Состав атомного ядра

Из чего состоит ядро атома

В центре каждого атома находится ядро. Оно включает в себя два типа частиц:

• Протоны — обладают положительным зарядом.
• Нейтроны — не имеют заряда.

Единственным исключением из этого правила является атом самого легкого элемента — водорода. В его ядре находится ровно один протон, а нейтроны отсутствуют. Все остальные многозарядные ядра в обязательном порядке содержат обе разновидности частиц. При этом устойчивость ядра зависит от определенного соотношения количества протонов и нейтронов.

Заряд ядра и химический элемент

Количество протонов определяет заряд ядра ($Z$). Именно эта величина является главным признаком, по которому атомы классифицируются. Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Поскольку атом в целом является электронейтральной частицей, вокруг ядра должно вращаться ровно столько же отрицательно заряженных электронов, сколько протонов находится внутри.

В Периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер элемента строго соответствует заряду его ядра. Современная формулировка Периодического закона гласит: свойства элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости именно от зарядов их атомных ядер. Масса атомов растет вместе с зарядом, но не является главным фактором, определяющим свойства.

Массовое число

Массы одиночного протона и нейтрона почти равны и составляют примерно $1$ атомную единицу массы (а.е.м.). Электроны же настолько легкие, что их вклад в общую массу атома не учитывается. Поэтому масса всего атома всегда близка к целому значению.

Массовое число ($A$) — это суммарное количество протонов ($Z$) и нейтронов ($N$) в ядре. Оно вычисляется по формуле: $A = Z + N$.

Нуклиды и изотопы

Атомы одного и того же элемента (с одинаковым $Z$) могут содержать разное количество нейтронов, а значит, иметь разную массу.

• Нуклид — это конкретный вид атомов с четко заданным значением заряда ядра и массового числа.
• Изотопы — это нуклиды одного и того же химического элемента. У них одинаковый заряд, но разная масса.

Для обозначения нуклидов используют символ химического элемента. Слева внизу пишут заряд ядра ($Z$), а слева вверху — массовое число ($A$). Например, изотопы кремния обозначают как ${}^{28}_{14}\text{Si}$, ${}^{29}_{14}\text{Si}$ и ${}^{30}_{14}\text{Si}$.

Особенности атомных масс в таблице Менделеева

В природе большинство химических элементов существует в виде смеси нескольких изотопов. Лишь 19 элементов представлены одним-единственным нуклидом — именно их атомные массы в справочниках ближе всего к целым числам.

У остальных элементов атомная масса, указанная в Периодической таблице, является дробной. Это среднее арифметическое, которое учитывает массу каждого природного изотопа и его процентное содержание. Например, для хлора в расчетах берут значение $35,5$, так как природный хлор состоит из смеси тяжелого и легкого изотопов (${}^{35}_{17}\text{Cl}$ и ${}^{37}_{17}\text{Cl}$).

В химических реакциях разные изотопы одного элемента ведут себя практически идентично. Исключением являются изотопы водорода: из-за колоссальной разницы в массе (в 2 и 3 раза) они получили собственные символы и названия.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Зависимость свойств элементов от заряда ядра (Периодический закон)
• Причины, по которым Менделеев изначально располагал элементы по массе
• Условия устойчивости многозарядных ядер
• Названия и особенности изотопов водорода
• Алгоритм расчета числа нейтронов в ядре конкретного изотопа

Другие темы раздела «Глава 5. Строение вещества»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.