2.Строение атома.

Вещества окружающего нас материального мира состоят из мельчайших частиц (атомов, молекул). Молекула простых веществ состоит из одного пли нескольких одинаковых атомов, молекула сложных веществ — из атомов различных химических элементов.

Для наглядного представления о строении атома используют планетарную модель атома, предложенную Э. Резерфордом как аналогию с Солнечной системы. Согласно этой модели внутри атома, размеры которого составляют порядка 10^-10 м, рас­положено небольшое ядро размером около 10^-14 м. В ядре сосредото­чена почти вся масса атома.

Ядро состоит из Z протонов и N нейтронов, поэтому их относят к одному типу ядерных частиц – нуклонам (от латинского nucleous - ядро).

атомы с определенным составом ядра называют нуклидами.

Нейтрон п — это электрически нейтральная частица. Масса нейтрона составляет т_п = 1,67 ·10 ^-27  кг.

Ядро атома имеет положительный заряд равный

Ze,

где Z — порядковый номер элемента в периодической системе Д. И. Менделеева, e = 1,60 10 ^-19 Кл — элементарный электрический заряд

Вокруг ядра по круговым орбитам движутся электроны. Их заряд компенсирует положительный заряд ядра, вследствие чего атом представляется электрически нейтральным. Таким образом, количество протонов в ядре и электронов на оболочках атома одинаково и равно Z.

Носителем отрицательного заряда – е является электрон, масса которого m_e = 9,1·10 ^-31 кг. Элементарный положительный заряд + е имеет позитрон, у которого масса такая же, как у электрона. Любой электрический заряд кратен заряду e и не может быть меньше его.

Состояние электронов в атоме подчиняется квантовым законам и характеризуется че­тырьмя квантовыми числами: главным n, орбитальным l, магнитным т и спиновым т_z. В соответствии с запретом Паули двум электронам запрещается находиться в одинаковых квантовых состояниях – их состояние отличается хотя бы одним квантовым числом.

В каждой n-й оболочке может быть не более 2n² электронов. При таком расположении электронов энергия атома минимальна, что обеспечивает длительное устойчивое состояние атома.

Если на атом действуют внешние силы, то электрон может получить определенную порцию энергии и перейти на вакантное место одной из внешних оболочек. Такое состояние атома называют возбужден­ным, а его энергию — возбужденным энергетическим уровнем (воз­бужденным уровнем).

Возбужденный атом неустойчив. Время его жизни составляет примерно 10 ^-8 с. Затем электрон переходит на более близкую к ядру оболочку, и атом возвращается в основное состояние. Во время перехода возбужденного атома в основное состояние испускаются фотоны.

Если электрон с некоторой оболочки удаляется из атома, то атом ионизируется, образуя ион.

3.Атомный вес. Ядерная концентрация.

Атомы и ядра символически обозначают как

,

где X — символ химического элемента;

Z — порядковый номер;

А = Z + N — мас­совое число – общее число протонов и нейтронов в ядре.

Например, в ядре изотопа природного углерода, содержится шесть протонов и шесть нейтронов.

Химические свойства атома определяются числом электронов в электронных оболочках, равным порядковому номеру Z, и не за­висят от массового числа А.

Вследствие этого атомы с одинаковыми Z и различными A имеют одни и те же химические свойства, и их называют изотопами химического элемента. Изотопы различаются чис­лом нейтронов в ядре. Так, в ядре изотопа гелия с A = 3 на один нейтрон меньше, чем в ядре изотопа гелия с А = 4.

Встречающиеся в природе химические элементы представляет собой смесь изотопов. В состав природных химических элементов входит от одного до нескольких изотопов:

Химический элемент	Z	Количество изотопов
углерод	6	2
кислород	8	3
мышьяк	33	1
олово	50	10

Масса атома (молекулы) сравнима с массой 10^-26 кг. Такие малые величины измеряют в относительных единицах.

От­ношение массы атома (молекулы) к атомной единице массы называют относительной атомной (молекулярной) массой [кратко атомная (молекулярная) масса].

За атомную единицу массы (а. е. м.) при­нята 1/12 часть массы более легкого изотопа углерода в природной смеси. У природного углерода есть два изотопа и .

1 а.е.м. = 1, 66·10 ^-27  кг

В природе встречаются химические элементы представляющие смесь с постоянным соотношением изотопов. При этом атомная масса элемента принимается равной среднему значению атомных масс изотопов элемента. Так, атомная масса бора, состоящего из изотопов с А = 10,0129(18,8%) и А = 11,0093 (81,2%), равна 10,8220. Атомные массы материалов широко используемых в ядерной энергетике приведены в таблице 1.

Таблица 1. Атомные массы элементов

Элемент	Символ	Атомная масса, а.е.м.	Элемент	Символ	Атомная масса, а.е.м.
Водород	H	1,00797	Кислород	О	15,9994
Гелий	Не	4,0026	Натрий	Na	22,9898
Литий	Li	6,9390	Железо	Fе	55,847
Бериллий	Be	9,0122	Цирконий	Zr	91,22
Бор	В	10,8220	Торий	Th	232,038
Углерод	С	12,01115	Уран	U	238,03

В молекулярной физике, химии и других областях науки для однородных веществ, т. е. веществ, состоящих из частиц с одинаковыми свойствами, введена внесистемная единица массы килограмм-моль (кмоль) – количество однородного вещества в килограммах, численно равное его молекулярной (атомной) массе.

Например, килограмм-моль углерода равен 12,01115 кг, бериллия — 9,0122 кг, воды — 18,0154 кг и т. д.

В килограмм-моле любого однородного вещества содержится число молекул, равное N_А = 6,023·10²⁶ молекула/кмоль, которое называют числом Авогадро.

Килограмм-моль любого газа при нормальных условиях занимает объем, равный 22,4 м³. При этих условиях плотность молекул всех газов одинакова.

Количество частиц (молекул, атомов), заключенных в 1 м³ однородного вещества, называют плотностью частиц N - ядерной концентрацией, которая зависит от плотности вещества ρ (кг/м³), молекулярной М (атом­ной А) массы и числа Авогадро и определяется соотношением: