Состав ядра атома. Дефект массы. Энергия связи атомных ядер

Долгое время физики считали, что в состав ядер тяжелых атомов могут входить наряду с протонами электроны. Лишь в 1932 г. украинский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг теоретически доказали, что ядра всех атомов, кроме водорода , содержат кроме протонов и нейтронов. Существование нейтрона экспериментально обнаружил в 1932 г. английский физик Дж. Чедвик. Нейтрон не имеет результирующего заряда, по массе близок к протона, но все же несколько массивнее: ; ; (, и - массы нейтрона, протона и электрона соответственно).
И протон, и нейтрон - нуклоны, ядерные частицы (от англ. nucleus - ядро). Большинство химических элементов может существовать в виде нескольких изотопов (веществ, в ядрах атомов которых содержится одинаковое число протонов , но разное число нейтронов ).
Символически ядро обозначается , где (зарядовое число), (массовое число). Примеры изотопов: изотопы водорода («обычный» водород, или протий), (дейтерий), (тритий); изотопы урана , (В химии термин «изотопы» - собирательный, отдельно говорят «нуклид»).
Масса «готового» ядра меньше суммы масс его нуклонов.
Разница называется дефектом масс ядра. Дефекта масс соответствует энергия связи Eсвязи нуклонов в ядре (энергия, с которой они содержатся там или которая нужна для разделения всего ядра на отдельные нуклоны). Эту энергию принято выражать в внесистемных единицах энергии - электрон-вольтах (1еВ равен Дж, следовательно Дж). Как правило, рассматривают удельную энергию связи .


Из графика зависимости удельной энергии связи от массового числа A очевидны два способа высвобождения внутриядерном энергии: деление тяжелых ядер (например, ) на более легкие; слияния легких ядер, например изотопов водорода в более тяжелые - синтез более тяжелых ядер (например, гелия).