5399619740

Dziś wiemy, że atom odkrywany stopniowo przez Daltona, Avogadro, Thomsona, czy Rutherforda to nie atom Demokryta. Znaleziony atom nie jest obiektem elementarnym -składa się z jądra i powłoki elektronowej, a atomy poszczególnych pierwiastków są różne. Co więcej jadra atomowe też nie są obiektami elementarnymi ale składają się z bardziej podstawowych cząstek i nawet jadra atomów tego samego pierwiastka chemicznego mogą się różnić (izotopy). Najprostszy, atom to atom wodoru, ale nie jest on składnikiem innych atomów jak to się wydawało Daltonowi. Dziś wiemy, że atomy poszczególnych pierwiastków mają różne jądra i odpowiadające tym jądrom powłoki elektronowe. Jądra atomowe atomów poszczególnych pierwiastków zawierają całkowitą liczbę nukleonów (protonów i neutronów) w jądrach i stąd ich masy atomowe są w przybliżeniu wielokrotnościami masy wodoru. Atom wodoru zawiera jeden proton w swoim jądrze i jego masę możemy przybliżać jednostką masy atomowej, zaś jadro atomu węgla zbudowane jest z sześciu protonów i sześciu neutronów (Rys. 1.3), dlatego też jest w przybliżeniu 12 razy cięższe od atomu wodoru. Odpowiednio atom azotu jest 14 razy cięższy od atomu wodoru a atom tlenu 16 razy¹.

Rys. 1.3Szkic budowy wybranych jader atomowych

Liczba nukleonów (protonów i neutronów) w jądrze to liczba masowa (A), która jest liczbą całkowitą, zbliżoną do masy atomowej pierwiastka. Liczba atomowa, decydująca o właściwościach chemicznych pierwiastka, to liczba protonów w jądrze, decyduje ona o ładunku jądra i jednocześnie o liczbie elektronów w powłoce atomowej, a jest oznaczana symbolem Z. Liczba neutronów jest oznaczana symbolem N.

Liczba masowa, A=N+Z wskazuje ile razy atom cięższy jest od atomu wodoru. Tylko nieliczne substancje chemiczne składają się tylko z jednego rodzaju atomów. Na ogół w przyrodzie występuje kilka rodzajów atomów mających identyczne właściwości chemiczne, ale różniących się liczba neutronów w jądrze atomowym. Takie atomy o identycznych liczbach atomowych, ale różniące się liczbami neutronów i liczbami masowymi, to izotopy tego samego pierwiastka, o czym wspomniano powyżej. Jak już wspomniano, masa atomowa pierwiastka to średnia mas atomowych poszczególnych izotopów występujących w przyrodzie. W przypadku, gdy interesują nas właściwości jąder jako samodzielnych obiektów (a nie jąder jako składnika atomu), nazywamy je nuklidami. Nuklidy oznaczamy za pomocą symboli _Z^AX, gdzie wskaźnik górny A, to liczba masowa, wskaźnik dolny Z, to liczba atomowa, a symbol X informuje o nazwie pierwiastka. Przykładowo '₉⁸F oznacza nuklid, który jest jądrem fluoru o dziewięciu protonach i dziewięciu neutronach, a liczba nukleonów w jądrze wynosi 18.

1.6. Problem składników jądra

Znając ładunek jądra (Z) oraz jego masę (ściślej: liczbę masową A) próbowano przypisać jądru _?^AX składniki: A protonów i A-Z elektronów, co dawało prawidłowe wartości ładunku oraz masy, o której decydowałaby masa A protonów - (masa elektronów jest zaniedbywalna). Model ten okazał się sprzeczny z wiedzą o własnościach jąder z co najmniej dwóch niezależnych powodów:

1

Tak naprawdę te proste wielokrotności masy wodoru uzyskujemy dla izotopów ^l2C, ^l4N, i ^l60