Строение атома. Нуклоны. Изотопы.

Все вещества, окружающие нас, - жидкие, твердые, газообразные - состоят из различного рода атомов. Атом состоит из ядра и пространства вокруг ядра, в котором находятся электроны. Размеры ядра примерно на четыре порядка (то есть примерно в 10 000 раз) меньше размеров атома, при этом практически вся масса атома (более 99,9%) сосредоточена именно в ядре. Атом можно представить в виде шара с размытыми границами, размер которого составляет примерно 10^-10 м. Атом электронейтрален, то есть не имеет электрического заряда.

Ядро атома состоит из двух типов элементарных частиц — протонов и нейтронов, имеющих общее название нуклоны (от «nucleus» - ядро). Заряд нейтрона равен нулю, протона +1. Электрон, так же как и нуклоны, относится к элементарным частицам. Его масса примерно в 1800 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому огромная, по сравнению с ядром, электронная оболочка атома практически не имеет массы (примерно 0,03% от массы атома). Электрон обладает элементарным отрицательным зарядом, равным заряду протона и противоположным ему по знаку: -1. Число электронов в атоме равно числу протонов, что обеспечивает электронейтральность (то есть отсутствие заряда) атома.

Порядковый номер элемента в периодической системе Д. И. Менделеева равен зарядовому числу атома Z, а значит, числу протонов в ядре N_р, числу электронов в атоме N_e. Другими словами, элемент — это совокупность атомов с одинаковым Z. Символ элемента и его порядковый номер, по сути, означают одно и то же — число протонов в ядре атома. Например, все атомы с зарядом ядра +6 (Z = 6) называются атомами углерода и обозначаются символом «С». Фосфор - это атомы с Z = 15, которые обозначаются символом «Р», и так далее.

Самое простое строение имеет ядро атома водорода, которое состоит из одной элементарной частицы - протона. Ядра всех остальных элементов состоят из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Количество протонов соответствует номеру химического элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева и определяет зарядовое число Z. Общее число нуклонов в ядре обозначается буквой А и называется округленным массовым числом ядра. Количество нейтронов N равно разности между массовым числом и зарядовым числом: N = А – Z.

Для обозначения ядер применяется следующий символ: где X означает химический элемент. Атомы с определенным числом протонов и нейтронов называют нуклидами. Нуклиды одного и того же химического элемента называют изотопами.

Массовые числа большинства химических элементов выражаются не целыми числами. Например, массовое число хлора равно 35,5. Это объясняется тем, что природный хлор состоит из двух видов атомов, в ядрах которых содержится по 18 или 20 нейтронов (соответственно 75,4 % и 24,6 %).Количество протонов при этом остается постоянным (17). Такие ядра с одинаковым зарядом и разными массовыми числами и называются изотопами. Таким образом, изотопы хлора будут обозначаться: и CI. Изотопы занимают одно и то же место в периодической таблице. Они отличаются только массой, а их химические свойства почти тождественны.

У многих элементов (особенно наиболее распространенных в природе) существует, как правило, основной (доминирующий) изотоп, доля которого значительно больше доли других изотопов. Например, подавляющее большинство атомов углерода в природе - это , а атомов водорода - это .