Характеристика атомного ядра

Атом – дрібна частка речовини, що є носієм його властивостей. Молекула – дрібна частка складної речовини складається з атомів. Раніше вважалося, що атом неподільний. Пізніше з’ясувалося, що він є складною системою. Атом будь-якого елемента можна розділити на субатомні (елементарні) частки (рис. 3). Атоми всіх елементів, що входять в періодичну систему, складаються з електронів, протонів і нейтронів. Один елемент відрізняється від іншого тільки числом і розташуванням цих частинок. Залежно від рівня енергії, яка утримує електрони навколо ядра, вони групуються на тому чи іншому рівні. Електронні рівні (шари) створюють оболонку атома. Кількість електронів у кожному шарі суворо визначено.

Електрон – стійка елементарна частинка з масою спокою, рівною 0,000548 а.о. м., або 9,1 * 10-28 р. Енергетичний еквівалент електрона становить 0,511 МеВ. Електрон несе один елементарний негативний заряд. В атомі кількість електронів завжди дорівнює сумі протонів. У силу рівності позитивних і негативних зарядів атом являє собою електронейтральної систему. При повідомленні електронам ззовні додаткової енергії вони можуть переходити з одного енергетичного рівня на інший або залишати межі даного атома. Якщо вплив буде слабкіше енергії зв’язку електрона з ядром, то електрон перейде на вищерозташований рівень. Такий атом залишиться нейтральним, але відрізнятиметься надлишком енергії. Атоми, що володіють надлишком енергії, називаються збудженими, а сам процес переходу – збудженням.

Оскільки в природі всяка система прагнути перейти в положення з мінімумом енергії, то і атом із збудженого стану переходить в нормальний, що супроводжується виділенням надлишкової енергії. Перехід електронів з зовнішніх орбіт на внутрішні супроводжується рентгенівським випромінюванням з довжиною хвилі, характерною для кожного енергетичного рівня даного атома. Переходи в межах зовнішніх орбіт дають оптичний спектр, який складається з ультрафіолетових, світлових і інфрачервоних променів. При сильних електричних впливах електрони вириваються з ядра і видаляються з нього. Атом, який втратив електронів, перетворюється в позитивно заряджений іон, а приєднав до себе електрони – в негативний. Процес утворення іонів називається іонізацією. Атом в змозі іона існує нетривалий час. Вакантне місце заповнюється вільним електроном і атом знову ставати електронейтральних. Цей процес носить назву рекомбінації іонів або деіонізації і супроводжується виділенням енергії.

Протон – стійка елементарна частинка, яка в 1840 разів важче електрона, має позитивний заряд, рівний заряду електрона. Також протон часто визначають як ядро атома водню. Кількість протонів в ядрі називається атомним номером або зарядовим числом (Z); воно відповідає порядковому номеру елемента періодичної системи.

Нейтрон – електрично нейтральна частинка, маса якої дорівнює 1,00898 а. е. м. Сам по собі нейтрон нестабільний. Перебуваючи у вільному стані, він випускає електрон і антинейтрино і перетворюється на протон. Нейтрони, що знаходяться в ядрі дають основному тільки фізичну характеристику елемента, так як в різних ядрах одного і того ж елемента може бути різна кількість нейтронів (1-10). У ядрах легенів стійких елементів число протонів і нейтронів відноситься один до одного як 1:1. Чим далі елемент в таблиці Д.І. Менделєєва, тим більше в його атомах число нейтронів порівняно з протонами.

Діаметр ядра дорівнює приблизно 10-13-10-12 см, але практично вся маса зосереджена в ньому. Маса електронної оболонки незначна, тому маса ядра збігається з масою атома. Сума протонів і нейтронів в ядрі називається масовим числом і позначається буквою А (або М). Число нейтронів N в ядрі одно різниці між масовим числом і атомним номером елемента N = A – Z.

При позначенні атомів зазвичай використовують символ елемента, якому належить атом, і вказують зліва вгорі масове число, а внизу – порядковий номер у вигляді індексу: Характеристика атомного ядра. Порядковий номер іноді опускають.

Більшість хімічних елементів в природі являє собою певні суміші атомів з різним числом нейтронів в ядрах. Атоми, однотипні за кількістю протонів (з однаковим зарядом), але різні за кількістю нейтронів, називаються ізотопами. Такі елементи мають однаковий порядковий номер, але різне масове число
(Див. рис. 5). Більшість природних елементів являє собою суміш з 2-10 ізотопів.

Характеристика атомного ядраАтоми елементів з однаковим масовим числом, але ядра яких знаходяться в різному енергетичному стані, називають ізомерами. Вони володіють різним періодом напіврозпаду, енергією і видом випромінювання. Про ізомер з надлишком енергії говорять, що він знаходитися в метастабільних стані. Символічно такий стан позначаю латинською літерою»m», поставленої поруч з масовим числом (80mBr). Віддаючи надлишок енергії, метастабільний ізомер переходить в основний стан.

У природі існують ядра різних елементів з однаковим масовим числом, але різним атомним номером. Такі атоми називають ізобарами (наприклад, і). Атомні ядра різних елементів з рівною кількістю нейтронів називають ИЗОТОН (і; в ядрі першого 6 протонів і 7 нейтронів, а в ядрі другого 7 протонів і теж 7 нейтронів).

Посилання на основну публікацію