Атомные ядра и их описание

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

В экспериментах Резерфорда по прохождению a-частиц через металлическую фольгу было обнаружено, что атомные ядра имеют размеры порядка 10^-14¸10^{-15 м.}

Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов (p) и нейтронов (n), которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы – нуклона (от лат. nucleus – ядро). Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда. Массы нуклонов:

m_p = 1,6726 × 10^{-27 кг} » 1836 m_e;

m_n = 1,6749 × 10^{-27 кг} » 1839 m_e.

Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре A называется массовым числом.

Заряд ядра равен величине Ze, где e – заряд электрона, Z – зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре (совпадает с порядковым номером химического элемента в периодической системе элементов – атомным номером).

Ядро химического элемента X с атомным номером Z и массовым числом A обозначается .

Поскольку атом нейтрален, то заряд ядра определяет число электронов в атоме.

Изотопами называются ядра с одинаковым атомным номером Z (зарядом или числом протонов), но разным A (т.е. разным числом нейтронов N=A-Z). Например, изотопы водорода (Z=1): протий - (Z=1, N=0), дейтерий - (Z=1, N=1), тритий - (Z=1, N=2).

Изобарами называются ядра с одинаковым массовым числомA, но разным Z. Например, , , .

Изотонами называются ядра с одинаковым числом нейтронов N=A-Z. Например, , , .

Наряду с термином «ядро» часто используется также термин «нуклид».

Самым тяжелым из имеющихся в природе элементом является изотоп урана . Элементы с атомными номерами больше 92 называются трансурановыми. Все они получены искусственно в результате различных ядерных реакций.

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границ ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра:

(6.1)

где R₀ = (1,3¸1,7)×10^{-15 м.}

Величина R₀ может быть истолкована как пропорциональность объема ядра числу нуклонов в нем. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (» 10¹⁷ кг/м³).