Строение атомного ядра

 

Ядерная физика, и в особенности физика элементарных частиц, являются наиболее глубокими разделами физической науки.

А. Наумов

После создания планетарной модели атома вопрос о составе атомного ядра был одним из основных в физике. Поскольку протоны обладали положи­тельным электрическим зарядом, то их нахождение в ядре не вызывало сомнений.

В 1932 г. Дж. Чедвик открыл новую частицу — нейтрон не имеющую электрического заряда и незначительно отличающуюся от протона по массе. В связи с этим Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг, независимо друг от друга, в том же году предложили протонно-нейтронную модель ядра. Согласно этой модели ядро атома любого химического элемента состоит из протонов - по­ложительно заряженных частиц и из нейтронов — частиц, не имеющих элек­трического заряда. Протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны.

Заряд протона равен модулю заряда электрона. Число протонов (обознача­ется Z) в ядре совпадает с порядковым номером соответствующего химическо­го элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Поэтому порядковый номер элемента называется зарядовым числом. Число нейтронов в ядре обозначается N. Общее число протонов Z и нейтронов N в ядре называ­ется массовым числом А:

 

А = Z + N

​

Атом элемента обозначается символом X, а его ядро             Известно, например, что в

состав ядра гелия входят два протона и два нейтрона (рисунок 9.1), и потому его символ

будет ^Не. Заряд ядра равен Ze, где е — заряд протона, равный модулю заряда электрона,

Z — порядковый номер хи­мического элемента в Периодической системе элементов

Д. И. Менделеева. В настоящее время известны ядра с Z от 1 до 114.

Масса атомного ядра практически совпадает с массой всего атома, так как масса электронов мала (масса электрона составляет    1/1836 массы протона).

Принято выражать массы частиц в специальных единицах, называемых атомной единицей массы (а. е. м.):

1 а. е. м. = 1,66 • 10~27 кг.

В этих единицах массы нейтрона тп, протона тр и электрона те таковы:

тп = 1,0086650 а. е. м.;

тр = 1,0072764 а. е. м.; те = 0,00055 а. е. м.

Радиус ядра имеет порядок 10"15—10 14 м.

Плотность ядерного вещества приблизительно равна 1017 кг/м3, что значи­тельно превосходит плотность обычных веществ.

Атомы с одним и тем же зарядом Ze ядра, но с разным массовым числом А называются изотопами.

Примеры: изотопы водорода         — протий,          (или         ) — дейтерий,         (или jT ) — тритий (рисунок 9.2, а, б, в); изотопы гелия.

​

​

​

​

​

​

Изотопы имеют одинаковое строение электронных оболочек, т. е. практи­чески одинаковые химические свойства, и занимают одно и то же место в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева.

У каждого химического элемента в большинстве случаев существует по­стоянное процентное содержание различных изотопов. Химически чистые элементы представляют собой смесь изотопов, отличающихся друг от друга от­носительными атомными массами. Поэтому каждый химический элемент име­ет относительную атомную массу, равную среднему значению относительных атомных масс всех его изотопов. Относительные атомные массы химических элементов в ряде случаев заметно отличаются от целых чисел. Например, в природе встречается хлор с относительными атомными массами 35 (76%) и 37 (24%), средняя относительная атомная масса хлора равна 35,5.

​

Вопросы для самоконтроля:

​

1. Из каких частиц состоят ядра атомов?

2. Что называют массовым числом? Зарядовым числом?

3. В каких единицах выражают массы частиц?

4. Что такое изотопы? Назовите изотопы водорода.

5. Что такое протон, нейтрон, нуклон?

​