50 Склад ядра атома

Важливою характеристикою ядра є його заряд і маса.

Заряд ядра визначається кількістю позитивних елементарних зарядів (протонів), які знаходяться в ньому.

У 1932 році англійський учений Джеймс Чедвік відкрив частинку, яка не має електричного заряду, маса якої приблизно дорівнює масі протону. Цю частинку назвалинейтроном.

Після відкриття нейтрону радянський фізик Дмитро Іваненко і німецький фізик Вернер Гейзенберг запропонували гіпотезу про протонно-нейтронну будову ядра.

Ядро складається з елементарних частинок двох сортів (нуклонів). Загальне число нуклонів, тобто сума протонів і нейтронів у ядрі атома, дорівнює масовому числу атома. Число протонів визначається за порядковим номером елементу в таблиці Менделєєва, а число нейтронів — як різниця між масовим числом і числом протонів.

Ядра з однаковим числом протонів, але різним числом нейтронів, є ядрами різних ізотопів одного хімічного елементу. Різні ізотопи одного хімічного елементу мають різну масу і відрізняються фізичними властивостями, але, маючи однаковий заряд, атоми різних ізотопів одного і того ж хімічного елементу мають однакову будову електронних оболонок і тому мають однакові хімічні властивості.

Сили притягання між нуклонами у ядрі називають ядерними.

Властивосты ядерних сил. Силы взаимодействия между нуклонами, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания, называютсяядерными силами.

С помощью экспериментальных данных по рассеянию нуклонов на ядрах, ядерным превращениям и т. д. доказано, что ядерные силы намного превышают гравитацион­ные, электрические и магнитные взаимодействия и не сводятся к ним. Ядерные силы относятся к классу так называемых сильных взаимодействий.

1) ядерные силы являются силами притяжения;

2) ядерные силы являются короткодействующими – их действие проявляется то­лько на расстояниях примерно 10^-15м. При увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы быстро уменьшаются до нуля, а при расстояниях, меньших их радиуса действия, оказываются примерно в 100 раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии;

3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, дейст­вующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между прото­ном и нейтроном, одинаковы. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу;

4) ядерным силам свойственно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодей­ствует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре (если не учитывать легкие ядра) при увеличении числа нуклонов не растет, а остается приблизительно постоянной;

5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Например, протон и нейтрон образуют дейтрон (ядро изотопа  H) только при условии параллельной ориентацииих спинов;

6) ядерные силы не являются центральными силами.

Масове число і зарядове число Отже, до складу атомного ядра входять протони і нейтрони (Історія відкриття протона і нейтрона). І ті й інші називаються нуклонами (від лат. Nucleus — ядро). Таким чином, можна сказати, що ядра атомів складаються з нуклонів. Загальне число нуклонів в ядрі називається масовим числом і позначається буквою A.

Масове число, відповідно, характеризує масу атома. Оскільки маса протонів і нейтронів практично дорівнює, тому ухвалили середнє значення маси нуклона, приблизно рівне 1 а.е.м. (атомної одиниці маси). A чисельно одно масі атома, вираженої в а.е.м.

Число протонів в ядрі називають зарядовим числом і позначають буквою Z. Масове число і зарядове число кожного хімічного елемента ставиться перед літерним позначенням елемента. Тобто ядра будь-яких елементів можна позначити так: (Z ^ A) X. Причому масове число завжди ставлять зверху, а зарядове — знизу.

Наприклад: (7 ^ 14) N — азот, (26 ^ 56) Fe — залізо, (92 ^ 235) U — уран. Відповідно масове число і маса ядра азоту: A = 14, m ≈ 14 а.е.м., заліза: A = 56, m ≈ 56 а.е.м., урану: A = 235, m ≈ 235 а.о. м., зарядове число азоту: Z = 7, заліза: Z = 26, урану: Z = 92.

Заряд будь-якого протона дорівнює одному зарядовому числа, а також одному елементарного електричного заряду. Отже, зарядове число Z, яке відображає кількість протонів в ядрі, чисельно одно позитивному заряду ядра, який в даному випадку виражений в елементарних зарядових одиницях.

Буквою N позначають число нейтронів в ядрі. Не слід плутати число нейтронів з хімічним символом азоту, який теж позначається латинською буквою N, але без нахилу. Число нейтронів Не додають в позначення хімічного елемента, однак його можна легко вирахувати. Масове число A — це загальне число нуклонів ядра, тому A = Z + N. Отже, число нейтронів N = AZ.

Слід відзначити ще, що зарядове число атома будь-якої речовини завжди дорівнює порядковому (атомного) номером хімічного елемента даної речовини в періодичній системі Менделєєва.