АТОМНО ЯДРО

Първи сведения за атомните ядра дават опитите на Ръдърфорд по разсейване на алфа частици. Явлението радиоактивност показва, че ядрата имат сложен строеж. Оказва се, че ядрото е сложен обект и в неговата структура остават много неизяснени неща и до наши дни.
 
Състав на ядрото
    Атомното ядро е много малък плътен обект, изграден от два вида частици - протони и неутрони (фиг. 13). Протоните имат имат положителен електричен заряд, равен по големина на заряда на електрона (е = 1,6.10-19), и маса, която е около 1840 пъти по-голяма от масата на електрона:
    Неутронът е открит през 1932 г. от английския физик Джеймс Чадуик (1891-1974). Тази частица няма електричен заряд, а масата й е малко по-голяма от масата на протона:
    Протоните и неутроните се наричат общо нуклони.
    Ядрото на всеки химичен елемент се характеризира с атомен номер Z и масово число А.
    Атомният номер е Z e равен на броя на протоните в ядрото.
    Масовото число А е равно на общия брой на нуклоните в ядрото.
    Броят на неутроните в ядрото в ядрото е N = A - Z.
    Ядрата се означават по следния начин: , където X e символът на химичния елемент, например ядрото на кислорода е . В ядрата на един химичен елемент броят на неутроните може да бъде различен.
    Ядра с еднакъв брой протони и различен брой неутрони се наричат изотопи. 
    Например въглеродът има шест изотопа:

а водородът - три:
    Всички атоми на даден химичен елемент имат еднакви химични свойства, независимо какъв е изотопът на ядрото. Химичните свойства се определят от броя на електроните в атома, а той е равен на броя Z на протоните в ядрото. Поради това изотопите не могат да бъдат различени по химичен начин, но имат различни физични свойства. Изотопите на даден химичен елемент се срещат в природата в различно количество - около 98% от въглерода на Земята е въглерод-12.
В атомната и ядрената физика се използва атомна единица за маса (u). Тя се дефинира като 1/12 от масата на въглерод-12. От дефиницията се получава, че
    Масите на някои частици в атомна единица са представени в табл. 1. Масата на частиците в атомни единици е приблизително равна на броя на изграждащите ги нуклони.
 
Стабилни и нестабилни ядра
    Някои от изотопите на даден химичен елемент са стабилни, а други - нестабилни.
    Стабилно е ядро, което може да съществува произволно дълго време.
    Нестабилно е ядро, което спонтанно се превръщат в ядро на друг химичен елемент.
    Процесът на разпадане на нестабилните ядра е свързан с отделянето на различни частици. Това явление се нарича радиоактивност. В природата има около 400 стабилни и много нестабилни изотопи. Някои от нестабилните изотопи не се срещат в природата, а се получават по изкуствен начин в лабораториите. На фиг. 14 е представена зависимостта между броя на неутроните N при стабилните ядра и поредния номер на ядрот Z. 
 Фиг. 14
Правата линия съответства на равен брой протони и неутрони в ядрото (N = Z). Стабилните ядра са представени с черни, а нестабилните - със сиви квадратчета. От фигурата се виждат следните закономерности:
    1. Леките ядра с атомен номер до Z приблизително равен на 30 са стабилни, ако броят на протоните е равен на броя на неутроните.
2. По-тежките стабилни ядра имат повече неутрони, отколкото протони в ядрото. Колкото по-голям е номерът Z на стабилното ядро, толкова повече неутрони N съдържа то.
3. При Z > 82 всички ядра са нестабилни.
    Следователно, изотопът въглерод-12 (протони - 6, неутрони - 6) е стабилен. Затова той се използва при дефиниране на атомната единица за маса. Всички останали изотопи на въглерода са нестабилни.
 
Въпроси и задачи
1. От какви частици се състои ядрото?
2. Кои величини характеризират атомното ядро?
3. Какво наричаме изотопи? Изотопи ли са две ядра, които имат пореден номер и масово число съответно: а) Z1 = 6, Z2 = 7 и А1 = 14, А2 = 14?
б) Z1 = 6, Z2 = 6 и A1 = 12, A2 = 14? Кои са тези ядра?
4. Кои ядра са стабилни и кои - нестабилни?
5. Какви са основните закономерности, отнасящи се до стабилността на ядрата?