Строение атома и изотопы

11.09.2012

Для того чтобы лучше понять, что такое изотопы и чем вызвано явление радиоактивности, необходимо напомнить основные сведения о строении атома.
Атом состоит из положительно заряженного ядра и оболочки отрицательно заряженных электронов, которые могут находиться только на определенных, "разрешенных" орбитах - К (ближайшей к ядру), далее L, М, N, О, P. Q. Электроны на внутренних оболочках связаны с ядром более прочно, на внешней (валентной) оболочке прочность связи - наименьшая. Емкость каждой из орбит ограничена, а структура орбит и, главное, количество электронов на самой внешней оболочке определяют химическую индивидуальность элемента - его валентность и другие свойства.
Примечание. Каждый электрон несет единичный (элементарный) электрический заряд, следовательно, общий отрицательный заряд электронной оболочки атома соответствует числу электронов. А так как атомы в целом электронейтральны, то и ядро имеет численно тот же заряд, но со знаком (+). Носителями заряда в ядре являются протоны, каждый из которых обладает одним (элементарным) положительным зарядом. Таким образом, число протонов в ядре равно числу электронов на оболочках атома. Кроме электронов и протонов, в атомном ядре имеются нейтроны - частицы примерно той же массы, что и протон, но без заряда. Общее плавание протонов и нейтронов - нуклоны (от лат. nucleus - ядро) (табл. 2.1).

Наличие в ядре переменного числа нейтронов отражается на общей массе атома, но не на его характеристических химических свойствах. Разновидности атомов с определенным числом протонов, но различным числом нейтронов называются изотопами (от греч. isos - равный, одинаковый, подобный и topos - место).
Структура электронной оболочки у всех изотопов одного элемента одинакова, так как она определяется зарядом ядра, поэтому изотопы занимают в периодической системе элементов одно место (одну клетку).
Изотопные формы элементов также часто называют нуклидами (или радионуклидами, если они имеют радиоактивные свойства). Оба эти термина почти равнозначны, однако рекомендуется применять первый, когда говорят о разновидностях атомов одного элемента, и второй, если это атомы разных химических элементов, например: «изотопы водорода 1Н, 2Н, 3Н» или «радионуклиды 131I, 90Sr, 37Cs».
Масса электрона почти в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому легко подсчитать, что на все орбитальные электроны приходится чуть больше 0,02% от общей массы атома, вся остальная масса (99,97-99,98%) сосредоточена в ядре. Однако фактически размеры или очень невелики в сравнении с размерами всего атома: линейные размеры атома имеют порядок 10в-10 м, а ядра - 10в-15 м, из чего следует, что материя в ядре находится в суперсжатом состоянии (плотность ее имеет величину, которую трудно даже представить: -10в17кг/м3 или ~10в5 т/мм3). Большая рассредоточенность ядер и электронов в атомах материи делает ее довольно проницаемой для излучений, носители которых также имеют очень малые по внутриатомным меркам размеры.