50-59 / 59

  Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд.

       В состав атомного ядра входят элементарные частицы: протоны и нейтроны (нуклоны от латинского слова nucleus – ядро). Такая протонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком в 1932 г. Д.Д. Иваненко. Протон имеет положительный заряд е⁺=1,06·10^–19 Кл и массу покоя m_p = 1,673·10^–27кг = 1836m_e. Нейтрон (n) – нейтральная частица с массой покоя m_n = 1,675·10^–27кг = 1839m_e (где масса электрона m_e, равна 0,91·10^–31кг). На рис. 9.1 приведена структура атома гелия по представлениям конца XX - начала XXI в.

       Заряд ядра равен Ze, где e – заряд протона, Z– зарядовое число, равное порядковому номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, т.е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N. Как правило Z > N.

       В настоящее время известны ядра с Z = 1 до Z = 107 – 118.  Число нуклонов в ядре A = Z + N называется массовым числом. Ядра с одинаковым Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом A имеют разные Z, называются изобарами.      

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом  , где X – символ химического элемента. Например: водород Z = 1 имеет три изотопа:  – протий (Z = 1,N = 0),  – дейтерий (Z = 1, N = 1),  – тритий (Z = 1, N = 2), олово имеет 10 изотопов и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученныхрадиоактивных изотопов.

       Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Ещё Э. Резерфорд, анализируя свои опыты, показал, что размер ядра примерно равен 10^–15 м (размер атома равен 10^–10 м). Существует эмпирическая формула для расчета радиуса ядра:

R=R0 *A^(1/3)

       где R₀ = (1,3 – 1,7)·10^–15м. Отсюда видно, что объём ядра пропорционален числу нуклонов.

       Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10¹⁷ кг/м³ и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

2.1. Масса атомов и молекул

Для измерения масс атомов и молекул в физике и химии принята единая система измерения. Эти величины измеряются в относительных единицах – атомных единицах массы.

Атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы m атома углерода ¹²С (m одного атома ¹²С равна 1,993 • 10^-26 кг).

Относительная атомная масса элемента (A_r) – это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома ¹²С. При расчете относительной атомной массы учитывается изотопный состав элемента. Величины A_r определяют по таблице Д.И. Менделеева.

Абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на 1 а.е.м. Например, для атома водорода абсолютная масса определяется следующим образом:

m(H) = 1,008 • 1,661 • 10^-27 кг = 1,674 • 10^-27 кг