Состав ядра атома

Что входит в состав ядра атома

Если в задачах по физике путаются порядковые номера элементов, массовые числа и заряды, тема «Состав ядра атома» быстро превращается в набор непонятных букв. На самом деле здесь достаточно увидеть простую схему: ядро состоит из протонов и нейтронов, а их количество связывает одна короткая формула. Разберём её так, чтобы ты мог уверенно читать запись атома, находить неизвестные частицы и решать типовые задания ОГЭ и ЕГЭ.

Атом включает положительно заряженное ядро и электронную оболочку. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре, потому что протон и нейтрон намного тяжелее электрона. Размер ядра очень мал по сравнению с размером атома, но именно ядро определяет, каким химическим элементом является атом.

В ядре находятся два вида частиц: протоны и нейтроны. Их общее название — нуклоны. Протон имеет положительный электрический заряд, нейтрон электрически нейтрален. Электроны в состав ядра не входят: они движутся вокруг него и образуют электронную оболочку.

Чтобы закрепить базовые обозначения, можно открыть бесплатную практику в личном кабинете и сразу проверить себя на коротких заданиях.

Протоны, нейтроны и электроны

Каждый протон несёт элементарный положительный заряд +e, а каждый электрон — такой же по модулю отрицательный заряд −e. Нейтрон заряда не имеет. В СИ заряд электрона и протона по модулю равен 1,6 × 10⁻¹⁹ Кл. Поэтому заряд ядра определяется только количеством протонов.

Число протонов обозначают буквой Z. Это зарядовое число, или атомный номер элемента в таблице Менделеева. Например, у кислорода Z = 8, значит, в его ядре всегда 8 протонов. Если протонов стало 7 или 9, это уже другой химический элемент.

Число всех нуклонов обозначают буквой A. Это массовое число:

\( A = Z + N \)
\( N = A - Z \)

Здесь N — число нейтронов. Например, в ядре ²³₁₁Na содержатся 11 протонов и 23 − 11 = 12 нейтронов. Для нейтрального атома число электронов равно числу протонов: 11 электронов. Если атом потерял или приобрёл электроны, образуется ион, но состав его ядра при этом не меняется.

Изотопы и запись ядра

Ядра одного элемента могут иметь одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Такие разновидности называют изотопами. У них одинаковый атомный номер Z, поэтому они относятся к одному химическому элементу, однако массовые числа A различаются.

Нуклид записывают так:

ᴬZX
A — массовое число
Z — зарядовое число
X — символ химического элемента

Например, изотопы водорода ¹₁H, ²₁H и ³₁H содержат по одному протону, но соответственно 0, 1 и 2 нейтрона. Химические свойства изотопов близки, потому что у нейтральных атомов одинаковое число электронов. Ядерные свойства могут заметно различаться: некоторые ядра устойчивы, а некоторые самопроизвольно распадаются.

Средняя относительная атомная масса элемента в таблице может быть нецелой. Это связано с тем, что в природе встречается смесь изотопов. Но массовое число конкретного ядра всегда является целым числом: оно равно сумме протонов и нейтронов.

Для дополнительной тренировки записи нуклидов удобно использовать личный кабинет с бесплатными заданиями: после решения сразу видно, на каком шаге появилась ошибка.

Заряд и масса ядра

Поскольку нейтроны электрически нейтральны, заряд ядра равен суммарному заряду протонов:

\( q_{\text{я}} = Z \cdot e \)
qя — заряд ядра, Кл
\( e = 1,6 \times 10^-^1^9 \text{Кл} \)

Для ядра углерода ¹²₆C заряд равен 6e, или 9,6 × 10⁻¹⁹ Кл. Заряд ядра всегда положительный. Заряд нейтрального атома равен нулю, потому что отрицательный заряд Z электронов компенсирует заряд ядра.

Массу ядра в школьных задачах часто приближённо находят через массу нуклона:

mя ≈ A · m₀
m₀ ≈ 1,67 × 10⁻²⁷ кг

Такое приближение означает, что массой электронов пренебрегают, а массы протона и нейтрона считают примерно одинаковыми. В более точных расчётах учитывают дефект массы и энергию связи, но для базовых заданий достаточно правильно определить A.

Величина	Обозначение	Что показывает
Зарядовое число	Z	Число протонов
Массовое число	A	Число протонов и нейтронов
Число нейтронов	N	N = A − Z
Заряд ядра	qя	qя = Z · e

Типовая задача с решением

Рассмотрим задачу, похожую на те, что встречаются в школьных проверочных и экзаменационных вариантах.

Дано: ядро алюминия ²⁷₁₃Al.
Найти: число протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме.
Решение:
Z = 13 — число протонов.
N = A − Z = 27 − 13 = 14 — число нейтронов.
В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов:
\( nₑ = 13. \)
Ответ: 13 протонов, 14 нейтронов, 13 электронов.

Обрати внимание: индекс 13 в записи показывает не число всех частиц, а только число протонов. Верхнее число 27 включает и протоны, и нейтроны. Если бы речь шла об ионе Al³⁺, ядро осталось бы прежним, а электронов стало бы 13 − 3 = 10.

Что запомнить

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, то есть нуклонов. Протоны определяют химический элемент: их число равно Z. Общее число нуклонов равно массовому числу A. Поэтому число нейтронов находят по формуле N = A − Z.

Заряд ядра положителен и равен qя = Z · e. В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов, но у иона число электронов меняется. Изотопы имеют одинаковое Z и разное A, потому что различаются числом нейтронов.

Алгоритм решения простой: прочитай запись нуклида, выпиши A и Z, вычисли N, затем отдельно определи число электронов с учётом заряда атома или иона. Зарегистрируйся и реши 5 заданий бесплатно в личном кабинете, чтобы проверить, насколько уверенно ты применяешь формулы.