Jądro atomowe i jego składniki

Before you start, answer the questions.

• What is matter made of?

• What is the smallest indivisible particle of matter?

Structure of an atom

An atom is a piece of matter that uniquely defines an element. Atoms have very complex structurestructurestructure.

Almost all of the mass of an atom is concentrated within a tiny and extremely dense nucleusnucleusnucleus which carries a positive electric charge. The value of this charge is known as the atomic numberatomic numbernumber of the element.

The empty space around the nucleus is occupied by electrons carrying negative electric charge of 1,6022 · 10Indeks górny -19^-19 C. This charge is called an elementary charge. The mass of an electron is extremely small and is 9,109390 · 10Indeks górny -31^-31 kg. Electrons behave as quantum particles and that means that its location at any moment cannot be determined. Instead of electrons location we speak of the probabilityprobabilityprobability of founding an electron in an atom space. The atom radiusatom radiusatom radius is a measure of the size of the atom and usually is the mean distance from the centre of nucleusnucleusnucleus to the boundary in which the electron can be found with 95% probability. Atomic radii are typically 30‑300 pm.

Nucleus

The nucleusnucleusnucleus is composed of two types of particles: protons and neutrons. Protons are positively charged and their charge is exactly the same as the value of the electron charge, but of opposite sign. In every electrically neutral atom the number of protons and electrons is equal.

Mass of proton is 1,6726 · 10Indeks górny -27^-27 kg. Proton is 1837 times heavier than electron.

Neutron has no charge. Its mass is almost the same as that of proton: 1,674929 · 10Indeks górny -27^-27 kg. Most nuclei contain roughly equal numbers of neutrons and protons.

Quarks

A quarkquarkquark is an elementary particle, that is the smallest indivisible particle of matter. Protons and neutrons are composed of quarks. There are six quarks and they are considered in terms of three pairs: up/down, charm/strange, and top/bottom. Protons are made of two up and one down quark. The neutron is made of two down and one up quark. The up quarks have a charge of $+\frac{2}{3}$ of the elementary charge, and the down quarks have a charge of $-\frac{1}{3}$ of the elementary charge.

R1ZOhzJVyhk2N

Na rysunku zaznaczone są schematycznie kwarki występujące w przyrodzie. Obrazuje je 6 niebieskich kwadratów opisanych 6 quarks, na których naniesiony jest symbol i nazwa kwarku, w pierwszym wierszu: u - up quark, c - charm quark, t - top quark, w drugim wierszu: d - down quark, s - strange quark, b - bottom quark. Po prawej stronie obrazka zaznaczony jest niesiony przez nie ładunek elektryczny, electric charge: w pierwszym wierszu znak plus ułamek dwie trzecie, w drugim wierszu znak minus ułamek jedna trzecia.

RkoapnIeNjJcS

Po lewej stronie rysunku narysowany jest symbolicznie proton i neutron za pomocą kół, w których w każdym znajdują się po trzy kulki. W protonie dwie kulki czerwone, jedna pomarańczowa. W neutronie dwie kulki pomarańczowe, jedna czerwona. Kulka pomarańczowa obrazuje kwark dolny, opisana down quark. Kulka czerwona obrazuje kwark górny, opisana up quark.

R4NFi0QPFnRYu

W środkowej części rysunku umieszczone są jeden po drugim symbolicznie narysowane w postaci kółek: atom, protony i neutrony zbite w jądro atomowe, proton oraz równolegle umieszczone na tej samej linii kwark oraz elektron. W lewej części rysunku zaznaczone są rozmiary poszczególnych elementów, opisane size in atoms, odniesione do rozmiaru atomu. Rozmiar atomu oznaczony jest jako 1, protonów i neutronów zbitych w jądro atomowe ułamek 1 przez 10000, protonu ułamek 1 przez 100000, kwarku i elektronu ułamek 1 przez 100000000. Po prawej stronie rysunku te same wymiary wyrażone w metrach opisane size in meters. Rozmiar atomu oznaczony jest jako 10 do potęgi minus 10, protonów i neutronów zbitych w jądro atomowe 10 do potęgi minus 14, protonu 10 do potęgi minus 15, kwarku i elektronu 10 do potęgi minus 18.

Task 1

List the parts of the atom

List the parts of the atom

RXETyK69fzCcm1

nagranie abstraktu

nagranie abstraktu

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl

nagranie abstraktu

Label the parts of the atom shown in the picture below.

RADJgWMlfNhbC

Rysunek przedstawia symbolicznie strukturę atomu. Powłoki elektronowe (dwie) zaznaczone są za pomocą koncentrycznych kół, na których zaznaczone są elektrony wraz z ujemnym ładunkiem jako minusem, w centrum zaznaczone są protony i neutrony. Na protonach zaznaczone są plusy symbolizujące ich dodatni ładunek. Jeden z neutronów ma zaznaczone wewnątrz kwarki w postaci kółeczek z odpowiednimi symbolami u, d, d. Numerem 1 oznaczony jest środek atomu, numerem 2 oznaczone jest koło ze znakiem minus znajdujące się na okręgu, numerem 3 oznaczone jest kółko z kółeczkami wewnątrz numerem 4 oznaczone jest kółko ze znakiem plus, numerem 5 oznaczone jest kółko bez znaku w środku.

Atomic Number (Z)

The number of protons in the nucleusnucleusnucleus is called the atomic numberatomic numberatomic number and is denoted by the symbol Z. The Z protons within the nucleus correspond to the Z electrons in outer part of an atom.

Mass Number (A)

The sum of the number of protons and the neutrons in the nucleusnucleusnucleus is called the mass numbermass numbermass number. It is represented by the symbol A.

where:
Z - is the number of protons,
N - the number of neutrons.

If an element is denoted by X, then the following notation is in use:

If the mass numbermass numbermass number and atomic numberatomic numberatomic number of an element is known, it is very easy to calculate the number of neutrons in nuclei.

In some notation only mass number occurs.

R1PLDLTB21EVP

Na rysunku zaznaczone są trzy notacje dotyczące atomu tlenu. Po lewej notacja stosowana w układzie okresowym pierwiastków – w ramce umieszczone są pionowo, jedno pod drugim: atomic number - 8, symbol - O, name - Oxygen, atomic mass - 15.999. Druga notacja znajdująca się w środku rysunku to symbol pierwiastka O z zaznaczoną po prawej stronie w indeksie górnym liczbą masową - 16, a pod nią w indeksie dolnym liczbą atomową - 8, po prawej stronie rysunku ta sama notacja, lecz bez liczby atomowej. Opisana liczba masowa - mass number, symbol - symbol i liczba atomowa - atomic number.

Different styles of the atomic structurestructurestructure notation for oxygen: (from left) the periodic table; mass numbermass numbermass number and atomic numberatomic numberatomic number are shown; only mass number is shown.

Isotopes

Nuclides are atomic nuclei with a certain atomic number Z and the mass number A. Two nuclides with the same atomic numberatomic numberatomic number but different mass numbers are known as isotopes.

More than 300 nuclides are found naturally on Earth.

Some examples of isotopes.

• The simplest element - hydrogen – has two heavy isotopes, called deuterium and tritium. They have own symbols: D (deuterium) and T (tritium).

• Carbon occurs mainly as ${}_{}{}^{12}C$. IsotopeisotopeIsotope ${}_{}{}^{13}C$ is a little more than 1%. All other carbon isotopes are radioactive.

R1KHp0zWusVMU

Rysunek przedstawia trzy izotopy wodoru: proton, deuter i tryt. Są one przedstawione jako koła, na których obwodzie zaznaczony jest niebieskim kółkiem elektron, a w środku jądro atomowe. W nim jako kółko czerwone zaznaczona liczba protonów i jako kółko lub kółka czarne liczba neutronów. Nad każdym kołem jest nazwa izotopu oraz symbol. Po lewej proton - koło z jednym protonem, protonium, H, z prawej strony w indeksie górnym 1, w indeksie dolnym 1. Po środku deuter - koło z jednym protonem i jednym neutronem, deuterium, H, z prawej strony w indeksie górnym 2, w indeksie dolnym 1, znak trzy poziome kreski pod sobą D. Po prawej tryt - koło z jednym protonem i dwoma neutronami, tritum, H, z prawej strony w indeksie górnym 2, w indeksie dolnym 1, znak trzy poziome kreski pod sobą T. Po prawej stronie rysunku znajduje się legenda: niebieskie kółko - electron (charge -1), czerwone kółko - proton (charge +1), czarne kółko neutron (charge 0).

Remember

• A nucleus consists of protons and neutrons.

• Protons and neutrons are made up of quarks.

• Every nuclidenuclidenuclide is characterised by mass number and atomic numberatomic numberatomic number.

• Two nuclides with the same atomic number but different mass numbers are known as isotopes.

Exercises

Glossary

Keywords

nucleusnucleusnucleus

structurestructurestructure

constituentconstituentconstituent

atomic numberatomic numberatomic number

mass numbermass numbermass number