Состав атомных ядер. Изотопы (стабильные и радиоактивные)

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре Z определяет положительный заряд ядра равен порядковому номеру элемента. Поэтому порядковый номер элемента называется его протонным числом. Относительная масса ядра складывается из массы протонов, которая также равна Z, и массы нейтронов, которая в относительных единицах равна числу нейтронов N. Поскольку практически вся масса атома сосредоточена в ядре, можно считать, что относительная атомная масса равна сумме масс протонов и нейтронов: A_r = Z + N. Поскольку протоны и нейтроны имеют общее название - нуклоны, относительная атомная масса определяется общим числом протонов и нейтронов и называется нуклонним числом. Нуклонне число (относительная атомная масса) и протонне число (порядковый номер) обозначаются соответственно верхним и нижним индексами слева от символа элемента. Например, из записи , определяем, что протонне число Кислорода равна восьми, а нуклонне - шестнадцати.

Выясним, как, пользуясь положением химического элемента в периодической системе, можно определить число элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов) в атоме. Найдем в периодической таблице химический элемент Алюминий. Из записи в клетке определяем, что порядковый номер Алюминия равна 13, а относительная атомная масса 27. Следовательно, заряд ядра атома Алюминия равен +13 (плюс тринадцать). Ядро атома Алюминия содержит 13 протонов и 14 (27 - 13 = 14) нейтронов. Пространство вокруг ядра заполняют 13 электронов.

Различные виды атомов имеют общее название - нуклиды. Нуклідом называют тип атомов с определенными значениями нуклонного и протонного чисел. Большинство химических элементов, которые встречаются в природе, состоят из нескольких нуклидов. Разновидности атомов одного химического элемента, которые имеют одинаковое протонне число, но отличаются друг от друга числом нейтронов, и, соответственно, нуклонним числом (массой ядра), называют изотопами. Например, химический элемент Водород имеет три изотопа: протий (в ядре один протон и нет нейтронов), дейтерий или (в ядре один протон и один нейтрон) и тритий или (в ядре один протон и два нейтроны). Много элементов в природе имеют по несколько изотопов. Поэтому относительная атомная масса элемента рассчитывается значениями относительных атомных масс изотопов с учетом их массовой доли в природе.

Например, определим среднюю атомную массу природного Хлора, который существует в виде двух изотопов: ³⁵Cl с массовой долей 75,5 % и ³⁷Cl с массовой долей 24,5 %. Для этого воспользуемся формулой:

Все изотопы делятся на стабильные и радиоактивные. Стабильные изотопы не подлежат радиоактивному распаду, поэтому они хранятся в естественных условиях. Стабильные изотопы встречаются во всех «парных» элементов и в большинстве «нечетных» с порядковым номером, меньшим или равным восьмидесяти трем. В элементов, расположенных в периодической системе после Бісмута, все нуклиды есть радиоактивными. Радиоактивные изотопы делятся в свою очередь на природные и искусственные. И природные, и искусственные изотопы самоплинно распадаются, излучая при этом α - или β - частицы до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп. Химические свойства всех изотопов, в основном, одинаковые. Эти свойства определяются зарядом ядра, а не его массой.