هسته اتم از چه چیزی تشکیل شده است؟ نیروهای هسته ای – هایپرمارکت دانش

تعریف

اتماز یک هسته با بار مثبت تشکیل شده است که در داخل آن پروتون ها و نوترون ها وجود دارد و الکترون ها در مدارهای اطراف آن حرکت می کنند. هسته اتمیدر مرکز قرار دارد و تقریباً تمام جرم آن در آن متمرکز شده است.

مقدار بار روی هسته یک اتم عنصر شیمیایی را تعیین می کند که این اتم به آن تعلق دارد.

وجود هسته اتم در سال 1911 توسط ای رادرفورد اثبات شد و در اثری با عنوان "پراکندگی پرتوهای α و β و ساختار اتم" توضیح داده شد. پس از این، دانشمندان مختلف نظریه های متعددی در مورد ساختار هسته اتم (نظریه قطره (N. Bohr)، نظریه پوسته، نظریه خوشه، نظریه نوری و غیره ارائه کردند.

ساختار الکترونیکی هسته اتم

بر اساس مفاهیم مدرن، هسته اتم از پروتون های با بار مثبت و نوترون های خنثی تشکیل شده است که با هم نوکلئون نامیده می شوند. آنها به دلیل تعاملات قوی در هسته نگهداری می شوند.

به تعداد پروتون های هسته، عدد بار (Z) می گویند. می توان آن را با استفاده از جدول تناوبی D.I. مندلیف تعیین کرد - برابر است با شماره سریال عنصر شیمیایی که اتم به آن تعلق دارد.

به تعداد نوترون های یک هسته، عدد ایزوتوپی (N) می گویند. تعداد کل نوکلئون های هسته را عدد جرمی (M) می گویند و برابر با جرم اتمی نسبی یک اتم یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی مندلیف نشان داده شده است.

هسته هایی با تعداد نوترون یکسان اما تعداد پروتون های متفاوت را ایزوتون می نامند. اگر هسته تعداد پروتون های یکسانی داشته باشد، اما نوترون های متفاوتی داشته باشد - ایزوتوپ. در موردی که اعداد جرمی برابر هستند، اما ترکیب نوکلئون ها متفاوت است - ایزوبارها.

هسته یک اتم می تواند در حالت پایدار (زمینی) و در حالت برانگیخته باشد.

اجازه دهید ساختار هسته یک اتم را با استفاده از مثال عنصر شیمیایی اکسیژن در نظر بگیریم. اکسیژن دارای شماره سریال 8 در جدول تناوبی مندلیف و جرم اتمی نسبی 16 amu است. این بدان معناست که هسته اتم اکسیژن باری برابر با (8) دارد. هسته شامل 8 پروتون و 8 نوترون (Z=8، N=8، M=16) است و 8 الکترون در 2 مدار به دور هسته حرکت می کنند (شکل 1).

برنج. 1. نمایش شماتیک از ساختار اتم اکسیژن.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

هسته اتمی
هسته اتمی

هسته اتمی - بخش مرکزی و بسیار فشرده اتم که تقریباً تمام جرم آن و تمام بار الکتریکی مثبت در آن متمرکز است. هسته، با نگه داشتن الکترون ها به خود توسط نیروهای کولن به مقداری که بار مثبت آن را جبران می کند، یک اتم خنثی را تشکیل می دهد. بیشتر هسته ها شکلی نزدیک به کروی و قطر ≈ 10-12 سانتی متر دارند که چهار مرتبه قدر کوچکتر از قطر یک اتم (10-8 سانتی متر) است. چگالی این ماده در هسته حدود 230 میلیون تن بر سانتی متر مکعب است.
هسته اتم در سال 1911 در نتیجه یک سری آزمایشات بر روی پراکندگی ذرات آلفا توسط ورقه های نازک طلا و پلاتین، که در کمبریج (انگلستان) به سرپرستی E. Rutherford انجام شد، کشف شد. در سال 1932، پس از کشف نوترون توسط جی. چادویک، مشخص شد که هسته از پروتون و نوترون تشکیل شده است.
(V. Heisenberg، D.D. Ivanenko، E. Majorana).
برای تعیین یک هسته اتم، از نماد عنصر شیمیایی اتم که حاوی هسته است استفاده می شود و شاخص سمت چپ بالای این نماد تعداد نوکلئون ها (عدد جرمی) در این هسته و شاخص پایین سمت چپ نشان دهنده تعداد پروتون های موجود در آن به عنوان مثال، یک هسته نیکل حاوی 58 نوکلئون، که 28 آن پروتون هستند، تعیین می شود. همین هسته همچنین می تواند 58 Ni یا نیکل-58 تعیین شود.

هسته سیستمی از پروتون‌ها و نوترون‌های متراکم است که با سرعت 10 9-10 10 سانتی‌متر بر ثانیه حرکت می‌کنند و توسط نیروهای هسته‌ای قدرتمند و کوتاه‌برد با جاذبه متقابل نگهداری می‌شوند (منطقه عمل آنها محدود به فواصل ≈ است. 10-13 سانتی متر). اندازه پروتون ها و نوترون ها در حدود 13-10 سانتی متر است و دو حالت مختلف از یک ذره به نام نوکلئون در نظر گرفته می شوند. شعاع هسته را می توان تقریباً با فرمول R≈ (1.0-1.1)·10 -13 A 1/3 سانتی متر تخمین زد، که در آن A تعداد نوکلئون ها (تعداد کل پروتون ها و نوترون ها) در هسته است. در شکل شکل 1 نشان می دهد که چگونه چگالی ماده (در واحدهای 10 14 گرم بر سانتی متر 3) در داخل یک هسته نیکل، متشکل از 28 پروتون و 30 نوترون، بسته به فاصله r (در واحدهای 10-13 سانتی متر) تا مرکز تغییر می کند. از هسته
برهمکنش هسته ای (برهمکنش بین نوکلئون ها در یک هسته) به دلیل این واقعیت است که نوکلئون ها مزون ها را مبادله می کنند. این برهمکنش تجلی برهمکنش قوی‌تر اساسی بین کوارک‌هایی است که نوکلئون‌ها و مزون‌ها را می‌سازند (به همان صورتی که نیروهای پیوند شیمیایی در مولکول‌ها تجلی نیروهای الکترومغناطیسی اساسی‌تر هستند).
دنیای هسته ها بسیار متنوع است. حدود 3000 هسته شناخته شده است که از نظر تعداد پروتون یا تعداد نوترون یا هر دو با یکدیگر تفاوت دارند. بیشتر آنها به صورت مصنوعی به دست می آیند.
فقط 264 هسته پایدار هستند، یعنی. در طول زمان هیچ دگرگونی خود به خودی را تجربه نکنید که به آن پوسیدگی می گویند. بقیه اشکال مختلفی از فروپاشی را تجربه می کنند - واپاشی آلفا (انتشار یک ذره آلفا، یعنی هسته اتم هلیوم). واپاشی بتا (گسیل همزمان یک الکترون و یک پادنوترینو یا یک پوزیترون و یک نوترینو و همچنین جذب الکترون اتمی با انتشار یک نوترینو). واپاشی گاما (گسیل فوتون) و دیگران.
انواع مختلف هسته ها اغلب نوکلید نامیده می شوند. نوکلیدهایی با تعداد پروتون یکسان و تعداد نوترون های متفاوت ایزوتوپ نامیده می شوند. نوکلئیدهایی با تعداد نوکلئون یکسان، اما نسبت های متفاوت پروتون و نوترون، ایزوبار نامیده می شوند. هسته های سبک تقریباً دارای تعداد مساوی پروتون و نوترون هستند. در هسته های سنگین، تعداد نوترون ها تقریباً 1.5 برابر بیشتر از تعداد پروتون ها است. سبک ترین هسته، هسته اتم هیدروژن است که از یک پروتون تشکیل شده است. سنگین ترین هسته های شناخته شده (به طور مصنوعی به دست می آیند) تعداد نوکلئون های 290 ≈ دارند. از این تعداد 116-118 پروتون هستند.
ترکیب های مختلف از تعداد پروتون های Z و نوترون ها مربوط به هسته های مختلف اتمی است. هسته های اتمی (یعنی طول عمر آنها t> 23-10 ثانیه) در محدوده نسبتاً باریکی از تغییرات در اعداد Z و N وجود دارند. علاوه بر این، تمام هسته های اتمی به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند - پایدار و رادیواکتیو (ناپایدار). هسته های پایدار در نزدیکی خط پایداری گروه بندی می شوند که توسط معادله تعیین می شود

در شکل شکل 2 نمودار NZ هسته اتم را نشان می دهد. نقاط سیاه نشان دهنده هسته های پایدار است. منطقه ای که هسته های پایدار در آن قرار دارند معمولاً دره پایداری نامیده می شود. در سمت چپ هسته های پایدار، هسته هایی با پروتون ها (هسته های غنی از پروتون) بارگذاری شده اند، در سمت راست - هسته های بیش از حد با نوترون ها (هسته های غنی از نوترون). هسته های اتمی کشف شده در حال حاضر با رنگ برجسته شده اند. حدود 3.5 هزار نفر از آنها وجود دارد. اعتقاد بر این است که در کل باید 7 تا 7.5 هزار باشد. هسته های غنی از پروتون (رنگ تمشک) رادیواکتیو هستند و عمدتاً در نتیجه تجزیه β + به هسته های پایدار تبدیل می شوند؛ پروتون موجود در هسته به نوترون تبدیل می شود. هسته های غنی از نوترون (رنگ آبی) نیز رادیواکتیو هستند و در نتیجه فروپاشی - - با تبدیل یک نوترون هسته به پروتون پایدار می شوند.
سنگین‌ترین ایزوتوپ‌های پایدار سرب (82=Z) و بیسموت (83=Z) هستند. هسته های سنگین همراه با فرآیندهای فروپاشی β + و β - نیز در معرض واپاشی α (زرد) و شکافت خود به خودی هستند که به کانال های اصلی فروپاشی آنها تبدیل می شوند. خط نقطه چین در شکل. 2 منطقه احتمالی وجود هسته های اتمی را مشخص می کند. خط B p = 0 (B p انرژی جدایی پروتون است) ناحیه وجود هسته های اتمی را در سمت چپ محدود می کند (خط قطره ای پروتون). خط B n = 0 (B n - انرژی جداسازی نوترون) - در سمت راست (خط قطره ای نوترون). خارج از این مرزها، هسته های اتمی نمی توانند وجود داشته باشند، زیرا آنها در طول زمان مشخصه هسته ای (~10-23-10-22s) با انتشار نوکلئون ها تجزیه می شوند.
هنگامی که دو هسته سبک با هم ترکیب می شوند (سنتز) و یک هسته سنگین را به دو قطعه سبک تر تقسیم می کنند، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این دو روش برای به دست آوردن انرژی موثرترین روش های شناخته شده هستند. بنابراین 1 گرم سوخت هسته ای معادل 10 تن سوخت شیمیایی است. همجوشی هسته ای (واکنش های گرما هسته ای) منبع انرژی برای ستارگان است. همجوشی کنترل نشده (منفجره) زمانی رخ می دهد که یک بمب گرما هسته ای (یا به اصطلاح "هیدروژنی") منفجر شود. همجوشی کنترل شده (آهسته) زیربنای یک منبع انرژی امیدوارکننده در دست توسعه است - یک راکتور حرارتی.
شکافت کنترل نشده (منفجره) زمانی رخ می دهد که یک بمب اتمی منفجر شود. شکافت کنترل شده در راکتورهای هسته ای، که منابع انرژی در نیروگاه های هسته ای هستند، انجام می شود.
مکانیک کوانتومی و مدل‌های مختلف برای توصیف نظری هسته‌های اتمی استفاده می‌شوند.
هسته می تواند هم به صورت گاز (گاز کوانتومی) و هم به صورت مایع (مایع کوانتومی) رفتار کند. مایع هسته ای سرد دارای خواص فوق سیال است. در یک هسته بسیار گرم، نوکلئون ها به کوارک های تشکیل دهنده خود تجزیه می شوند. این کوارک ها با تبادل گلوئون برهم کنش می کنند. در نتیجه این فروپاشی، مجموعه نوکلئون ها در داخل هسته به حالت جدیدی از ماده تبدیل می شود - پلاسمای کوارک-گلئون.

در پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم، فیزیکدانان ثابت کردند که اتم یک ذره پیچیده است و از ذرات ساده تری (بنیادی) تشکیل شده است. کشف شد:

· پرتوهای کاتدی (فیزیکدان انگلیسی J. J. Thomson، 1897)، که ذرات آن الکترون نامیده می شوند - (حامل یک بار منفی منفرد).

· رادیواکتیویته طبیعی عناصر (دانشمندان فرانسوی - رادیو شیمیدانان A. Becquerel و M. Sklodowska-Curie، فیزیکدان پیر کوری، 1896) و وجود ذرات α (هسته هلیوم 4 He 2 +).

· وجود یک هسته با بار مثبت در مرکز اتم (فیزیکدان انگلیسی و رادرفورد، 1911).

· تبدیل مصنوعی یک عنصر به عنصر دیگر، برای مثال نیتروژن به اکسیژن (E. Rutherford, 1919). از هسته یک اتم یک عنصر (نیتروژن - در آزمایش رادرفورد)، در برخورد با یک ذره α، هسته یک اتم عنصر دیگر (اکسیژن) و یک ذره جدید تشکیل شد که حامل یک واحد بار مثبت است و نامیده می شود. یک پروتون (p +، هسته 1H)

· حضور در هسته یک اتم از ذرات خنثی الکتریکی - نوترون n 0 (فیزیکدان انگلیسی J. Chadwick, 1932). در نتیجه تحقیقات، مشخص شد که اتم هر عنصر (به جز 1H) حاوی پروتون، نوترون و الکترون است که پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم متمرکز شده‌اند و الکترون‌ها در حاشیه آن (در پوسته الکترونی) .

الکترون ها را معمولاً به صورت زیر نشان می دهند: e - .

الکترون‌های e بسیار سبک، تقریباً بی‌وزن هستند، اما دارای بار الکتریکی منفی هستند. برابر است با -1. جریان الکتریکی که همه ما استفاده می کنیم، جریانی از الکترون ها است که در سیم ها جریان دارند.

نوترون ها به صورت زیر تعیین می شوند: n 0 و پروتون ها به صورت زیر تعیین می شوند: p +.

نوترون ها و پروتون ها از نظر جرم تقریباً یکسان هستند.

تعداد پروتون های هسته برابر با تعداد الکترون های پوسته اتم است و با شماره سریال این عنصر در جدول تناوبی مطابقت دارد.

هسته اتمی

قسمت مرکزی یک اتم که بخش عمده ای از جرم آن در آن متمرکز است و ساختار آن عنصر شیمیایی که اتم به آن تعلق دارد را تعیین می کند.

هسته اتم از نوکلئون ها تشکیل شده است - پروتون های با بار مثبت p + و نوترون های خنثی n 0 که از طریق برهم کنش قوی به هم متصل می شوند. هسته اتم که به عنوان دسته ای از ذرات با تعداد معینی پروتون و نوترون در نظر گرفته می شود، اغلب یک هسته نامیده می شود.

تعداد پروتون های یک هسته را شماره بار آن Z می نامند - این عدد برابر با عدد اتمی عنصری است که اتم در جدول تناوبی به آن تعلق دارد.

تعداد نوترون های هسته را با حرف N و تعداد پروتون ها را با حرف Z نشان می دهند. این اعداد با یک نسبت ساده به یکدیگر مرتبط هستند:

تعداد کل نوکلئون های یک هسته را عدد جرمی آن A = N + Z می نامند و تقریباً برابر با میانگین جرم یک اتم است که در جدول تناوبی نشان داده شده است.

هسته های اتمی با تعداد پروتون یکسان و تعداد نوترون های متفاوت ایزوتوپ نامیده می شوند.

بسیاری از عناصر دارای یک ایزوتوپ طبیعی هستند، به عنوان مثال، Be، F، Na، Al، P، Mn، Co، I، Au و برخی دیگر. اما بیشتر عناصر دارای دو یا سه ایزوتوپ پایدار هستند.

مثلا:

هسته های اتمی با تعداد نوترون یکسان، اما تعداد پروتون های متفاوت، ایزوتون نامیده می شوند.

اتم های عناصر مختلف با جرم اتمی یکسان-A را ایزوبار می نامند.

« فیزیک - پایه یازدهم"

ساختار هسته اتم. نیروهای هسته ای

بلافاصله پس از کشف نوترون در آزمایشات چادویک، فیزیکدان شوروی D. D. Ivanenko و دانشمند آلمانی W. Heisenberg در سال 1932 یک مدل پروتون-نوترون از هسته را پیشنهاد کردند.
این توسط مطالعات بعدی تحولات هسته ای تأیید شد و اکنون به طور کلی پذیرفته شده است.

مدل پروتون-نوترونی هسته

بر اساس مدل پروتون-نوترون، هسته ها از دو نوع ذرات بنیادی تشکیل شده اند - پروتون ها و نوترون ها.

از آنجایی که اتم به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است و بار پروتون برابر با مدول بار یک الکترون است، تعداد پروتون های هسته برابر با تعداد الکترون های لایه اتمی است.
بنابراین تعداد پروتون های هسته برابر با عدد اتمی عنصر است زدر سیستم تناوبی عناصر توسط D.I. مندلیف.

مجموع تعداد پروتون ها زو تعداد نوترون ها ندر هسته نامیده می شود عدد جرمیو با حرف مشخص می شود آ:

A = Z + N

جرم یک پروتون و یک نوترون به هم نزدیک است و هر یک از آنها تقریباً برابر با یک واحد جرم اتمی است.
جرم الکترون های یک اتم بسیار کمتر از جرم هسته آن است.
بنابراین، تعداد جرمی هسته برابر با جرم اتمی نسبی عنصر است که به یک عدد کامل گرد شده است.
اعداد جرمی را می توان با اندازه گیری تقریباً جرم هسته ها با استفاده از ابزارهایی که دقت بالایی ندارند تعیین کرد.

ایزوتوپ ها هسته هایی با همان ارزش هستند ز، اما با اعداد جرمی متفاوت آ، یعنی با تعداد مختلف نوترون ن.

نیروهای هسته ای

از آنجایی که هسته‌ها بسیار پایدار هستند، پروتون‌ها و نوترون‌ها باید توسط برخی نیروها و در عین حال نیروهای بسیار قوی درون هسته نگه داشته شوند.
این نیروهای گرانشی نیستند که خیلی ضعیف هستند.
پایداری هسته را نمی توان با نیروهای الکترومغناطیسی نیز توضیح داد، زیرا دافعه الکتریکی بین پروتون های دارای بار مشابه عمل می کند.
و نوترون ها بار الکتریکی ندارند.

این بدان معنی است که بین ذرات هسته ای - پروتون و نوترون، آنها نامیده می شوند نوکلئون ها- نیروهای ویژه ای هستند که نامیده می شوند نیروهای هسته ای.

خواص اصلی نیروهای هسته ای چیست؟ نیروهای هسته ای تقریباً 100 برابر بیشتر از نیروهای الکتریکی (کولن) هستند.
اینها قدرتمندترین نیروهای موجود در طبیعت هستند.
بنابراین، فعل و انفعالات ذرات هسته ای اغلب نامیده می شود تعاملات قوی.

برهمکنش های قوی نه تنها در برهمکنش های نوکلئون ها در هسته خود را نشان می دهند.
این نوع خاصی از برهمکنش ذاتی بیشتر ذرات بنیادی همراه با برهمکنش های الکترومغناطیسی است.

یکی دیگر از ویژگی های مهم نیروهای هسته ای مدت کوتاه آنهاست.
نیروهای الکترومغناطیسی با افزایش فاصله نسبتاً آهسته ضعیف می شوند.
نیروهای هسته ای به طور قابل توجهی خود را فقط در فواصل برابر با اندازه هسته (10-12-10-13 سانتی متر) نشان می دهند، که قبلاً توسط آزمایش های رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات α توسط هسته های اتمی نشان داده شده بود.
یک نظریه کمی کامل در مورد نیروهای هسته ای هنوز ایجاد نشده است.
پیشرفت قابل توجهی در توسعه آن به تازگی - در 10-15 سال گذشته - به دست آمده است.

هسته اتم ها از پروتون و نوترون تشکیل شده است. این ذرات توسط نیروهای هسته ای در هسته نگه داشته می شوند.

ایزوتوپ ها

مطالعه پدیده رادیواکتیویته منجر به کشف مهمی شد: ماهیت هسته های اتم روشن شد.

در نتیجه مشاهده تعداد زیادی از تبدیلات رادیواکتیو، به تدریج کشف شد که موادی وجود دارند که از نظر خواص شیمیایی یکسان هستند، اما دارای خواص رادیواکتیو کاملاً متفاوت هستند (یعنی به طور متفاوتی تجزیه می شوند).
آنها را نمی توان با هیچ یک از روش های شیمیایی شناخته شده جدا کرد.
بر این اساس، سودی در سال 1911 امکان وجود عناصری با خواص شیمیایی یکسان، اما به ویژه در رادیواکتیویته آنها را پیشنهاد کرد.
این عناصر باید در همان سلول سیستم تناوبی D.I. مندلیف قرار گیرند.
سودی به آنها زنگ زد ایزوتوپ ها(یعنی اشغال همان مکان ها).

فرض سودی یک سال بعد، زمانی که جی جی تامسون با انحراف آنها در میدان های الکتریکی و مغناطیسی، اندازه گیری های دقیقی از جرم یون های نئون انجام داد، تأیید درخشان و تفسیر عمیقی دریافت کرد.
او کشف کرد که نئون مخلوطی از دو نوع اتم است.
اکثر آنها دارای جرم نسبی 20 هستند.
اما کسر کوچکی از اتم ها با جرم اتمی نسبی 22 وجود دارد.
در نتیجه، جرم اتمی نسبی مخلوط 20.2 در نظر گرفته شد.
اتم هایی که خواص شیمیایی یکسانی دارند از نظر جرم با هم تفاوت دارند.

هر دو نوع اتم نئون، به طور طبیعی، یک مکان را در جدول D.I. مندلیف اشغال می کنند و بنابراین، ایزوتوپ هستند.
بنابراین، ایزوتوپ ها می توانند نه تنها در خواص رادیواکتیو خود، بلکه در جرم نیز متفاوت باشند.
به همین دلیل است که ایزوتوپ ها دارای بارهای یکسانی از هسته اتم هستند، به این معنی که تعداد الکترون های موجود در لایه اتم ها و در نتیجه خواص شیمیایی ایزوتوپ ها یکسان است.
اما جرم هسته ها متفاوت است.
علاوه بر این، هسته ها می توانند هم رادیواکتیو و هم پایدار باشند.
تفاوت در خواص ایزوتوپ های رادیواکتیو به این دلیل است که هسته آنها دارای جرم های مختلف است.

وجود ایزوتوپ برای اکثر عناصر شیمیایی اکنون ثابت شده است.
برخی از عناصر فقط ایزوتوپ های ناپایدار (یعنی رادیواکتیو) دارند.
سنگین ترین عنصر موجود در طبیعت - اورانیوم (جرم اتمی نسبی 238، 235، و غیره) و سبک ترین - هیدروژن (جرم اتمی نسبی 1، 2، 3) دارای ایزوتوپ هستند.

ایزوتوپ های هیدروژن به ویژه جالب هستند، زیرا جرم آنها 2 و 3 برابر است.
ایزوتوپی با جرم اتمی نسبی 2 نامیده می شود دوتریوم.
پایدار است (یعنی رادیواکتیو نیست) و به صورت ناخالصی کوچک (1:4500) در هیدروژن معمولی ظاهر می شود.
هنگامی که دوتریوم با اکسیژن ترکیب می شود، به اصطلاح آب سنگین تشکیل می شود.
خواص فیزیکی آن به طور قابل توجهی با خواص آب معمولی متفاوت است.
در فشار معمولی اتمسفر، در دمای 101.2 درجه سانتیگراد می جوشد و در دمای 3.8 درجه سانتیگراد یخ می زند.

ایزوتوپ هیدروژن با جرم اتمی 3 نامیده می شود تریتیوم.
این رادیواکتیو β است و نیمه عمر آن حدود 12 سال است.

وجود ایزوتوپ‌ها ثابت می‌کند که بار هسته اتم تمام خواص اتم را تعیین نمی‌کند، بلکه فقط ویژگی‌های شیمیایی آن و آن دسته از خواص فیزیکی را تعیین می‌کند که به محیط پوسته الکترونی، به عنوان مثال، اندازه اتم بستگی دارد.
جرم یک اتم و خواص رادیواکتیو آن با شماره سریال جدول D.I. مندلیف تعیین نمی شود.

قابل توجه است که هنگام اندازه گیری دقیق جرم اتمی نسبی ایزوتوپ ها، مشخص شد که آنها به اعداد کامل نزدیک هستند.
اما جرم اتمی عناصر شیمیایی گاهی تا حد زیادی با اعداد کامل متفاوت است.
بنابراین، جرم اتمی نسبی کلر 35.5 است.
این بدان معنی است که در حالت طبیعی خود، یک ماده شیمیایی خالص مخلوطی از ایزوتوپ ها به نسبت های مختلف است.
یکپارچگی (تقریبی) توده های اتمی نسبی ایزوتوپ ها برای روشن شدن ساختار هسته اتم بسیار مهم است.

اکثر عناصر شیمیایی ایزوتوپ دارند.
بارهای هسته اتمی ایزوتوپ ها یکسان است، اما جرم هسته ها متفاوت است.

همانطور که قبلاً اشاره شد، یک اتم از سه نوع ذره بنیادی تشکیل شده است: پروتون، نوترون و الکترون. هسته اتم بخش مرکزی اتم است که از پروتون و نوترون تشکیل شده است. پروتون ها و نوترون ها نام مشترک نوکلئون دارند، آنها می توانند در هسته به یکدیگر تبدیل شوند. هسته ساده ترین اتم - اتم هیدروژن - از یک ذره بنیادی - پروتون تشکیل شده است.

قطر هسته یک اتم تقریباً 10-13 – 10-12 سانتی متر است و 0001/0 قطر اتم است. با این حال، تقریباً کل جرم اتم (99.95 - 99.98٪) در هسته متمرکز است. اگر امکان به دست آوردن 1 سانتی متر مکعب ماده هسته ای خالص وجود داشت، جرم آن 100 تا 200 میلیون تن بود. جرم هسته یک اتم چندین هزار بار بیشتر از جرم تمام الکترون های تشکیل دهنده اتم است.

پروتون- یک ذره بنیادی، هسته اتم هیدروژن. جرم یک پروتون 1.6721x10 -27 کیلوگرم است که 1836 برابر بیشتر از جرم یک الکترون است. بار الکتریکی مثبت و برابر با 1.66x10 -19 C است. کولن واحدی از بار الکتریکی است که برابر با مقدار الکتریسیته ای است که از مقطع رسانا در زمان ۱ ثانیه با جریان ثابت ۱ آمپر (آمپر) عبور می کند.

هر اتم هر عنصر حاوی تعداد معینی پروتون در هسته است. این عدد برای یک عنصر معین ثابت است و خواص فیزیکی و شیمیایی آن را تعیین می کند. یعنی تعداد پروتون ها مشخص می کند که با چه عنصر شیمیایی سروکار داریم. به عنوان مثال، اگر یک پروتون در هسته وجود داشته باشد، آن هیدروژن است، اگر 26 پروتون باشد، آهن است. تعداد پروتون های هسته اتم بار هسته (شماره بار Z) و عدد اتمی عنصر را در جدول تناوبی عناصر D.I تعیین می کند. مندلیف (عدد اتمی عنصر).

ننوترون- یک ذره خنثی الکتریکی با جرم 10-27/10/6749 کیلوگرم، 1839 برابر جرم یک الکترون. نورون در حالت آزاد یک ذره ناپایدار است که به طور مستقل با گسیل یک الکترون و یک پادنوترینو به پروتون تبدیل می شود. نیمه عمر نوترون ها (زمانی که در طی آن نیمی از تعداد اولیه نوترون ها تجزیه می شود) تقریباً 12 دقیقه است. با این حال، در یک حالت محدود در داخل هسته های اتمی پایدار، پایدار است. تعداد کل نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) در هسته را عدد جرمی (جرم اتمی - A) می گویند. تعداد نوترون های موجود در هسته برابر است با تفاوت بین اعداد جرم و بار: N = A – Z.

الکترون- یک ذره بنیادی، حامل کوچکترین جرم - 0.91095x10 -27 گرم و کوچکترین بار الکتریکی - 1.6021x10 -19 C. این یک ذره با بار منفی است. تعداد الکترون های یک اتم برابر با تعداد پروتون های هسته است، یعنی. اتم از نظر الکتریکی خنثی است.

پوزیترون- یک ذره بنیادی با بار الکتریکی مثبت، یک پاد ذره در رابطه با الکترون. جرم الکترون و پوزیترون برابر است و بارهای الکتریکی از نظر قدر مطلق مساوی اما در علامت مخالف هستند.

انواع مختلف هسته ها را نوکلید می نامند. نوکلید نوعی اتم با تعداد معین پروتون و نوترون است. در طبیعت، اتم های یک عنصر با جرم اتمی متفاوت (اعداد جرمی) وجود دارد: 17 35 Cl، 17 37 Cl و غیره. هسته این اتم ها دارای تعداد پروتون یکسان، اما تعداد نوترون های متفاوت است. انواع اتم های یک عنصر که دارای بار هسته ای یکسان اما اعداد جرمی متفاوت هستند نامیده می شوند ایزوتوپ ها . ایزوتوپ‌ها با داشتن تعداد پروتون یکسان، اما از نظر تعداد نوترون‌های متفاوت، ساختار لایه‌های الکترونی یکسانی دارند، یعنی. خواص شیمیایی بسیار مشابهی دارد و در جدول تناوبی عناصر شیمیایی جایگاه یکسانی را اشغال می کند.

ایزوتوپ ها با نماد عنصر شیمیایی مربوطه با شاخص A در بالا سمت چپ مشخص می شوند - عدد جرمی، گاهی اوقات تعداد پروتون ها (Z) نیز در پایین سمت چپ آورده شده است. به عنوان مثال، ایزوتوپ های رادیواکتیو فسفر به ترتیب 32 P، 33 P یا 15 32 P و 15 33 P تعیین می شوند. هنگام تعیین ایزوتوپ بدون نشان دادن نماد عنصر، عدد جرمی پس از تعیین عنصر داده می شود، به عنوان مثال، فسفر - 32، فسفر - 33.

بیشتر عناصر شیمیایی چندین ایزوتوپ دارند. علاوه بر ایزوتوپ هیدروژن 1H-protium، هیدروژن سنگین 2H-دوتریوم و هیدروژن فوق سنگین 3H-تریتیوم شناخته شده است. اورانیوم دارای 11 ایزوتوپ است که در ترکیبات طبیعی سه ایزوتوپ وجود دارد (اورانیوم 238، اورانیوم 235، اورانیوم 233). آنها به ترتیب 92 پروتون و 146،143 و 141 نوترون دارند.

در حال حاضر، بیش از 1900 ایزوتوپ از 108 عنصر شیمیایی شناخته شده است. از این میان، ایزوتوپ‌های طبیعی شامل همه ایزوتوپ‌های پایدار (حدود 280 تای آن‌ها) و ایزوتوپ‌های طبیعی هستند که بخشی از خانواده‌های رادیواکتیو هستند (46 مورد). بقیه به عنوان مصنوعی طبقه بندی می شوند؛ آنها به طور مصنوعی در نتیجه واکنش های هسته ای مختلف به دست می آیند.

اصطلاح "ایزوتوپ" فقط باید زمانی استفاده شود که ما در مورد اتم های یک عنصر صحبت می کنیم، به عنوان مثال، ایزوتوپ های کربن 12 C و 14 C. اگر منظور اتم های عناصر شیمیایی مختلف است، توصیه می شود از عبارت " استفاده شود. نوکلیدها، به عنوان مثال، رادیونوکلئیدها 90 Sr, 131 J, 137 Cs.