If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:8:25

Стабилност на ядрото и ядрени уравнения

Видео транскрипция

В последното видео говорихме за ядрото на хелия, което съдържа два протона и два неутрона. Протоните и неутроните в ядрото се наричат нуклони, ще използвам този термин няколко пъти в това видео. Тук има схема на ядро с два протона и два неутрона, и ние знаем, че то е стабилно, въпреки че подобните заряди се отблъскват. Тези два протона се отблъскват взаимно, това е електростатична сила. Нека да го запиша. Електростатични сили на отблъскване между еднакви заряди. Знаем, че това ядро е стабилно, следователно има нещо друго, което държи тези частици заедно, и това са т.нар. ядрени сили (или силни сили). Ядрените сили в ядрото са по-силни от електростатичните сили. Ядрените сили действат само на къси разстояния, но действат между всички нуклони. Например взаимодействието протон-протон е същото като взаимодействието протон-неутрон, което е същото като взаимодействието неутрон-неутрон. Може да се навлезе много по-дълбоко относно ядрените сили. Но това не е целта на видеото. Темата е, че това ядро е стабилно. Нека помислим върху това. Имаме равен брой протони и неутрони, и това е интересно. Нека помислим за атомния номер, който ни дава броя на протоните, които означаваме с Z. А броят на неутроните можем да означим с N. Относно пропорцията, отношението на броя неутрони към броя протони, това е отношението N/Z. В този пример имаме два протона и два неутрона. Два неутрона към два протона е равно на едно. Отношението N/Z е равно на едно. Излиза, че ядра, които имат малък брой протони, например Z < 20, имат стабилни ядра, когато отношението N/Z = 1. Когато N/Z = 1, можем да кажем, че имаме стабилно ядро, така че броят на протоните и неутроните е стабилен. Значи това ядро на хелия с четири нуклона е стабилно. Нека да разгледаме сега въглерод-14. Имаме въглерод-14... нека да си отворя малко място. Въглерод-14 има атомен номер 6. Следователно въглеродът има шест протона в ядрото си. Тук има шест протона. Броят на неутроните е 14 – 6, има осем неутрона. Колко е отношението неутрони към протони? Колко е N/Z? N/Z е равно на осем неутрона към шест протона, това очевидно е повече от едно, така че това е нестабилно ядро. Ядрото на въглерод-14 е нестабилно, той е радиоактивен и се разпада спонтанно. Опитва се да достигне по-добро съотношение на неутрони към протони. Нека да погледнем уравнението за спонтанното разлагане на въглерод-14. Ето го ядреното уравнение. Когато пишем ядрени уравнения, представяме тук само ядрото, например отляво на моето ядрено уравнение имам въглерод-14, говорим само за ядрото, където имаме шест протона и осем неутрона в ядрото. Да видим какво се случва. Ядрото на въглерод-14 всъщност ще отдаде един електрон, и това е супер странно, но ще го обясня в следващото видео. Това преобразувание се определя от слаби ядрени сили. Знаем, че един електрон има заряд –1, ето това имаме тук. Тук за въглерода имаме шест протона, нека да го запиша, тук са шест протона. Един електрон има заряд –1, нека да запиша –1 за електрона. Ядрото на въглерод-14 се превръща в ядро на азот. Нека да видим какво имаме. Атомният номер е седем, значи имаме седем протона, нека да го запиша. Седем протона, и 14 – 7 = 7 неутрона. Поглеждаме масовото число, 14 – 7 = 7 неутрона. И сега отношението на неутрони към протони е седем към седем, което е равно на едно. Това означава, че имаме стабилно ядро. Ето защо въглерод-14 подлежи на радиоактивно разпадане. Нека да разгледаме по-подробно ядреното уравнение, защото това е целта ми в това видео. Броят на нуклоните е запазен. Нека да използвам друг цвят. Имаме 14 нуклона отляво. Имаме 6 протона и 8 неутрона. Отдясно имаме също 14 нуклона, 7 протона и 7 неутрона, така че очевидно електронът не е нито протон, нито неутрон. Броят на нуклоните е същият, имаме 14 отляво, имаме 0 + 14 отдясно. Зарядът също е запазен, това се вижда тук долу. Имаме +6 отляво. Отдясно имаме един отрицателен и седем положителни заряда. Значи –1 +7 е равно на +6, така че имаме +6. Броят на нуклоните е същият, и зарядът е същият в нашето ядрено уравнение. Но забележи какво се случи тук. Промени се елемента. Преминахме от въглерод към азот, защото се промени броят на протоните. Преминахме от шест протона на седем протона, и това е идеята за трансмутацията, или превръщането на един елемент в друг елемент. За ядрата с малък брой протони, идеалното отношение N/Z е 1 към 1. За ядра с повече протони, това отношение се променя, нека да видим как. Когато се увеличава броят на протоните, отношението за стабилно ядро се променя. Отношението N/Z става 1,5, така че като се увеличава Z, когато Z е повече от 20. Когато имаме повече и повече протони, ни трябват повече неутрони. Трябват ни повече неутрони, нека помислим защо. Ако имам по-голямо ядро, това е много грозна схема на ядро... Ако имам два протона, нека да ги направя в маджента. Ако имам два протона, които са много близо един до друг. Знаем, че има слаби електростатични сили, и има силни ядрени сили. Има силни ядрени сили между тези протони. Силните ядрени сили печелят, но това е така само на къси разстояния. Спомни си, че силните ядрени сили действат само на къси разстояния. Така че ако имаш протони, които са далеч едни от други, тези два протона са далеч един от друг, тук все още действа сила на отблъскване. Електростатичните сили все още съществуват, така че те все още се отблъскват един друг. Но вече я няма силната ядрена сила. И понеже вече няма силни ядрени сили, когато се увеличава броят на протоните, се увеличават електростатичните сили, и стигаме до точка, в която се нуждаем от повече силни ядрени сили, така че трябва да добавим неутрони, за да се балансират нещата. Тук трябва да добавим още неутрони, и това е причината за увеличеното отношение. Трябват ни повече неутрони, когато се увеличава броят на протоните. Когато отидем над 83, нека да го запиша, когато атомният номер е по-голям от 83, например при бисмута, силата на отблъскване на протоните, тази електростатична сила на отблъскване, за която говорихме тук, е толкова голяма, че почти всички ядра са нестабилни, и са обект на радиоактивно разпадане. В следващото видео ще говорим за видовете радиоактивно разпадане, които може да срещнеш.
Кан Академия – на български благодарение на сдружение "Образование без раници".