В отличие от электростатического, сильное взаимодействие ощущается только на коротких расстояниях – порядка размеров ядер. Но силы притяжения, вызванные этим взаимодействием (Fя). во много раз больше электростатических (Fэ). Отсюда – " прочность" ядер во много раз больше " прочности" атомов. Поэтому в химических явлениях изменяется только электронная оболочка, а ядра атомов остаются неизменными.
|
Атомное ядро – сложная положительно заряженная частица, состоящая из нуклонов, связанных между собой ядерными силами. |
Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Число нейтронов в ядре обозначается буквой N, а число протонов – буквой Z . Эти числа связаны между собой простым соотношением:
A=Z+N
Плотность вещества ядер огромна: она примерно равна 100 миллионам тонн на кубический сантиметр, что несоизмеримо с плотностью любого химического вещества.
ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА, АТОМНОЕ ЯДРО, МАССОВОЕ ЧИСЛО, ЧИСЛО ПРОТОНОВ, ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ.
4.3. Нуклиды. Элементы. Изотопы
При химических peaкцияx атомы могут терять часть своих электронов, а могут и присоединять " лишние" . При этом из нейтральных атомов образуются заряженные частицы – ионы. Химическая сущность атомов при этом не меняется, то есть атом, например, хлора не превращается в атом азота или в атом какого-нибудь другого элемента. Физические воздействия довольно большой энергии могут вообще " сорвать" с атома всю электронную оболочку. Химическая сущность атома при этом также не изменится – отняв электроны у каких-нибудь других атомов, ядро снова превратится в атом или ион того же элемента. Атомы, ионы и ядра обобщенно называются нуклидами.
|
Нуклиды – общее название атомов, простых ионов и атомных ядер. |
Для обозначения нуклидов используют символы элементов (вы помните, что они могут обозначать и один атом) с левыми индексами: верхний равен массовому числу, нижний – числу протонов. Примеры обозначения нуклидов:
в общем случае 
Теперь мы можем сформулировать окончательное определение понятия " химический элемент" .
|
Химический элемент – совокупность нуклидов с одинаковым зарядом ядра. |
Так как заряд ядра определяется числом протонов, то химическим элементом можно назвать совокупность нуклидов с одинаковым числом протонов.Вспомнив сказанное в начале параграфа, мы можем уточнить один из важнейших химических законов.
При химических реакциях (и при физических взаимодействиях, не затрагивающих ядра) нуклиды не возникают, не исчезают и не превращаются друг в друга.
|
А |
Z |
N |
|
112 |
50 |
62 |
|
114 |
50 |
64 |
|
115 |
50 |
65 |
|
116 |
50 |
66 |
|
117 |
50 |
67 |
|
118 |
50 |
68 |
|
119 |
50 |
69 |
|
120 |
50 |
70 |
|
122 |
50 |
72 |
|
124 |
50 |
74 |
Итак, массовое число равно сумме числа протонов и числа нейтронов: А = Z + N. У нуклидов одного элемента заряд ядра одинаков (Z = const), а число нейтронов N? У нуклидов одного элемента число нейтронов в ядре может быть одинаковым, а может и отличаться. Поэтому и массовые числа нуклидов одного элемента могут быть разными. Примеры нуклидов одного элемента с разными массовыми числами – различные устойчивые нуклиды олова, характеристики которых приведены в табл. 12. У нуклидов с одинаковыми массовыми числами масса одинакова, а у нуклидов с разными массовыми числами – разная. Отсюда следует, что атомы одного элемента могут отличаться по массе.
|
Изотоп – совокупность нуклидов одного элемента с одинаковым массовым числом. |
Следовательно, у нуклидов одного изотопа одинаковое число протонов (так как это один элемент), одинаковое число нейтронов (так как это один изотоп) и, естественно, одинаковая масса. Такие нуклиды совершенно одинаковы и потому принципиально неразличимы. (В физике под словом "изотоп" иногда подразумевают и одинт нуклид данного изотопа)
Нуклиды разных изотопов одного элемента отличаются массовыми числами, то есть числами
нейтронов, и массой.
Примеры:
|
|
|
|
Изотопы элемента водорода |
Изотопы элемента кислорода |
Изотопы элемента хлора |
Общее число известных ученым нуклидов приближается к 2000. Из них устойчивы, то есть существуют в природе, около 300. Элементов в настоящее время, включая искусственно полученные, известно 110.(Среди нуклидов физики выделяют изобары- нуклиды с одинаковой массой(независимо от заряда))
Многие элементы имеют по одному природному изотопу, например, Be, F, Nа, Al, P, Mn, Co, I, Au и некоторые другие. Но большинство элементов имеют по два, по три и более устойчивых изотопа.
Для описания состава атомных ядер иногда рассчитывают доли протонов или нейтронов в этих ядрах.
|
Доля – отношение числа тех объектов, долю которых мы определяем, к общему числу объектов. |
где Di – доля интересующих нас объектов (например, седьмых),
N1 – число первых объектов,
N2 – число вторых объектов,
N3 – число третьих объектов,
Ni – число интересующих нас объектов (например, седьмых),
Nn – число последних по счету объектов.
Для сокращения записи формул в математике знаком 
обозначают сумму всех чисел Ni, от первого (i = 1) до последнего (i = n). В нашей формуле это означает, что суммируются числа всех объектов: от первого (N1) до последнего (Nn).
Пример. В коробке лежат 5 зеленых карандашей, 3 красных и 2 синих; требуется определить долю красных карандашей.
N1 = nз, N2 = Nк, N3 = nc;