Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра (ЕГЭ-ОГЭ)
А́томное ядро́ — это часть атома, в которой сконцентрирована практически вся его масса (свыше 99,9 %). Ядро обладает положительным зарядом, который определяет химический элемент, к которому относится атом[1].
В соответствии с нуклонной моделью ядра Гейзенберга-Иваненко атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов (вместе называемых нуклонами), связанных между собой сильным ядерным взаимодействием. Ядро, рассматриваемое как совокупность частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом.
Число протонов в ядре, называемое зарядовым числом и обозначаемое , совпадает с порядковым номером в периодической системе Менделеева. Число нейтронов в ядре обозначают .
Ядра с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов, называются изотопами, а с одинаковым числом нейтронов, но различным числом протонов — изотонами.
Эти термины применяются к атомам, содержащим указанные ядра, и служат для характеристики нехимических разновидностей одного и того же элемента. Изотопы одного элемента обладают одинаковыми химическими, но различными физическими свойствами (например, радиоактивностью). Более трёх четвертей химических элементов встречаются в природе в виде смесей изотопов.
Суммарное число протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре называется массовым числом и обозначается ().
Заряд ядра
Зарядовое число полностью определяет химический элемент. Количество протонов непосредственно задаёт электрический заряд ядра.
Впервые зарядовые числа атомных ядер установил Генри Мозли в 1913 году. Он выявил зависимость длины волны рентгеновского излучения от константы , изменяющейся на единицу при переходе от элемента к элементу и равной единице для водорода:
- , где и — постоянные.
По результатам своих экспериментов Мозли заключил, что обнаруженная константа, определяющая длину волны характеристического рентгеновского излучения и совпадающая с порядковым номером элемента, может быть только зарядом атомного ядра. Этот вывод получил название закона Мозли.
Массовое число ядра
Массовое число определяется суммой протонов и нейтронов в ядре. Оно приблизительно равно атомной массе изотопа, выраженной в атомных единицах массы, но совпадает лишь для углерода-12, поскольку атомная единица массы (а. е. м.) в современной науке определяется как 1⁄12 массы атома 12С. Во всех остальных случаях атомная масса не является целым числом, в отличие от массового числа. Так, массовое число изотопа хлора 35Cl равно 35, а его атомная масса составляет 34,96885 а. е. м.
При записи конкретного вида атомных ядер (нуклида) массовое число указывают верхним левым индексом, например 232Th. Зная массовое число, можно оценить массу ядра и атома: если известно, то масса M приближённо равна , где ≈ 1,67·10−27 кг — масса нуклона (протона или нейтрона). Например, в атоме алюминия-27 и его ядре содержится 27 нуклонов (13 протонов и 14 нейтронов), поэтому его масса приблизительно равна 27·1,67·10−27 кг ≈ 4,5·10−26 кг. Для более точного расчёта массы ядра необходимо учесть связь нуклонов ядерным притяжением, что в соответствии с соотношением приводит к её уменьшению. При определении массы атома также учитывают суммарную массу электронов, однако такие поправки не превышают 1 %.
Значение индексов в атомных номерах.
Обозначение ядер: , где — символ химического элемента, — массовое число ядра, — число протонов (то есть зарядовое число).
Например: — ядро урана, содержащее 92 протона и 235 − 92 = 143 нейтрона.
Примечания
Категории
|
Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». |