Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, ядерная же модель оказалась неустойчивой электродинамически и противоречила опытным данным.

Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой — квантовой — теории атома.

Составные элементы атомного ядра

Э. Резерфорд, исследуя прохождение альфа-частиц с энергией в несколько мегаэлектрон-вольт через тонкие пленки золота, пришел к выводу о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Проанализировав эти опыты, Резерфорд также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10-14-10-15 м (линейные размеры атома примерно 10-10 м).

Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов

и нейтронов

(протонно-нейтронная модель ядра Рыла предложена советским физиком Д Д. Иваненко (р. 1904), а впоследствии развита В. Гейзенбергом).

Протон (p) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя mp=1,6726·10-27 кг ≈1836me , где me — масса электрона. Нейтрон (п) — нейтральная частица с массой покоя mп=1,6749·10-27 кг≈1839 me. Прогоны и нейтроны называются нуклонами

(от лат. nucleus — ядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым чистом А

.

Атомное ядро характеризуется зарядом Zе, где е — заряд протона, Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Известные в настоящее время 107 элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые числа ядер от Z=1 до Z=107.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , где X — символ химического элемента, Z — атомный номер (число протонов в ядре), А — массовое число (число нуклонов в ядре).

Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т. е. определяет число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического ноля.

Ядра с одинаковыми Z, но разными A (т. е. с разными числами нейтронов N =А — Z) называются изотопами

, а ядра c одинаковыми А, но разными Z — изобарами

. Например, водород (Z=1) имеет три изотопа: — протий (Z=1, N=0), - дейтерий (Z=1, N=1), — тритий (Z=1, N=2), олово - десять, и т. д.

В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. В настоящее время известно более 2000 ядер, отличающихся либо Z, либо А, либо тем и другим.

Радиус ядра