Ядро атома

Ядро - центральная часть атома. В ядре сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома.

По сравнению с размерами атома, который определяется радиусом электронных орбит, размеры ядра на обычные малые 10 ^-15 -10 ^-14 м, т.е. примерно в 10 миллионов раз меньше размера самого атома.

Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, близких по массе и другими свойствами частиц, из которых лишь протоны несут электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома и совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Протоны и нейтроны, их еще называют нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами. По своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, связывающие электроны с ядром. Это взаимодействие получило название сильного взаимодействия.

Ядро простейшего атома - атома водорода - один протоном.

1. Масса ядра

Масса ядра несколько меньше суммарной массы протонов и нейтронов, его составляющих, что обусловлено притяжением между нуклонами. Притяжение уменьшает общую энергию ядра, которая связана с массой формулой Эйнштейна. Уменьшение массы ядра по сравнению с массой его составляющих называется дефектом массы.

2. Химические элементы и их изотопы

Количество протонов в составе ядра определяет химический элемент. При постоянном числе протонов ядро ​​определенного химического элемента может иметь разное количество нейтронов. Ядра с разным количеством нейтронов, но одинаковым количеством протонов называются изотопами химического элемента. Например, ядро ​​водорода имеет три изотопа: без всякого нейтрона - протий, с одним нейтроном - дейтерий и с двумя нейтронами - тритий. Для большинства элементов периодической таблицы число нейтронов несколько превышает число протонов.

Среди изотопов различают стабильные и нестабильные. Нестабильные изотопы превращаются в ядра других элементов в результате одного из типов радиоактивного распада. Некоторые тяжелые химические элементы не имеют стабильных изотопов.

Один химический элемент можно превратить в другой с помощью ядерной реакции. Ядерные реакции, отличные от реакций радиоактивного распада, происходящих при столкновении очень быстрых ядер. Энергии столкновения должно хватить на преодоление кулоновского барьера, т.е. сил кулоновского отталкивания между положительно заряженными ядрами. Исключение составляют реакции, в которых одним из реагентов является незаряженным частица - нейтрон.

3. Характеристики

Ядро характеризуется зарядовой числом Z, числом нейтронов N, и их сумма массовым числом A. Протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, относящиеся к фермионов, т.е. имеют полуцелый спин. Спин ядра является суммой спинов нуклонов, однако эта сумма не является алгебраической, учитывая особые правила сложения спинов и орбитальных моментов в квантовой механике. Соответственно, ядра имеют магнитные моменты, связанные с спинами ядерным гиромагнитных соотношением, в котором магнетон Бора заменяется на ядерный магнетон.

4. Генезис

Ядра большинства химических элементов, встречающихся в природе возникли в результате ядерных реакций в звездах. При большом взрыве возникли протоны и электроны. Остальные элементы являются продуктами нуклеосинтеза, который проходил внутри в звездах. Образующиеся химические элементы выбрасываются звездами в межзвездную пространство при возникновении новых и Сверхновых. Со временем выплюнуть звездами вещество вновь собирается вместе, образуя новые звезды и планеты.

5. История открытия

Понятие о ядре атома ввел в 1911 году Эрнест Резерфорд, проведя эксперименты по рассеянию альфа-частиц на металлическая фольга и предложив планетарную модель атома.

6. Наука

Ядра атомов и их преобразования изучает ядерная физика.

См.. также

• Оболочечная модель ядра
• Массовое число
• Зарядовое число
• Магические ядра