Склад атомних ядер. Ізотопи (стабільні та радіоактивні)

Атомні ядра складаються з протонів і нейтронів. Число протонів у ядрі Z   визначає позитивний заряд ядра, який дорівнює порядковому номеру елемента. Тому порядковий номер елемента називається його протонним числом. Відносна маса ядра складається з маси протонів, яка також дорівнює Z, і маси нейтронів, яка у відносних одиницях дорівнює числу нейтронів N. Оскільки практично вся маса атома зосереджена в ядрі, можна вважати, що відносна атомна маса дорівнює сумі мас протонів і нейтронів: A_r = Z + N.  Оскільки протони та нейтрони мають спільну назву — нуклони, відносна атомна маса визначається загальним числом протонів і нейтронів і називається нуклонним числом. Нуклонне число (відносна атомна маса) і протонне число (порядковий номер) позначаються відповідно верхнім і нижнім індексами зліва від символу елемента. Наприклад, із запису , визначаємо, що протонне число Оксигену дорівнює восьми, а нуклонне – шістнадцяти.

З’ясуємо, як, користуючись положенням хімічного елемента в періодичній системі, можна визначити число елементарних частинок (електронів, протонів і нейтронів) в атомі. Знайдемо в періодичній таблиці хімічний елемент Алюміній. Із запису в клітині визначаємо, що порядковий номер Алюмінію дорівнює 13, а відносна атомна маса 27. Отже, заряд ядра атома Алюмінію дорівнює +13 (плюс тринадцять). Ядро атома Алюмінію містить 13 протонів та 14 (27 – 13 = 14) нейтронів. Простір навколо ядра заповнюють 13 електронів.

Різні види атомів мають спільну назву — нукліди. Нуклідом називають тип атомів із певними значеннями нуклонного і протонного чисел. Більшість хімічних елементів, які зустрічаються в природі, складаються з кількох нуклідів. Різновиди атомів одного хімічного елемента, які мають однакове протонне число, але відрізняються один від одного числом нейтронів, і, відповідно, нуклонним числом (масою ядра), називають ізотопами. Наприклад, хімічний елемент Гідроген має три ізотопи: протій (у ядрі один протон і немає нейтронів), дейтерій або (в ядрі один протон і один нейтрон) і тритій або (в ядрі один протон і два нейтрони). Багато елементів у природі мають по кілька ізотопів. Тому відносна атомна маса елемента вираховується значеннями відносних атомних мас ізотопів з урахуванням їх масової частки у природі.

Наприклад, визначимо середню атомну масу природного Хлору, який існує у вигляді двох ізотопів: ³⁵Cl з масовою часткою 75,5 %  та ³⁷Cl  з масовою часткою 24,5 %. Для цього скористаємося формулою:

Усі ізотопи діляться на стабільні та радіоактивні. Стабільні ізотопи не підлягають радіоактивному розпаду, тому вони зберігаються в природних умовах. Стабільні ізотопи зустрічаються у всіх «парних» елементів і у більшості «непарних» з порядковим номером меншим або рівним вісімдесяти трьом. У елементів, розташованих в періодичній системі після Бісмута, всі нукліди є радіоактивними. Радіоактивні ізотопи поділяються в свою чергу на природні та штучні. І природні, і штучні ізотопи самоплинно розпадаються, випромінюючи при цьому α - чи β - частинки до тих пір, поки не утвориться стабільний ізотоп. Хімічні властивості всіх ізотопів, в основному, однакові. Ці властивості визначаються зарядом ядра, а не його масою.