Строение атомов и энергия атомных ядер.

По современным представлениям атомные ядра состоят из тяжелых элементарных частиц – нуклонов. Заряженный положительно нуклон – протон (его заряд 1.602∙10^-1 кулона) (ядро атома H ) . Нуклон, не имеющий заряда – нейтрон. Ядра атомов химических элементов обозначаются символом _zХ^m, где m – число нуклонов в ядре, называется массовым числом ядра приблизительно соответствует массе ядра, определяет заряд ядра и атомный номер элемента.

Число нейтронов в ядре m-z. Запись ₀n¹ (n₀¹). Число электронов в оболочке атома равно числу протонов в ядре. Электрон обозначается e_-1.

Масса покоя протона =1.008142 AEM, масса нейтрона -1.008982 AEM, т.е.массы ≈ 1 AEM или 1.66∙10^-24г. Масса электрона в 1840 р< и составляет 9.106 ∙ 10^-28г.

Размеры нуклонов имеют порядок 10^-13см.

Радиус атомного ядра : R=1.3 ∙ 10^-13 m^⅓ см.

Радиус всего атома ≈ 10^-8см. ( как бы R_ат ≈ 1кл, а R_ядра=10см). В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Плотность ядра ≈ 10¹⁴ г/см³.

Энергия элементарных частиц выражается в электронах – вольтах. 1эл соответствует соответствует приращению энергии электрона при прохождении им электрического магнитного поля с ускоряющей разностью потенциалов в 1в.

Мэв=10⁶ эв. 1эв=4.45 ∙ 10^-26 квт.ч=383 ∙ 10^-20кал.

Из теории относительности Эйнштейна зависимость между массой и энергией Е=mc².

(c=3 ∙ 10¹⁰cм/сек – скорость света в пустоте) следует, что 1^й ат.ед. в соответствует энергия 931 Мэв.

Число протонов в ядре и электронов в оболочке, следовательно, заряд ядра и атомный номер для каждого элемента – постоянны. Массовое число может изменятся за счет изменения числа нейтронов. При этом химические свойства вещества не изменяются.

Атом какого – либо элемента, ядра которых имеют различные массы, называются изотопами этого элемента. Так, например, протий, дейтерий и тритий – изотопы водорода. Их ядра записываются как ₁H¹ ; ₁H² ; ₁H³. Тяжелый элемент уран существует в природе в виде 3-х изотопов ₉₂U²³⁸, ₉₂U²³⁵, ₉₂U²³⁴ . Ядра с m=const, но z=varia называются изобарами, а с постоянным m и z, но с различными схемами распада – изомерами.

Естественная радиоактивность – самопроизвольное (спонтанное) деление ядер. При этом распаде радиоактивный элемент без внешнего воздействия превращается в другой и освобождается энергия в виде радиоактивного излучения. И это продолжается до тех пор пока не образуется стабильный (нерадиоактивный) элемент.

Время, за которое распадается половина начального числа атомов данного радиоактивного элемента, называется его периодом полураспада Т, величина которого характеризует скорость распада (от далей секунды до миллиарда лет).

Среднее время, проходящее между моментами образования ядра данного радиоактивного элемента и моментами их распада, называется средним временем жизни ядра ≈ 1,44 Т. Торий Th имеет Т=1.65 ∙ 10¹⁰ лет, Ra имеет Т = 1590 лет, остатки (из семейства уран-радия) Т = нескольким секундам.

За единицу радиоактивности веществ принято число распадов ядер, происходящие в 1г. Радия в 1сек. u= 3.7 ∙ 10¹⁰ распадов/сек.