2. Строение атома и ядра атома. Ионизация, рекомбинация, возбуждение и излучение атома

Атом (греч. неделимый) – мельчайшая частица простого вещества, обладающая его химич. свойствами. Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по определённым орбитам (слоям) движутся электроны. Сумма отрицательных зарядов всех электронов равна положительному заряду ядра, поэтому атом электрически нейтрален.

Радиус атома - Rатома = 10^-8см, радиус ядра Rядра = 10^-12-10^-13 см. Размер ядра в 10 – 100 тысяч раз меньше размера атома. (Соотношение как 1см к 1км.)

Массы атомов очень малы. Масса самого лёгкого это атом водорода -1,67х10^-24 г, самого тяжёлого урана – 3,86х10^-22 г. Поэтому в ядерной и атомной физике массу измеряют в атомных единицах массы ( а.е.м). 1 а.е.м. = 1/16 массы атома изотопа кислорода О-16 (или 1/12 массы изотопа углерода С-12) =1,66 х 10^-24 г.

Орбиты электронов представляют собой окружность или эллипс и обозначаются латинскими буквами от ближайшей орбиты к ядру (K,L,M,N,O,Р,Q). Скорость движения электрона по орбите оценивается как 1/100 скорости света и центробежная сила инерции отталкивания от ядра уравновешивается кулоновской силой притяжения к ядру.По представлениям квантовой механики заряд электрона не локализован, а «размазан» по всему объёму атома, образуя электронное облако переменной плотности. Плотность пропорциональна вероятности нахождения электрона в данной точке.

Электрон (е ^-) устойчивая элементарная частица с массой покоя 9,1х10^-28 г (0,000548 а.е.м.) примерно в 2000 раз (1860) легче ядра атома водорода. Энергию электрона и других частиц выражают в единицах электронвольт эВ (это энергия, приобретаемая электроном при прохождении ускоряющей разности потенциалов в 1 вольт).1000эВ = 1кэВ, 1млн эВ= 1МэВ.

Если атому из вне сообщить дополнительную энергию - нагреть его как спираль в электролампочке – то эту энергию реально получат электроны и перейдут на более отдалённые орбиты. Это процессвозбуждения.

При большей энергии электроны могут покинуть пределы атома – это процессионизации. Воссоединение атома с покинувшим его электроном (или другим) – рекомбинация ионов.

Из возбуждённого состояния атом всегда переходит в первоначальное и выделяет избыточную энергию либо в видехарактеристического рентгеновского излучения (при переходе электрона с внешней орбиты на внутреннюю), либо в виде оптического спектра, состоящего из ультрафиолетовых, световых и инфракрасных лучей (при переходе электронов в пределах внешних орбит)

Атомное ядро состоит из протонов - положительно заряженных частиц и нейтронов, частиц не имеющих электрического заряда. Общее название протонов и нейтронов – нуклоны.

А - массовое число это общее число нуклонов в ядре (атомный вес в целых числах в т. Менделеева).

Z – число протонов в ядре = числу электронов на орбитах (номер элемента (№ клетки) в т. Менделеева)

N – число нейтронов в ядре атома N=А-Z.

Принято обозначать любой хим. элемент, как ^А_Z Х, ¹₁ Н, ₉₂²³⁸U, или сокращённо Сs-137, U-238.

Протон (р) устойчивая элементарная частица с массой равной 1,0076а.е.м.(1836 массе электрона). Имеет один элементарный положительный электрический заряд равный заряду электрона.

Нейтрон (n) элементарная нейтральная частица с массой покоя 1,0089а.е.м.(1838 масс электрона). обладает большой проникающей способностью в биологической ткани.

Изотопы это атомы одного и того же химического элемента, содержащие в ядре одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Большинство природных элементов – смесь нескольких изотопов.Водород Н-1,.Н-2 (0,02%). Уран U-238 (99,3%), U-235(0,7%),U234(0,006%). Калий К-39(93,08%), К-41(6,91%), К-40(0,01%