ბირთვის აღმოჩენა ატომში. ატომის სტრუქტურა და ატომის ბირთვი. რა არის ბირთვი - არის ის ბიოლოგიაში: თვისებები და ფუნქციები

ატომის ბირთვის შემადგენლობა. პროტონებისა და ნეიტრონების გამოთვლა

Მიხედვით თანამედროვე იდეებიატომი შედგება ბირთვისა და მის გარშემო ელექტრონებისგან. ატომის ბირთვი, თავის მხრივ, შედგება პატარა ელემენტარული ნაწილაკებისგან - გარკვეული რაოდენობით პროტონები და ნეიტრონები(რომლის საერთო სახელწოდებაა ნუკლეონები), რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ბირთვული ძალებით.

პროტონების რაოდენობაბირთვში განსაზღვრავს ატომის ელექტრონული გარსის სტრუქტურას. და ელექტრონული გარსი განსაზღვრავს ფიზიკურს ქიმიური თვისებებინივთიერებები. პროტონების რაოდენობა შეესაბამება ატომის სერიულ ნომერს მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, რომელსაც ასევე უწოდებენ მუხტის რიცხვს, ატომურ რიცხვს, ატომურ რიცხვს. მაგალითად, პროტონების რაოდენობა ჰელიუმის ატომში არის 2. ინ პერიოდული ცხრილიის დგას ნომერზე 2 და აღინიშნება როგორც He 2. პროტონების რაოდენობის სიმბოლოა ლათინური ასო Z. ფორმულების წერისას, რიცხვი, რომელიც მიუთითებს პროტონების რაოდენობაზე, ხშირად მდებარეობს ელემენტის სიმბოლოს ქვემოთ, მარჯვნივ ან მარჯვნივ. მარცხენა: ის 2 / 2 ის.

ნეიტრონების რაოდენობაშეესაბამება ელემენტის კონკრეტულ იზოტოპს. იზოტოპები არის ელემენტები, რომლებსაც აქვთ იგივე ატომური რიცხვი (პროტონებისა და ელექტრონების იგივე რაოდენობა), მაგრამ განსხვავებული მასის რიცხვი. მასობრივი ნომერი- ნეიტრონებისა და პროტონების საერთო რაოდენობა ატომის ბირთვში (აღნიშნულია ლათინური ასო A-თი). ფორმულების დაწერისას, მასის რიცხვი მითითებულია ელემენტის სიმბოლოს ზედა ნაწილში ერთ-ერთ მხარეს: He 4 2 / 4 2 He (ჰელიუმის იზოტოპი - ჰელიუმი - 4)

ამგვარად, კონკრეტულ იზოტოპში ნეიტრონების რაოდენობის გასარკვევად, პროტონების რაოდენობა უნდა გამოკლდეს მთლიან მასურ რიცხვს. მაგალითად, ჩვენ ვიცით, რომ ჰელიუმ-4 He 4 2 ატომი შეიცავს 4 ელემენტარულ ნაწილაკს, რადგან იზოტოპის მასური რიცხვია 4. ამავე დროს, ჩვენ ვიცით, რომ He 4 2-ს აქვს 2 პროტონი. 4-ს (მთლიანი მასის რიცხვი) 2-ს (პროტონების რაოდენობას) გამოვაკლებთ, მივიღებთ 2 - ნეიტრონების რაოდენობას ჰელიუმ-4-ის ბირთვში.

ატომის ბირთვში ფანტომიური PO ნაწილაკების რაოდენობის გამოთვლის პროცესი. მაგალითად, ჩვენ განზრახ განვიხილეთ ჰელიუმ-4 (He 4 2), რომლის ბირთვი შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან. ვინაიდან ჰელიუმ-4 ბირთვს, რომელსაც ეწოდება ალფა ნაწილაკი (α ნაწილაკი), აქვს ყველაზე დიდი ეფექტურობა. ბირთვული რეაქციები, მას ხშირად იყენებენ ამ მიმართულებით ექსპერიმენტებისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ ბირთვული რეაქციების ფორმულებში He 4 2-ის ნაცვლად ხშირად გამოიყენება სიმბოლო α.

სწორედ ალფა ნაწილაკების მონაწილეობით განახორციელა პირველი ე.რეზერფორდმა ოფიციალური ისტორიაბირთვული ტრანსფორმაციის ფიზიკური რეაქცია. რეაქციის დროს α-ნაწილაკებმა (He 4 2) „დაბომბეს“ აზოტის იზოტოპის ბირთვები (N 14 7), რის შედეგადაც წარმოიქმნა ჟანგბადის იზოტოპი (O 17 8) და ერთი პროტონი (p 1 1).

ეს ბირთვული რეაქცია ასე გამოიყურება:

მოდით გამოვთვალოთ ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა ამ ტრანსფორმაციამდე და მის შემდეგ.

ფანტომური ნაწილაკების რაოდენობის გამოთვლა მის მიხედვით აუცილებელია:
ნაბიჯი 1. გამოთვალეთ ნეიტრონების და პროტონების რაოდენობა თითოეულ ბირთვში:
- პროტონების რაოდენობა მითითებულია ქვედა ინდიკატორში;
- ჩვენ ვიგებთ ნეიტრონების რაოდენობას პროტონების რაოდენობის გამოკლებით (ქვედა მაჩვენებელი) მთლიანი მასის რიცხვიდან (ზედა მაჩვენებელი).

ნაბიჯი 2. გამოთვალეთ ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა ატომის ბირთვში:
- გაამრავლეთ პროტონების რაოდენობა 1 პროტონში შემავალი ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობაზე;
- გავამრავლოთ ნეიტრონების რაოდენობა ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობაზე, რომლებიც შეიცავს 1 ნეიტრონს;

ნაბიჯი 3. დაამატეთ ფანტომური ნაწილაკების რაოდენობა:
- ფანტომური Po ნაწილაკების მიღებული რაოდენობა პროტონებში დაამატეთ ნეიტრონების მიღებულ რაოდენობას ბირთვებში რეაქციამდე;
- ფანტომური Po ნაწილაკების მიღებული რაოდენობა პროტონებში დაამატეთ ნეიტრონების მიღებულ რაოდენობას ბირთვებში რეაქციის შემდეგ;
- შეადარეთ ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა რეაქციამდე და ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა რეაქციის შემდეგ.

ატომების ბირთვებში ფანტომიური PO ნაწილაკების რაოდენობის დეტალური გაანგარიშების მაგალითი.
(ბირთვული რეაქცია α-ნაწილაკთან ერთად (He 4 2), განხორციელდა ე. რეზერფორდის მიერ 1919 წელს)

რეაქციამდე (N 14 7 + He 4 2)
N 14 7

პროტონების რაოდენობა: 7
ნეიტრონების რაოდენობა: 14-7 = 7
1 პროტონში - 12 Po, რაც ნიშნავს 7 პროტონში: (12 x 7) \u003d 84;
1 ნეიტრონში - 33 Po, რაც ნიშნავს 7 ნეიტრონს: (33 x 7) = 231;
ფანტომური Po ნაწილაკების საერთო რაოდენობა ბირთვში: 84+231 = 315

ის 4 2
პროტონების რაოდენობა - 2
ნეიტრონების რაოდენობა 4-2 = 2
ფანტომური ნაწილაკების რაოდენობა მიხედვით:
1 პროტონში - 12 Po, რაც ნიშნავს 2 პროტონში: (12 x 2) \u003d 24
1 ნეიტრონში - 33 Po, რაც ნიშნავს 2 ნეიტრონს: (33 x 2) \u003d 66
ფანტომური Po ნაწილაკების საერთო რაოდენობა ბირთვში: 24+66 = 90

ფანტომური Po ნაწილაკების საერთო რაოდენობა რეაქციამდე

N 14 7 + ის 4 2
315 + 90 = 405

რეაქციის შემდეგ (O 17 8) და ერთი პროტონი (p 1 1):
O 17 8
პროტონების რაოდენობა: 8
ნეიტრონების რაოდენობა: 17-8 = 9
ფანტომური ნაწილაკების რაოდენობა მიხედვით:
1 პროტონში - 12 Po, რაც ნიშნავს 8 პროტონში: (12 x 8) \u003d 96
1 ნეიტრონში - 33 Po, რაც ნიშნავს 9 ნეიტრონს: (9 x 33) = 297
ფანტომური Po ნაწილაკების საერთო რაოდენობა ბირთვში: 96+297 = 393

გვ 1 1
პროტონების რაოდენობა: 1
ნეიტრონების რაოდენობა: 1-1=0
ფანტომური ნაწილაკების რაოდენობა მიხედვით:
1 პროტონში - 12 Po
არ არსებობს ნეიტრონები.
ფანტომური Po ნაწილაკების საერთო რაოდენობა ბირთვში: 12

ფანტომური ნაწილაკების საერთო რაოდენობა Po რეაქციის შემდეგ
(O 17 8 + გვ 1 1):
393 + 12 = 405

მოდით შევადაროთ ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა რეაქციამდე და მის შემდეგ:

ფანტომიური PO ნაწილაკების რაოდენობის გამოთვლის შემცირებული ფორმის მაგალითი ბირთვულ რეაქციაში.

ცნობილი ბირთვული რეაქცია არის α-ნაწილაკების ურთიერთქმედების რეაქცია ბერილიუმის იზოტოპთან, რომელშიც პირველად აღმოაჩინეს ნეიტრონი, რომელიც გამოვლინდა როგორც დამოუკიდებელი ნაწილაკი ბირთვული ტრანსფორმაციის შედეგად. ეს რეაქცია 1932 წელს ჩაატარა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯეიმს ჩადვიკმა. რეაქციის ფორმულა:

213 + 90 → 270 + 33 - ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა თითოეულ ბირთვში

303 = 303 - ფანტომური Po ნაწილაკების ჯამი რეაქციამდე და მის შემდეგ

ფანტომური Po ნაწილაკების რაოდენობა რეაქციამდე და მის შემდეგ ტოლია.

ყველა ნივთის შინაგანი სტრუქტურის შესახებ სანდო მონაცემების გაჩენამდე დიდი ხნით ადრე, ბერძენი მოაზროვნეები წარმოიდგენდნენ მატერიას უმცირესი ცეცხლოვანი ნაწილაკების სახით, რომლებიც მუდმივ მოძრაობაში იყვნენ. ალბათ, საგანთა მსოფლიო წესრიგის ეს ხედვა წმინდა ლოგიკური დასკვნებიდან გამომდინარეობდა. მიუხედავად გარკვეული გულუბრყვილობისა და ამ განცხადების მტკიცებულებების აბსოლუტური ნაკლებობისა, ის სიმართლე აღმოჩნდა. თუმცა მეცნიერებმა თამამი ვარაუდის დადასტურება მხოლოდ ოცდასამი საუკუნის შემდეგ შეძლეს.

ატომების სტრუქტურა

XIX საუკუნის ბოლოს გამოიკვლია გამონადენი მილის თვისებები, რომლითაც დენი გადიოდა. დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ ნაწილაკების ორი ნაკადი გამოიყოფა:

კათოდური სხივების უარყოფით ნაწილაკებს ელექტრონები ეწოდა. შემდგომში, ნაწილაკები იგივე მუხტისა და მასის თანაფარდობით მრავალ პროცესში აღმოაჩინეს. როგორც ჩანს, ელექტრონები იყვნენ სხვადასხვა ატომების უნივერსალური კომპონენტები, რომლებიც საკმაოდ ადვილად იყოფა იონების და ატომების დაბომბვით.

დადებითი მუხტის მატარებელი ნაწილაკები წარმოდგენილი იყო ატომების ფრაგმენტებით მას შემდეგ, რაც მათ დაკარგეს ერთი ან მეტი ელექტრონი. სინამდვილეში, დადებითი სხივები იყო ატომების ჯგუფები, რომლებიც მოკლებულია უარყოფით ნაწილაკებს და, შესაბამისად, დადებითი მუხტი.

ტომპსონის მოდელი

ექსპერიმენტების საფუძველზე დადგინდა, რომ დადებითი და უარყოფითი ნაწილაკები წარმოადგენენ ატომის არსს, იყო მისი შემადგენელი ნაწილი. ინგლისელმა მეცნიერმა ჯ.ტომსონმა შემოგვთავაზა თავისი თეორია. მისი თქმით, ატომის აგებულება და ატომის ბირთვიიყო ნეგატიური მუხტების მასა, რომელიც დადებითად დამუხტულ ბურთში იყო ჩასმული, როგორც ქიშმიშის ნამცხვარი. დამუხტვის კომპენსაციამ ტორტი ელექტრონულად ნეიტრალური გახადა.

რეზერფორდის მოდელი

ახალგაზრდა ამერიკელი მეცნიერი რეზერფორდი, ალფა ნაწილაკების შემდეგ დარჩენილი კვალის გაანალიზებით, მივიდა დასკვნამდე, რომ ტომპსონის მოდელი არასრულყოფილია. ზოგიერთი ალფა ნაწილაკი გადახრილი იყო მცირე კუთხით - 5-10 o . იშვიათ შემთხვევებში ალფა ნაწილაკები გადახრილი იყო დიდი კუთხით 60-80 o , ხოლო გამონაკლის შემთხვევებში კუთხეები იყო ძალიან დიდი - 120-150 o . ტომპსონის ატომის მოდელი ვერ ხსნიდა ასეთ განსხვავებას.

რეზერფორდი გვთავაზობს ახალ მოდელს, რომელიც ხსნის ატომისა და ატომის ბირთვის სტრუქტურას. პროცესების ფიზიკა ამბობს, რომ ატომი 99% ცარიელი უნდა იყოს, მის გარშემო ბრუნავს პატარა ბირთვი და ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ ორბიტებში.

ზემოქმედების დროს გადახრებს ის ხსნის იმით, რომ ატომის ნაწილაკებს აქვთ საკუთარი ელექტრული მუხტები. დამუხტული ნაწილაკების დაბომბვის გავლენის ქვეშ ატომური ელემენტები მაკროკოსმოსში ჩვეულებრივი დამუხტული სხეულების მსგავსად იქცევიან: ერთი და იგივე მუხტის მქონე ნაწილაკები ერთმანეთს უკუაგდებენ და საპირისპირო მუხტებით იზიდავენ.

ატომების მდგომარეობა

გასული საუკუნის დასაწყისში, როდესაც ნაწილაკების პირველი ამაჩქარებლები გამოუშვეს, ყველა თეორია, რომელიც ხსნის ატომის ბირთვის სტრუქტურას და თავად ატომს, ელოდა ექსპერიმენტულ შემოწმებას. იმ დროისთვის ალფა და ბეტა სხივების ურთიერთქმედება ატომებთან უკვე საფუძვლიანად იყო შესწავლილი. 1917 წლამდე ითვლებოდა, რომ ატომები იყო სტაბილური ან რადიოაქტიური. სტაბილური ატომების გაყოფა შეუძლებელია, რადიოაქტიური ბირთვების დაშლა ვერ კონტროლდება. მაგრამ რეზერფორდმა მოახერხა ამ მოსაზრების უარყოფა.

პირველი პროტონი

1911 წელს ე.რეზერფორდმა წამოაყენა იდეა, რომ ყველა ბირთვი შედგება ერთი და იგივე ელემენტებისაგან, რომლის საფუძველიც წყალბადის ატომია. ეს იდეა გამოწვეული იყო მატერიის სტრუქტურის წინა კვლევების მნიშვნელოვანი დასკვნამ: ყველა ქიმიური ელემენტის მასები უკვალოდ იყოფა წყალბადის მასით. ახალმა ვარაუდმა გახსნა უპრეცედენტო შესაძლებლობები, რაც საშუალებას გვაძლევს ახლებურად დავინახოთ ატომის ბირთვის სტრუქტურა. ბირთვულ რეაქციებს ახალი ჰიპოთეზის დადასტურება ან უარყოფა მოუწია.

1919 წელს ჩატარდა ექსპერიმენტები აზოტის ატომებით. მათი ალფა ნაწილაკებით დაბომბვით რეზერფორდმა საოცარ შედეგს მიაღწია.

N ატომმა შთანთქა ალფა ნაწილაკი, შემდეგ გადაიქცა ჟანგბადის ატომად O 17 და გამოუშვა წყალბადის ბირთვი. ეს იყო ერთი ელემენტის ატომის მეორეში პირველი ხელოვნური ტრანსფორმაცია. ასეთმა გამოცდილებამ იმედოვნებს, რომ ატომის ბირთვის სტრუქტურა, არსებული პროცესების ფიზიკა შესაძლებელს ხდის სხვა ბირთვული გარდაქმნების განხორციელებას.

მეცნიერმა თავის ექსპერიმენტებში გამოიყენა სცინტილაციის მეთოდი - ციმციმები. ციმციმების სიხშირიდან მან გამოიტანა დასკვნები ატომის ბირთვის შემადგენლობისა და სტრუქტურის, დაბადებული ნაწილაკების მახასიათებლების, მათი ატომური მასისა და სერიული ნომრის შესახებ. უცნობ ნაწილაკს რეზერფორდმა პროტონმა დაარქვა. მას გააჩნდა წყალბადის ატომის ყველა მახასიათებელი, რომელსაც ჩამოშორებული აქვს ერთი ელექტრონი - ერთი დადებითი მუხტი და შესაბამისი მასა. ამრიგად, დადასტურდა, რომ პროტონი და წყალბადის ბირთვი ერთი და იგივე ნაწილაკებია.

1930 წელს, როდესაც აშენდა და ამოქმედდა პირველი დიდი ამაჩქარებლები, გამოსცადა და დადასტურდა რეზერფორდის ატომის მოდელი: წყალბადის თითოეული ატომი შედგება მარტოხელა ელექტრონისაგან, რომლის პოზიციის დადგენა შეუძლებელია და ფხვიერი ატომისგან, რომელსაც შიგნით დადებითი პროტონი აქვს. . ვინაიდან პროტონებს, ელექტრონებს და ალფა ნაწილაკებს შეუძლიათ ატომიდან გაფრინდნენ დაბომბვისას, მეცნიერები ფიქრობდნენ, რომ ისინი ნებისმიერი ატომის ბირთვის შემადგენელი ნაწილია. მაგრამ ბირთვის ატომის ასეთი მოდელი არასტაბილური ჩანდა - ელექტრონები ძალიან დიდი იყო ბირთვში მოსათავსებლად, გარდა ამისა, იყო სერიოზული სირთულეები, რომლებიც დაკავშირებულია იმპულსის კანონის დარღვევასთან და ენერგიის კონსერვაციასთან. ეს ორი კანონი, მკაცრი ბუღალტერების მსგავსად, ამბობდა, რომ დაბომბვის დროს იმპულსი და მასა გაურკვეველი მიმართულებით ქრება. ვინაიდან ეს კანონები საყოველთაოდ მიღებული იყო, საჭირო იყო ახსნა-განმარტების მოძიება ასეთი გაჟონვისთვის.

ნეიტრონები

მეცნიერებმა მთელს მსოფლიოში ჩაატარეს ექსპერიმენტები, რომლებიც მიზნად ისახავს ატომების ბირთვების ახალი შემადგენელი კომპონენტების აღმოჩენას. 1930-იან წლებში გერმანელმა ფიზიკოსებმა ბეკერმა და ბოტემ დაბომბეს ბერილიუმის ატომები ალფა ნაწილაკებით. ამ შემთხვევაში დარეგისტრირდა უცნობი გამოსხივება, რომელსაც გადაწყდა G-სხივების დარქმევა. დეტალურმა კვლევებმა გამოავლინა ახალი სხივების ზოგიერთი მახასიათებელი: მათ შეეძლოთ გავრცელება მკაცრად სწორი ხაზით, არ ურთიერთობდნენ ელექტროსთან და მაგნიტური ველები, ჰქონდა მაღალი შეღწევადობის ძალა. მოგვიანებით, ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ამ ტიპის გამოსხივებას, ალფა ნაწილაკების სხვა ელემენტებთან - ბორის, ქრომის და სხვათა ურთიერთქმედებაში აღმოჩნდა.

ჩადვიკის ჰიპოთეზა

შემდეგ ჯეიმს ჩადვიკმა, რეზერფორდის კოლეგამ და სტუდენტმა, მოკლე მოხსენება მისცა ჟურნალ Nature-ში, რომელიც მოგვიანებით ცნობილი გახდა. ჩადვიკმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ კონსერვაციის კანონებში წინააღმდეგობები ადვილად წყდება, თუ ვივარაუდებთ, რომ ახალი გამოსხივება არის ნეიტრალური ნაწილაკების ნაკადი, რომელთაგან თითოეულს აქვს მასა დაახლოებით პროტონის მასის ტოლი. ამ ვარაუდის გათვალისწინებით, ფიზიკოსებმა მნიშვნელოვნად შეავსეს ჰიპოთეზა, რომელიც ხსნის ატომის ბირთვის სტრუქტურას. მოკლედ, დამატებების არსი შემცირდა ახალ ნაწილაკზე და მის როლზე ატომის სტრუქტურაში.

ნეიტრონის თვისებები

აღმოჩენილ ნაწილაკს დაარქვეს „ნეიტრონი“. ახლად აღმოჩენილი ნაწილაკები არ ქმნიდნენ ელექტრომაგნიტურ ველებს გარშემო და ადვილად გადიოდნენ მატერიაში ენერგიის დაკარგვის გარეშე. ატომების მსუბუქ ბირთვებთან იშვიათი შეჯახებისას ნეიტრონს შეუძლია ატომიდან ბირთვის გამოდევნა და ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაკარგოს. ატომის ბირთვის სტრუქტურა ითვალისწინებდა ნეიტრონების სხვადასხვა რაოდენობის არსებობას თითოეულ ნივთიერებაში. ატომებს, რომლებსაც აქვთ იგივე ბირთვული მუხტი, მაგრამ ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა, იზოტოპებს უწოდებენ.

ნეიტრონები ალფა ნაწილაკების შესანიშნავი შემცვლელი იყო. ამჟამად ისინი გამოიყენება ატომის ბირთვის სტრუქტურის შესასწავლად. მოკლედ, მათი მნიშვნელობა მეცნიერებისთვის შეუძლებელია აღწერო, მაგრამ სწორედ ნეიტრონების მიერ ატომური ბირთვების დაბომბვის წყალობით შეძლეს ფიზიკოსებმა თითქმის ყველა ცნობილი ელემენტის იზოტოპების მიღება.

ატომის ბირთვის შემადგენლობა

ამჟამად, ატომის ბირთვის სტრუქტურა არის პროტონებისა და ნეიტრონების ერთობლიობა, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ბირთვული ძალებით. მაგალითად, ჰელიუმის ბირთვი არის ორი ნეიტრონის და ორი პროტონის ნაერთი. მსუბუქ ელემენტებს აქვთ პროტონებისა და ნეიტრონების თითქმის თანაბარი რაოდენობა, ხოლო მძიმე ელემენტებს აქვთ ნეიტრონების გაცილებით დიდი რაოდენობა.

ბირთვის სტრუქტურის ეს სურათი დადასტურებულია ექსპერიმენტებით თანამედროვე დიდ ამაჩქარებლებზე სწრაფი პროტონებით. პროტონების მოგერიების ელექტრული ძალები დაბალანსებულია ენერგიული ძალებით, რომლებიც მოქმედებენ მხოლოდ თავად ბირთვში. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვული ძალების ბუნება ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის გასაგები, მათი არსებობა პრაქტიკულად დადასტურებულია და სრულად ხსნის ატომის ბირთვის სტრუქტურას.

კავშირი მასასა და ენერგიას შორის

1932 წელს ღრუბლის კამერამ გადაიღო საოცარი ფოტო, რომელიც ადასტურებს დადებითი დამუხტული ნაწილაკების არსებობას ელექტრონის მასით.

მანამდე დადებითი ელექტრონები თეორიულად იწინასწარმეტყველა პ.დირაკმა. ნამდვილი დადებითი ელექტრონი ასევე აღმოაჩინეს კოსმოსურ გამოსხივებაში. ახალ ნაწილაკს პოზიტრონი ეწოდა. მის ტყუპისცალთან - ელექტრონთან შეჯახებისას ხდება ანიჰილაცია - ორი ნაწილაკების ურთიერთ განადგურება. ეს გამოყოფს ენერგიის გარკვეულ რაოდენობას.

ამრიგად, მაკროკოსმოსისთვის შემუშავებული თეორია სრულიად შესაფერისი იყო მატერიის უმცირესი ელემენტების ქცევის აღსაწერად.

იკვლევდა α-ნაწილაკის თხელ ოქროს ფოლგაში გავლისას (იხ. ნაწილი 6.2), ე. რეზერფორდი მივიდა დასკვნამდე, რომ ატომი შედგება მძიმე დადებითად დამუხტული ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონებისგან.

ბირთვი ატომის ცენტრს უწოდებენ,რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის თითქმის მთელი მასა და მისი დადებითი მუხტი.

IN ატომის ბირთვის შემადგენლობა შეიცავს ელემენტარულ ნაწილაკებს : პროტონები და ნეიტრონები (ნუკლეონები ლათინური სიტყვიდან ბირთვი- ბირთვი). ბირთვის ასეთი პროტონ-ნეიტრონული მოდელი შემოგვთავაზა საბჭოთა ფიზიკოსმა 1932 წელს დ.დ. ივანენკო. პროტონს აქვს დადებითი მუხტი e + = 1.06 10 -19 C და დასვენების მასა მ გვ\u003d 1.673 10 -27 კგ \u003d 1836 მე. ნეიტრონი ( ნ) არის ნეიტრალური ნაწილაკი დასვენების მასით m n= 1,675 10 -27 კგ = 1839 წ მე(სადაც არის ელექტრონის მასა მე, უდრის 0,91 10 -31 კგ). ნახ. 9.1 გვიჩვენებს ჰელიუმის ატომის სტრუქტურას XX საუკუნის ბოლოს - XXI საუკუნის დასაწყისის იდეების მიხედვით.

ძირითადი მუხტი უდრის ზე, სად ეარის პროტონის მუხტი, ზ- დატენვის ნომერიტოლია სერიული ნომერიქიმიური ელემენტი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში, ე.ი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში. ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში აღინიშნება ნ. ჩვეულებრივ ზ > ნ.

ბირთვები ერთად ზ= 1-მდე ზ = 107 – 118.

ნუკლეონების რაოდენობა ბირთვში ა = ზ + ნდაურეკა მასობრივი რიცხვი . ბირთვები იგივე ზ, მაგრამ განსხვავებული ადაურეკა იზოტოპები. ბირთვები, რომლებიც, ამავე დროს აგანსხვავებული აქვთ ზ, უწოდებენ იზობარები.

ბირთვი აღინიშნება იგივე სიმბოლოთი, რაც ნეიტრალური ატომით, სადაც Xარის ქიმიური ელემენტის სიმბოლო. მაგალითად: წყალბადი ზ= 1 აქვს სამი იზოტოპი: - პროტიუმი ( ზ = 1, ნ= 0), არის დეიტერიუმი ( ზ = 1, ნ= 1), – ტრიტიუმი ( ზ = 1, ნ= 2), კალას აქვს 10 იზოტოპი და ა.შ. ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის იზოტოპების აბსოლუტურ უმრავლესობაში მათ აქვთ იგივე ქიმიური და ახლოს ფიზიკური თვისებები. საერთო ჯამში ცნობილია 300-მდე სტაბილური იზოტოპი და 2000-ზე მეტი ბუნებრივი და ხელოვნურად მიღებული. რადიოაქტიური იზოტოპები.

ბირთვის ზომას ახასიათებს ბირთვის რადიუსი, რომელსაც აქვს პირობითი მნიშვნელობა ბირთვის საზღვრის დაბინდვის გამო. ე. რეზერფორდმაც კი, თავისი ექსპერიმენტების გაანალიზებით, აჩვენა, რომ ბირთვის ზომა არის დაახლოებით 10–15 მ (ატომის ზომა 10–10 მ). არსებობს ემპირიული ფორმულა ბირთვის რადიუსის გამოსათვლელად:

სად რ 0 = (1,3 - 1,7) 10 -15 მ აქედან ჩანს, რომ ბირთვის მოცულობა ნუკლეონების რაოდენობის პროპორციულია.

ბირთვული ნივთიერების სიმკვრივე არის 10 17 კგ/მ 3 რიგის და მუდმივია ყველა ბირთვისთვის. ის მნიშვნელოვნად აღემატება მკვრივი ჩვეულებრივი ნივთიერებების სიმკვრივეს.

პროტონები და ნეიტრონები არიან ფერმიონები, იმიტომ აქვს ტრიალი ħ /2.

ატომის ბირთვს აქვს საკუთარი კუთხური იმპულსი – ბირთვული სპინი :

,

(9.1.2)

სად მე – შიდა(სრული)სპინური კვანტური რიცხვი.

ნომერი მეიღებს მთელ ან ნახევარმთლიან მნიშვნელობებს 0, 1/2, 1, 3/2, 2 და ა.შ. ბირთვები ერთად თუნდაც ააქვს მთელი რიცხვი სპინი(ერთეულებში ħ ) და დაემორჩილე სტატისტიკას ბოზი–აინშტაინი(ბოზონები). ბირთვები ერთად უცნაური ააქვს ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი(ერთეულებში ħ ) და დაემორჩილე სტატისტიკას ფერმი–დირაკი(ისინი. ბირთვები ფერმიონებია).

ბირთვულ ნაწილაკებს აქვთ საკუთარი მაგნიტური მომენტები, რომლებიც განსაზღვრავენ მთლიანი ბირთვის მაგნიტურ მომენტს. ბირთვების მაგნიტური მომენტების საზომი ერთეულია ბირთვული მაგნიტონი μ შხამი:

Აქ ეარის ელექტრონის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა, მ გვარის პროტონის მასა.

ბირთვული მაგნიტონი შევიდა მ გვ/მე= 1836,5-ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ბორის მაგნეტონი, აქედან გამომდინარეობს, რომ განისაზღვრება ატომების მაგნიტური თვისებები მაგნიტური თვისებებიმისი ელექტრონები .

არსებობს კავშირი ბირთვის ტრიალსა და მის მაგნიტურ მომენტს შორის:

სადაც γ შხამი - ბირთვული გირომაგნიტური თანაფარდობა.

ნეიტრონს აქვს უარყოფითი მაგნიტური მომენტი μ ნ≈ – 1,913μ შხამი, რადგან ნეიტრონის სპინის მიმართულება და მისი მაგნიტური მომენტი საპირისპიროა. მაგნიტური მომენტიპროტონი დადებითია და უდრის μ რ≈ 2.793μ შხამი. მისი მიმართულება ემთხვევა პროტონის სპინის მიმართულებას.

პროტონების ელექტრული მუხტის განაწილება ბირთვზე ზოგადი შემთხვევაასიმეტრიულად. ამ განაწილების გადახრის ზომა სფერული სიმეტრიულიდან არის ბირთვის ოთხპოლუსიანი ელექტრული მომენტი ქ. თუ დატენვის სიმკვრივე ყველგან ერთნაირია, მაშინ ქგანისაზღვრება მხოლოდ ბირთვის ფორმით. ასე რომ, რევოლუციის ელიფსოიდისთვის

,

(9.1.5)

სად ბარის ელიფსოიდის ნახევარღერძი ბრუნვის მიმართულებით, ა- ღერძი პერპენდიკულარული მიმართულებით. ბრუნვის მიმართულებით გადაჭიმული ბირთვისთვის, ბ > ადა ქ> 0. ამ მიმართულებით განლაგებული ბირთვისთვის, ბ < ადა ქ < 0. Для сферического распределения заряда в ядре ბ = ადა ქ= 0. ეს ეხება ბირთვებს, რომელთა სპინი ტოლია 0 ან ħ /2.

დემოს სანახავად დააწკაპუნეთ შესაბამის ჰიპერბმულზე:

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა ქიმიურ თვისებას. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებისგან. ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ბირთვის მუხტი უდრის Z-ის ნამრავლს e-ით, სადაც Z არის ამ ელემენტის რიგითი ნომერი ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა.

ელექტრონი- ეს არის ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი უარყოფითი ელექტრული მუხტით e=1,6·10 -19 კულონი, აღებული ელემენტარული ელექტრული მუხტის სახით. ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები განლაგებულია ელექტრონულ გარსებზე K, L, M და ა.შ. K არის ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე გარსი. ატომის ზომა განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის ზომით. ატომს შეუძლია დაკარგოს ელექტრონები და გახდეს დადებითი იონი, ან მოიპოვოს ელექტრონები და გახდეს უარყოფითი იონი. იონის მუხტი განსაზღვრავს დაკარგული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობას. ნეიტრალური ატომის დამუხტულ იონად გადაქცევის პროცესს იონიზაცია ეწოდება.

ატომის ბირთვი(ატომის ცენტრალური ნაწილი) შედგება ელემენტარული ბირთვული ნაწილაკებისგან - პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ბირთვის რადიუსი დაახლოებით ასი ათასი ჯერ მცირეა ატომის რადიუსზე. ატომის ბირთვის სიმკვრივე უკიდურესად მაღალია. პროტონები- ეს არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ერთეული დადებითი ელექტრული მუხტი და მასა 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონი არის ყველაზე მსუბუქი ელემენტის, წყალბადის ბირთვი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში არის Z. ნეიტრონიარის ნეიტრალური (არ აქვს ელექტრული მუხტი) ელემენტარული ნაწილაკიპროტონთან ძალიან ახლოს მყოფი მასით. ვინაიდან ბირთვის მასა არის პროტონებისა და ნეიტრონების მასის ჯამი, ატომის ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A - Z, სადაც A არის მოცემული იზოტოპის მასური რიცხვი (იხ.). პროტონს და ნეიტრონს, რომლებიც ქმნიან ბირთვს, ეწოდება ნუკლეონები. ბირთვში ნუკლეონები შეკრულია სპეციალური ბირთვული ძალებით.

ატომის ბირთვს აქვს ენერგიის უზარმაზარი მარაგი, რომელიც გამოიყოფა ბირთვული რეაქციების დროს. ბირთვული რეაქციები ხდება მაშინ, როდესაც ატომური ბირთვები ურთიერთქმედებენ ელემენტარულ ნაწილაკებთან ან სხვა ელემენტების ბირთვებთან. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვები. მაგალითად, ნეიტრონს შეუძლია პროტონად გარდაქმნა. ამ შემთხვევაში, ბეტა ნაწილაკი, ანუ ელექტრონი, გამოიდევნება ბირთვიდან.

პროტონის ბირთვში ნეიტრონში გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს ორი გზით: ან ნაწილაკი, რომლის მასა უდრის ელექტრონის მასას, მაგრამ დადებითი მუხტით, რომელსაც ეწოდება პოზიტრონი (პოზიტრონის დაშლა). ბირთვი, ანუ ბირთვი იჭერს ერთ-ერთ ელექტრონს უახლოეს K- გარსიდან (K -capture).

ზოგჯერ წარმოქმნილ ბირთვს აქვს ენერგიის ჭარბი რაოდენობა (ის არის აღგზნებულ მდგომარეობაში) და ნორმალურ მდგომარეობაში გადასვლისას გამოყოფს ზედმეტ ენერგიას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძით -. ბირთვული რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია პრაქტიკულად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში.

ატომი (ბერძნ. atomos - განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები. თითოეული ელემენტი შედგება გარკვეული ტიპის ატომებისგან. ატომის სტრუქტურა მოიცავს ბირთვს, რომელსაც აქვს დადებითი ელექტრული მუხტი და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები (იხ.), რომლებიც ქმნიან მის ელექტრონულ გარსებს. ბირთვის ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა უდრის Z-e, სადაც e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტი, სიდიდით უდრის ელექტრონის მუხტს (4.8 10 -10 e.-st. ერთეული), ხოლო Z არის ატომური რიცხვი. ამ ელემენტის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში (იხ.). ვინაიდან არაიონიზირებული ატომი ნეიტრალურია, მასში შემავალი ელექტრონების რაოდენობა ასევე უდრის Z-ს. ბირთვის შემადგენლობაში (იხ. ატომური ბირთვი) შედის ნუკლეონები, ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა მასა დაახლოებით 1840-ჯერ აღემატება მასას. ელექტრონი (ტოლია 9,1 10 - 28 გ), პროტონები (იხ.), დადებითად დამუხტული და უბრალო ნეიტრონები (იხ.). ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობას ეწოდება მასური რიცხვი და აღინიშნება ასო A. ბირთვში პროტონების რაოდენობა, Z-ის ტოლი, განსაზღვრავს ატომში შემავალი ელექტრონების რაოდენობას, ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და ქიმიურ ნივთიერებას. ატომის თვისებები. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A-Z. იზოტოპებს უწოდებენ ერთი და იმავე ელემენტის ჯიშებს, რომელთა ატომები განსხვავდებიან ერთმანეთისგან A მასის რიცხვით, მაგრამ აქვთ იგივე Z. ამრიგად, ერთი ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპის ატომების ბირთვებში არის ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა. პროტონების იგივე რაოდენობა. იზოტოპების აღნიშვნისას ელემენტის სიმბოლოს ზედა ნაწილში იწერება მასის რიცხვი A, ხოლო ბოლოში ატომური რიცხვი; მაგალითად, ჟანგბადის იზოტოპები აღინიშნება:

ატომის ზომები განისაზღვრება ელექტრონული გარსების ზომებით და ყველა Z არის დაახლოებით 10 -8 სმ. ვინაიდან ატომის ყველა ელექტრონის მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ბირთვის მასაზე, მასა ატომი მასის რიცხვის პროპორციულია. მოცემული იზოტოპის ატომის ფარდობითი მასა განისაზღვრება C 12 ნახშირბადის იზოტოპის ატომის მასასთან მიმართებაში, რომელიც აღებულია 12 ერთეულით და ეწოდება იზოტოპური მასა. გამოდის, რომ ახლოსაა შესაბამისი იზოტოპის მასურ რიცხვთან. ქიმიური ელემენტის ატომის ფარდობითი წონა არის იზოტოპური წონის საშუალო (მოცემული ელემენტის იზოტოპების შედარებითი სიმრავლის გათვალისწინებით) ღირებულება და ეწოდება ატომური წონა (მასა).

ატომი არის მიკროსკოპული სისტემა და მისი სტრუქტურა და თვისებები შეიძლება აიხსნას მხოლოდ კვანტური თეორიის დახმარებით, რომელიც შეიქმნა ძირითადად მე-20 საუკუნის 20-იან წლებში და გამიზნულია ატომური მასშტაბის ფენომენების აღწერისთვის. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მიკრონაწილაკებს - ელექტრონებს, პროტონებს, ატომებს და ა.შ. - გარდა კორპუსკულურისა, აქვთ ტალღური თვისებები, რომლებიც ვლინდება დიფრაქციითა და ინტერფერენციით. კვანტურ თეორიაში მიკრო-ობიექტების მდგომარეობის აღსაწერად გამოიყენება გარკვეული ტალღური ველი, რომელსაც ახასიათებს ტალღის ფუნქცია (Ψ-ფუნქცია). ეს ფუნქცია განსაზღვრავს მიკრო-ობიექტის შესაძლო მდგომარეობის ალბათობას, ანუ ახასიათებს მისი ამა თუ იმ თვისების გამოვლენის პოტენციურ შესაძლებლობებს. სივრცეში და დროში Ψ ფუნქციის ცვალებადობის კანონი (შროდინგერის განტოლება), რომელიც შესაძლებელს ხდის ამ ფუნქციის პოვნას, კვანტურ თეორიაში იგივე როლს ასრულებს, როგორც ნიუტონის მოძრაობის კანონები კლასიკურ მექანიკაში. შროდინგერის განტოლების ამოხსნა ბევრ შემთხვევაში იწვევს სისტემის დისკრეტულ შესაძლო მდგომარეობას. ასე, მაგალითად, ატომის შემთხვევაში, სერია ტალღის ფუნქციებისხვადასხვა (კვანტიზებული) ენერგიის მნიშვნელობების შესაბამისი ელექტრონებისთვის. კვანტური თეორიის მეთოდებით გამოთვლილმა ატომის ენერგეტიკული დონეების სისტემამ ბრწყინვალე დადასტურება მიიღო სპექტროსკოპიაში. ატომის გადასვლა ძირითადი მდგომარეობიდან, რომელიც შეესაბამება ენერგეტიკული ყველაზე დაბალი დონის E 0-ს რომელიმე აღგზნებულ მდგომარეობას E i, ხდება მაშინ, როდესაც შეიწოვება ენერგიის გარკვეული ნაწილი E i - E 0. აღგზნებული ატომი გადადის ნაკლებად აღგზნებულ ან ძირეულ მდგომარეობაში, ჩვეულებრივ, ფოტონის ემისიით. ამ შემთხვევაში ფოტონის ენერგია hv უდრის განსხვავებას ატომის ენერგიას შორის ორ მდგომარეობაში: hv= E i - E k სადაც h არის პლანკის მუდმივი (6.62·10 -27 erg·sec), v არის სიხშირე. სინათლის.

ატომური სპექტრის გარდა, კვანტური თეორიანებადართულია აეხსნა ატომების სხვა თვისებები. კერძოდ, ვალენტობა, ბუნება ქიმიური ბმადა მოლეკულების სტრუქტურა შეიქმნა ელემენტების პერიოდული სისტემის თეორია.

რადიოაქტიური დაბინძურების თავისებურება, სხვა დამაბინძურებლებით დაბინძურებისგან განსხვავებით, არის ის, რომ არა რადიონუკლიდი (დაბინძურება) ახდენს მავნე ზემოქმედებას ადამიანებზე და გარემო ობიექტებზე, არამედ რადიაცია, რომლის წყაროც ის არის.

თუმცა არის შემთხვევები, როცა რადიონუკლიდი ტოქსიკური ელემენტია. მაგალითად, ჩერნობილის ატომურ ელექტროსადგურზე მომხდარი ავარიის შემდეგ გარემოპლუტონიუმი 239, 242 Pu ამოაგდეს ბირთვული საწვავის ნაწილაკებით. გარდა იმისა, რომ პლუტონიუმი არის ალფა გამოსხივება და ორგანიზმში მოხვედრისას მნიშვნელოვან საფრთხეს წარმოადგენს, თავად პლუტონიუმი ტოქსიკური ელემენტია.

ამ მიზეზით გამოიყენება რაოდენობრივი მაჩვენებლების ორი ჯგუფი: 1) რადიონუკლიდების შემცველობის შესაფასებლად და 2) ობიექტზე რადიაციის ზემოქმედების შესაფასებლად.
აქტივობა- რადიონუკლიდების შემცველობის რაოდენობრივი საზომი გაანალიზებულ ობიექტში. აქტივობა განისაზღვრება ატომების რადიოაქტიური დაშლის რაოდენობით ერთეულ დროში. SI აქტივობის ერთეული არის ბეკერელი (Bq) უდრის ერთ დაშლას წამში (1Bq = 1 დაშლა/წმ). ზოგჯერ გამოიყენება სისტემური აქტივობის საზომი ერთეული - Curie (Ci); 1Ci = 3.7 × 1010 Bq.

რადიაციის დოზაარის ობიექტზე რადიაციის ზემოქმედების რაოდენობრივი საზომი.
იმის გამო, რომ რადიაციის გავლენა ობიექტზე შეიძლება შეფასდეს სხვადასხვა დონეზე: ფიზიკური, ქიმიური, ბიოლოგიური; ცალკეული მოლეკულების, უჯრედების, ქსოვილების ან ორგანიზმების დონეზე და ა.შ. გამოიყენება რამდენიმე სახის დოზა: აბსორბირებული, ეფექტური ეკვივალენტი, ექსპოზიცია.

დროთა განმავლობაში რადიაციის დოზის ცვლილების შესაფასებლად გამოიყენება ინდიკატორი „დოზის მაჩვენებელი“. დოზის მაჩვენებელიარის დოზის თანაფარდობა დროზე. მაგალითად, რუსეთში რადიაციის ბუნებრივი წყაროებიდან გარეგანი ზემოქმედების დოზის სიჩქარეა 4-20 μR/სთ.

ადამიანებისთვის მთავარი სტანდარტი - დოზის ძირითადი ლიმიტი (1 mSv / წელიწადში) - შემოღებულია ეფექტური ექვივალენტური დოზის ერთეულებში. არსებობს სტანდარტები საქმიანობის ერთეულებში, მიწის დაბინძურების დონეებში, VDU, GWP, SanPiN და ა.შ.

ატომის ბირთვის სტრუქტურა.

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა თვისებას. თავისი სტრუქტურით, ატომი არის რთული სისტემა, რომელიც შედგება ძალიან მცირე ზომის დადებითად დამუხტული ბირთვისგან (10-13 სმ), რომელიც მდებარეობს ატომის ცენტრში და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, რომლებიც ბრუნავენ ბირთვის გარშემო სხვადასხვა ორბიტაზე. ელექტრონების უარყოფითი მუხტი ბირთვის დადებითი მუხტის ტოლია, ხოლო ზოგადად ელექტრული ნეიტრალური გამოდის.

ატომის ბირთვები შედგება ნუკლეონები -ბირთვული პროტონები ( Z-პროტონების რაოდენობა) და ბირთვული ნეიტრონები (N არის ნეიტრონების რაოდენობა). "ბირთვული" პროტონები და ნეიტრონები განსხვავდებიან ნაწილაკებისგან თავისუფალ მდგომარეობაში. მაგალითად, თავისუფალი ნეიტრონი, ბირთვში შეკრულისგან განსხვავებით, არასტაბილურია და იქცევა პროტონად და ელექტრონად.

ნუკლეონების რაოდენობა Am (მასური რიცხვი) არის პროტონებისა და ნეიტრონების რიცხვების ჯამი: Am = Z + N.

პროტონი -ნებისმიერი ატომის ელემენტარული ნაწილაკი, მას აქვს დადებითი მუხტი ელექტრონის მუხტის ტოლი. ატომის გარსში ელექტრონების რაოდენობა განისაზღვრება ბირთვში პროტონების რაოდენობით.

ნეიტრონი -ყველა ელემენტის სხვა სახის ბირთვული ნაწილაკები. ის არ არის მხოლოდ მსუბუქი წყალბადის ბირთვში, რომელიც შედგება ერთი პროტონისგან. მას არ აქვს დამუხტვა და არის ელექტრონულად ნეიტრალური. ატომის ბირთვში ნეიტრონები სტაბილურია, თავისუფალ მდგომარეობაში კი არასტაბილურია. ერთი და იგივე ელემენტის ატომების ბირთვებში ნეიტრონების რაოდენობა შეიძლება მერყეობდეს, ამიტომ ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა ელემენტს არ ახასიათებს.

ნუკლეონები (პროტონები + ნეიტრონები) ინახება ატომის ბირთვში მიზიდულობის ბირთვული ძალებით. ბირთვული ძალები 100-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე ელექტრომაგნიტური ძალები და ამიტომ ინახავს მსგავსი დამუხტულ პროტონებს ბირთვის შიგნით. ბირთვული ძალები ვლინდება მხოლოდ ძალიან მცირე დისტანციებზე (10-13 სმ), ისინი ქმნიან ბირთვის პოტენციურ შემაკავშირებელ ენერგიას, რომელიც ნაწილობრივ გამოიყოფა გარკვეული გარდაქმნების დროს და გადადის კინეტიკურ ენერგიაში.

ბირთვის შემადგენლობით განსხვავებული ატომებისთვის გამოიყენება სახელწოდება "ნუკლიდები", ხოლო რადიოაქტიური ატომებისთვის - "რადიონუკლიდები".

ნუკლიდებიმოვუწოდებთ ატომებს ან ბირთვებს მოცემული რაოდენობის ნუკლეონებით და ბირთვის მოცემული მუხტით (ნუკლიდის აღნიშვნა A X).

ნუკლიდებს, რომლებსაც აქვთ ნუკლეონის ერთნაირი რაოდენობა (Am = const) ეწოდება იზობარები.მაგალითად, ნუკლიდები 96 Sr, 96 Y, 96 Zr მიეკუთვნებიან იზობართა რიგს, რომელთა რიცხვი Am = 96.

ნუკლიდები, რომლებსაც აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა (Z= const) უწოდებენ იზოტოპები.ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით, ამიტომ ისინი მიეკუთვნებიან იმავე ელემენტს: 234 U , 235 U, 236 U , 238 U .

იზოტოპები- ნუკლიდები ნეიტრონების იგივე რაოდენობის მქონე (N = Am -Z = const). ნუკლიდები: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca ეკუთვნის იზოტოპების სერიას 20 ნეიტრონით.

იზოტოპები ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც Z X M, სადაც X არის ქიმიური ელემენტის სიმბოლო; M არის მასური რიცხვი, რომელიც უდრის ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის ჯამს; Z არის ბირთვის ატომური რიცხვი ან მუხტი, რომელიც უდრის ბირთვში პროტონების რაოდენობას. ვინაიდან თითოეულ ქიმიურ ელემენტს აქვს თავისი მუდმივი ატომური ნომერი, ის ჩვეულებრივ გამოტოვებულია და შემოიფარგლება მხოლოდ მასობრივი რიცხვის ჩაწერით, მაგალითად: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr და ა.შ.

ბირთვის ატომებს, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე მასის რიცხვი, მაგრამ განსხვავებული მუხტები და, შესაბამისად, განსხვავებული თვისებები, ეწოდება "იზობარი", მაგალითად, ფოსფორის ერთ-ერთ იზოტოპს აქვს მასური რიცხვი 32 - 15 P 32, გოგირდის ერთ-ერთი იზოტოპი. აქვს იგივე მასური რიცხვი - 16 S 32 .

ნუკლიდები შეიძლება იყოს სტაბილური (თუ მათი ბირთვები სტაბილურია და არ იშლება) ან არასტაბილური (თუ მათი ბირთვები არასტაბილურია და განიცდიან ცვლილებებს, რომლებიც საბოლოოდ ზრდის ბირთვის სტაბილურობას). არასტაბილური ატომური ბირთვები, რომლებსაც შეუძლიათ სპონტანურად დაშლა, ეწოდება რადიონუკლიდები.ატომის ბირთვის სპონტანური დაშლის ფენომენი, რომელსაც თან ახლავს ნაწილაკების და (ან) ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, ე.წ. რადიოაქტიურობა.

რადიოაქტიური დაშლის შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას როგორც სტაბილური, ისე რადიოაქტიური იზოტოპი, რომელიც თავის მხრივ სპონტანურად იშლება. რადიოაქტიური ელემენტების ასეთ ჯაჭვებს, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვული გარდაქმნების სერიით, ე.წ რადიოაქტიური ოჯახები.

ამჟამად IUPAC-მა (სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირმა) ოფიციალურად დაასახელა 109 ქიმიური ელემენტები. მათგან მხოლოდ 81-ს აქვს სტაბილური იზოტოპები, რომელთაგან ყველაზე მძიმეა ბისმუტი. (ზ= 83). დანარჩენი 28 ელემენტისთვის ცნობილია მხოლოდ რადიოაქტიური იზოტოპები, ურანით (უ~ 92) ბუნებაში ნაპოვნი უმძიმესი ელემენტია. ბუნებრივ ნუკლიდებს შორის ყველაზე დიდს აქვს 238 ნუკლეონი. საერთო ჯამში, ამ 109 ელემენტის დაახლოებით 1700 ნუკლიდის არსებობა უკვე დადასტურებულია, ცალკეული ელემენტებისთვის ცნობილი იზოტოპების რაოდენობა 3-დან (წყალბადისთვის) 29-მდე (პლატინისთვის) მერყეობს.