До 20-х років XX сторіччя фізики вже не сумнівалися в тому, що атомні ядра також мають складну структуру. У цьому їх переконували численні експериментальні факти. Так у 1919 р. Ернест Резерфорд, здійснюючи експерименти з розщеплення ядер атомів багатьох елементів, виявив частинку, яку згодом назвав протоном (позначається — p). Він висловив припущення, що протони входять до складу всіх атомних ядер.
Після відкриття протона було висловлено припущення, що ядра атомів складаються тільки з протонів. Однак це припущення виявилося неспроможним, оскільки відношення заряду ядра до його маси є різним для різних ядер.
У 1930 р. Вальтер Боте й Герберт Бекер з Гісен-ського університету проводили опромінення Берилію альфа-частинками й вивчали утворений при цьому потік нових частинок. Оскільки ці частинки не взаємодіяли з електричним і магнітним полями, було зроблено висновок, що випромінюються електрично нейтральні частинки. Подібні досліди в 1932 р. повторили Фредерік Жоліо-Кюрі, Марія Склодовська-Кюрі, Джеймс Чедвік. Ці досліди підтвердили існування елементарної частинки, яку тепер називають нейтроном (позначається — n).
У 1932 р. після відкриття протона й нейтрона ученими Дмитром Дмитровичем Іваненко (Україна) і Вернером Гейзенбергом (Німеччина) була запропонована протонно-нейтронна модель ядра атома (мал. 197).
Відповідно до цієї моделі:
ядра усіх хімічних елементів складаються з протонів і нейтронів (нейтрони і протони, як складові частинки ядер, мають спільну назву — нуклони);
сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклон-ним (або масовим) числом і позначають символом А; кількість протонів називають протонним (або зарядним) числом і позначають символом Z; протонне число відповідає порядковому номеру елемента в Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва;
кількість нейтронів дорівнює різниці між масовим і протонним числом (N=A - Z);
заряд ядра обумовлений тільки протонами; кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів, що обертаються навколо нього.
Для умовного позначення ядер атома хімічного елемента використовують символ
де А — нуклонне число; Z — протонне число. Певне атомне ядро з відомими А, Z, і N ще називають нуклідом.
Опишемо будову довільного атома. Наприклад, хімічний елемент
Алюміній
Його порядковий номер 13, отже в ядрі міститься
13 протонів (протонне число Z = 13). Оскільки атом електрично нейтральний, то навколо ядра обертається 13 електронів. Нуклонне число А = 27. Визначимо кількість нейтронів у ядрі: N=A - Z = 27 - 13 = 14.
Ви звернули увагу, що масове число нам довелось округлити до цілих? У чому тут причина? Річ у тім, що ядра атомів хімічного елемента можуть відрізнятися кількістю нейтронів. Атоми хімічного елемента, у ядрах яких міститься однакова кількість протонів і різна кількість нейтронів, називаються ізотопами. Атомна маса природного хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва є середньою атомною масою всіх його ізотопів.
Детальніше властивості ізотопів та приклади їх використання ми розглянемо в § 37.
Властивості й природа ядерних сил. Ядра атомів — це дуже стійкі утворення, які стійкіші, ніж атоми. Так, наприклад, щоб розділити ядро Гелію на окремі нуклони, необхідно витратити в сотні тисяч разів більше енергії, ніж для відриву обох його електронів від ядра. Це пояснюється тим, що між нуклонами в ядрі існує особлива, внутрішньоядерна взаємодія, тобто діють особливі — ядерні сили. Що ж це за сили?
Ядерні сили мають такі специфічні властивості:
діють на відстанях, сумірних із розмірами нуклонів (порядку 1 • 1015 м), і різко зменшуються при збільшенні відстані (на відстанях 1,4 • 1015 м вони вже практично не діють);
це найпотужніші сили, що є в природі, тому взаємодію частинок у ядрі часто називають сильною взаємодією;
ядерним силам властиве насичення (окремий нуклон взаємодіє не з усіма іншими нуклонами, а лише з найближчими сусідами); ядерним силам властива зарядова незалежність (заряджені й неза-ряджені частинки притягуються з однаковою силою, тобто сила взаємодії між двома протонами дорівнює силі взаємодії між двома нейтронами й дорівнює силі взаємодії між протоном і нейтроном); ядерні сили не є центральними (тобто вони не направлені уздовж прямої, що сполучає центри взаємодіючих частинок); ядерні сили є так званими обмінними силами (взаємодія між нуклонами виникає внаслідок обміну між ними деякою третьою частинкою).
Формуємо КОМПЕТЕНТНІСТЬ
Я поміркую й зможу пояснити
1. У чому суть протонно-нейтронної моделі ядра атома?
2. Які сили діють між нуклонами в ядрі? Опишіть їхні особливості. До якого типу взаємодії належать ядерні сили?
3. Як у ядерній фізиці позначають хімічний елемент? Схарактеризуйте за цими параметрами Літій.
4. Яка частинка має більшу масу: протон чи електрон? У скільки разів більшу?
Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі
В права 18
1.
Порядковий номер Калію в таблиці Менделєєва 19. Масове число 39. Визначте для атома Калію кількість електронів, протонів і нейтронів.
2.
Визначте кількість електронів в атомах хімічних елементів Магнію й Алюмінію.
3.
У ядрі атома деякого хімічного елемента міститься 56 протонів. Назвіть цей елемент.
4.
Визначте кількість протонів в атомах хімічних елементів Фосфору і Хлору.
5.
Назвіть хімічні елементи, в атомному ядрі яких міститься така кількість нуклонів: а) 7p, 7n; б) 18p, 22n; в) 3р, 4n; г) 84p, 126n.
6.
Ядро атома певного елемента має електричний заряд 4,8 ■ 10-18 Кл. Який це елемент?
Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)