Що таке нуклон і як порахувати нуклони?
Автор: Редакція Domeny.ForSale Опубліковано
Коротко: Нуклон — це спільна назва протона й нейтрона, частинок, з яких складаються атомні ядра. Число нуклонів у ядрі дорівнює сумі числа протонів і нейтронів та називається масовим числом. Електрони не є нуклонами.
Протон і нейтрон — два види нуклонів
Протон має додатний електричний заряд, а нейтрон електрично нейтральний. Їхні маси дуже близькі, хоча нейтрон дещо важчий за протон. Обидві частинки приблизно у 1800 разів важчі за електрон — від’ємно заряджену частинку, яка перебуває в атомі поза ядром.
| Частинка | Електричний заряд | Чи є нуклоном? |
|---|---|---|
| Протон | Додатний | Так |
| Нейтрон | Нульовий | Так |
| Електрон | Від’ємний | Ні |
Термін «нуклон» дає змогу говорити про протони й нейтрони разом, коли відмінність між ними не має значення, наприклад під час підрахунку частинок у ядрі. Він не означає третього виду частинок поряд із протоном і нейтроном.
Протон або нейтрон залишається нуклоном і тоді, коли перебуває поза атомним ядром. Назва визначає вид частинки, а не лише її розташування.
Як порахувати нуклони в ядрі?
Для опису складу ядра використовують три позначення: Z — атомний номер, тобто число протонів, N — число нейтронів, а A — масове число, тобто загальне число нуклонів. Зв’язок між ними простий:
A = Z + N
Якщо відомі масове число й атомний номер, число нейтронів можна обчислити за формулою N = A − Z. Число електронів не входить до жодного з цих розрахунків.
Наприклад, ядро вуглецю-12 містить 6 протонів і 6 нейтронів. Отже, воно має 12 нуклонів. Ядро вуглецю-14 також містить 6 протонів, але має 8 нейтронів, тому число його нуклонів дорівнює 14.
У записі ¹⁴₆C верхнє число означає масове число A, а нижнє — атомний номер Z. Щоб визначити склад такого ядра:
- Прочитайте число протонів: Z = 6.
- Відніміть Z від A, щоб знайти число нейтронів: 14 − 6 = 8.
- Загальне число нуклонів дорівнює A = 14.
Масове число — не те саме, що маса атома. Це число частинок, тому воно ціле й не має одиниці вимірювання. Значення атомної маси в періодичній таблиці зазвичай враховує ізотопний склад елемента; не слід автоматично округлювати його, щоб визначити склад конкретного ядра.
Як нуклони пов’язані з елементами та ізотопами?
Число протонів визначає, з яким елементом ми маємо справу. Кожне ядро, що містить 6 протонів, є ядром вуглецю, а кожне ядро з 8 протонами — ядром кисню. Зміна числа протонів означає зміну елемента.
Ізотопи — це різновиди одного елемента, які мають однакове число протонів, але відрізняються числом нейтронів. Отже, вуглець-12 і вуглець-14 є ізотопами вуглецю. Різниця в числі нейтронів може впливати на стабільність ядра: вуглець-12 стабільний, тоді як вуглець-14 зазнає радіоактивного розпаду.
Не кожне ядро містить обидва види нуклонів. Ядро найпоширенішого ізотопу водню, водню-1, складається лише з одного протона. Воно має один нуклон і не має нейтронів.
Що утримує нуклони разом?
Додатно заряджені протони електрично відштовхуються один від одного. Проте ядра можуть залишатися зв’язаними завдяки ядерній взаємодії між нуклонами, яка є проявом сильної взаємодії. Вона діє на дуже малих відстанях, порівнянних із розмірами атомних ядер.
Нейтрони беруть участь у цій взаємодії, не посилюючи електричного відштовхування між протонами. Однак це не означає, що додавання нейтронів завжди стабілізує ядро. Як надлишок, так і нестача нейтронів відносно числа протонів можуть призвести до нестабільності ядра.
Із утриманням нуклонів у ядрі пов’язана енергія зв’язку — енергія, потрібна для розділення ядра на окремі протони й нейтрони. Маса зв’язаного ядра менша за суму мас його вільних складників. Ця різниця відповідає енергії зв’язку згідно зі співвідношенням E = mc².
Чи є нуклон елементарною частинкою?
Нуклон не є елементарною частинкою, тобто частинкою, для якої не відома внутрішня структура. Протони й нейтрони мають внутрішню будову, яку описують за допомогою кварків і глюонів. Глюони переносять сильну взаємодію між кварками.
У базовому описі протон має три валентні кварки: два верхні й один нижній, а нейтрон — один верхній і два нижні. Цього спрощеного опису достатньо, щоб пояснити різницю їхніх зарядів, хоча повна структура нуклона складніша.
Розв’язуючи задачу на визначення числа нуклонів, почніть із пошуку масового числа A. Якщо наведено лише символ елемента без зазначення ізотопу, точне число нуклонів зазвичай визначити неможливо.
Дивіться також: Що таке BGP?
Читайте також
