1.3. Короткі відомості про будову атома

Згідно планетарної моделі атома, яку запропонував в 1911 році англійський фізик Резерфорд, атом складається з позитивно зарядженого ядра та електронної оболонки, електрони в електронній оболонці рухаються навколо ядра (за Резерфордом) в певних орбітах. Об’єм ядра складає одну стотисячну частину від загального об’єму атома. У 1932 році було доведено, що ядро складається з нуклонів. Існує два види нуклонів: позитивно заряджені протони та електронейтральні нейтрони. Маса протонів та нейтронів майже однакова і приблизно дорівнює 1 а. о. м. Протони та нейтрони зв’язані між собою ядерними силами, які в тисячу разів більш міцні ніж хімічні зв’язки між атомами.

У 1913 році англійський вчений Мозлі при вивченні рентгенівських спектрів атомів довів, що позитивний заряд ядра атома дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів. Так як заряд ядра обумовлений наявністю протонів, то кількість протонів дорівнює порядковому номеру.

Атоми є незарядженими частинками. Це обумовлено тим, що поряд з позитивно зарядженим ядром в атомі існує електронна оболонка, яка складається з негативно (від’ємно) заряджених електронів. Отже, кількість електронів дорівнює кількості протонів, а також порядковому номеру елемента.

m(ē)=1/1837 а.о.м.

Заряд ядра атома є найважливішою характеристикою елемента, він є незмінним. А кількість нейтронів може бути різною у атомів одного і того ж елемента. В залежності від співвідношення кількості протонів та нейтронів в атомах одного елемента вони поділяються на ізотопи, ізобари та ізотони.

Ізотопи – атоми одного хімічного елемента, які мають різну кількість нейтронів. Наприклад, ізотопи Гідрогену – Н (або Протій), Н (або D – Дейтерій), Н (або Т – Тритій). Цифрою знизу позначається заряд ядра елемента, а цифра зверху – масове число елемента або сума протонів та нейтронів. Ядра всіх цих ізотопів мають у складі по одному протону, а нейтронів в атомі Протію немає, в атомі Дейтерію – 1, а в атомі Тритію – 2.

Ізобари – атоми різних елементів, які мають однакову атомну масу. Кількість протонів та нейтронів в атомах ізобарів різна. Наприклад, відомі ізобари Аргону та Калію з масовим числом 40: та .

Ізотони – атоми різних елементів, які мають однакову кількість нейтронів. Наприклад, та .

Радіоактивність

Ізотопи хімічних елементів поділяються на стабільні та радіоактивні.

Стабільні ізотопи існують незмінними у часі, а радіоактивні випромінюють заряджені або незаряджені частинки з ядра. При цьому в більшості випадків відбувається зміна природи атомів, тобто перетворення одного елемента в інший.

Явище радіоактивності було відкрите французьким фізиком А. Беккерелем в 1896 р. При радіоактивних випромінюваннях ядра здатні випромінювати такі частинки :

1. α-Промені, які мають незначну проникаючу дію, заряджені позитивно. α-Частинка складається з двох протонів та двох нейтронів, тобто подібна за складом до ядер гелію.

2. β-Частинки мають значно більшу проникаючу дію ніж α-частинки. Доведено, що за природою β-частинки – електрони, які мають високу швидкість руху.

3. γ-Промені мають дуже велику проникаючу дію. Це електромагнітні хвилі дуже маленької довжини, близькі за довжиною до рентгенівського випромінювання – біля декількох нанометрів.

Крім перелічених частинок радіоактивні ядра здатні випромінювати нейтрони, протони, нейтріно, позитрони.

Радіоактивні перетворення речовини не є хімічними процесами, їх вивчає ядерна фізика. Це пояснюється тим, що при радіоактивних явищах змінюється склад ядер атомів, а при хімічних реакціях відбувається перебудова лише зовнішніх електронних оболонок атомів. Склад ядра при цьому залишається незмінним. В той же час ядерні перетворення записують у вигляді рівнянь, які відрізняються від рівнянь хімічних реакцій. В основі рівнянь хімічних реакцій лежить закон збереження маси, тобто в вихідних речовинах і в продуктах реакції знаходиться однакова кількість атомів одних і тих же елементів. При ядерних перетвореннях вихідні речовини мають атоми одних елементів, а утворюються атоми інших елементів. Різними можуть бути також елементарні частинки, які бомбардують вихідні речовини та утворюються в результаті процесу. Якщо перевірку вірності написання рівнянь хімічних реакцій проводять, виходячи з закону збереження маси, то в ядерних реакціях перевіряють кількість нуклонів та кількість зарядів в правій та лівій частині рівняння.

Приклади процесів радіоактивного перетворення:

1) α-розпад

2) спонтанний поділ ядер