§ 48. Состав атомного ядра

Каков состав радиоактивного излучения?

Какие частицы входят в состав ядра атома?

Какие химические элементы называют изотопами?

1. После открытия явления радиоактивности и определения состава радиоактивного излучения становится очевидным сложный состав ядра атома.

В 1919 г. Резерфорд провёл опыт по облучению α-частицами ядер атома азота, а затем и других элементов. В результате опыта происходило расщепление атомных ядер, которое сопровождалось вылетом ядер водорода. Резерфорд пришёл к выводу о том, что эти частицы, названные впоследствии протонами, входят в состав ядра. Протон обозначают буквой р.

Однако открытие протона ещё не давало ответа на вопрос о строении ядра атома. Предположение о том, что все ядра состоят только из протонов, никак не могло быть принято учёными. Протон имеет положительный заряд, равный заряду электрона, масса протона m_р = 1,6726 • 10^-27 кг, т. е. примерно в 1836 раз больше массы электрона. Если исходить из того, что масса ядра любого химического элемента должна была быть равна Zm_p, где Z — порядковый номер элемента в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, то полученное значение окажется гораздо меньше тех величин, которые были экспериментально получены учёными.

2. В 1932 г. английский учёный Джеймс Чедвик (1891 —1974), один из учеников Резерфорда, экспериментально доказал, что существует ещё одна частица, входящая в состав любого атомного ядра. В опытах Чедвика при облучении бериллия α-частицами возникало излучение, которое не отклонялось ни электрическим, ни магнитным полем. Следовательно, оно электрически нейтрально. Частицы, из которых состояло бериллиевое излучение, были названы нейтронами. Нейтрон обозначается буквой n. Масса нейтрона m_n = 1,6749 • 10^-27 кг примерно равна массе протона.

3. Вскоре после открытия нейтрона в 1932 г. русский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904—1994) и немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901 —1976) предложили протонно-нейтронную модель ядра, согласно которой ядро любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы связаны между собой особыми ядерными силами, которые очень велики, но действуют только на малых расстояниях. (Вспомните, что размер ядра порядка 10^-14—10^-15 м.) Кроме того, характер взаимодействия этих сил не зависит от заряда взаимодействующих частиц. Протоны и нейтроны получили общее название — нуклоны.

Протонно-нейтронная модель ядра была впоследствии полностью подтверждена экспериментально.

4. Вследствие электрической нейтральности атома в нормальном состоянии число протонов в ядре и их суммарный заряд равны числу электронов, движущихся вокруг ядра, и их общему заряду. Следовательно, число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева и называется зарядовым числом Z. Число же нейтронов N равно разности между атомной массой элемента и числом протонов.

Суммарное число протонов и нейтронов, или общее число нуклонов в ядре, называют массовым числом А:

А = Z + N.

Окончание >>>