Domanda:
Perché non c'è neutrone nel protio?
Eowyn12
2015-10-07 20:27:23 UTC
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Il mio insegnante di chimica una volta mi disse che ogni atomo dovrebbe avere almeno tanti neutroni quanti protoni, per evitare che gli elettroni si schiantino nel nucleo.

Protium, tuttavia, non ha neutroni per cominciare. Come funziona? O il mio insegnante di chimica aveva torto su questo?

Il tuo insegnante di chimica ha torto. D'altra parte, il protio * è * l'unico elemento stabile senza neutroni, ma questo ha più a che fare con il fatto che non ci sono protoni che si respingono l'un l'altro nel nucleo, piuttosto che fermare gli elettroni che si schiantano nel nucleo. Questo problema viene risolto riconoscendo che le energie degli elettroni sono quantizzate.
I neutroni non hanno nulla a che fare con la stabilità degli elettroni negli atomi. ** contribuiscono ** alla stabilità dei nuclei, ma questo è un argomento diverso e complicato.
Non c'è neutrone nel protium per definizione. La domanda è: perché è una forma così stabile e abbondante di idrogeno, immagino.
Due risposte:
#1
+17
Jan
2015-10-07 20:59:01 UTC
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Il tuo insegnante di chimica sta facendo alcune semplificazioni che rendono l'affermazione falsa su una scala in bianco e nero vero e falso. I protoni si respingerebbero elettrostaticamente a causa delle loro stesse cariche. I neutroni interagiscono con i protoni mediante la cosiddetta interazione forte (perché è più forte della interazione debole; puntelli ai fisici per inventare nomi) che porta alla stabilità del nucleo, impedendogli di cadere a pezzi a causa della repulsione.

L'idrogeno, in particolare l'isotopo $ \ ce {^ 1H} $, non ha bisogno di neutroni per stabilizzare il nucleo perché un protone non può respingersi.

Nota che "elettroni che si schiantano nel nucleo" è una semplificazione molto forte che dovresti eliminare dal tuo linguaggio. Gli elettroni sono onde per tutto ciò che conta, quindi sono tutt'intorno al nucleo allo stesso tempo. In effetti, la più alta probabilità di individuarli è proprio lì, nel nucleo. (Su una scala più semplice, una volta Bohr inventò "orbite" che puoi razionalizzare in modo molto simile all'orbita di un satellite, che non si schianta sulla Terra. Ma non dire a un chimico quantistico o un fisico nucleare che l'ho detto!) / p>

Infine, è sbagliato dire "almeno tanti neutroni quanti protoni". $ \ ce {^ 3He} $ è un isotopo stabile con meno neutroni rispetto ai protoni nel nucleo.

#2
+10
paracetamol
2017-04-26 22:54:44 UTC
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@ Jan ha messo su una bella e frizzante risposta. La mia risposta è semplicemente un supplemento a questo;)

È perché il nucleo di idrogeno ("protium", se vuoi) non ha bisogno di neutroni.

Cos'è questo "bisogno di neutroni", chiedi?

Ogni elemento (a parte l'idrogeno) ha più protoni (è il numero di protoni in un dato nucleo che consente a fisici e chimici di determinare che un dato atomo è un elemento così e così: il numero atomico).

Ora i protoni sono caricati positivamente e, come saprai, le cariche positive (simili) si respingono. Se inserisci i valori per la grandezza di carica su un protone e la distanza di separazione tra due (o più) protoni all'interno di un nucleo in una certa equazione costruita dalla legge di Coulomb, scopriresti che la forza di repulsione tra i protoni è ridicolmente enorme! I nuclei, in teoria, non dovrebbero essere in grado di esistere ... ma fanno.

Ora sappiamo, per certo, che ogni elemento "multiprotonico" (cioè ogni elemento tranne l'idrogeno) contiene queste particelle neutre chiamate neutroni. In precedenza, non abbiamo considerato i neutroni quando abbiamo sollevato l'argomento della repulsione protone-protone ... il che ha senso, dal momento che non hanno una carica netta.

I ragazzi in camice bianco hanno già determinato le masse di protoni e neutroni (al di fuori del nucleo) e si sono resi conto che sono (più o meno) la stessa cosa. Inoltre, sappiamo anche (dagli esperimenti) quanti protoni e neutroni costituiscono ogni elemento della tavola periodica. Quindi avrebbe senso supporre che se un protone pesa una unità e se anche un neutrone pesa un'unità, allora un atomo avente $ X $ protoni e $ Y $ neutroni peserà $ (X + Y ) $ unità. Tuttavia, prove (più) sperimentali suggeriscono che questo non è vero . In effetti, la massa di un dato atomo (che non è idrogeno) è minore della somma delle masse dei singoli protoni e neutroni che lo costituiscono (il termine di fantasia per questo è "difetto di massa" ).

Prendiamo ad esempio il nucleo di elio (lo chiamiamo anche "particella alfa"):

enter image description here

^ L'ho tirato fuori da Google Immagini.

Ora questo è strano, quasi paradossale. Ora abbiamo due problemi con i nuclei (diversi da quelli dell'idrogeno):

1) A causa della repulsione interprotonica, il nucleo non dovrebbe nemmeno esistere. Si spezzerebbe e volerebbe in tutti i tipi di direzioni

2) La massa di un nucleo è minore della massa totale di protoni e neutroni che lo costituiscono ... che è piuttosto contro-intuitivo.

Whoa, è un vero casino in cui ci siamo trovati.

Ma poi ... c'era speranza.

Alcuni chimici e fisici (spesso erano le stesse persone) hanno tirato fuori alcuni appunti e hanno trovato questo : $$ \ mathrm {E = mc ^ {2}} $$

Che potresti (si spera) aver visto da qualche parte. È la relazione di equivalenza massa-energia di Einstein. In sostanza, ciò che ci dice è che qualsiasi pezzo di materia può essere convertito in una corrispondente quantità di energia.

Fare clic

Aspetta, protoni in un nucleo dovrebbero andare in pezzi, ma non . Quindi deve esserci qualcosa che li tiene insieme!

Ding!

E un nucleo (con tutti i suoi protoni compressi insieme) ha meno massa di quella che dovrebbe avere se si contassero i contributi di massa dei protoni e dei neutroni individualmente. Ma poiché la massa è conservata , quella massa "mancante" deve essere stata convertita (secondo la relazione di Einstein) in energia!

Ding , Ding!

Quindi, questa energia deve essere ciò che tiene insieme il nucleo e impedisce a tutto di andare poof!

Ding , Ding, Ding!

Quindi, in poche parole;

Il "difetto di massa" non è un'anomalia! È ciò che impedisce ai protoni di volare via! Il difetto di massa nasce perché il nucleo ha neutroni a portata di mano. Quindi, se un nucleo contiene più di un protone (di nuovo, ciò si applica solo agli elementi diversi dall'idrogeno) dirà "Whoa! Tenere insieme questi tipi caricati positivamente è piuttosto difficile! Fortunatamente, io" Ho questi ragazzi "neutrali" in giro, quindi prenderò in prestito un po 'della loro massa, lo trasformerò in energia e woo! Ora posso bloccare questi ragazzi facilmente! "


la domanda:

D-Perché l'idrogeno non ha neutroni?

Risposte- Perché non ne ha bisogno.

D- Perché non ne "ha bisogno"?

Risposte- Perché nell'idrogeno, hai solo un protone nel nucleo. Quindi nessuna repulsione e nessuna necessità di neutroni. Punto.


Nota: questa risposta è un po 'troppo semplificata, ma dovrebbe essere sufficiente per placare la tua curiosità;)



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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