Die Massenzahl ist die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms. Es wird mit A bezeichnet.

Wenn man von einem bestimmten Atomkern spricht, wird normalerweise der Begriff Nuklid verwendet, und Kernteilchen, Protonen und Neutronen, werden zusammen als Nukleonen bezeichnet.

Ordnungszahl.

Die Ordnungszahl eines Elements ist gleich der Anzahl der Protonen im Kern seines Atoms. Sie wird mit dem Symbol Z bezeichnet. Die Ordnungszahl hängt mit der Massenzahl durch die folgende Beziehung zusammen:

wobei N die Anzahl der Neutronen im Kern eines Atoms ist.

Jedes chemische Element ist durch eine bestimmte Ordnungszahl gekennzeichnet. Mit anderen Worten, keine zwei Elemente können die gleiche Ordnungszahl haben. Die Ordnungszahl entspricht nicht nur der Anzahl der Protonen im Atomkern eines bestimmten Elements, sondern auch der Anzahl der Elektronen, die den Atomkern umgeben. Denn das Atom als Ganzes ist ein elektrisch neutrales Teilchen. Die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms ist also gleich der Anzahl der Elektronen, die den Kern umgeben. Diese Aussage gilt nicht für Ionen, die natürlich geladene Teilchen sind.

Die erste experimentelle Begründung der Ordnungszahlen von Elementen wurde 1913 von Henry Moseley erhalten, der in Oxford arbeitete. Er beschoss Hartmetallziele mit Kathodenstrahlen. (Barkla und Kayi hatten bereits 1909 gezeigt, dass jedes feste Element, wenn es mit einem schnellen Strahl von Kathodenstrahlen beschossen wird, Röntgenstrahlen aussendet, die für dieses Element charakteristisch sind.) Moseley analysierte die charakteristischen Röntgenstrahlen unter Verwendung einer fotografischen Aufnahmetechnik. Er fand heraus, dass die Wellenlänge der charakteristischen Röntgenstrahlung mit dem Atomgewicht (Masse) des Metalls zunimmt und zeigte, dass die Quadratwurzel der Frequenz dieser Röntgenstrahlung direkt proportional zu einer ganzen Zahl ist, die er mit bezeichnete Symbol

Moseley fand heraus, dass diese Zahl ungefähr mit dem halben Wert der Atommasse übereinstimmte. Er kam zu dem Schluss, dass diese Zahl – die Ordnungszahl des Elements – eine grundlegende Eigenschaft seiner Atome ist. Es stellte sich heraus, dass es der Anzahl der Protonen im Atom eines bestimmten Elements entspricht. So bezog Moseley die Frequenz der charakteristischen Röntgenstrahlung auf die Seriennummer des strahlenden Elements (Gesetz von Moseley). Dieses Gesetz war von großer Bedeutung für die Bestätigung des Periodengesetzes der chemischen Elemente und die Feststellung der physikalischen Bedeutung der Ordnungszahl der Elemente.

Moseleys Forschung ermöglichte es ihm, die Existenz von drei Elementen vorherzusagen, die zu diesem Zeitpunkt im Periodensystem mit den Ordnungszahlen 43, 61 und 75 fehlten. Diese Elemente wurden später entdeckt und erhielten die Namen Technetium, Promethium bzw. Rhenium.

Moseley starb in den Schlachten des Ersten Weltkriegs.

Symbole von Nukliden.

Es ist üblich, die Massenzahl des Nuklids hochgestellt und die Ordnungszahl tiefgestellt links neben dem Elementsymbol anzugeben. Beispielsweise bedeutet der Eintrag, dass dieses Kohlenstoffnuklid (sowie alle anderen Kohlenstoffnuklide) die Ordnungszahl 6 hat. Dieses bestimmte Nuklid hat die Massenzahl 12. Das Symbol für ein anderes Kohlenstoffnuklid entspricht dem Symbol Da alle Kohlenstoffnuklide eine Ordnungszahl von 6 haben, wird das angegebene Nuklid oft einfach als oder Kohlenstoff-14 geschrieben.

Isotope.

Isotope sind atomare Varianten desselben Elements mit unterschiedlichen Eigenschaften. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen in ihrem Kern. Isotope desselben Elements haben also dieselbe Ordnungszahl, aber unterschiedliche Massenzahlen. Im Tisch. 1.1 zeigt die Werte der Massenzahl A, der Ordnungszahl Z und der Neutronenzahl N im Atomkern jedes der drei Kohlenstoffisotope.

Tabelle 1.1. Isotope von Kohlenstoff

Isotopengehalt der Elemente.

In den meisten Fällen ist jedes Element eine Mischung aus verschiedenen Isotopen. Der Gehalt jedes Isotops in einem solchen Gemisch wird als Isotopenhäufigkeit bezeichnet. Beispielsweise kommt Silizium in natürlich vorkommenden Verbindungen mit der folgenden natürlichen Isotopenhäufigkeit vor: . Beachten Sie, dass die Gesamtisotopenhäufigkeit eines Elements genau 100 % betragen muss. Die relative Isotopenhäufigkeit jedes dieser Isotope beträgt 0,9228, 0,0467 bzw. 0,0305. Die Summe dieser Zahlen ist genau 1,0000.

Atomare Masseneinheit (a.m.u.).

Als Maßstab für die Bestimmung der atomaren Masseneinheit wird derzeit die Masse eines Nuklids genommen, dem eine Masse von 12,0000 amu zugeordnet wird. Somit entspricht eine atomare Masseneinheit einem Zwölftel der Masse dieses Nuklids. Der wahre Wert der atomaren Masseneinheit ist kg. Die drei Elementarteilchen, aus denen das Atom besteht, haben folgende Massen:

Protonenmasse = 1,007277 amu

Neutronenmasse = 1,008665 amu

Elektronenmasse = 0,000 548 6 a. Essen.

Mit diesen Werten kann man die Isotopenmasse jedes einzelnen Nuklids berechnen. Beispielsweise ist die Isotopenmasse eines Nuklids die Summe der Massen von 17 Protonen, 18 Neutronen und 17 Elektronen:

Genaue experimentelle Daten weisen jedoch darauf hin, dass die Isotopenmasse einen Wert von 34,968 85 a.u. e. m. Die Diskrepanz zwischen den berechneten und experimentell gefundenen Werten wird als Massendefekt bezeichnet, die Ursache des Massendefekts wird in Kap. 1.3.

In der Skala der relativen Atommassen werden Isotopenmassen als Ergebnis ihrer Division durch ein Zwölftel der Masse des Nuklids dargestellt. Somit ist die relative Isotopenmasse eines Isotops

Beachten Sie, dass relative Isotopenmassen in dimensionslosen Einheiten ausgedrückt werden.

Die relative Atommasse des AT eines chemischen Elements ist das arithmetische Mittel der relativen Isotopenmassen unter Berücksichtigung des Isotopengehalts. Sie wird berechnet, indem die Produkte der relativen Isotopenmasse jedes Isotops und seiner relativen Häufigkeit summiert werden.

Berechnen Sie die relative Atommasse von Chlor mit den folgenden Daten:

1846. Wie viele Elektronen kreisen in einem neutralen Atom um den Kern:
a) Kohlenstoff b) Silber c) Uran?

1847. Welche Ladung (in Elementarladungen e) haben die Kerne von Sauerstoffatomen!gO, Kalium JgK und Kupfer ggCu? Masse finden(in a.m.u.) Kerne von Atomen der gleichen Elemente.

1848. Die Masse des Atomkerns von welchem ​​Element ist geringer: Magnesium 12 Mg oder Wasserstoff jH? Wie oft?

1849. Welche Massenzahl hat der Kern des Stickstoffatoms ^N? Wie groß ist die Masse des Kerns in a.m.u. (bis zu ganzen Zahlen)?

1850. Welche Ladungszahl hat der Kern des Stickstoffatoms ^N? Welche Ladung hat der Kern (in Elementarladungen e)?

1851. Bestimmen Sie die Anzahl der Elektronen in einem Bromatom 3°Br.Wie groß ist (in Elementarladungen e) die Gesamtladung aller Elektronen?

1852. Wie viele Nukleonen enthält der Kern eines Boratoms!!?B? Zinn XgQB? Polonium 2™Ro?

1853. Wie viele Protonen und Neutronen enthält der Kern eines Atoms:
a) Helium IHe;
b) Aluminium 13 A1;
c) Phosphor 15 P?

1854. Für ein neutrales Lithiumatom gLi bestimmen

1855. Bestimmen Sie für ein neutrales Fluoratomdie Anzahl der Nukleonen, Protonen, Neutronen und Elektronen.

1856. Bestimmen Sie die Anzahl der Nukleonen, Protonen, Neutronen und Elektronen, die in einem neutralen Neonatom 20 Ne enthalten sindlOi'NC.

1857. Für ein neutrales Zinkatom ^Zn bestimmendie Anzahl der Nukleonen, Protonen, Neutronen und Elektronen.

1858. Bestimmen Sie die Anzahl der Protonen, Neutronen, Elektronen und Nukleonen in neutralen Atomen: ^O; ^O; ^O? Wiesind diese Atome anders? Was haben Sie gemeinsam?

1859. Schreiben Sie die Reaktion des natürlichen radioaktiven Zerfalls von Radium 2ggRa auf, bei der ein a-Teilchen emittiert wird.Finden Sie das resultierende chemische Element.

1860. Schreiben Sie die Reaktion des radioaktiven Zerfalls des Bleiisotops 2^Pb C mit der Emission eines p-Teilchens auf. Wie viel Uhrwandelt dies den Kern des Bleiisotops um?

1861. Schreiben Sie die Reaktion des radioaktiven Zerfalls von Plutonium auf, bei der 2g®Pu zu Uran wird235 t 92 U *

1862. Schreiben Sie die Reaktion des radioaktiven Zerfalls von Natrium auf, bei der 22 Na in Magnesium umgewandelt wird.

1863. Finden Sie unbekannte Elemente in den folgenden radioaktiven Zerfallsreaktionen:
zX^2°!Pb+>;

1864. Der Kern des Kryptonatoms ^Kr wurde sechsmal radioaktiv (3-Zerfall). Welcher Kern war das Ergebnis? Schreiben Sie die Reaktionen auf.

1865. Der Kern des Xenonatoms ^JXe verwandelt sich in den stabilen Kern des Ceratoms ^gCe. Wie viele Elektronen werden emittiert? Schreiben Sie diese Reaktionen auf.

1866. Wie ändert sich die Massenzahl eines Elements, wenn ein y-Quant vom Kern emittiert wird? Ändern sich dabei die Masse des Kerns und die Ordnungszahl des Elements?

Welche Massenzahl hat ein Atomkern? Die Massenzahl ist numerisch gleich der Summe der Neutronen und Protonen des Kerns. Es wird mit dem Buchstaben A bezeichnet. Das Konzept der "Massenzahl" entstand aufgrund der Tatsache, dass die Masse des Kerns auf die Anzahl der Kernteilchen zurückzuführen ist. Wie hängen die Masse des Kerns und die Anzahl der Teilchen zusammen? Lass es uns herausfinden.

Die Struktur des Atoms

Jedes Atom besteht aus einem Kern und Elektronen. Außer dem Wasserstoffatom, da es nur ein Elektron hat. Der Kern ist positiv geladen. Negative Ladung wird von Elektronen getragen. Die Ladung jedes Elektrons wird als -1 angenommen. Das Atom als Ganzes ist elektrisch neutral, das heißt, es trägt keine Ladung. Das bedeutet, dass die Anzahl der Teilchen, die eine negative Ladung tragen, also Elektronen, gleich der positiven Ladung des Kerns ist. Zum Beispiel ist in einem Sauerstoffatom die Kernladung +8 und die Elektronen sind 8, in einem Calciumatom ist die Kernladung +20 und es gibt 20 Elektronen.

Die Struktur des Kerns

Der Kern besteht aus zwei Arten von Teilchen - Protonen und Neutronen. Protonen sind positiv geladen, Neutronen haben keine Ladung. Protonen laden also den Kern auf. Die Ladung jedes Protons wird als +1 angenommen. Das heißt, wie viele Protonen im Kern enthalten sind, dies ist die Ladung des gesamten Kerns. Zum Beispiel gibt es 6 Protonen im Kohlenstoffkern, die Kernladung ist +6.

In Mendelejews Periodensystem der Elemente sind alle Elemente so angeordnet, dass sie genau die Ladung des Kerns erhöhen. Wasserstoff hat eine Kernladung von +1, er befindet sich zuerst; Helium hat +2, es steht an zweiter Stelle in der Tabelle; Lithium hat +3, es ist das dritte und so weiter. Das heißt, die Ladung des Kerns entspricht der Ordnungszahl (Ordnungszahl) des Elements in der Tabelle.

Im Allgemeinen ist jedes Atom elektrisch neutral. Das bedeutet, dass die Anzahl der Elektronen gleich der Ladung des Kerns ist, also der Anzahl der Protonen. Und da die Anzahl der Protonen die Ordnungszahl eines Elements bestimmt, kennen wir mit Kenntnis dieser Ordnungszahl die Anzahl der Elektronen, die Anzahl der Protonen und die Ladung des Kerns.

Masse eines Atoms

Die Masse eines Atoms (M) wird durch die Masse seiner Bestandteile, also der Elektronen und des Kerns, bestimmt. Elektronen sind im Vergleich zum Kern sehr leicht und tragen fast nichts zur Masse des gesamten Atoms bei. Das heißt, die Masse eines Atoms wird durch die Masse des Kerns bestimmt. Was ist eine Massenzahl? Die Masse des Kerns wird durch die Anzahl der Teilchen bestimmt, aus denen sich seine Zusammensetzung zusammensetzt - Protonen und Neutronen. Die Massenzahl ist also die Masse des Kerns, ausgedrückt nicht in Masseneinheiten (Gramm), sondern in der Anzahl der Teilchen. Natürlich ist die absolute Kernmasse (m), ausgedrückt in Gramm, bekannt. Aber das sind sehr kleine Zahlen, ausgedrückt in negativen Potenzen. Zum Beispiel die Masse eines Kohlenstoffatoms m (C) \u003d 1,99 ∙ 10 -23 g Es ist unpraktisch, solche Zahlen zu verwenden. Und wenn keine absoluten Werte der Masse erforderlich sind, sondern nur die Massen von Elementen oder Teilchen verglichen werden müssen, verwenden sie die relativen Massen von Atomen (A r), ausgedrückt in amu. Die relative Masse eines Atoms ist im Periodensystem angegeben, zum Beispiel hat Stickstoff 14,007. Die relative Masse eines Atoms, gerundet auf die nächste ganze Zahl, ist die Massenzahl des Elementkerns (A). Massenzahlen sind so beschaffen, dass sie bequem zu verwenden sind – sie sind immer ganze Zahlen: 1, 2, 3 und so weiter. Zum Beispiel hat Stickstoff 14, Kohlenstoff hat 12. Sie werden mit dem oberen linken Index geschrieben, zum Beispiel 14 N oder 12 C.

Wann müssen Sie die Massenzahl kennen?

Kennt man die Massenzahl (A) und die Ordnungszahl eines Elements im Periodensystem (Z), kann man die Anzahl der Neutronen bestimmen. Ziehen Sie dazu Protonen von der Massenzahl ab.

Wenn Sie die Massenzahl kennen, können Sie die Masse des Kerns oder des gesamten Atoms berechnen. Da die Masse des Kerns durch die Masse der Teilchen bestimmt wird, aus denen seine Zusammensetzung besteht, ist sie gleich dem Produkt aus der Anzahl dieser Teilchen und der Masse dieser Teilchen, dh dem Produkt der Masse des Neutrons und die Massenzahl. Die Masse eines Neutrons ist gleich der Masse eines Protons, allgemein werden sie als Masse eines Nukleons (Kernteilchen) bezeichnet.

Betrachten Sie zum Beispiel die Masse eines Aluminiumatoms. Wie aus dem Periodensystem der Elemente von Mendelejew ersichtlich ist, beträgt die relative Atommasse von Aluminium 26,992. Aufgerundet erhalten wir die Massenzahl des Aluminiumkerns 27. Das heißt, sein Kern besteht aus 27 Teilchen. Die Masse eines Teilchens ist ein konstanter Wert gleich 1,67 ∙ 10 -24 g Dann ist die Masse des Aluminiumkerns: 27 ∙ 1,67 ∙ 10 -24 g = 4,5 ∙ 10 -23 g.

Was ist die Massenzahl der Kerne von Elementen, die Sie kennen müssen, wenn Sie radioaktive Zerfallsreaktionen oder Kernreaktionen zusammenstellen? Wenn beispielsweise Uran 235 U ein Neutron 1 n einfängt, werden Kerne von Barium 141 Ba und Krypton 92 Kr sowie drei freie Neutronen 1 n gebildet. Beim Zusammenstellen solcher Reaktionen gilt die Regel: Die Summe der Massenzahlen auf der rechten und linken Seite der Gleichung ändert sich nicht. 235+1 = 92+141+3.

Fragen.

1. Wie werden Protonen und Neutronen zusammen genannt?

Protonen und Neutronen werden zusammen als Nukleonen bezeichnet.

2. Was wird Massenzahl genannt und mit welchem ​​Buchstaben wird sie bezeichnet?

Die Massenzahl A ist die Anzahl der Nukleonen im Atomkern.

3. Was kann über den Zahlenwert der Masse eines Atoms (in amu) und seine Massenzahl gesagt werden?

Die Massenzahl ist gleich der Masse des Kerns m, ausgedrückt in amu, auf ganze Zahlen gerundet.

4. Wie lautet der Name und welcher Buchstabe bezeichnet die Anzahl der Protonen im Kern?

Die Anzahl der Protonen im Atomkern nennt man Ladungszahl Z.

5. Was kann über die Ladungsnummer, die Ladung des Kerns (ausgedrückt in elektrischen Elementarladungen) und die Seriennummer in der Tabelle von D. I. Mendeleev für jedes chemische Element gesagt werden?

Die Ladungsnummer ist gleich der Ladung des Kerns, ausgedrückt in elementaren elektrischen Ladungen, und der Seriennummer in der Tabelle von D. I. Mendeleev.

6. Wie wird allgemein akzeptiert, den Kern eines chemischen Elements zu bezeichnen?

7. Welcher Buchstabe bezeichnet die Anzahl der Neutronen im Atomkern?

Die Anzahl der Neutronen in einem Atomkern wird mit N bezeichnet.

8. Welche Formel hängt mit der Massenzahl, der Ladungszahl und der Anzahl der Neutronen im Kern zusammen?

9. Wie erklärt sich aus Sicht des Proton-Neutron-Modells des Kerns die Existenz von Kernen mit gleicher Ladung und unterschiedlicher Masse?

Dies liegt daran, dass solche Kerne die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen enthalten. Solche Arten chemischer Elemente werden Isotope genannt.

Übungen.

1. Wie viele Nukleonen befinden sich im Kern eines 94Be-Berylliumatoms? Wie viele Protonen hat es? Neutronen?

2. Bestimmen Sie für ein Kaliumatom 39 19 K: a) Ladungszahl; b) die Anzahl der Protonen; c) Kernladung (in elektrischen Elementarladungen); d) Anzahl der Elektronen; e) Seriennummer in der Tabelle von D. I. Mendeleev; f) Massenzahl des Kerns; g) Zahl der Nukleonen; a) die Anzahl der Neutronen; i) die Masse des Kerns (in amu, auf ganze Zahlen genau).

3. Bestimmen Sie anhand der Tabelle von D. I. Mendeleev das Atom, dessen chemisches Element hat: a) 3 Protonen im Kern; b) 9 Elektronen.

4. Während des α-Zerfalls verwandelt sich der anfängliche Kern, der ein α-Teilchen 4 2 He emittiert, in den Kern eines Atoms eines anderen chemischen Elements. Zum Beispiel, Um wie viele Zellen und in welche Richtung (zum Anfang oder zum Ende der Mendelejew-Tabelle) wird das geformte Element gegenüber dem ursprünglichen verschoben? Schreiben Sie die unten angegebene Verschiebungsregel für den α-Zerfall in ein Notizbuch und füllen Sie die Lücken aus: Während des α-Zerfalls eines chemischen Elements wird ein anderes Element gebildet, das sich in der Tabelle von D. I. Mendeleev auf ... Zellen näher an befindet es als das Original.

Das resultierende Element wird um zwei Zellen an den Anfang der Tabelle verschoben.
Mit dem α-Zerfall eines chemischen Elements entsteht ein anderes Element, das in der Tabelle von D. I. Mendeleev zwei Zellen näher an seinem Anfang liegt als das ursprüngliche.

5. Während des β-Zerfalls des ursprünglichen Kerns verwandelt sich eines der Neutronen, die in diesen Kern eintreten, in ein Proton, ein Elektron 0 -1 e und ein Antineutrino 0 0 v (ein Teilchen, das leicht die Kugel durchquert und möglicherweise hat keine Masse). Das Elektron und das Antineutrino fliegen aus dem Kern, während das Proton im Kern verbleibt und seine Ladung um eins erhöht. Schreiben Sie zum Beispiel die unten angegebene Verschiebungsregel für den β-Zerfall um und füllen Sie die Lücken mit den erforderlichen Wörtern aus: Während des β-Zerfalls eines chemischen Elements wird ein anderes Element gebildet, das sich in der Tabelle von D. I. Mendeleev One befindet ... Zelle näher am Tisch als Original.

Das resultierende Element wird um eine Zelle an das Ende der Tabelle verschoben.
Beim β-Zerfall eines chemischen Elements wird ein anderes Element gebildet, das sich in der Tabelle von D. I. Mendeleev eine Zelle näher an seinem Ende befindet als das ursprüngliche.

Das Studium der Atomkerne begann nach der Feststellung der folgenden experimentellen Fakten: 1) die Entdeckung der natürlichen Radioaktivität durch den französischen Wissenschaftler Henri Becquerel im Jahr 1896; 2) die Entdeckung der Isotopie chemischer Elemente durch den englischen Wissenschaftler Soddy im Jahr 1910; 3) das Kernmodell des Atoms, das 1911 von dem großen englischen Physiker Ernest Rutherford vorgeschlagen wurde.

Rutherford, der die Radioaktivität untersuchte, kam 1908 zu dem Schluss, dass beim radioaktiven Zerfall die Atome eines chemischen Elements in Atome anderer Elemente umgewandelt werden. Später, als Rutherford den Durchgang von a-Teilchen mit einer Energie von mehreren Megaelektronenvolt durch dünne Goldschichten untersuchte, entdeckte er das Kernmodell des Atoms, wonach klar wurde, dass während der Radioaktivität die Kerne einiger Elemente in umgewandelt werden die Kerne anderer Elemente.

Eine weitere Rolle spielte die Entdeckung der Isotopie. Atomgewichte, d.h. die Massen von Atomen chemisch reiner Elemente werden in der Regel in a.m.u. ausgedrückt. Zahlen, die nicht sehr nahe an ganzen Zahlen liegen. Beispielsweise beträgt das Atomgewicht von Bor (B) 10,82; Ne - 20,183; Cl – 35,457; Fe -56,85 ;… . Mit der Entdeckung der Isotopie hat sich die Meinung etabliert, dass ein chemisch reines Element eine Mischung von Isotopen ist, die sich in Atomgewichten voneinander unterscheiden. Es stellte sich heraus, dass die Atomgewichte von Isotopen näher an ganzen Zahlen liegen als die Atomgewichte von Elementen, und je näher, desto leichter das Isotop, d.h. desto geringer ist sein Atomgewicht. Dies führte die Wissenschaftler zu der Idee, dass der Kern aus Teilchen besteht, deren Atomgewichte nahe bei Eins liegen. Diese Bedingung wird vom Kern des Wasserstoffatoms gut erfüllt - dem Proton, dessen Atomgewicht nahe bei Eins liegt (1,008). Da die Ladung des Protons positiv ist, entstand außerdem die Idee, dass die Zusammensetzung des Kerns notwendigerweise Protonen enthalten muss. Es dauerte lange, bis andere konstituierende Teilchen des Kerns herausgefunden wurden. Das Phänomen der natürlichen β-Aktivität schien darauf hinzudeuten, dass Elektronen in der Zusammensetzung des Kerns enthalten waren. Daher wurde ein Proton-Elektron-Modell des Kerns vorgeschlagen. Das Proton-Elektron-Modell erwies sich jedoch als unhaltbar. Nach diesem Modell muss der Spin eines Kerns, der aus einer geraden Anzahl von Protonen und Elektronen besteht, ganzzahlig sein (der Spin eines Protons ist wie der Spin eines Elektrons ½ ħ), und in der Praxis sind es halbzahlige Zahlen auch beobachtet. Das Modell erklärte nicht, warum das magnetische Moment des Kerns 2000-mal kleiner ist als das magnetische Moment des Elektrons. Schließlich stellte sich heraus, dass das Proton-Elektron-Modell im Widerspruch zum Heisenberg-Prinzip stand. Wenn man die Größe des Kerns kennt, ist es möglich, die Größe des Impulses des Elektrons, das Teil des Kerns ist, und folglich die Größe seiner Energie abzuschätzen. Solche Schätzungen ergeben, dass die Energie eines Elektrons in einem Kern etwa 200 MeV beträgt. Laut Experiment beträgt die Bindungsenergie eines Teilchens im Kern 7 - 8 MeV. Außerdem ist die Energie von 200 MeV um ein Vielfaches größer als die Energie der vom Kern beim β-Zerfall emittierten Elektronen.

Der Ausweg aus der Schwierigkeit wurde gefunden, nachdem Rutherfords Mitarbeiter Chadwick 1932 ein neues Elementarteilchen, das Neutron, entdeckt hatte. Die Masse eines Neutrons entspricht ungefähr der Masse eines Protons, übersteigt sie geringfügig, und die elektrische Ladung ist 0. Kurz nach der Entdeckung des Neutrons im Jahr 1934 stellte der sowjetische Physiker D. D. Ivanenko eine Hypothese über die Protonen- Neutronenstruktur des Kerns. Dieselbe Hypothese wurde unabhängig von Heisenberg vorgeschlagen.

Derzeit Proton-Neutron-Struktur des Kerns ist allgemein anerkannt und liegt modernen Vorstellungen über den Kern und die gesamte Kernphysik zugrunde.

Nach modernen Daten hat das Proton (p) eine positive Ladung, die der Ladung der Elektrode entspricht qp= 1,6. 10 -19 C und Ruhemasse m p= (1,0075957 ±0,000001) amu = (1836,09 ± 0,01) mich.

Neutron (n) - neutrales Teilchen mit Ruhemasse m n= (1,008982 ±0,000003)a.m.u. = (1838,63 ± 0,01) mich, wo 1 amu = 1,667 . 10 -27 kg - 1/12 der Masse des C 12 -Atoms;

mich= 9,106. 10-31 kg – die Ruhemasse eines Elektrons.

In der modernen Physik wird angenommen, dass Proton und Neutron zwei Ladungszustände desselben Teilchens sind, die als bezeichnet werden Nukleon(von lat. Kern - Kern). Das Proton ist also der Protonenzustand des Nukleons, das Neutron ist der Neutronenzustand des Nukleons. Die Gesamtzahl der Nukleonen in einem Atomkern wird genannt Massenzahl A.

Der Atomkern ist durch die Ladung Ze gekennzeichnet , wo Z ist die Ladungszahl des Kerns, gleich der Anzahl der Protonen im Kern und mit der Seriennummer des chemischen Elements im Periodensystem der Elemente von Mendelejew zusammenfallen. Die derzeit bekannten 107 Elemente des Periodensystems haben Kernladungszahlen von Z = 1 bis Z = 107. Da Z gleich der Anzahl der Protonen im Kern ist, ist die Anzahl der Neutronen im Kern: N = A - Z. In der Kernphysik ist es üblich, den Kern mit demselben Symbol wie das neutrale Atom zu bezeichnen: , wo X- Symbol

Chemisches Element, Z- Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern), ABER- Massenzahl (Anzahl der Nukleonen im Kern).

Da das Atom neutral ist, bestimmt die Ladung des Kerns die Anzahl der Elektronen im Atom. Die Anzahl der Elektronen bestimmt ihre Verteilung auf die Zustände im Atom, was wiederum die chemischen Eigenschaften des Atoms bestimmt. Folglich bestimmt die Kernladung die Besonderheiten eines gegebenen chemischen Elements, d. h. sie bestimmt die Anzahl der Elektronen in einem Atom, die Konfiguration ihrer Elektronenhüllen, die Größe und Art des intraatomaren elektrischen Felds.

Kernel mit demselben Z, aber unterschiedlich ABER(d.h. mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen) werden Isotope genannt, und Kerne mit denselben ABER, aber unterschiedliche Z-Isobaren. Zum Beispiel Wasserstoff ( Z= 1) hat drei Isotope; - Protium ( Z =1, N= 0) ; - Deuterium, ( Z =1, N= 1); -Tritium ( Z =1, N= 2) In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle haben Isotope desselben chemischen Elements dieselben chemischen und nahezu identischen physikalischen Eigenschaften (Ausnahme sind Wasserstoffisotope), die hauptsächlich durch die Struktur der Elektronenhüllen bestimmt werden, die für dieselben ist alle Isotope dieses Elements.

Als Beispiel für isobare Kerne können folgende Kerne dienen: , , . Derzeit sind mehr als 2500 Kerne bekannt, die sich beide unterscheiden Z, oder EIN, oder beides.

Rutherford zeigte, dass Atomkerne Abmessungen von ungefähr 10 -14 - 10 -15 m haben (zum Vergleich, die linearen Abmessungen eines Atoms betragen ungefähr 10 -10 m). Kernradius - gegeben durch empirische Formel R = R 0 A 1/3 wo R0= (1,3 ÷ 1,7) 10 –15 m. Bei der Verwendung dieses Konzepts muss jedoch wegen seiner Mehrdeutigkeit, beispielsweise wegen der Unschärfe der Kerngrenze, Vorsicht walten. Das Volumen des Kerns ist proportional zur Anzahl der Nukleonen im Kern. Folglich ist die Dichte der Kernmaterie für alle Kerne ungefähr gleich: ρ » 10 17 kg/m 3 .