Атомное ядро и изотопы

Ядерные реакции изучаются в области химии, называемой радиохимией. Атомное ядро, имеющее 99,9% массы атома, состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. В ядре атома данного элемента всегда содержится одно и то же число протонов, но число нейтронов может быть различным. Числа протонов и нейтронов в ядрах легких элементов примерно одинаковы, но у ядер тяжелых элементов число нейтронов превышает число протонов. (В-1-14. Почему?)

Изотопы — элементы, в ядрах атомов которых содержится равное число протонов, но различное число нейтронов. Изотопы элемента занимают одно место в периодической таблице элементов и имеют тот же атомный номер, но различные массовые числа. Например, в ядре атома изотопа 12С находится шесть нейтронов, в 13С — семь, в 14С — восемь. Изотоп обозначается ^Э, где Э — формула элемента, перед символом элемента верхним левым индексом записывается массовое число А и нижним левым индексом указывается число протонов в ядре, или, что то же самое, заряд ядра Z, атомный или порядковый номер элемента, например !|Э.

Сумма чисел протонов Z, равная атомному (порядковому) номеру элемента, и нейтронов N в ядре атома определяет массу ядра А = Z + N, которая называется массовым числом элемента. Массовое число А есть ближайшее к массе атома целое число в периодической таблице.

Не обязательно при формуле изотопа записывать все индексы. Записываются индексы, которые важны для данного обсуждения, но обязательно сохраняется положение индекса. Часто записывается слева от символа элемента один верхний индекс — массовое число. Не менее часто после названия элемента ставится дефис и после него следует массовое число, например гелий-3.

Атомные массы изотопов не равны точно целым числам, кроме изотопа ,2С, масса которого прнята равной 12,000. Это объясняется следующими причинами:

  • 1) массы протона и нейтрона не равны точно единице;
  • 2) при образовании ядра из протонов и нейтронов выделяется энергия, и за счет этого уменьшается масса (дефект массы);
  • 3) электроны атома имеют некоторую незначительную массу.

Изотопы разделяются на две группы — стабильные (устойчивые) и нестабильные (радиоактивные, неустойчивые). Неустойчивы ядра, имеющие больший запас энергии, чем продукты их превращения. Устойчивость изотопов характеризуют скоростью распада ядер, которую выражают периодом полураспада — промежутком времени, в течение которого количество ядер изотопа уменьшается в два раза.

Ядра радиоактивных элементов распадаются самопроизвольно, но скорость распада некоторых из них может быть очень мала, до периода полураспада более 1016 лет. Для истории Земли эти изотопы не представляют интереса, так как время существования Земли оценивается около 4,7 млрд лет, и в этом отношении интересны изотопы с периодом полураспада менее 1012 лет.

Жизнь человека протекает при постоянном радиоактивном фоне. Радиоактивных изотопов в природе всего около 0,01%.

Используемые источники:

  • https://studme.org/276198/matematika_himiya_fizik/atomnoe_yadro_izotopy