Физика

Атомное ядро состоит из нуклонов. Нуклоны — общее название элементарных частиц, входящих в состав ядра. Нуклонами называются:

• протоны с массой m _p  = 1,67 ⋅ 10⁻²⁷ кг и зарядом q _p = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ Кл;
• нейтроны с массой m _n  = 1,67 ⋅ 10⁻²⁷ кг и нулевым зарядом q _n  = 0.

Условно ядро атома обозначается следующим образом:

${}_Z{}^A\text{X}$,

где X — химический символ элемента; Z — зарядовое число; A — массовое число.

Зарядовое и массовое числа связаны с числом протонов и нейтронов в ядре химического элемента:

• число протонов в ядре химического элемента совпадает с зарядовым числом (номером химического элемента в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева):

N _p = Z,

где N _p  — число протонов в ядре; Z — зарядовое число химического элемента;

• число нуклонов в ядре химического элемента равно сумме числа протонов и числа нейтронов; оно совпадает с массовым числом химического элемента:

N _N = N _p + N _n = A,

где N _N  — число нуклонов в ядре; N _n  — число нейтронов в ядре; A — массовое число химического элемента;

• число нейтронов в ядре равно разности числа нуклонов и числа протонов; оно совпадает с разностью массового и зарядового чисел:

N _n = N _N − N _p = A − Z.

Ядра некоторых химических элементов имеют изотопы и изобары.

Изотопы — ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов, т.е. с одинаковыми зарядовыми числами:

Z = const.

Изотопы имеют одинаковый порядковый номер и расположены в одной и той же клетке Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Например, изотопами водорода ${}_1{}^1\text{H}$ являются: дейтерий ${}_1{}^2\text{H}$ (имеет в ядре 1 протон и 1 нейтрон) и тритий ${}_1{}^3\text{H}$ (имеет в ядре 1 протон и 2 нейтрона).

Изобары — ядра с одинаковым числом нуклонов, но различным числом протонов, т.е. с одинаковыми массовыми числами:

A = const.

Изобары имеют различные порядковые номера и расположены в разных клетках Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Например, изобарами являются ядра ${}_{18}{}^{40}\text{A}\text{r}$, ${}_{20}{}^{40}\text{C}\text{a}$.

Ядро изотопа гелия ${}_2{}^4\text{H}\text{e}$ имеет специальное название — альфа-частица (α-частица) .

Альфа-частица обладает следующими свойствами:

• состоит из двух протонов и двух нейтронов, т.е. содержит 4 нуклона:

N _p (α) = 2; N _n (α) = 2; N _N (α) = 4;

• зарядовое число равно 2, массовое число — 4:

Z = 2; A = 4;

• заряд равен двум зарядам протона:

$q_{\alpha }=2q_p=2\cdot \mathrm{1,6}\cdot {10}^{-19}\text{ Кл}=\mathrm{3,2}\cdot {10}^{-19}\text{ Кл}$;

• масса равна сумме масс двух протонов и двух нейтронов, т.е. она приблизительно равна четырем массам протонов:

$m_{\alpha }=2m_p+2m_n\approx 4m_p$.

В ядре химического элемента заряженными частицами являются только протоны.

Заряд протона q _p равен элементарному заряду e (или модулю заряда электрона $\left|e\right|$):

$q_p=\left|e\right|=\mathrm{1,6}\cdot {10}^{-19}$ Кл.

Заряд ядра q _яд равен произведению заряда протона q _p на количество протонов в ядре N _p (зарядовое число Z):

$q_{\text{яд}}=N_p{q}_p=Z\left|e\right|$,

где N _p  — число протонов в ядре; q _p  — заряд протона, q _p = |e| = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ Кл; Z — зарядовое число химического элемента.

Заряд всех ядер Q _ядер некоторого количества вещества равен произведению количества ядер N _яд на заряд одного ядра q _яд:

Q _ядер = N _ядq _яд.

Число ядер совпадает с числом атомов вещества и рассчитывается по формулам:

$N_{\text{яд}}=N_{\text{ат}}=\nu N_{\text{A}}=\frac{m}{M}{N}_{\text{A}}$,

где N _ат — число атомов; ν — количество вещества; m — масса вещества; M — молярная масса вещества; N _A — число Авогадро, N _A = 6,02 ⋅ 10²³ моль⁻¹.