В 1932 г. Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную (нуклонную) модель ядра.
Установлено, что ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Их называют нуклонами. Протон – это ядро атома водорода. Положительный заряд протона равен модулю заряда электрона.
Нейтрон – нейтральная частица. Массы протона и нейтрона приблизительно одинаковы и равны 1 атомной единице массы.
Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается буквой Z. Зарядовое число Z равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
Химические элементы, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами. Таковыми, например, являются изотопы углерода:
Чем же объясняется устойчивость ядра, если внутри его действуют колоссальные силы кулоновского отталкивания между протонами?
Анализ вопроса указывает на существование в ядре особых ядерных сил обладающих следующими свойствами:
- Являются только силами притяжения.
- Много больше кулоновских сил.
- Обладают свойствами зарядовой независимости.
- Короткодействующие: действуют на расстоянии до 2 *10^-15 м.
- Не являются центральными.
Для расщепления ядра на отдельные нуклоны требуется совершить работу по преодолению ядерных сил. Энергию, необходимую для полного разделения ядра на отдельные протоны и нейтроны, называют энергией связи ядра.
Мерой энергии связи атомного ядра является дефект масс (разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра):
Дефекту масс соответствует энергия связи:
Для характеристики устойчивости ядра рассматривают удельную энергию связи (энергию связи, приходящуюся на один нуклон):
- Ядра элементов средней части периодической системы Менделеева с массовым числом имеют максимальную удельную энергию связи.
- С ростом массового числа удельная энергия плавно убывает.
- Для ядер с массовым числом A<40 удельная энергия убывает очень быстро.
- Максимальной энергией связи обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное, а минимальной — ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное.
- Легкие ядра обладают тенденцией к слиянию, а тяжелые к разделению.
График зависимости удельной энергии связи:
