Размер, состав и заряд атомного ядра. Массово и зарядовое числа. Дефект массы и энергия связи ядра.

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным ^{[сн 1]} и связанным с ним магнитным моментом.

Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое чи 727c21hh 089;ла

Э. Резерфорд, исследуя прохождение a-частиц с энергией в несколько мегаэлектрон-вольт через тонкие пленки золота (см. ╖ 208), пришел к выводу о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Проанали╜зировав эти опыты, Резерфорд также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10^√14 ≈ 10^√15 м (линейные размеры атома примерно 10^√10 м).

Атомное ядро состоит из элементарных частиц ≈протонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д. Д. Иваненко (р. 1904), а впоследствии развита В. Гейзенбергом).

Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя т_р=1,6726в10^√27кг ╩ 1836 т_e, где т_e ≈ масса электрона. Нейтрон (n) ≈ нейтральная частица с массой покоя т_п=1,6749в10^√27кг ╩1839 т_e. Протоны и нейтроны называют╜сянуклонами (от лат. nucleus ≈ ядро). Общее чи 727c21hh 089;ло нуклонов в атомном ядре называ╜ется массовым числом А.

Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, гдеZ ≈зарядовое чи 727c21hh 089;ло ядра, равное чи 727c21hh 089;лу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Известные в настоящее время 107 элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые чи 727c21hh 089;ла ядер от Z= 1 до Z= 107.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , гдеХ ≈ символхимического элемента, Z атомный номер (число протонов в ядре), А ≈массовоечисло (число нуклонов в ядре).

Сейчас протонно-нейтронная модель ядра не вызывает сомнений. Рассматривалась также гипотеза о протонно-электронном строении ядра, но она не выдержала экспериментальной проверки. Так, если придерживаться этой гипотезы, то массовое чи 727c21hh 089;ло А должно представлять собой число протонов в ядре, а разность между массовым числом и числом электронов должна быть равна зарядовому числу. Эта модель согласовывалась со значениями изотопных масс и зарядов, но противоречила значениям спинов и магнитных моментов ядер, энергии связи ядра и т. д. Кроме того, она оказалась несовместимой с соотношением неопределенностей (см. ╖ 215). В результате гипотеза о протонно-электронном строении ядра была отвергнута.

Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т.е. определяет число электро╜нов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутри╜атомного электрического поля.

Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N=A√Z) называютсяизотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z≈изобарами. Например, водород (Z=1) имеет три изотопа: Н≈протий (Z=1, N=0), Н≈дейтерий (Z=1, N=1), Н ≈ тритий (Z=1, N=2), олово≈десять, и т. д. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Примером ядер-изобар могут служить ядра Ве, В, С. В насто╜ящее время известно более 2500 ядер,