Протоны

Протон имеет массу примерно 1 а.е.м. и заряд +e.  Это — ядро водо­рода. Его заряд равен и противополо­жен заряду электрона, а его масса примерно в 2000 раз больше. Когда а-частицы бомбардируют азот, то ис­пускаются протоны. Поскольку протон меньше а-частицы, то он обладает большей проникающей способностью. Он отклоняется и магнитным, и элек­трическим полями, так как он электри­чески заряжен.

Нейтроны

Нейтрон был открыт в 1930 г., ког­да подвергли бомбардировке а-частицами бериллий. Была обнаружена про­никающая радиация, которая могла проходить через'слои свинца довольно большой толщины (примерно 10 см). Это излучение.не отклоняется электри­ческим и магнитным полями, поэтому пришли к выводу, что оно не имеет заряда. Энергия излучения указывала на малую вероятность того, что оно яв­ляется электромагнитным. Дальней­шие эксперименты показали, что масса нейтрона примерно равна массе про­тона.

Структура атома

После открытия нейтрона предпо­ложили, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протоны и ней­троны иногда называют нуклонами. Таким образом, стали считать, что в состав атома входит ядро из протонов и нейтронов, окруженное отрицатель­но заряженными электронами, кото­рые могут находиться на определен­ных энергетических уровнях. Посколь­ку атом электрически нейтрален, то число электронов, окружающих ядро, должно быть равно числу протонов в ядре. (Электрический нейтральный означает, что частица либо совсем не несет заряда, либо несет равные количества положительного и отри­цательного зарядов, так что любые действующие на заряды силы (маг­нитные и электрические) будут равны и противоположны и поэтому будут взаимоуничтожаться.) Практически вся масса атома содержится в его ядре. Диаметр ядра составляет при­мерно 10“¹⁵ м, а всего атома 10“¹⁰ м. Ясно, что так называемые твердые тела содержат очень много пустого пространства!

Рисунок 1 представляет атом во­дорода ₁¹Н, гелия ₂⁴Не, углерода ₆¹²С и кислорода ₈¹⁶О. Верхнее число А (4 для гелия) — нуклонное число, ранее называвшееся массовым числом, пред­ставляет собой число нуклонов (про­тоны плюс нейтроны) в ядре. Нижнее число Z (2 для гелия) является про­тонным числом, ранее называвшимся атомным числом, представляет собой число протонов (положительных за­рядов) в ядре. Это будет и числом электронов вокруг ядра. А—Z равно числу нейтронов в ядре. Применяя эти обозначения, частицы можно представить следующим образом: альфа ₂⁴Не, бета протон _-1⁰Н и нейтрон ₀¹n. Гамма-лучи не имеют ни массы, ни заряда, но зато обладают энергией, потому что они являются электромагитными волнами.

Изотопы.

За исключением водорода число протонов в каждом ядре атомов, пока­занных на рисунке 1, равно числу нейтронов. Это не всегда так. Более тяжелые элементы, например, в ядре содержат больше нейтронов, чем про­тонов. Отдельный элемент может су­ществовать в различных формах. Все частицы, изображенные на рисунке 2, имеют одинаковое число прото­нов в ядрах и одинаковое число внеш­них электронов. Поскольку химические свойства элемента зависят от числа внешних электронов, то все они пред­ставляют собой частицы одного и того же элемента, а именно кислорода. Вместе с тем каждая из них имеет различное число нуклонов. Они назы­ваются изотопами кислорода. Изото­пами являются вещества с одинако­выми протонными числами, но с различными нуклонными числами, хими­чески они не могут быть разделены. Они могут быть разделены физически, еслцсначала подвергнутся ионизации, а затем отклонению в сильном маг­нитном поле (при помощи масс-спект­рографа). Поскольку их заряды оди­наковы, то на них действует одина­ковая сила, но, ввиду того что их мас­са различна, они отклоняются в раз­ной степени. Природные вещества час­то состоят из смеси изотопов.