Радиоактивный распад атомов

Радиоактивный распад атомов

Краткие сведения о строении атома и его ядра. Неис­числимое многообразие окружающих нас предметов пост­роено из сравнительно небольшого числа химических элементов. В настоящее время известно 102 химических элемента: водород, азот, кислород, углерод, натрий, же­лезо, ртуть, уран и другие. Большинство веществ, суще­ствующих в природе, являются сложными, то есть со­стоят из нескольких химических элементов. Например, вода является соединением двух элементов: кислорода и водорода. Ткани тела человека состоят из ряда сложных химических веществ, в состав которых входят водород, кислород, азот, углерод, фосфор, кальций и много других элементов.

Различие свойств отдельных химических веществ объясняется тем, что они состоят из разного сорта моле­кул. Молекула — это наименьшая частица сложного ве­щества, которая обладает химическими свойствами этого вещества. Хотя молекулы чрезвычайно’ малы, они вовсе не являются неделимыми. Молекулы — сложные образо­вания, состоящие из более мелких частиц вещества — атомов. Комбинируясь различными способами, атомы образуют молекулы.

Атом — наименьшая частица химического элемента, обладающая теми же химическими свойствами, что и сам элемент. Поэтому в соответствии с общим числом извест­ных химических элементов число различных атомов в на­стоящее время достигает 102.

Атом не является мельчайшей известной нам частицей вещества, он — сложное образование, состоящее из еще более мелких частиц, названных элементарными, — элект­ронов, протонов и нейтронов.

Еще задолго до появления современной теории строе­ния атома и его ядра было установлено, что электроны входят в состав любого вещества и их свойства совер­шенно одинаковы.

Электрон — отрицательно заряженная частица. По со­временным представлениям заряд электрона есть наи­меньший электрический заряд, какой существует в при­роде.

Абсолютная величина всякого заряда, как положи­тельного, так и отрицательного, всегда кратна заряду электрона. Вот почему заряд электрона часто называется элементарным. Это обстоятельство, в частности, обусло­вило выбор единицы измерения электрического заряда в атомной физике, в качестве которой взят заряд элек­трона. Такая единица заряда обозначается буквой е.

Как известно, в практической системе единиц за еди­ницу заряда выбран кулон. Кулон есть количество элек­тричества, переносимое за одну секунду током в один ампер. Заряд электрона, выраженный в кулонах, равен

6=1,6* 10“19 кулона.

Масса (покоя) электрона, выраженная в граммах, равна 9,1 • 10~28 г и приблизительно в 1800 раз меньше массы наиболее легкого из атомов — атома водорода.

Зависимость массы электрона, как и любого другого тела, от скорости его движения может быть обнаружена лишь при очень больших скоростях, соизмеримых со ско­ростью света. Например, при скорости электрона

150 ООО ^ его масса возрастает приблизительно на 15%.

Атом любого элемента состоит из ядра, заряженного положительным электричеством, и электронов, которые вращаются вокруг ядра.

Между электронами и ядром атома существуют кулоновские (электрические) силы притяжения. Однако элек­троны не падают на ядро, так как кулоновские силы при­тяжения к ядру уравновешиваются центробежными си­лами, возникающими за счет быстрого вращения элек­тронов.

Все сорта атомов в определенной последовательности расположены в периодической таблице элементов вели­кого русского ученого Д. И. Менделеева. Атом с поряд­ковым, или атомным, номером Z в этой таблице имеет положительный заряд ядра, равный Z • е.

Обычно атомы электрически нейтральны, так как по­ложительный заряд ядра уравновешивается отрицатель­ным зарядом электронов. Отсюда следует, что и заряд электронов в нейтральном атоме равен Z • е, поэтому число электронов в атоме равно числу положительных зарядов Z ядра.

Электрически нейтральный атом каждого последую­щего элемента в периодической системе элементов имеет на один электрон больше предыдущего, следовательно, и положительный заряд ядра возрастает на единицу. Таким образом, все многообразие физических и химических свойств отдельных элементов обусловлено различием в величине зарядов ядер их атомов. Иначе говоря, индиви­дуальность атома определяется его ядром. Необходимо иметь в виду, что если от атома вследствие каких-либо причин отрывается или присоединяется один или не­сколько электронов, то от этого атом данного элемента не превратится в атом иного элемента. При отрыве электро­нов от нейтрального атома он становится положительно заряженным (а при присоединении электронов — отрица­тельно заряженным) ионом.

Совокупность электронов в атоме называют электрон­ной оболочкой. Электроны в оболочке располагаются не на одном расстоянии от ядра, а слоями, причем в каждом слое электрически нейтрального атома может находиться лишь определенное число электронов. В ближайшем к ядру слое, получившем название /(-слоя, может нахо­диться не более двух электронов, во втором, более удален­ном слое (L-слое) — не более восьми электронов, в тре­тьем слое (М-слое) — не более 18 электронов и т. д.

Электроны каждого слоя имеют орбиты вращения оди­наковых радиусов. Причем для каждого сорта атомов ве­личина радиусов орбит данного слоя имеет строго опре­деленную величину. Поэтому принято говорить, что электроны в атоме могут вращаться вокруг ядра лишь на «разрешенных» расстояниях.

Расстояние от ядра до ближайших слоев электронной оболочки, значительно превышает размеры ядер. Так, для атома водорода расстояние между ядром и электроном имеет величину порядка 10~8 см, что в несколько десятков тысяч раз больше радиуса ядра.