Склад атомного ядра

Атомне ядро — це центральна частина атома, що складається з протонів і нейтронів (які разом називаються нуклонами).

Ядро було відкрито Е. Резерфордом у 1911 р. при дослідженні проходження α-частинок через речовину. Виявилося, що майже вся маса атома (99,95%) зосереджена в ядрі. Розмір атомного ядра має порядок величини 10-13-10-12 см, що в 10 000 разів менше розміру електронної оболонки.

Запропонована Е. Резерфордом планетарна модель атома і експериментальне спостереження їм ядер водню, вибитих α -частинками з ядер інших елементів (1919-1920 рр.), привели вченого до подання про протон. Термін протон був введений на початку 20-х рр. 20-го століття.

Протон (від грец. protons — перший, символ p) — стабільна елементарна частинка, ядро атома водню.

Протон — позитивно заряджена частинка, заряд якої за абсолютною величиною дорівнює заряду електрона e= 1,6 · 10-19 Кл. Маса протона в 1836 разів більше маси електрона. Маса спокою протона мр= 1,6726231 · 10-27 кг = 1,007276470 а.е.м.

Другою часткою, що входить до складу ядра, є нейтрон.

Нейтрон (від лат. neuter — ні той, ні інший, символ n) — це елементарна частинка, яка не має заряду, тобто нейтральна.

Маса нейтрона в 1839 разів перевищує масу електрона. Маса нейтрона майже дорівнює (трохи більше) масі протона: маса спокою вільного нейтрона mn = 1,6749286 · 10-27 кг = 1,0008664902 а.е.м. і перевершує масу протона па 2,5 маси електрона. Нейтрон, поряд з протоном під загальною назвою нуклон входить до складу атомних ядер.

Фізика атомного ядра Складу ядра

Нейтрон був відкритий у 1932 р. учнем Е. Резерфорда Д. Чедвигом при бомбардуванні берилію α-частинками. Виникаюче при цьому випромінювання з великою проникною здатністю (долала перепону з свинцевої пластини товщиною 10-20 см) посилювало свою дію при проходженні через парафінову пластину (див. малюнок). Оцінка енергії цих частинок по треках в камері Вільсона, зроблена подружжям Жоліо-Кюрі і додаткові спостереження дозволили виключити первісне припущення про те, що це γ-кванти. Велика проникаюча здатність нових частинок, названих нейтронами, пояснювалася їх электронейтральністю. Адже заряджені частинки активно взаємодіють з речовиною і швидко втрачають свою енергію. Існування нейтронів було передбачене Е. Резерфордом за 10 років до дослідів Д. Чедвига. При попаданні α-частинок в ядра берилію відбувається наступна реакція:

Фізика атомного ядра Складу ядра

Тут Фізика атомного ядра Складу ядра — символ нейтрона; заряд його дорівнює нулю, а відносна атомна маса приблизно дорівнює одиниці. Нейтрон — нестабільна частинка: вільний нейтрон за час ~15 хв. розпадається на протон, електрон і нейтрино — частинки, що позбавлена маси спокою.

Після відкриття Дж. Чедвиком нейтрона в 1932 р. Д. Іваненко і Ст. Гейзенберг незалежно один від одного запропонували протонно-нейтронну (нуклонну) модель ядра. Відповідно до цієї моделі, ядро складається з протонів і нейтронів. Число протонів Z збігається з порядковим номером елемента в таблиці Менделєєва Д. І.

Заряд ядра Q визначається числом протонів Z, що входять до складу ядра, і кратні абсолютній величині заряду електрона e:

Q = Ze.

Число Z називається зарядовим числом ядра або атомним номером.

Масовим числом ядра А називається загальне число нуклонів, тобто протонів і нейтронів, що містяться в ньому. Число нейтронів у ядрі позначається літерою N. Таким чином, масове число дорівнює:

А = Z + N.

Нуклонам (протону і нейтрону) приписується масове число, рівне одиниці, електрону — нульове значення.

Поданням про склад ядра сприяло також відкриття ізотопів.

Ізотопи (від грец. isos — рівний, однаковий і topoa — місце) — це різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента, атомні ядра яких мають однакове число протонів (Z) і різне число нейтронів (N).

Ізотопами називаються також ядра таких атомів. Ізотопи є нуклідами одного елемента.

Нуклід (від лат. nucleus — ядро) — будь-яке атомне ядро (відповідно атом) з заданими числами Z і N.

Ізотопи займають одне і те ж місце в Періодичній системі елементів, звідки і пішла їх назва. За своїми ядерними властивостями (наприклад, за здатністю вступати в ядерні реакції) ізотопи, як правило, істотно відрізняються. Хімічні (b майже в тій же мірі фізичні) властивості ізотопів однакові. Це пояснюється тим, що хімічні властивості елемента визначаються зарядом ядра, оскільки саме він впливає на структуру електронної оболонки атома.

Винятком є ізотопи легких елементів. Ізотопи водню 1Н — протій, 2Н— дейтерій, 3Н — тритій настільки сильно відрізняються по масі, що і їх фізичні та хімічні властивості різні. Дейтерій стабільний (тобто не радіоактивний) і входить в якості невеликої домішки (1:4500) у звичайний водень. При з’єднанні дейтерію з киснем утворюється важка вода. Вона при нормальному атмосферному тиску кипить при 101,2°С і замерзає при +3,8ºС. Тритій β-радіоактивний з періодом напіврозпаду близько 12 років.

У всіх хімічних елементів є ізотопи. У деяких елементів є лише нестабільні (радіоактивні) ізотопи. Для всіх елементів штучно отримані радіоактивні ізотопи.

Ізотопи урану. У елемента урану є два ізотопи з масовими числами 235 і 238. Ізотоп Фізика атомного ядра Складу ядра складає всього 1/140 частину від більш поширеного Фізика атомного ядра Складу ядра.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Закони природи