Состав атомного ядра. Ядерные силы

1.

Состав атомного ядра.
Ядерные силы

2.

Ранее изучалось строение атома. С помощью опытов
Резерфорда, было установлено, что почти вся масса и весь
положительный заряд атома сосредоточены в атомном
ядре, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные
электроны. После этого открытия возникал резонный
вопрос: а из чего состоит ядро?
Тем не менее, очень скоро стало ясно, что ядра не состоят только
из протонов. Дело в том, что это противоречило опытным
данным. Для примера возьмем ядро бериллия, заряд
которого равен четырем элементарным зарядам . Это
говорит нам о том, что в ядре бериллия находится 4 протона.
Если бы ядро состояло только из протонов, то масса ядра
бериллия была бы равна 4 а.е.м. В действительности же,
масса ядра бериллия составляет 9 а.е.м. Следовательно, в
ядро входят еще какие-то частицы, причем не обладающие
электрическим зарядом. Именно на основании этого, в 1929
году Резерфорд высказал предположение о существовании
электрически нейтральной частицы, масса которой
приблизительно равна массе протона.
Через некоторое время, в 1932 году, Чедвик установил, что
существует ещё одна частица — нейтрон.

3.

После этого открытия, российский учёный Иваненко и
немецкий учёный Гейзенберг независимо друг от друга
предложили протонно-нейтронную модель строения ядра
атома.
Работая независимо друг от друга, они пришли к выводу,
что ядра атомов всех элементов состоят из двух видов
частиц: протонов и нейтронов. Эти частицы стали
называть нуклонами. Общее число нуклонов в ядре
называется массовым числом (поскольку это число
определяет массу ядра). Массовое число обозначается
буквой А. Число протонов в ядре
называется зарядовым числом (поскольку это число
определяет заряд ядра). Зарядовое число обозначается
буквой Z. Нетрудно догадаться, что число нейтронов в
ядре равно разности общего числа нуклонов и числа
протонов. То есть, чтобы найти число нейтронов, нужно из
массового числа вычесть зарядовое число. Это число
обозначается буквой N.

4.

Идея о заряде ядра была впервые выдвинута в 1913 году
английским учёным Генри Мозли.
Он предположил, что, раз атом электронейтрален,
порядковый номер элемента, умноженный на
элементарный электрический заряд, это и есть заряд
ядра.
Каким образом Мозли пришёл к такому заключению? Дело в
том, что количество электронов в атоме соответствует
порядковому номеру. Значит, заряд всех электронов —
это произведение порядкового номера на заряд одного
электрона. Поскольку в ядре сосредоточен
положительный заряд, то же самое можно говорить и о
ядре.
Сумму числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют
массовым числом и обозначают буквой А:
А=Z+N
Массы протона и нейтрона близки друг к другу (численно
это значение соответствует 1,67*10-27 кг) и каждая из них
примерно равна атомной единице массы.
Если говорить о массе электрона, то она численно равна
9,1*10-31 кг. Сравнивая числовые значения масс, стоит
отметить, что масса электронов в атоме много меньше
массы его ядра. Наряду с термином «ядро атома»
используется также термин нуклид. Нуклиды с
одинаковыми зарядовыми числами, но различными
числами нейтронов, называются изотопами, так как
соответствуют одному и тому же химическому элементу,
т. е. одному и тому же месту в таблице Менделеева.
Изотопы имеют разные массовые числа А, т. е. разное
количество нейтронов

5.

В таблице Менделеева, натрий имеет порядковый номер
11 – это и есть зарядовое число. Значит, в ядре натрия
содержится 11 протонов. Поскольку атом в целом
электрически нейтрален, можно заключить, что в
атоме содержится 11 электронов. В таблице
Менделеева также указана масса натрия – 23. Значит,
в ядре натрия содержится 12 нейтронов. Итак, чтобы
определить количество протонов, нейтронов и
электронов в атоме, нужно сделать следующее:
– Посмотреть в таблице Менделеева порядковый номер
интересующего вас элемента. Таким образом,
определяетс зарядовое число – то есть число протонов
и число электронов.
– Посмотреть массу этого элемента в таблице Менделеева
и округлить её до целых (она почти всегда очень
близка к целому числу). Таким образом, определяется
массовое число, то есть общее число нуклонов. Для
нахождения числа нейтронов, нужно из массового
числа вычесть зарядовое число.

6.

Как нуклоны удерживаются внутри ядра? Мы знаем, что в ядре, размеры которого очень и очень
малы, сосредоточено большое количество частиц нуклонов. За счёт электростатического
отталкивания эти частицы, казалось бы, должны очень быстро распадаться и разлетаться —
ведь, как мы знаем, только разноимённые заряженные частицы притягиваются, а если
частицы заряжены одноимённо, они должны отталкиваться.
Внутри ядра находятся положительно заряженные протоны. В этом же ядре находятся ещё и
нейтроны, значит, должны быть силы, которые удерживают вместе те и другие частицы. Эти
силы называют ядерными силами. У них существуют свои особые свойства.
Первое свойство: ядерные силы должны превосходить силы электростатического отталкивания. И
это действительно так. Когда удалось их определить, то выяснилось, что они в 100 раз
превосходят силы электростатического отталкивания.
Второе: ядерные силы действуют только на малом расстоянии. Например, на расстоянии 10-15 м
— это и есть диаметр ядра. Но стоит только размеру ядра увеличиться до 10-14 м, ядро
обязательно распадётся. На этом расстоянии ядерные силы уже не действуют. А силы
электростатического отталкивания продолжают действовать, и именно они отвечают за то, что
ядро распадается.
Есть и другие свойства ядерных сил: они не центральны, т. е. не действуют вдоль прямой,
соединяющей частицы, и не зависят от того, обладает частица зарядом или нет, потому что в
ядро входят и протоны, и нейтроны.
Ядерные силы имеют важное значение в плане стабильности ядра, они отвечают за
долговременность существования этого элемента.