Будова атомного ядра.

Радіоактивність — це явище випромінювання деякими елементами неви­димого проміння, здатного проникати крізь різні речовини, в тім числі й метали, засвічувати фотоплівку, йонізувати гази.

У вивченні радіоактивності велика заслуга видатного англійського фізика Е. Резерфорда, який у 1899 р. довів, що радіоактивне випромінювання неод­норідне—під дією магнітного поля воно поділяється на три пучки:

a-, b- і γ-промені. Ці промені відрізняються за проникною здатністю, а також за здат­ністю до взаємодії з електричним полем.

a-Промені— це потік позитивно заряджених частинок, маса яких дорівнює масі атома Гелію, а заряд цих частинок вдвічі більший, ніж заряд електрона.

b-Промені — це потік електронів, швидкість їх руху близька до швидкості світла.

γ-Промені—жорсткі електромагнітні коливання, подібні до рентге­нівських променів, вони мають дуже велику проникну здатність.

Вивчення радіоактивності підтвердило складність будови атомів.

У 1903 р. англійський фізик Дж. Томсон запропонував модель будови атома. Згідно з цією моделлю атом складається з позитивного заряду, рівно­мірно розподіленого по всьому об'єму атома, та електронів, що коливаються всередині цього заряду.

Видатний англійський фізик Е. Резерфорд з метою перевірки гіпотези Дж. Томсона виконав серію дослідів з розсіювання a-частинок тонкими мета­левими пластинками.

Схему дослідів Е. Резерфорда наведено на рис. 1. Препарат радію 2, що служив джерелом a-випромінювання, вміщували у свинцевий кубик 1 з ви-свердленим каналом, що давало змогу дістати спрямований потік a-частинок З, що поширюються у певному напрямку. Потрапляючи на екран 4, вкритий сульфідом цинку, a-частинки викликали його світіння (окремі спалахи, які можна полічити). Між джерелом випромінювання a-частинок і екраном він розміщував тонку металеву пластинку 6, проходячи крізь яку а-частинки роз­сіювались, тобто відхилялись від початкового напрямку руху. Більшість a-частинок не змінювала свого напрямку (див. рис. 1, поз. 7), деякі (5) відхи­лялись на невеликі кути або різко змінювали напрямок свого руху на проти­лежний. Однак таких частинок було дуже мало. Тільки одна з 10 000 пропу­щених крізь пластинки з срібла, золота, платини a-частинок відкидалася на­зад, ніби наштовхнувшись на масивну перешкоду. Це навело Е. Резерфорда на думку, що в атомі є важке ядро, яке займає дуже малу частку простору і в якому зосереджена переважна частина всієї маси атома; воно повинно мати позитивний заряд, оскільки відштовхує однойменне заряджені a-частинки.

Виходячи з цих міркувань, Е. Резерфорд у 1911 р. запропонував так звану ядерну (планетарну) модель будови атома, згідно з якою атом складається з позитивно зарядженого ядра, в якому зосереджена майже вся маса атома, та електронів які обертаються навколо ядра. Сумарний негативний заряд елек­тронів чисельно дорівнює позитивному заряду ядра. Діаметр ядра у 10 000 — 100 000 разів менший, ніж діаметр атома в цілому.

Е. Резерфорд обчислив також і заряд ядра. З його дослідів виходило, що заряд ядра (виражений в одиницях заряду електрона) чисельно дорівнює про­тонному числу елемента в періодичній системі. Пізніше (1913 р.) це підтвер­див Г Мозлі (закон Мозлі), виявивши простий зв'язок між довжинами хвиль певних ліній рентгенівського спектра елемента і його протонним числом:

корінь квадратний із обернених значень довжин хвиль (тобто частот певних ліній спектра) однакових серій характеристичного рентгенівського спектра перебуває в лінійній залежності від протонного числа елемента:

де l,—довжина хвилі власного випромінювання елемента; а,Ь —константи, що залежать від лінії та серії спектра;Z— протонне число елемента.

Закон Мозлі давав змогу визначати точні значення протонних чисел мало-вивчених і ще не відкритих елементів і тим самим сприяв розвитку періодич­ного закону.

На рис. 2 наведено залежність частоти характеристичного випромінюван­ня рентгенівських спектрів добре вивчених елементів від їхніх протонних чисел. Щоб знайти протонне число не точно визначеного у природному ряду елемента, потрібно обчислити для нього частоту лінії К_a і зіставити отриману величину з графіком (див. рис. 2). Закон Мозлі дав змогу встановити, що між елементами Гідрогеном і Ураном розміщено 92 елементи і з якими саме про­тонними числами елементи будуть відкриті.

Англійський вчений Д. Чедвік у 1920 р. за розсіюванням a-частинок з ве­ликою точністю визначив заряди атомних ядер деяких елементів. Зроблені ним обчислення показали, що заряди ядер атомів різних елементів в усіх ви­падках збігаються з величиною Z у формулі закону Мозлі.

Поотонне число є дуже важливою характеристикою елемента, воно виражає позитивний заряд ядра його атома. Виходячи з електронейтральності атома можна дійти висновку, що й число електронів, які обертаються навко­ло ядра дорівнює протонному числу елемента. Отже, заряд атомного ядра є тією основною величиною, від якої залежать властивості елемента і його розміщення в періодичній системі. Тому періодичний закон Менделєєва слід формулювати так:

властивості елементів, а також утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від величини зарядів ядер атомів елементів.