پاورپوینت ساختمان اتم

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

مقدمه
علم پرتوشناسی توسط ویلهلم کنراد رونتگن در هشتم نوامبر 1895 با کشف پرتو ایکس بنا نهاده شد.
یک سال بعد از آن هانری بکرل، پرتوزایی اورانیوم را کشف کرد.
تا مدت زیادی کاربرد پرتوها فقط در زمینه پزشکی بود.
پیشرفت تکنولوژی و شکست و پیوند اتمها باعث تحولات عظیمی در کاربرد پرتوها در صنعت و بخش انرژی و.. گردید.
وسعت کاربرد پرتوها، تماسهای وسیع و خطرناک با این عامل را برای نسل بشر به ارمغان آورد.
اثرات سوء پرتوها ، مخصوصاً در حوداث و انفجارات چهره خود را نشان داد.
سود ومزایای کاربرد پرتوها آنقدر زیاد بوده و هست که نمی توان از استفاده آن چشم پوشید، مضافاً بر اینکه انسان بطور طبیعی نیز در معرض پرتوهای کیهانی و پرتوهای تابش شده از منابع طبیعی نیز قرار داشته، لذا سازمانهای حفاظتی شکل گرفته و در خصوص روشهای مختلف حفاظت از پرتوها به فعالیت پرداختند.

اسلاید 2 :

ساختمان اتم
تمام اجسام ومواد موجود در جهان از تعداد بیشماری اتم تشکیل شده اند.
هراتم دارای دو قسمت زیر میباشد :
هسته ( با شعاعی حدود 10E-12 سانتی متر).
ابر الکترونی ( از الکترونهای متحرک و شعاع مدار الکترونی 10E-8 سانتی متر).
طبق مدل اتمی بوهر نحوه قرار گرفتن هسته و الکترونها مانند سیستم خورشیدی است.
جرم الکترونها نسبت به هسته بسیارکم و برابر 9.1x10E-31 ( تقریباً میتوان گفت تمام جرم اتم در هسته متمرکز است).
بار الکتریکی الکترونها منفی و بار الکتریکی هسته مثبت ( در شرایط عادی اتم از نظر بار الکتریکی خنثی است).
ذرات تشکیل دهنده یک اتم توسط نیروهای الکتروستاتیکی به هم مربوط میباشند.

اسلاید 3 :

بین هسته و الکترونها بعلت تفاوت بارالکتریکی شان نیروی جاذبه وجود دارد.
نیروی گریز از مرکز ناشی از حرکت الکترونها روی مدار باعث بقاء الکترونها در مدارهای خود گشته و اجازه نمی دهد الکترونها بسمت هسته حرکت کنند.
بدیهی است هرچه الکترون به هسته نزدیک تر باشد نیروی الکتروستاتیکی جذب به مرکز بیشتر خواهد بود، لذا بایستی نیروی گریز از مرکز نیز بیشتر باشد. که این سرعت و نهایتاً انرژی بالاتری را می طلبد که خود ایجاد کننده سطوح مختلف انرژی در اطراف هسته می گردد.
بین الکترونها نیز نیروئی وجود دارد که آنها را در فواصل معینی نسبت به هم نگه می دارد ( حرکات اسپینی).
به این جهت الکترونها دارای سه نوع حرکت می باشند ( انتقالی، دورانی ونوسانی).

اسلاید 4 :

نوع اتمها از نظر ذرات تشکیل دهنده هسته و تعداد الکترونها با هم فرق میکند.
هر اتم با عدد اتمی Z (تعداد الکترون یا پروتون) مشخص می شود.
خواص شیمیائی هراتم مربوط به الکترونهای موجود در آن است.
هسته اتم:
در هسته دو نوع ذره اساسی و مهم به نامهای پروتون و نوترون وجود دارد.
پروتون دارای بار مثبت و جرم آن 1.6725E-27 کیلوگرم است.
نوترون از نظر بار الکتریکی خنثی است و جرم آن 1.6748E-27 کیلوگرم است.
لذا نوترون وپروتون از نظر جرم تقریباً با هم برابر و حدود 1900 برابر جرم الکترون است.
کمیت دیگری که درساختمان اتم مطرح است عدد جرمی (A) است که مجموع پروتونها و نوترونهای هسته است.

اسلاید 5 :

ذرات بنیادی دراتم
ذرات بنیادی اتم عبارتند از الکترون ، پروتون ، نوترون، فوتون ، مزون و. که حدود 20 پارتیکول و آنتی پارتیکول جزء ذرات بنیادی اتم می باشند.
مشخصات ذرات:
الف: بر حسب جرم در حال سکون :

اسلاید 6 :

مشخصات ذرات بر حسب جرم در حال سکون (ادامه)
فوتونها : جرم در حال سکون آنها صفر است.
لپتونها : جرم نزدیک به صفر دارند مانند نوترینو.
مزونها : معروفترین آنها مزون π که پیون گفته میشود و همچنین مزون K که کائون گفته می شود.
باریونها : مانند پروتون بوده و جرمی کمی بیشتر از آن دارد.
هیپرونها

اسلاید 7 :

مشخصات ذرات
ب: بر حسب بار الکتریکی : مثبت، منفی و خنثی
ج: از لحاظ اسپینی : +1, ½ ,0
د: از لحاظ عمر متوسط :
پروتون و الکترونها پایدار
نوترون نا پایدار ( نیمه عمر 12 دقیقه)
سایر ذرات بنیادی نیمه عمر بسیار کم ( در حدود 1E-6 ثانیه و یا کمتر دارند)

اسلاید 8 :

مدارهای الکترونی
الکترونها بر روی مدارهای مختلفی می چرخند.
تعداد مدارها در اتمهای مختلف متفاوت است.
لایه های الکترونی نسبت به نزدیکیشان به هسته عبارتند از: Q,P,O,N,M,L,K.
الکترونها بر روی مدارهای مختلف دارای انرژی معینی هستند (انرژی همبستگی Binding Energy ).
هر چه الکترون در مدارهای داخلی تر قرار گیرد انرژی همبستگی بیشتری خواهد داشت.
تعداد الکترون در هرمدار از اصل پاولی تبعیت میکند و تعداد آن 2، 8، 18، 32 و. می باشد.

اسلاید 9 :

هسته و ساختار آن
هسته متشکل از پروتونها و نوترونها است که آنها را نوکلئونها می نامند؛ که خود از ذرات بنیادی به نام کوارک تشکیل شده اند.
نیروی هسته ای :
وجود پروتونها در داخل هسته به معنی وجود یک نیروی الکتروستاتیک دافعه می باشد.
علت قرار گیری این ذرات کنار همدیگر ، علیرغم وجود نیروی دافعه فوق ، وجود یک نیروی قوی بین نوکلئونها می باشد که به آن نیروی هسته ای میگویند.
نیروی هسته ای از کاهش جرم ذرات موجود در هسته (تبدیل جرم به انرژی) ایجاد می گردد. بعبارتی همواره مجموع جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده هسته بیش از جرم هسته است. این کاهش جرم (انرژی معادل این جرم) تأمین کننده نیروی هسته ای می باشد.
نیروی هسته ای از نوع جاذبه با برد کوتاه ( در حدود ابعاد هسته ) و مستقل از بار الکتریکی می باشد. لذا نیروی بین نوکلوئونها یعنی p-p ، n-n و p-n یکسان می باشد.

اسلاید 10 :

ترازهای انرژی ذرات
یکی از مدلهای ساده و مفید جهت ارائه ساختار هسته، ساختاری است شبیه به آرایش الکترونها در لایه های مختلف انرژی.
در این مدل نوکلوئونها در لایه های مختلف انرژی قرار دارند (لازم به ذکر است که حرکت الکترونها در مدار در مدل اتمی را به مدل هسته ای نمیتوان تعمیم داد)
در مدل هسته ای بایستی ترازهای انرژی را با حداکثر تعداد در هر تراز انتخاب نمود.
در مورد هسته ها می توان آرایش به ترتیب 2، 8 ، 20 ، 50 ، 82 و. را در نظر گرفت.
در برخی تئوریها محل قرارگیری نوترونها و پروتونها را در لایه های مجزا می دانند.

اسلاید 11 :

اگر هسته ای دارای لایه های پر باشد، پایداری آن افزایش می یابد. مانند هسته هلیوم که دو پروتون و دو نوترون دارد ( علت اینکه در فروپاشی عناصر آلفا دهنده هسته هلیوم بصورت یک ذره خارج میشود همین پایداری می باشد)
بر طبق این مدل هر ذره در هسته دارای جایگاه انرژتیک خاص است.
در حالت عادی معمولاً همه هسته ها در حالت پایه قرار دارند
در صورتی که به دلیلی جایگاه انرژتیک ذرات موجود در هسته تغییر کند، هسته به حالت بر انگیخته در می آید.

اسلاید 12 :

معمولاً هسته را با نماد اتم یعنی نشان میدهند.
مثلاً نشانگر دو هسته عنصر فسفر میباشد.

الف: طبقه بندی بر اساس تساوی اعداد پروتونی، نوترونی و جرمی :
ایزوتوپها : هسته هائی هستند که تعداد پروتونهای آنها یکسان است مثل :
ایزوتوپهای هیدروژن
ایزوتوپهای اورانیوم

اسلاید 13 :

ایزوتونها:هسته هائی هستند که تعداد نوترونهای آنها یکسان است. مثل :

ایزوبارها: هسته هائی هستند که عدد جرمی آنها برابر ولی مقدار پروتونها و نوترونهای متفاوتی دارند. (خواص شیمیائی متفاوتی دارند) مثل :

اسلاید 14 :

ایزومرهای آینه ای: تعداد پروتونهای یک هسته با تعداد نوترونهای هسته دیگر مساوی است. مثل:

ایزومرهای هسته ای:
عدد جرمی و عدد اتمی یکسان ولی خواص هسته ای (از نظر نیمه عمر و ترازهای انرژی )متفاوت است.
ایزومر با انرژی بالاتر در یک حالت metastable بوده و با نوشتن m پس از عدد جرمی مشخص میشود. مثلاً تکنسیم ( Technetium)
( با نیمه عمر 6 ساعت) و ( با نیمه عمر 2.1E5 سال) ایزومرهسته ای یکدیگر هستند.

اسلاید 15 :

طبقه بندی هسته ها(ادامه)
ب: طبقه بندی بر اساس پایداری (ناپایداری) هسته
هسته هایی که بدلیل ترکیب ناپایدار پروتونها و نوترونها و یا ایزومرهای با انرژی بالاتر پایدار نیست، دستخوش واپاشی میشوند. اینگونه هسته ها ذاتاً ناپایدار بوده و با گذشت زمان تغییر نموده و به هسته های جدیدی تبدیل می شوند.
هسته های پایدار آن دسته از هسته هایی هستند که برای همیشه ثابت هستند ( حداقل برای 1E21 ) بدون توجه به اینکه الکترونهای اتم آنها ممکن است تغییر وتحول پیدا کنند.

اسلاید 16 :

نمودار Segre
از رسم تعداد نوترونها بر حسب تعداد پروتونها نمودار زیر که به نمودار سگره معروف است، حاصل می شود.

اسلاید 17 :

مواد رادیواکتیو
رادیواکتیویته خاصیت هسته بعضی از اتمهایی است که خود بخود از آنها انرژی ساطع می شود.
هسته اتمهای رادیواکتیو دائماً در حال دگرگونی و تجزیه هستند.
ایزوتوپهای ناپایدارو ایزومرهای هسته ای ، مواد رادیواکتیو را تشکیل می دهند.
انواع مواد رادیواکتیو:

مواد رادیو اکتیو طبیعی Natural Radionuclide
مواد رادیو اکتیو مصنوعی Man-made Radionuclide

اسلاید 18 :

مواد رادیو اکتیو طبیعی
رادیو نوکلوئیدهای موجود در محیط را از نظر منشأ آنها میتوان به دو گروه کلی نقسیم نمود :
رادیونوکلوئیدهای مصنوعی Man-Made Radio nuclides
رادیو نوکلوئیدهای طبیعی Natural Radio nuclides
گروه اول به خواست و اراده انسان تولید می شوند ( همچون محصولات شکافت هسته ). مانند :

اسلاید 19 :

رادیو نوکلوئیدهای طبیعی
موادی هستند که از بدو خلقت کره خاکی در طبیعت وجود داشته و یا حاصل پدیده های طبیعی در عالم می باشند.
این رادیونوکلوئیدها را به دو دسته تقسیم بندی می کنند.
رادیو نوکلوئیدهای اولیه (Primordial radionuclide) :
رادیونوکلوئیدهای دارای منشأ کیهانی(Cosmogenic Radionuclide) : حاصل برخورد پرتوهای کیهانی (Cosmic rays) با هسته اتم عناصر موجود و در اتمسفر زمین بوده و بطور مستمر تولید می شوند. مهمترین این رادیو نوکلوئیدها ترتیوم و کربن 14 می باشد.

اسلاید 20 :

رادیو نوکلوئیدهای اولیه
این را دیونوکلوئیدها دارای منشأ تحت الارضی بوده و به آنها رادیونوکلوئیدهای تحت الارضی (Terrestrial) نیز می گویند و بدو شکل وجود دارند:

انفرادی Singly occurring Radionuclide
زنجیره ای ( مهمترین آنها زنجیره اورانیوم 238 و توریوم 232 است)