این نوترون ها را ذرات غیر قابل شارژ می نامید ، و از ریشه ی لاتین کلمه خنثی (نوتری) و پسوند یونانی -on (پسوند مورد استفاده در نام های ذرات زیر اتمی ، یعنی الکترون و پروتون ) نام نوترون را بر این ذره گزارد. [۴] [۵] با این حال ، منابع مربوط به کلمه نوترون را می توان حتی در مطالعات تا اوایل سال 1899 نیز یافت. [۶]

جستارهای وابسته[ویرایش]

پانویس[ویرایش]

منابع[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

شمارش پروتون، نوترون و الکترون

الکترون:

یک ذره درون اتمی است که

حامل بار الکتریکی منفی می‎باشد.

این ذره توسط گروهی از فیزیکدانان انگلیسی،

که تامسون نیز جزء آنان بود، در سال 1897 کشف شد.
پروتون:

ذراتی با بار مثبت که دقیقاً یک یون مثبت هیدروژن هستند.

ارنست رادرفورد در سال 1918 وجود این ذرات را گزارش داد.

او با فرستادن ذرات آلفا در گاز نیتروژن این مسأله را اثبات کرد.
نوترون:

ذرات درون اتمی بدون بار هستند که

در مرکز هسته اتمها قرار گرفته‎اند.

این ذرات توسط جیمز چادویک در سال 1932 کشف شدند.

تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی
تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی
تعداد نوترون‎ها = عدد جرمی – عدد اتمی
عدد جرمی = مجموع تعداد پروتون‎ها و نوترون‎ها

مثال:

عدد اتمی (Z)

به تعداد پروتون های هر اتم(به تعداد بارهای مثبت اتم) عدد اتمی می گویند

برای مثال اتم سدیم 11 پروتون دارد, پس عدد اتمی سدیم 11 است.

عدد اتمی را گوشه پایین سمت چپ نماد شیمیایی می نویسند 11Na

عدد جرمی (A)

به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم عدد جرمی گفته می شود.

تمام اتم های یک عنصر پروتون های یکسان دارند اما تعداد نوترون های آن ها می تواند متفاوت باشد.

عدد جرمی در گوشه بالا و سمت چپ نماد شیمیایی نوشته می شود

مثلا اتم کربن در هسته خود 6 پروتون و 6 نوترون دارد

پس عدد جرمی آن 12 است. 12C

برای پیدا کردن تعداد پروتون‎ها، الکترون‎ها و نوترون‎های یون‎ها،

لازم است که:

کاتیون‎ها (یون‎های مثبت)

و آنیون‎ها (یون‎های منفی) را بشناسیم.

کاتیون‎ها:

یون‎هایی که بار مثبت دارند کاتیون نامیده می‎شوند.

وقتی الکترون‎های اتم از دست می‎رود کاتیون بوجود می‎آید.

آنیون‎ها:

یون‎های با بار منفی هستند که

درنتیجه وارد شدن الکترون اضافی به اتم تشکیل می‎شوند.

یون Na+ را درنظر بگیرید.

می‎دانیم که عدد اتمی

هر ساختار اتمی عنصر سدیم 11 است.

علیرغم این، به دلیل که اینکه

یون سدیم حامل بار مثبت می‎باشد،

باید یک پروتون اضافی داشته باشد

و یا اینکه یک الکترون از دست داده باشد.

از آنجاییکه سدیم نمی‎تواند پروتون بدست آورده باشد،

وگرنه تبدیل به منیزیوم می‎شود،

باید یک الکترون از دست داده باشد.

بنابراین:

تعداد پروتون و الکترون‎های سدیم در اصل همان 11 است.

منتها چون یک الکترون از دست داده،

تعداد الکترون‎ها = تعداد پروتون‎ها = عدد اتمی = 10.

به همین ترتیب تعداد نوترون در یون سدیم برابر است با:

عدد جرمی – عدد اتمی = 10 – 23 = 13.

با بکار بردن جدول تناوبی عناصر، تشخیص

تعداد الکترون و پروتون و نوترون عناصر بسیار ساده می‎شود.

در این جدول عدد جرمی و عدد اتمی عناصر نوشته شده است.

اگر سعی کنید تعداد این ذرات درون اتمی را برای

چند عنصر دیگر نیز محاسبه کنید

در این روش ساده کاملاً حرفه‎ای خواهید شد.

منبع مطلب : olomebook.blogfa.com

مدیر محترم سایت olomebook.blogfa.com لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.