Нейтрон это в химии кратко
Обновлено: 07.07.2024
НЕЙТРОН (англ. neutron, от лат. neuter-ни тот, ни другой), электрически нейтральная элементарная частица (символ п), входящая наряду с протонами (р)в состав практически всех атомных ядер. Общее название нейтронов и протонов в атомном ядре-нуклоны. Нейтрон открыт в 1932 Дж. Чедвиком. Число нейтронов N в атомном ядре равно разности массового числа А и заряда ядра Z: N = А — Z; для стабильных ядер легких и средних элементов N примерно равно числу протонов Z; для тяжелых стабильных ядер N в 1,3-1,5 раз больше Z.
Масса покоя нейтрона немного больше, чем масса р, и равна 1,6749543(86) 10 -24 г, то есть 1,008665012(37) атомных единиц массы (данные на 1976). Электрич. заряд нейтрона Q принимают равным 0; прямые эксперименты по отклонению пучка нейтронов в сильном электрич. поле дают значение Q, меньшее 10 -20 е (е - элементарный электрич. заряд). Спин нейтрона равен 1/2 (в единицах постоянной Планка), магн. дипольный момент m Н , определенный методом ЯМР, равен — 1,91315 (7) m Я (m Я -ядерный магнетон).
Н ейтроны устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободные нейтроны нестабильны, схема распада нейтрона: пр + е + (-антинейтрино); эта схема соответствует b - -распаду (см. Радиоактивность). Среднее время жизни свободного нейтрона 15,3 мин, период полураспада Т 1/2 10,603 мин. Из-за сильного поглощения свободных нейтронов атомными ядрами среднее время жизни нейтронов в в-ве значительно меньше; так, в плотном в-ве оно не превышает сотен мкс.
Отсутствие у нейтронов электрич. заряда приводит к тому, что они взаимод. непосредственно с атомными ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах. Характер и интенсивность взаимод.пучка нейтронов с в-вом существенно зависят от энергии нейтронов. Различают релятивистские (энергия больше 10 10 эВ), высокоэнергетические (10 8 -10 10 эВ), быстрые (10 5 -10 8 эВ), промежуточные (10 4 -10 5 эВ), резонансные (0,5-10 4 эВ), тепловые (5 . 10 -3 -0,5 эВ), холодные (10 -4 -5 . 10 -3 эВ), очень холодные (10 -7 -10 -4 эВ) и ультрахолодные (энергия меньше 10 -7 эВ) нейтроны. Медленные нейтроны (энергия ниже 10 5 эВ) в осн. упруго рассеиваются на атомных ядрах или вызывают ядерные р-ции типа (n, g) (радиационный захват нейтронов). С участием медленных нейтронов возможны также экзотермич. ядерные р-ции типа (п, р), (п, a) или деление атомных ядер. Для снижения энергии нейтронов используют разл. замедлители нейтронов (графит, вода и т. д.), ядра к-рых не поглощают нейтроны.
Для исследований строения в-ва используют тепловые нейтроны, энергия к-рых сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в твердом теле. При рассеянии тепловых нейтронов на монокристаллах имеет место дифракция нейтронов (см. Дифракционные методы). Наличие у нейтронов магн. дипольного момента вызывает рассеяние нейтронов на атомах, что дает возможность изучать магн. структуру материалов (см. Нейтронография).
Для регистрации нейтронов применяют детекторы, в материале к-рых нейтроны вызывают ядерные р-ции, сопровождающиеся образованием вторичных заряженных частиц, к-рые далее и регистрируют [напр., в детекторе на основе В при ядерной р-ции 10 В (п, a) 7 Li возникают a-частицы].
Нейтронные пучки практически используются при синтезе радионуклидов, получении трансурановых элементов, в хим. анализе (см. Нейтронно-абсорбционный анализ, Актива-ционный анализ), горном деле (нейтронный каротаж), нейтронной авторадиографии (см. Радиография). В земной атмосфере свободные нейтроны непрерывно образуются в результате взаимод. космич. излучения с ядрами атомов, входящих в состав воздуха. Эти нейтроны приводят к непрерывному образованию в атмосфере радиоактивного 14 С при ядерной р-ции 14 N(n, p) 14 C, на чем основан радиоуглеродный метод геохронологии. Об имеющих практич. значение источниках нейтронов см. в ст. Нейтронные источники.
Нейтро́н (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов.
Содержание
Открытие
Открытие нейтрона (1932) принадлежит физику Дж. Чедвику, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году.
В 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что ядро не может, как считалось в то время, состоять из протонов и электронов, что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде, рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы. [3] [4]
В 1930 Вальтер Боте и Г. Бекер, работавшие в Германии, обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы, испускаемые полонием-210, попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это — гамма-излучение, но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом, образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и произвёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинского корня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 г. Д. Д. Иваненко [5] и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.
Основные характеристики
Несмотря на нулевой электрический заряд, нейтрон не является истинно нейтральной частицей. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном.
Строение и распад
Поскольку нейтрон тяжелее протона, то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия. Однако, ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни, приблизительно равное 15 минутам, примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона — следующей за нейтроном метастабильной частице по времени жизни.
Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном около 1,3 МэВ невелика по меркам ядерной физики. В результате, в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме, чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит распад протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона).
Другие свойства
Изоспины нейтрона и протона одинаковы (1/2), но их проекции противоположны по знаку. Проекция изоспина нейтрона по соглашению в физике элементарных частиц принимается равной −1/2, в ядерной физике +1/2 (поскольку в большинстве ядер нейтронов больше, чем протонов, это соглашение позволяет избегать отрицательных суммарных проекций изоспина).
Нейтрон — единственная [источник не указан 574 дня] из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.
При огромном давлении внутри нейтронной звезды нейтроны могут деформироваться вплоть до того, что приобретают форму куба [11] .
НЕЙТРО́Н (от лат. neuter – ни тот ни другой; символ n), элементарная частица с нулевым электрич. зарядом и массой, незначительно большей массы протона. Н. является фермионом и входит в группу барионов. Наряду с протоном Н. относится к нуклонам и входит в состав атомных ядер. Открыт в 1932 Дж. Чедвиком . Т. к. Н. электрически нейтрален, он легко проникает в атомные ядра при любой энергии и с большой вероятностью вызывает ядерные реакции . Способность Н. вызывать деление тяжёлых ядер в цепной ядерной реакции послужила основой для создания ядерного оружия и ядерной энергетики. Масса Н. $$m_n=939,565379(21)\: МэВ=1,00866491600(43)\: а. е. м.=1,674927351(74)·10^\: г.$$
Что такое нейтрон? Каковы его структура, свойства и функции? Нейтроны - это самые большие из частиц, составляющих атомы, являющиеся строительными блоками всей материи.
Структура атома
Нейтроны находятся в ядре - плотной области атома, также заполненной протонами (положительно заряженными частицами). Эти два элемента удерживаются вместе при помощи силы, называем ядерной. Нейтроны имеют нейтральный заряд. Положительный заряд протона сопоставляется с отрицательным зарядом электрона для создания нейтрального атома. Несмотря на то что нейтроны в ядре не влияют на заряд атома, они все же обладают многими свойствами, которые влияют на атом, включая уровень радиоактивности.
Нейтроны, изотопы и радиоактивность
Частица, которая находится в ядре атома - нейтрон на 0,2% больше протона. Вместе они составляют 99,99% всей массы атома. Атомы одного и того же элемента могут иметь различное количество нейтронов. Когда ученые ссылаются на атомную массу, они имеют в виду среднюю атомную массу. Например, углерод обычно имеет 6 нейтронов и 6 протонов с атомной массой 12, но иногда он встречается с атомной массой 13 (6 протонов и 7 нейтронов). Углерод с атомным номером 14 также существует, но встречается редко. Итак, атомная масса для углерода усредняется до 12,011.
Когда атомы имеют различное количество нейтронов, их называют изотопами. Ученые нашли способы добавления этих частиц в ядро для создания больших изотопов. Теперь добавление нейтронов не влияет на заряд атома, так как они не имеют заряда. Однако они увеличивают радиоактивность атома. Это может привести к очень неустойчивым атомам, которые могут разряжать высокие уровни энергии.
Что такое ядро?
Протоны и нейтроны удерживаются сильной ядерной силой. Электроны притягиваются к ядру, но двигаются так быстро, что их вращение осуществляется на некотором расстоянии от центра атома. Заряд ядра со знаком плюс исходит от протонов, а что такое нейтрон? Это частица, которая не имеет электрического заряда. Почти весь вес атома содержится в ядре, так как протоны и нейтроны имеют гораздо большую массу, чем электроны. Число протонов в атомном ядре определяет его идентичность как атома определенного элемента. Число нейтронов означает, какой изотоп элемента является атомом.
Размер атомного ядра
Ядро намного меньше общего диаметра атома, потому что электроны могут быть отдалены от центра. Атом водорода в 145 000 раз больше своего ядра, а атом урана в 23 000 раз больше своего центра. Ядро водорода является наименьшим, потому что оно состоит из одиночного протона.
Расположение протонов и нейтронов в ядре
Протон и нейтроны обычно изображаются как уплотненные вместе и равномерно распределенные по сферам. Однако это упрощение фактической структуры. Каждый нуклон (протон или нейтрон) может занимать определенный уровень энергии и диапазон местоположений. В то время как ядро может быть сферическим, оно может быть также грушевидным, шаровидным или дисковидным.
Ядра протонов и нейтронов представляют собой барионы, состоящие из наименьших субатомных частиц, называемых кварками. Сила притяжения имеет очень короткий диапазон, поэтому протоны и нейтроны должны быть очень близки друг к другу, чтобы быть связанными. Это сильное притяжение преодолевает естественное отталкивание заряженных протонов.
Протон, нейтрон и электрон
Мощным толчком в развитии такой науки, как ядерная физика, стало открытие нейтрона (1932 год). Благодарить за это следует английского физика Д. Чедвика, который был учеником Резерфорда. Что такое нейтрон? Это нестабильная частица, которая в свободном состоянии всего за 15 минут способна распадаться на протон, электрон и нейтрино, так называемую безмассовую нейтральную частицу.
Частица получила свое название из-за того, что она не имеет электрического заряда, она нейтральна. Нейтроны являются чрезвычайно плотными. В изолированном состоянии один нейтрон будет иметь массу всего 1,67·10 - 27 , а если взять чайную ложку плотно упакованную нейтронами, то получившийся кусок материи будет весить миллионы тонн.
Количество протонов в ядре элемента называется атомным номером. Это число дает каждому элементу свою уникальную идентичность. В атомах некоторых элементов, например углерода, число протонов в ядрах всегда одинаково, но количество нейтронов может различаться. Атом данного элемента с определенным количеством нейтронов в ядре называется изотопом.
Опасны ли одиночные нейтроны?
Что такое нейтрон? Это частица, которая наряду с протоном входит в состав ядра атома. Однако иногда они могут существовать сами по себе. Когда нейтроны находятся вне ядер атомов, они приобретают потенциально опасные свойства. Когда они двигаются с высокой скоростью, они производят смертельную радиацию. Так называемые нейтронные бомбы, известные своей способностью убивать людей и животных, при этом оказывают минимальное влияние на неживые физические структуры.
Нейтроны являются очень важной частью атома. Высокая плотность этих частиц в сочетании с их скоростью придает им чрезвычайную разрушительную силу и энергию. Как следствие, они могут изменить или даже разорвать на части ядра атомов, которые поражают. Хотя нейтрон имеет чистый нейтральный электрический заряд, он состоит из заряженных компонентов, которые отменяют друг друга относительно заряда.
Нейтрон в атоме - это крошечная частица. Как и протоны, они слишком малы, чтобы увидеть их даже с помощью электронного микроскопа, но они там есть, потому что это единственный способ, объясняющий поведение атомов. Нейтроны очень важны для обеспечения стабильности атома, однако за пределами его атомного центра они не могут существовать долго и распадаются в среднем всего лишь за 885 секунд (около 15 минут).
(англ. neutron, от лат. neuter-ни тот, ни другой), электрически нейтральная элементарная частица (символ п), входящая наряду с протонами (р)в состав практически всех атомных ядер. Общее название Н. и протонов в атомном ядре-нуклоны. Н. открыт в 1932 Дж. Чедвиком. Число Н. Nв атомном ядре равно разности массового числа Аи заряда ядра Z: N = А ЧZ; для стабильных ядер легких и средних элементов Nпримерно равно числу протонов Z; для тяжелых стабильных ядер Nв 1,3-1,5 раз больше Z.
Масса покоя Н. немного больше, чем масса р, и равна 1,6749543(86) 10 -24 г, то есть 1,008665012(37) атомных единиц массы (данные на 1976). Электрич. заряд Н. Qпринимают равным 0; прямые эксперименты по отклонению пучка Н. в сильном электрич. поле дают значение Q, меньшее 10 -20 е (е - элементарный электрич. заряд). Спин Н. равен 1/2 (в единицах постоянной Планка), магн. дипольный момент m Н, определенный методом ЯМР, равен Ч 1,91315 (7) m Я (m Я -ядерный магнетон).
Н. устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободные Н. нестабильны, схема распада Н.: п р + е + ( -антинейтрино); эта схема соответствует b - -распаду (см. Радиоактивность). Среднее время жизни свободного Н. 15,3 мин, период полураспада Т 1/2 10,603 мин. Из-за сильного поглощения свободных Н. атомными ядрами среднее время жизни Н. в в-ве значительно меньше; так, в плотном в-ве оно не превышает сотен мкс.
Отсутствие у Н. электрич. заряда приводит к тому, что они взаимод. непосредственно с атомными ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах.Характер и интенсивность взаимод. пучка Н. с в-вом существенно зависят от энергии Н. Различают релятивистские (энергия больше 10 10 эВ), высокоэнергетические (10 8 -10 10 эВ), быстрые (10 5 -10 8 эВ), промежуточные (10 4 -10 5 эВ), резонансные (0,5-10 4 эВ), тепловые (5 . 10 -3 -0,5 эВ), холодные (10 -4 -5 . 10 -3 эВ), очень холодные (10 -7 -10 -4 эВ) и ультрахолодные (энергия меньше 10 -7 эВ) Н. Медленные Н. (энергия ниже 10 5 эВ) в осн. упруго рассеиваются на атомных ядрах или вызывают ядерные р-ции типа (n, g) (радиационный захват H.). С участием медленных Н. возможны также экзотермич. ядерные р-ции типа ( п, р), (п,a) или деление атомных ядер. Для снижения энергии Н. используют разл. замедлители нейтронов (графит, вода и т. д.), ядра к-рых не поглощают Н.
Для исследований строения в-ва используют тепловые Н., энергия к-рых сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в твердом теле. При рассеянии тепловых Н. на монокристаллах имеет место дифракция Н. (см. Дифракционные методы). Наличие у Н. магн. дипольного момента вызывает рассеяние Н. на атомах, что дает возможность изучать магн. структуру материалов (см. Нейтронография).
Для регистрации Н. применяют детекторы, в материале к-рых Н. вызывают ядерные р-ции, сопровождающиеся образованием вторичных заряженных частиц, к-рые далее и регистрируют [напр., в детекторе на основе В при ядерной р-ции 10 В ( п,a) 7 Li возникают a-частицы].
Нейтронные пучки практически используются при синтезе радионуклидов, получении трансурановых элементов, в хим. анализе (см. Нейтронно-абсорбционный анализ, Актива-ционный анализ), горном деле (нейтронный каротаж), нейтронной авторадиографии (см. Радиография). В земной атмосфере свободные Н. непрерывно образуются в результате взаимод. космич. излучения с ядрами атомов, входящих в состав воздуха. Эти Н. приводят к непрерывному образованию в атмосфере радиоактивного 14 С при ядерной р-ции 14 N(n, p) 14 C, на чем основан радиоуглеродный метод геохронологии. Об имеющих практич. значение источниках Н. см. в ст. Нейтронные источники.
Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971. С. С. Бердоносов.
Читайте также: