Вопрос 19

Вероятность смысл энтропии. Закон возрастания энтропии.

Это есть в 18 вопросе

Вопрос 20

Квантовые числа. Принцип Паули.

Для описания движения электрона в атоме нельзя пользоваться законами Ньютона, в микромире действуют специфические законы квантовой механики, в соответствии с которыми состояние электрона в атоме однозначно описывается набором квантовых чисел n, l, m, s. Квантовая механика представляет электрон в атоме в виде своеобразного электронного облака более плотного в тех точках пространства, где более вероятно обнаружить этот электрон. Форма и эффективные размеры электронных облаков зависят от квантовых чисел n и l.

Энергия электрона в атоме может принимать только определенные значения, иначе говоря она квантована. Возможные энергетические состояния электрона в атоме определяются величиной главного числа n (1, 2, 3 и т.д.). С увеличением n энергия электрона возрастает. Состояние электрона, характеризующееся определенным значением главного квантового числа, называется энергетическим уровнем электрона в атоме. Совокупность электронов, имеющих одинаковые значения главного квантового числа, образуют электронную оболочку. Форма электронного облака определяется орбитальным квантовым числом l, его называют также побочным или азимутальным. Принимает значения от 0 до n–1, определяет орбитальный момент импульса движения электрона в атоме. Состояние электрона, характеризующееся различными значениями l, принято называть энергетическими подуровнями электрона в атоме. Этим подуровням присвоены буквенные обозначения:

Орбитальное квантовое число 0 1 2 3

обозначение энергетического подуровня s p d f

Некоторому значению l соответствует (2l + 1) возможных значений квантового числа m, называемого магнитным, поскольку от его значения зависит взаимодействие магнитного поля, создаваемого электроном, с внешним магнитным полем.

В отсутствие внешнего магнитного поля энергия электрона в атоме не зависит от значения m. В этом случае электроны с одинаковыми значениями n и l, но с разными значениями m, обладают одинаковой энергией.

Кроме орбитального, электрон обладает и собственным моментом импульса. Соответствующая ему квантовая величина называется спиновым квантовым числом или просто спином и принимает значения + ½ или - ½.

Заполнение электронами энергетических состояний в атоме происходит в соответствии с принципом Паули: в любом атоме не может быть двух электронов, находящихся в двух одинаковых стационарных состояниях, определяемых набором 4 квантовых чисел.

Вопрос 21

Строение атома, атомного ядра.

Масса протона m_p = 938,2 МэВ (в ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этого на с²).

Масса электрона m_е = 0,511 МэВ. Масса нейтрона m_n = 939,5 МэВ. Спин этих частиц равен ½.

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен). Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (е^-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино ν 

n → p + e^- + ν 

Масса покоя ν = 0. Масса нейтрона > массы протона на 2,5 m_е. Разность энергий, связанная с разностью масс частиц в левой и правой частях уравнения, выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Большинство химических элементов имеет по несколько разновидностей изотопов, отличающихся значениями массового числа А.

Так, например, водород имеет 3 изотопа

₁Н¹ – обычный водород, или протий (Z=1, N=0);

₁Н² – тяжелый водород, или дейтерий (Z=1, N=1);

₁Н³ – тритий (Z=1, N=2).

У изотопов ядра имеют одинаковое число протонов Z. Ядра с одинаковым массовым числом А называются изобарами (₁₈Аr⁴⁰, ₂₀Ga⁴⁰). Ядра с одинаковым числом нейтронов N = A – Z называются изотопами (₆С¹³, ₇N¹⁴). Существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Z и А, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами.

Радиус ядра определяется формулой

r = 1,3 · 10^-13 A^1/3 см = 1,3 A^1/3 ферми (10^-15 м)

(1 ферми = 10^-13 см). Объем ядра ~ числу нуклонов в ядре.

В настоящее время известно около 1500 ядер, различных Z либо А, либо и тем и другим. Около ¼ этих ядер устойчивы, остальные радиоактивны. Для устойчивых ядер характерно определенное отношение числа нейтронов N к числу протонов Z. У легких ядер оно близко к 1. С увеличением числа нуклонов в ядре N/Z растет, достигая для урана значения 1,6.