Будова атома. Ізотопи.

Ядра всіх атомів складаються з протонів (електричний заряд +е, маса m_p=1,67·10^-27кг) і нейтронів (заряд рівний нулю, маса m_n=1,675·10^-27кг). Спільна назва протонів і нейтронів – нуклони. 
Нуклони – складові частинки ядра. Між нуклонами діють короткодіючі сили притягання – ядерні сили. Кількість протонів у ядрі позначається Z і збігається з порядковим номером елемента в таблиці Менделєєва. Заряд ядра дорівнює Ze. Кількість нейтронів у ядрі позначається N. Загальна кількість нейтронів і протонів у ядрі позначається А і називається масовим числом A=Z+N.

Атомні ядра позначають символами. Якщо Х відповідає символу атома хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва, то символ ядра цього атома має вигляд  .

Наприклад, - ядро атома водню,  - ядро атома гелію. Атоми, які мають однаковий заряд ядра, але різну масу, називаються ізотопами. Ізотопи ядра хімічного елемента мають однакове число протонів, але різне число нейтронів у складі ядра. Всі ізотопи одного і того самого елемента мають однакові хімічні властивості, але можуть відрізнятись радіоактивністю. Наприклад:  - дейтерій і - тритій є ізотопами водню (тритій радіоактивний).

Застосування ізотопів

1) Метод мічених атомів (біологія, фізіологія, медицина, промисловість, археологія).

2) Джерела g – променів («кобальтова гармата» з ізотопом ).

3) Прискорення мутації – для штучного відбору (в сільському господарстві). 

Сильні взаємодії. 

Що утримує нуклони в ядрі? Адже електричні сили відштовхування між позитивно зарядженими протонами у ядрі повинні зумовити їх розлітання у різні боки. Але протони не тільки не розлітаються, а ще й протидіють спробам зруйнувати ядро. вчені з’ясували, щоб розчепити ядро, потрібно надати бомбардуючим частинкам значної енергії. Сили, які утримують частинки в ядрі, називають ядерними силами.

Ядерні сили є короткодіючими на відміну від далекодіючих електромагнітних сил та гравітаційних. Радіус дії ядерних сил приблизно рівний 10-15 м, тобто розміру нуклонів.  На цих відстанях ядерні сили притягування в сотні разів перевищують електричні сили відштовхування між протонами. Про ядерні сили говорять, що це “богатир з короткими руками”.

Ядерні сили є зарядово незалежними, ця властивість виявляється у тому, що протон з протоном взаємодіють так само, як і протон з нейтроном.

Ядерні сили є прикладом сильних взаємодій. Найменше значення енергії, яка забезпечує розчеплення ядра на складові частинки, є мірою енергії зв’язку ядра, тобто його “міцності”. Найслабше зв’язані частинки в ядрах легких елементів. Енергія зв’язку швидко зростає зі збільшенням кількості частинок у ядрі, зростає і “міцність” ядер, досягаючи максимуму для Феруму і близькихдо нього елементів. Проте, оскільки ядерні сили є короткодіючими, то, починаючи з деякого елемента, зв’язок між нуклонами не збільшується, хоч їх кількість у ядрі зростає. Ось чому “міцність” ядер елементів середньої частини періодичної системи елементів майже однакова. В ядрах важких елементів, що стоять у кінці періодичної системи елементів, зростає роль електричних сил відштовхування. саме ці сили і “розштовхують” усі, навіть найвіддаленіші, протони ядра, роблять їх менш “міцними”. Отже, стає зрозумілою поведінка останнього серед природних елементів - Урану, ядра якого є радіоактивними, нестійкими саме через значну роль електричних сил. Решта елементів, що стоять за Ураном, у природі зовсім не зустрічаються, а створюються штучно.