Τα μεγέθη και οι μάζες των ατόμων είναι μικρές. Η ακτίνα των ατόμων είναι 10 -10 m και η ακτίνα του πυρήνα είναι 10 -15 m. Η μάζα ενός ατόμου προσδιορίζεται διαιρώντας τη μάζα ενός mole ατόμων του στοιχείου με τον αριθμό των ατόμων σε 1 mole (Ν Α = 6,02·10 23 mol -1). Η μάζα των ατόμων ποικίλλει στην περιοχή από 10 -27 ~ 10 -25 kg. Συνήθως η μάζα των ατόμων εκφράζεται σε ατομικές μονάδεςμάζα (π.μ.). Για π.μ. Λαμβάνεται το 1/12 της μάζας ενός ατόμου του ισοτόπου άνθρακα 12 C.
Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ατόμου είναι το φορτίο του πυρήνα του (Ζ) και ο μαζικός αριθμός (Α). Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι ίσος με το φορτίο του πυρήνα του. Οι ιδιότητες των ατόμων καθορίζονται από το φορτίο των πυρήνων τους, τον αριθμό των ηλεκτρονίων και την κατάστασή τους στο άτομο.
Βασικές ιδιότητες και δομή του πυρήνα (θεωρία σύνθεσης ατομικούς πυρήνες)
1. Οι ατομικοί πυρήνες όλων των στοιχείων (εκτός του υδρογόνου) αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια.
2. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει την τιμή του θετικού φορτίου του (Ζ). Ζ- σειριακός αριθμός χημικό στοιχείοστον περιοδικό πίνακα του Μεντελέεφ.
3. Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων είναι η τιμή της μάζας του, αφού η μάζα ενός ατόμου συγκεντρώνεται κυρίως στον πυρήνα (99,97% της μάζας του ατόμου). Τα πυρηνικά σωματίδια - πρωτόνια και νετρόνια - συνδυάζονται κάτω συνηθισμένο όνομα νουκλεόνια(από τη λατινική λέξη nucleus, που σημαίνει «πυρήνας»). Ο συνολικός αριθμός νουκλεονίων αντιστοιχεί σε - μαζικός αριθμός, δηλ. η ατομική του μάζα Α στρογγυλοποιημένη στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό.
Πυρήνες με το ίδιο Ζ, αλλά διαφορετικό ΕΝΑλέγονται ισότοπα. Πυρήνες που, με το ίδιο ΕΝΑέχουν διαφορετικά Ζ, λέγονται ισοβαρείς. Συνολικά, είναι γνωστά περίπου 300 σταθερά ισότοπα χημικών στοιχείων και περισσότερα από 2000 φυσικά και τεχνητά ληφθέντα. ραδιομετάδοση
4. Αριθμός νετρονίων στον πυρήνα Νμπορεί να βρεθεί από τη διαφορά μεταξύ του μαζικού αριθμού ( ΕΝΑ) και σειριακό αριθμό ( Ζ):
5. Χαρακτηρίζεται το μέγεθος του πυρήνα ακτίνα πυρήνα, το οποίο έχει μια υπό όρους σημασία λόγω της θολότητας του ορίου του πυρήνα.
Η πυκνότητα της πυρηνικής ύλης είναι της τάξης μεγέθους 10 17 kg/m 3 και είναι σταθερή για όλους τους πυρήνες. Υπερβαίνει σημαντικά τις πυκνότητες των πιο πυκνών συνηθισμένων ουσιών.
Η θεωρία πρωτονίων-νετρονίων κατέστησε δυνατή την επίλυση των αντιφάσεων που προέκυψαν προηγουμένως στις ιδέες σχετικά με τη σύνθεση των ατομικών πυρήνων και τη σχέση της με τον ατομικό αριθμό και την ατομική μάζα.
Πυρηνική δεσμευτική ενέργειακαθορίζεται από την ποσότητα της εργασίας που χρειάζεται να γίνει για να χωριστεί ένας πυρήνας στα νουκλεόνια που τον αποτελούν χωρίς να τους προσδώσει κινητική ενέργεια. Από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας προκύπτει ότι κατά τον σχηματισμό ενός πυρήνα πρέπει να απελευθερωθεί η ίδια ενέργεια που πρέπει να δαπανηθεί κατά τη διάσπαση του πυρήνα στα νουκλεόνια που τον αποτελούν. Η ενέργεια δέσμευσης ενός πυρήνα είναι η διαφορά μεταξύ της ενέργειας όλων των ελεύθερων νουκλεονίων που αποτελούν τον πυρήνα και της ενέργειας τους στον πυρήνα.
Όταν σχηματίζεται ένας πυρήνας, η μάζα του μειώνεται: η μάζα του πυρήνα είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων που τον αποτελούν. Η μείωση της μάζας του πυρήνα κατά τον σχηματισμό του εξηγείται από την απελευθέρωση ενέργειας δέσμευσης. Αν W sv είναι η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τον σχηματισμό ενός πυρήνα, τότε η αντίστοιχη μάζα Dm, ίση με
που ονομάζεται μαζικό ελάττωμακαι χαρακτηρίζει τη μείωση της συνολικής μάζας κατά το σχηματισμό ενός πυρήνα από τα νουκλεόνια που τον αποτελούν. Μια μονάδα ατομικής μάζας αντιστοιχεί σε μονάδα ατομικής ενέργειας(a.u.e.): a.u.e.=931,5016 MeV.
Ειδική πυρηνική δεσμευτική ενέργεια wΗ ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο ονομάζεται: w sv= 
. Μέγεθος wκατά μέσο όρο 8 MeV/νουκλεόνιο. Καθώς ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα αυξάνεται, η ενέργεια ειδικής δέσμευσης μειώνεται.
Κριτήριο για τη σταθερότητα των ατομικών πυρήνωνείναι η αναλογία μεταξύ του αριθμού των πρωτονίων και των νετρονίων σε έναν σταθερό πυρήνα για δεδομένες ισοβαρείς. ( ΕΝΑ= const).
Πυρηνικές δυνάμεις
1. Η πυρηνική αλληλεπίδραση δείχνει ότι υπάρχουν ειδικές πυρηνικές δυνάμεις, μη αναγώγιμη σε κανέναν από τους τύπους δυνάμεων που είναι γνωστοί στην κλασική φυσική (βαρυτικές και ηλεκτρομαγνητικές).
2. Οι πυρηνικές δυνάμεις είναι δυνάμεις μικρής εμβέλειας. Εμφανίζονται μόνο σε πολύ μικρές αποστάσεις μεταξύ νουκλεονίων στον πυρήνα της τάξης των 10-15 m. Το μήκος (1,5 x 2,2) 10-15 m ονομάζεται εύρος πυρηνικών δυνάμεων.
3. Εντοπίζονται πυρηνικές δυνάμεις χρέωση ανεξαρτησίας: Η έλξη μεταξύ δύο νουκλεονίων είναι η ίδια ανεξάρτητα από την κατάσταση φορτίου των νουκλεονίων - πρωτόνιο ή νουκλεόνιο. Η ανεξαρτησία φορτίου των πυρηνικών δυνάμεων είναι εμφανής από τη σύγκριση των ενεργειών δέσμευσης πυρήνες καθρέφτη. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στους πυρήνες στους οποίους το ίδιο συνολικός αριθμόςνουκλεόνια, αλλά ο αριθμός των πρωτονίων στο ένα είναι ίσος με τον αριθμό των νετρονίων στο άλλο. Για παράδειγμα, πυρήνες ηλίου 
βαρύ υδρογόνο τρίτιο - .
4. Οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν μια ιδιότητα κορεσμού, η οποία εκδηλώνεται στο γεγονός ότι ένα νουκλεόνιο σε έναν πυρήνα αλληλεπιδρά μόνο με έναν περιορισμένο αριθμό γειτονικών νουκλεονίων που βρίσκονται πιο κοντά του. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχει μια γραμμική εξάρτηση των ενεργειών δέσμευσης των πυρήνων από τους μαζικούς αριθμούς τους (Α). Σχεδόν πλήρης κορεσμός των πυρηνικών δυνάμεων επιτυγχάνεται στο σωματίδιο α, που είναι ένας πολύ σταθερός σχηματισμός.
Ραδιενέργεια, g-ακτινοβολία, α και β - διάσπαση
1.Ραδιοενέργειαείναι ο μετασχηματισμός ασταθών ισοτόπων ενός χημικού στοιχείου σε ισότοπα άλλου στοιχείου, που συνοδεύεται από εκπομπή στοιχειωδών σωματιδίων, πυρήνων ή σκληρών ακτίνων Χ. Φυσική ραδιενέργειαονομάζεται ραδιενέργεια που παρατηρείται σε φυσικώς απαντώμενα ασταθή ισότοπα. Τεχνητή ραδιενέργειαονομάζεται ραδιενέργεια των ισοτόπων που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων.
2. Τυπικά, όλα τα είδη ραδιενέργειας συνοδεύονται από την εκπομπή ακτινοβολίας γάμμα - ακτινοβολία ηλεκτρικών κυμάτων σκληρού, βραχέων κυμάτων. Η ακτινοβολία γάμμα είναι η κύρια μορφή μείωσης της ενέργειας των διεγερμένων προϊόντων των ραδιενεργών μετασχηματισμών. Ένας πυρήνας που υφίσταται ραδιενεργή διάσπαση ονομάζεται μητρικός; αναδυόμενες θυγατρικήο πυρήνας, κατά κανόνα, αποδεικνύεται διεγερμένος και η μετάβασή του στη βασική κατάσταση συνοδεύεται από την εκπομπή ενός φωτονίου g.
3. Άλφα αποσύνθεσηονομάζεται εκπομπή σωματιδίων α από τους πυρήνες ορισμένων χημικών στοιχείων. Η διάσπαση άλφα είναι μια ιδιότητα βαρέων πυρήνων με μαζικούς αριθμούς ΕΝΑ>200 και πυρηνικά φορτία Ζ>82. Μέσα σε τέτοιους πυρήνες, συμβαίνει ο σχηματισμός απομονωμένων σωματιδίων α, που το καθένα αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, δηλ. σχηματίζεται ένα άτομο ενός στοιχείου που μετατοπίζεται στον πίνακα Περιοδικός Πίνακαςστοιχεία Δ.Ι. Mendeleev (PSE) δύο κύτταρα στα αριστερά του αρχικού ραδιενεργού στοιχείου με αριθμό μάζας μικρότερο από 4 μονάδες(Κανόνας Soddy-Faience): 
4. Ο όρος διάσπαση βήτα αναφέρεται σε τρεις τύπους πυρηνικών μετασχηματισμών: ηλεκτρονικός(β-) και ποζιτρονική(β+) φθορές, καθώς και ηλεκτρονική σύλληψη.
Η β-διάσπαση εμφανίζεται κυρίως σε πυρήνες σχετικά πλούσιους σε νετρόνια. Σε αυτή την περίπτωση, το νετρόνιο του πυρήνα διασπάται σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο () με μηδενικό φορτίο και μάζα.
Κατά τη διάσπαση β, ο μαζικός αριθμός του ισοτόπου δεν αλλάζει, καθώς διατηρείται ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων και το φορτίο αυξάνεται κατά 1. Επομένως, το άτομο του προκύπτοντος χημικού στοιχείου μετατοπίζεται από το PSE ένα κελί προς τα δεξιά από το αρχικό στοιχείο, αλλά ο μαζικός αριθμός του δεν αλλάζει(Κανόνας Soddy-Faience):
Η διάσπαση b+- εμφανίζεται κυρίως σε πυρήνες σχετικά πλούσιους σε πρωτόνια. Σε αυτή την περίπτωση, το πρωτόνιο του πυρήνα διασπάται σε νετρόνιο, ποζιτρόνιο και νετρίνο ().
.
Κατά τη διάσπαση b+, ο μαζικός αριθμός του ισοτόπου δεν αλλάζει, αφού διατηρείται ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων και το φορτίο μειώνεται κατά 1. Επομένως, το άτομο του προκύπτοντος χημικού στοιχείου μετατοπίζεται από το PSE ένα κελί προς τα αριστερά από το αρχικό στοιχείο, αλλά ο μαζικός αριθμός του δεν αλλάζει(Κανόνας Soddy-Faience):
5. Στην περίπτωση σύλληψης ηλεκτρονίων, ο μετασχηματισμός συνίσταται στην εξαφάνιση ενός από τα ηλεκτρόνια στο στρώμα που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα. Ένα πρωτόνιο, που μετατρέπεται σε νετρόνιο, «συλλαμβάνει» ένα ηλεκτρόνιο. Από εδώ προέρχεται ο όρος «ηλεκτρονική σύλληψη». Η ηλεκτρονική σύλληψη, σε αντίθεση με τη σύλληψη b±, συνοδεύεται από χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ.
6. Η β-διάσπαση εμφανίζεται σε φυσικά ραδιενεργούς καθώς και σε τεχνητά ραδιενεργούς πυρήνες. Η διάσπαση b+ είναι χαρακτηριστικό μόνο του φαινομένου της τεχνητής ραδιενέργειας.
7. g-ακτινοβολία: όταν διεγείρεται, ο πυρήνας ενός ατόμου εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μικρό μήκος κύματος και υψηλή συχνότητα, έχοντας μεγαλύτερη ακαμψία και διεισδυτική ικανότητα από ακτινοβολία ακτίνων Χ. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια του πυρήνα μειώνεται, αλλά ο μαζικός αριθμός και το φορτίο του πυρήνα παραμένουν αμετάβλητα. Επομένως, η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο δεν παρατηρείται και ο πυρήνας του ατόμου περνά σε μια λιγότερο διεγερμένη κατάσταση.
Κεφάλαιο πρώτο. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ
Ειπώθηκε ήδη παραπάνω ότι ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια που συνδέονται με πυρηνικές δυνάμεις. Αν μετρήσουμε τη μάζα ενός πυρήνα σε μονάδες ατομικής μάζας, θα πρέπει να είναι κοντά στη μάζα ενός πρωτονίου πολλαπλασιαζόμενη με έναν ακέραιο που ονομάζεται μαζικός αριθμός. Εάν το φορτίο ενός πυρήνα είναι ένας μαζικός αριθμός, αυτό σημαίνει ότι ο πυρήνας περιέχει πρωτόνια και νετρόνια. (Ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα συνήθως συμβολίζεται με
Αυτές οι ιδιότητες του πυρήνα αντικατοπτρίζονται σε συμβολική σημειογραφία, η οποία θα χρησιμοποιηθεί αργότερα στη φόρμα
όπου X είναι το όνομα του στοιχείου στο άτομο του οποίου ανήκει ο πυρήνας (για παράδειγμα, πυρήνες: ήλιο - , οξυγόνο - , σίδηρος - ουράνιο
Τα κύρια χαρακτηριστικά των σταθερών πυρήνων περιλαμβάνουν: φορτίο, μάζα, ακτίνα, μηχανικές και μαγνητικές ροπές, φάσμα διεγερμένων καταστάσεων, ισοτιμία και τετραπολική ροπή. Οι ραδιενεργοί (ασταθή) πυρήνες χαρακτηρίζονται επιπλέον από τη διάρκεια ζωής τους, τον τύπο των ραδιενεργών μετασχηματισμών, την ενέργεια των εκπεμπόμενων σωματιδίων και έναν αριθμό άλλων ειδικές ιδιότητες, το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω.
Πρώτα απ 'όλα, ας εξετάσουμε τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων που αποτελούν τον πυρήνα: πρωτονίου και νετρονίου.
§ 1. ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΝΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΝΕΤΡΟΝΙΟΥ
Βάρος.Σε μονάδες μάζας ηλεκτρονίων: μάζα πρωτονίων, μάζα νετρονίων.
Σε μονάδες ατομικής μάζας: μάζα πρωτονίων, μάζα νετρονίων
Σε ενεργειακές μονάδες, η μάζα ηρεμίας ενός πρωτονίου είναι η μάζα ηρεμίας ενός νετρονίου.
Ηλεκτρικό φορτίο. q είναι μια παράμετρος που χαρακτηρίζει την αλληλεπίδραση ενός σωματιδίου με ηλεκτρικό πεδίο, εκφρασμένο σε μονάδες φορτίου ηλεκτρονίων όπου
Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια φέρουν ποσότητα ηλεκτρισμού ίση με 0 ή Το φορτίο ενός πρωτονίου Το φορτίο ενός νετρονίου είναι μηδέν.
Γνέθω.Τα σπιν του πρωτονίου και του νετρονίου είναι ίσα και τα δύο σωματίδια είναι φερμιόνια και υπακούουν στις στατιστικές Fermi-Dirac, και επομένως στην αρχή Pauli.
Μαγνητική στιγμή.Αν αντικαταστήσουμε τη μάζα του πρωτονίου στον τύπο (10), ο οποίος καθορίζει τη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου αντί για τη μάζα του ηλεκτρονίου, παίρνουμε
Η ποσότητα ονομάζεται πυρηνικό μαγνητόνιο. Θα μπορούσε να υποτεθεί κατ' αναλογία με το ηλεκτρόνιο ότι η μαγνητική ροπή σπιν του πρωτονίου είναι ίση με Ωστόσο, η εμπειρία έχει δείξει ότι η μαγνητική ροπή του ίδιου του πρωτονίου είναι μεγαλύτερη από το πυρηνικό μαγνητόνιο: σύμφωνα με σύγχρονα δεδομένα
Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι ένα αφόρτιστο σωματίδιο - ένα νετρόνιο - έχει επίσης μαγνητική ροπή διαφορετική από το μηδέν και ίση με
Η παρουσία μιας μαγνητικής ροπής σε ένα νετρόνιο και ούτω καθεξής μεγάλης σημασίαςΗ μαγνητική ροπή του πρωτονίου έρχεται σε αντίθεση με τις υποθέσεις σχετικά με τη σημειακή φύση αυτών των σωματιδίων. Ένας αριθμός πειραματικών δεδομένων που ελήφθησαν στο τα τελευταία χρόνια, δείχνει ότι τόσο το πρωτόνιο όσο και το νετρόνιο έχουν σύμπλοκο ετερογενής δομή. Στο κέντρο του νετρονίου υπάρχει ένα θετικό φορτίο και στην περιφέρεια υπάρχει ένα αρνητικό φορτίο ίσο σε μέγεθος κατανεμημένο στον όγκο του σωματιδίου. Επειδή όμως η μαγνητική ροπή καθορίζεται όχι μόνο από το μέγεθος του ρεύματος που ρέει, αλλά και από την περιοχή που καλύπτεται από αυτό, οι μαγνητικές ροπές που δημιουργούνται από αυτές δεν θα είναι ίσες. Επομένως, ένα νετρόνιο μπορεί να έχει μαγνητική ροπή ενώ παραμένει γενικά ουδέτερο.
Αμοιβαίοι μετασχηματισμοί νουκλεονίων.Η μάζα ενός νετρονίου είναι 0,14% μεγαλύτερη από τη μάζα ενός πρωτονίου ή 2,5 φορές τη μάζα ενός ηλεκτρονίου,
Σε ελεύθερη κατάσταση, ένα νετρόνιο διασπάται σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο: Η μέση διάρκεια ζωής του είναι κοντά στα 17 λεπτά.
Ένα πρωτόνιο είναι ένα σταθερό σωματίδιο. Ωστόσο, μέσα στον πυρήνα μπορεί να μετατραπεί σε νετρόνιο. σε αυτή την περίπτωση η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με το σχήμα
Η διαφορά στις μάζες των σωματιδίων στα αριστερά και στα δεξιά αντισταθμίζεται από την ενέργεια που προσδίδεται στο πρωτόνιο από άλλα νουκλεόνια στον πυρήνα.
Ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο έχουν τα ίδια σπιν, σχεδόν τις ίδιες μάζες και μπορούν να μεταμορφωθούν το ένα στο άλλο. Θα φανεί αργότερα ότι οι πυρηνικές δυνάμεις που δρουν μεταξύ αυτών των σωματιδίων σε ζεύγη είναι επίσης πανομοιότυπες. Ως εκ τούτου, ονομάζονται με ένα κοινό όνομα - νουκλεόνιο και λένε ότι ένα νουκλεόνιο μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις: πρωτόνιο και νετρόνιο, που διαφέρουν στη σχέση τους με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Τα νετρόνια και τα πρωτόνια αλληλεπιδρούν λόγω της ύπαρξης πυρηνικών δυνάμεων που δεν είναι ηλεκτρικές. Οι πυρηνικές δυνάμεις οφείλουν την προέλευσή τους στην ανταλλαγή μεσονίων. Αν απεικονίσουμε την εξάρτηση της δυναμικής ενέργειας αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου χαμηλής ενέργειας από την απόσταση μεταξύ τους, τότε κατά προσέγγιση θα μοιάζει με το γράφημα που φαίνεται στο Σχ. 5, α, δηλαδή έχει το σχήμα δυναμικού φρέατος.
Ρύζι. 5. Εξάρτηση της δυνητικής ενέργειας αλληλεπίδρασης από την απόσταση μεταξύ νουκλεονίων: α - για ζεύγη νετρονίων-νετρονίων ή νετρονίων-πρωτονίων. β - για ένα ζεύγος πρωτονίου-πρωτονίου
Ένα άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός χημικού στοιχείου που το διατηρεί όλο Χημικές ιδιότητες. Ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα, ο οποίος έχει θετικό ηλεκτρικό φορτίο και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Το φορτίο του πυρήνα οποιουδήποτε χημικού στοιχείου είναι ίσο με το γινόμενο των Z και e, όπου Z είναι ο αύξων αριθμός αυτού του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα των χημικών στοιχείων, e είναι η τιμή του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου.
Ηλεκτρόνιοείναι το μικρότερο σωματίδιο μιας ουσίας με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο e=1,6·10 -19 coulomb, λαμβανόμενο ως στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια, που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, βρίσκονται στα κελύφη ηλεκτρονίων K, L, M, κ.λπ. Το K είναι το κέλυφος που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα. Το μέγεθος ενός ατόμου καθορίζεται από το μέγεθος του κελύφους ηλεκτρονίων του. Ένα άτομο μπορεί να χάσει ηλεκτρόνια και να γίνει θετικό ιόν ή να αποκτήσει ηλεκτρόνια και να γίνει αρνητικό ιόν. Το φορτίο ενός ιόντος καθορίζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που χάνονται ή αποκτώνται. Η διαδικασία μετατροπής ενός ουδέτερου ατόμου σε φορτισμένο ιόν ονομάζεται ιονισμός.
Ατομικός πυρήνας(το κεντρικό τμήμα του ατόμου) αποτελείται από στοιχειώδη πυρηνικά σωματίδια - πρωτόνια και νετρόνια. Η ακτίνα του πυρήνα είναι περίπου εκατό χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα του ατόμου. Η πυκνότητα του ατομικού πυρήνα είναι εξαιρετικά υψηλή. Πρωτόνια- πρόκειται για σταθερά στοιχειώδη σωματίδια με ένα μόνο θετικό ηλεκτρικό φορτίο και μάζα 1836 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου. Ένα πρωτόνιο είναι ο πυρήνας ενός ατόμου του ελαφρύτερου στοιχείου, του υδρογόνου. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα είναι Z. Νετρόνιοείναι ένα ουδέτερο (χωρίς ηλεκτρικό φορτίο) στοιχειώδες σωματίδιο με μάζα πολύ κοντά στη μάζα ενός πρωτονίου. Δεδομένου ότι η μάζα του πυρήνα αποτελείται από τη μάζα των πρωτονίων και των νετρονίων, ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου είναι ίσος με Α - Ζ, όπου Α είναι ο αριθμός μάζας ενός δεδομένου ισοτόπου (βλ.). Το πρωτόνιο και το νετρόνιο που συνθέτουν τον πυρήνα ονομάζονται νουκλεόνια. Στον πυρήνα, τα νουκλεόνια συνδέονται με ειδικές πυρηνικές δυνάμεις.
Ο ατομικός πυρήνας περιέχει ένα τεράστιο απόθεμα ενέργειας, το οποίο απελευθερώνεται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις. Οι πυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν όταν οι ατομικοί πυρήνες αλληλεπιδρούν με στοιχειώδη σωματίδια ή με πυρήνες άλλων στοιχείων. Ως αποτέλεσμα των πυρηνικών αντιδράσεων, σχηματίζονται νέοι πυρήνες. Για παράδειγμα, ένα νετρόνιο μπορεί να μετατραπεί σε πρωτόνιο. Σε αυτή την περίπτωση, ένα σωματίδιο βήτα, δηλαδή ένα ηλεκτρόνιο, εκτινάσσεται από τον πυρήνα.
Η μετάβαση ενός πρωτονίου σε ένα νετρόνιο στον πυρήνα μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους: είτε ένα σωματίδιο με μάζα ίση με τη μάζα του ηλεκτρονίου, αλλά με θετικό φορτίο, που ονομάζεται ποζιτρόνιο (διάσπαση ποζιτρονίων), ή ο πυρήνας συλλαμβάνει ένα από τα ηλεκτρόνια από το κέλυφος Κ που βρίσκεται πλησιέστερα σε αυτό (Κ-σύλληψη).
Μερικές φορές ο πυρήνας που προκύπτει έχει περίσσεια ενέργειας (βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση) και, όταν επιστρέψει στην κανονική κατάσταση, απελευθερώνει περίσσεια ενέργειας με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με πολύ μικρό μήκος κύματος - . Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις χρησιμοποιείται πρακτικά σε διάφορες βιομηχανίες.
Ένα άτομο (ελληνικά atomos - αδιαίρετο) είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός χημικού στοιχείου που έχει τις χημικές του ιδιότητες. Κάθε στοιχείο αποτελείται από έναν συγκεκριμένο τύπο ατόμου. Το άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα, ο οποίος φέρει θετικό ηλεκτρικό φορτίο, και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια (βλ.), που σχηματίζουν τα ηλεκτρονιακά κελύφη του. Το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου του πυρήνα είναι ίσο με Z-e, όπου e είναι το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο ίσο σε μέγεθος με το φορτίο του ηλεκτρονίου (4,8·10 -10 ηλεκτρικές μονάδες) και Z είναι ο ατομικός αριθμός αυτού του στοιχείου στο ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων (βλ. .). Δεδομένου ότι ένα μη ιονισμένο άτομο είναι ουδέτερο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που περιλαμβάνονται σε αυτό είναι επίσης ίσος με το Ζ. Η σύνθεση του πυρήνα (βλ. Ατομικός πυρήνας) περιλαμβάνει νουκλεόνια, στοιχειώδη σωματίδια με μάζα περίπου 1840 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου (ίσο με 9,1 10 - 28 g), πρωτόνια (βλ.), θετικά φορτισμένα και νετρόνια που δεν έχουν φορτίο (βλ.). Ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα ονομάζεται μαζικός αριθμός και ορίζεται με το γράμμα A. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, ίσος με Z, καθορίζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που εισέρχονται στο άτομο, τη δομή των φλοιών ηλεκτρονίων και τη χημική ιδιότητες του ατόμου. Ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα είναι Α-Ζ. Τα ισότοπα είναι ποικιλίες του ίδιου στοιχείου, τα άτομα των οποίων διαφέρουν μεταξύ τους σε αριθμό μάζας Α, αλλά έχουν το ίδιο Ζ. Έτσι, στους πυρήνες των ατόμων διαφορετικών ισοτόπων του ίδιου στοιχείου υπάρχει διαφορετικό αριθμόνετρόνια σε τον ίδιο αριθμόπρωτόνια. Όταν δηλώνουμε ισότοπα, ο αριθμός μάζας Α αναγράφεται πάνω από το σύμβολο του στοιχείου και ο ατομικός αριθμός κάτω. Για παράδειγμα, τα ισότοπα του οξυγόνου ορίζονται: 
Οι διαστάσεις ενός ατόμου καθορίζονται από τις διαστάσεις των φλοιών ηλεκτρονίων και είναι για όλα τα Ζ μια τιμή της τάξης των 10 -8 εκ. Δεδομένου ότι η μάζα όλων των ηλεκτρονίων ενός ατόμου είναι αρκετές χιλιάδες φορές μικρότερη από τη μάζα του πυρήνα , η μάζα του ατόμου είναι ανάλογη με τον μαζικό αριθμό. Η σχετική μάζα ενός ατόμου ενός δεδομένου ισοτόπου προσδιορίζεται σε σχέση με τη μάζα ενός ατόμου του ισοτόπου άνθρακα C12, που λαμβάνεται ως 12 μονάδες, και ονομάζεται μάζα ισοτόπου. Αποδεικνύεται ότι είναι κοντά στον μαζικό αριθμό του αντίστοιχου ισοτόπου. Το σχετικό βάρος ενός ατόμου ενός χημικού στοιχείου είναι η μέση (λαμβάνοντας υπόψη τη σχετική αφθονία των ισοτόπων ενός δεδομένου στοιχείου) τιμή του ισοτοπικού βάρους και ονομάζεται ατομικό βάρος (μάζα).
Ένα άτομο είναι μικροσκοπικό σύστημα, και η δομή και οι ιδιότητές του μπορούν να εξηγηθούν μόνο χρησιμοποιώντας την κβαντική θεωρία, που δημιουργήθηκε κυρίως στη δεκαετία του '20 του 20ου αιώνα και προορίζεται να περιγράψει φαινόμενα σε ατομική κλίμακα. Πειράματα έδειξαν ότι τα μικροσωματίδια -ηλεκτρόνια, πρωτόνια, άτομα κ.λπ.- εκτός από τα σωματίδια, έχουν ιδιότητες κυμάτων, που εκδηλώνεται σε περίθλαση και παρεμβολή. Στην κβαντική θεωρία, για την περιγραφή της κατάστασης των μικροαντικειμένων, χρησιμοποιείται ένα συγκεκριμένο κυματικό πεδίο, που χαρακτηρίζεται από μια κυματική συνάρτηση (συνάρτηση Ψ). Αυτή η συνάρτηση καθορίζει τις πιθανότητες πιθανών καταστάσεων ενός μικροαντικειμένου, δηλαδή χαρακτηρίζει τις πιθανές δυνατότητες εκδήλωσης ορισμένων από τις ιδιότητές του. Ο νόμος της μεταβολής της συνάρτησης Ψ στο χώρο και το χρόνο (εξίσωση Schrodinger), που επιτρέπει σε κάποιον να βρει αυτή τη συνάρτηση, παίζει τον ίδιο ρόλο στην κβαντική θεωρία με τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα στην κλασική μηχανική. Η επίλυση της εξίσωσης Schrödinger σε πολλές περιπτώσεις οδηγεί σε διακριτή πιθανά κράτησυστήματα. Έτσι, για παράδειγμα, στην περίπτωση ενός ατόμου, λαμβάνεται μια σειρά κυματοσυναρτήσεων για ηλεκτρόνια που αντιστοιχούν σε διαφορετικές (κβαντισμένες) τιμές ενέργειας. Το σύστημα των επιπέδων ατομικής ενέργειας, που υπολογίζεται με τις μεθόδους της κβαντικής θεωρίας, έχει λάβει λαμπρή επιβεβαίωση στη φασματοσκοπία. Μετάβαση ενός ατόμου από τη θεμελιώδη κατάσταση που αντιστοιχεί στη χαμηλότερη επίπεδο ενέργειας E 0, σε οποιαδήποτε από τις διεγερμένες καταστάσεις E i εμφανίζεται κατά την απορρόφηση ενός συγκεκριμένου μέρους της ενέργειας E i - E 0. Ένα διεγερμένο άτομο πηγαίνει σε μια λιγότερο διεγερμένη ή θεμελιώδη κατάσταση, συνήθως εκπέμποντας ένα φωτόνιο. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια του φωτονίου hv είναι ίση με τη διαφορά των ενεργειών του ατόμου σε δύο καταστάσεις: hv = E i - E k όπου h είναι η σταθερά του Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v είναι η συχνότητα του φωτός.
Εκτός από τα ατομικά φάσματα, η κβαντική θεωρία κατέστησε δυνατή την εξήγηση και άλλων ιδιοτήτων των ατόμων. Ειδικότερα, το σθένος, η φύση χημικός δεσμόςκαι τη δομή των μορίων, δημιουργήθηκε η θεωρία του περιοδικού συστήματος των στοιχείων.