Атомное ядро

Атомное ядро — это центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Несмотря на очень маленькие размеры, ядро играет ключевую роль в определении свойств химического элемента. Именно строение ядра определяет, будет ли атом водородом, кислородом, железом или любым другим элементом.

Ядро находится в центре атома, а вокруг него движутся электроны. Если представить атом размером со стадион, то ядро было бы размером с небольшую горошину в центре поля. При этом именно в этой крошечной части сосредоточено более 99,9% массы атома.

Из чего состоит атомное ядро

Ядро состоит из двух видов частиц:

• протонов;
• нейтронов.

Протоны имеют положительный электрический заряд, а нейтроны не имеют заряда вовсе. Вместе эти частицы называют нуклонами.

Например:

• ядро водорода содержит 1 протон;
• ядро гелия содержит 2 протона и 2 нейтрона;
• ядро углерода содержит 6 протонов и обычно 6 нейтронов.

Количество протонов в ядре называется атомным номером. Именно оно определяет, к какому химическому элементу относится атом.

Почему ядро не распадается

На первый взгляд кажется, что протоны должны отталкиваться друг от друга, ведь они имеют одинаковый положительный заряд. По законам электричества такие частицы действительно отталкиваются.

Однако внутри ядра действует особая сила — сильное ядерное взаимодействие. Оно намного мощнее электрического отталкивания на очень малых расстояниях и удерживает протоны и нейтроны вместе.

Благодаря этой силе ядра большинства атомов остаются устойчивыми и не распадаются.

Размеры атомного ядра

Ядро чрезвычайно мало. Средний размер атома составляет около: 0,0000000001 метра

Размер ядра примерно в 100 000 раз меньше. Несмотря на это, плотность вещества внутри ядра невероятно велика. Один кубический сантиметр ядерного вещества весил бы миллиарды тонн.

Массовое число

Общее количество протонов и нейтронов называется массовым числом.

Формула: Массовое число = число протонов + число нейтронов

Например:

• углерод имеет 6 протонов и 6 нейтронов;
• массовое число равно 12.

Поэтому его записывают как углерод-12.

Изотопы

У одного и того же химического элемента может быть разное количество нейтронов.

Такие разновидности называют изотопами.

Например, существуют:

• водород-1;
• водород-2 (дейтерий);
• водород-3 (тритий).

У всех этих атомов по одному протону, поэтому они относятся к водороду. Но количество нейтронов различается.

Изотопы могут иметь разные свойства. Некоторые из них устойчивы, а некоторые радиоактивны.

Радиоактивность

Не все ядра стабильны. Некоторые из них со временем самопроизвольно распадаются. Это явление называется радиоактивностью.

При распаде ядро испускает частицы или энергию и превращается в другое ядро.

Основные виды радиоактивного излучения:

• альфа-излучение;
• бета-излучение;
• гамма-излучение.

Радиоактивность была открыта французским ученым Антуаном Беккерелем в 1896 году. Позже ее подробно исследовали Мария и Пьер Кюри.

Изучение атомного ядра помогает понять устройство вещества, происхождение энергии звезд и принципы работы современных атомных технологий. Знания о строении ядра лежат в основе ядерной физики, энергетики, медицины и многих современных научных исследований.

Если хотите глубже разобраться в строении атома, радиоактивности и ядерных реакциях, помогут преподаватели физики в Айтигенио. Запишитесь на бесплатный урок и изучайте сложные научные темы на понятных и интересных примерах.

Ядерные реакции

Когда строение ядра изменяется, происходит ядерная реакция. Существует два основных вида ядерных реакций.

Деление ядра

Тяжелое ядро распадается на более легкие части.

Например, так может делиться уран.

Во время деления выделяется огромное количество энергии.

Этот процесс используется:

• на атомных электростанциях;
• в атомном оружии.

Синтез ядер

Несколько легких ядер объединяются в одно более тяжелое.

Такой процесс происходит на Солнце и других звездах.

При ядерном синтезе также выделяется большое количество энергии.

Ученые стремятся научиться эффективно использовать управляемый термоядерный синтез, поскольку он считается перспективным источником энергии будущего.

Получите до 5 уроков по химии в подарок

1. Запишите ребенка на первый пробный урок
2. Оплатите пакет занятий в течение 24 часов
3. Получите до 5 уроков в подарок

Энергия связи ядра

Чтобы разделить ядро на отдельные протоны и нейтроны, необходимо затратить энергию.

Эта энергия называется энергией связи ядра. Чем больше энергия связи, тем устойчивее ядро.

Именно энергия связи объясняет, почему во время деления тяжелых ядер или синтеза легких выделяется огромное количество энергии.

Связь массы и энергии описывается знаменитой формулой Альберта Эйнштейна:

E = mc²

Она показывает, что даже небольшое количество массы может превратиться в огромный запас энергии.

Как изучают атомные ядра

Для исследования ядер ученые используют специальные приборы:

• ускорители частиц;
• ядерные реакторы;
• детекторы излучения;
• спектрометры.

С их помощью можно изучать строение вещества, создавать новые элементы и исследовать процессы, происходящие во Вселенной.

Интересный факт

Сегодня известно более ста химических элементов. Некоторые из них встречаются в природе, а часть была создана искусственно в лабораториях путем ядерных реакций.