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 ενός στοιχείου με τον αριθμό των ατόμων σε 1 mole (N A \u003d 6,02 10 23 mol -1). Η μάζα των ατόμων κυμαίνεται μεταξύ 10 -27 ~ 10 -25 kg. Η μάζα των ατόμων συνήθως εκφράζεται σε όρους ατομικές μονάδεςμάζες (π.μ.). Για π.μ. Υιοθετείται 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 πυρήνες των ατόμων όλων των στοιχείων (με εξαίρεση το υδρογόνο) αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια.
2. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει την τιμή του θετικού φορτίου του (Ζ). Ζ- σειριακός αριθμός χημικό στοιχείοστο περιοδικό σύστημα 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. στρογγυλεμένο στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό, την ατομική του μάζα Α.
πυρήνες με το ίδιο Ζ, αλλά διαφορετικό ΕΝΑπου ονομάζεται ισότοπα. Πυρήνες, οι οποίοι, ταυτόχρονα ΕΝΑέχουν διαφορετικά Ζ, λέγονται ισοβαρείς. Συνολικά, είναι γνωστά περίπου 300 σταθερά ισότοπα χημικών στοιχείων και περισσότερα από 2.000 φυσικά και τεχνητά ισότοπα που λαμβάνονται. 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 ουσίας είναι της τάξης των 10 17 kg/m 3 και είναι σταθερή για όλους τους πυρήνες. Υπερβαίνει κατά πολύ την πυκνότητα των πιο πυκνών συνηθισμένων ουσιών.
Η θεωρία πρωτονίων-νετρονίων κατέστησε δυνατή την επίλυση των αντιφάσεων που προέκυψαν νωρίτερα στις ιδέες σχετικά με τη σύνθεση των ατομικών πυρήνων και τη σύνδεσή της με τον αύξοντα αριθμό και την ατομική μάζα.
Ενέργεια δέσμευσης πυρήνακαθορίζεται από την ποσότητα της εργασίας που πρέπει να γίνει για να χωριστεί ο πυρήνας στα νουκλεόνια που τον αποτελούν χωρίς να μεταδίδεται κινητική ενέργεια σε αυτά. Από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας προκύπτει ότι η ίδια ενέργεια πρέπει να απελευθερωθεί κατά το σχηματισμό ενός πυρήνα, η οποία πρέπει να δαπανηθεί για τη διάσπαση του πυρήνα στα νουκλεόνια που τον αποτελούν. Η πυρηνική ενέργεια δέσμευσης 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 Wсв είναι η τιμή της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τον σχηματισμό του 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 ατομική μονάδα ενέργειας(a.u.e.): a.u.e.=931,5016 MeV.
Η ειδική ενέργεια δέσμευσης του πυρήνα wΗ ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο ονομάζεται: w sv= 
. αξία wΤο cw είναι κατά μέσο όρο 8 MeV/νουκλεόνιο. Καθώς ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα αυξάνεται, η ενέργεια ειδικής δέσμευσης μειώνεται.
Το 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 μ. Το μήκος (1,5-2,2) 10-15 ονομάζεται εύρος πυρηνικών δυνάμεων.
3. Οι πυρηνικές δυνάμεις ανακαλύπτουν 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 φαίνεται από τη σύγκριση των ενεργειών δέσμευσης πυρήνες καθρέφτη. Αυτό είναι το όνομα του πυρήνα, στον οποίο 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 την ιδιότητα του κορεσμού, η οποία εκδηλώνεται στο γεγονός ότι το νουκλεόνιο στον πυρήνα αλληλεπιδρά μόνο με έναν περιορισμένο αριθμό γειτονικών νουκλεονίων που βρίσκονται πιο κοντά του. Γι' αυτό 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.ραδιοενέργειαονομάζεται η μετατροπή ασταθών ισοτόπων ενός χημικού στοιχείου σε ισότοπα ενός άλλου στοιχείου, που συνοδεύεται από την 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. Συνήθως, όλα τα είδη ραδιενέργειας συνοδεύονται από την εκπομπή ακτινοβολίας γάμμα - σκληρά ηλεκτρικά κύματα μικρού μήκους κύματος. 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 παιδίο πυρήνας, κατά κανόνα, αποδεικνύεται διεγερμένος και η μετάβασή του στη βασική κατάσταση συνοδεύεται από την εκπομπή ενός φωτονίου g.
3. άλφα διάσπασηονομάζεται εκπομπή πυρήνων ορισμένων χημικών στοιχείων α - σωματίδια. Η διάσπαση άλφα είναι μια ιδιότητα βαρέων πυρήνων με μαζικούς αριθμούς ΕΝΑ>200 και βασικές χρεώσεις Ζ>82. Μέσα σε τέτοιους πυρήνες, σχηματίζονται ξεχωριστά σωματίδια α, που το καθένα αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, δηλ. σχηματίζεται ένα άτομο του στοιχείου που μετατοπίζεται στον πίνακα περιοδικό σύστημαστοιχεία 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 βήτα διάσπαση υποδηλώνει τρεις τύπους πυρηνικών μετασχηματισμών: ηλεκτρονικός(β-) και θετικόν ηλεκτρόνιο(β+) διασπάται, και επίσης ηλεκτρονική σύλληψη.
Η β-διάσπαση εμφανίζεται κυρίως σε συγκριτικά πλούσιους σε νετρόνια πυρήνες. Σε αυτή την περίπτωση, το νετρόνιο του πυρήνα διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο () με μηδενικό φορτίο και μάζα.
Κατά τη διάσπαση β, ο μαζικός αριθμός του ισοτόπου δεν αλλάζει, αφού 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 στα δεξιά του αρχικού στοιχείου και ο μαζικός αριθμός του δεν αλλάζει(Κανόνας Soddy-Faience):
Η β+-διάσπαση 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 του αρχικού στοιχείου και ο αριθμός μάζας 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, σαν να λέγαμε. Από εδώ προέρχεται ο όρος «ηλεκτρονική σύλληψη». Η ηλεκτρονική σύλληψη, σε αντίθεση με τη σύλληψη b±, συνοδεύεται από χαρακτηριστική εκπομπή ακτίνων Χ.
6. β - η αποσύνθεση εμφανίζεται σε φυσικά ραδιενεργούς, καθώς και σε τεχνητά ραδιενεργούς πυρήνες. Η β+-διάσπαση είναι χαρακτηριστική μόνο για το φαινόμενο της τεχνητής ραδιενέργειας.
7. g-ακτινοβολία: όταν διεγείρεται, ο πυρήνας ενός ατόμου εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μικρό μήκος κύματος και υψηλή συχνότητα, που έχει μεγαλύτερη ακαμψία και διεισδυτική ισχύ από ακτινογραφίες. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια του πυρήνα μειώνεται, ενώ ο μαζικός αριθμός και το φορτίο του πυρήνα παραμένουν αμετάβλητα. Επομένως, η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο δεν παρατηρείται και ο πυρήνας ενός ατόμου περνά σε μια λιγότερο διεγερμένη κατάσταση.
Κεφάλαιο πρώτο. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ
Έχει ήδη ειπωθεί παραπάνω ότι ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια που συνδέονται με πυρηνικές δυνάμεις. Αν μετρήσουμε τη μάζα του πυρήνα σε μονάδες ατομικής μάζας, τότε θα πρέπει να είναι κοντά στη μάζα του πρωτονίου πολλαπλασιαζόμενη με έναν ακέραιο που ονομάζεται μαζικός αριθμός. Εάν το φορτίο του πυρήνα και ο αριθμός μάζας, τότε αυτό σημαίνει ότι η σύνθεση του πυρήνα περιλαμβάνει πρωτόνια και νετρόνια. (Ο αριθμός των νετρονίων σε έναν πυρήνα συνήθως συμβολίζεται με
Αυτές οι ιδιότητες του πυρήνα αντικατοπτρίζονται στον συμβολικό συμβολισμό, ο οποίος θα χρησιμοποιηθεί αργότερα στη μορφή
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, 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: πρωτόνιο και νετρόνιο.
§ 1. ΚΥΡΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΝΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΝΕΤΡΟΝΙΟΥ
Βάρος.Σε μονάδες της μάζας του ηλεκτρονίου: η μάζα του πρωτονίου είναι η μάζα του νετρονίου.
Σε μονάδες ατομικής μάζας: μάζα νετρονίων μάζας πρωτονίων
Σε ενεργειακές μονάδες, η μάζα ηρεμίας του πρωτονίου είναι η μάζα ηρεμίας του νετρονίου
Ηλεκτρικό φορτίο. q είναι μια παράμετρος που χαρακτηρίζει την αλληλεπίδραση ενός σωματιδίου με ηλεκτρικό πεδίο, εκφράζεται σε μονάδες φορτίου ηλεκτρονίων όπου
Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια φέρουν ποσότητα ηλεκτρισμού ίση με 0 ή Το φορτίο του πρωτονίου Το φορτίο του 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 ως εκ τούτου στην αρχή Pauli.
μαγνητική ροπή.Αν αντικαταστήσουμε στον τύπο (10), ο οποίος καθορίζει τη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου αντί για τη μάζα του ηλεκτρονίου, τη μάζα του πρωτονίου, παίρνουμε
Η ποσότητα ονομάζεται πυρηνικό μαγνητόνιο. Θα μπορούσε να υποτεθεί κατ' αναλογία με το ηλεκτρόνιο ότι η μαγνητική ροπή σπιν του πρωτονίου είναι ίση. Ωστόσο, η εμπειρία έχει δείξει ότι η εγγενής μαγνητική ροπή 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 μαγνητικής ροπής στο νετρόνιο κ.ο.κ 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. Ταυτόχρονα, ένα θετικό φορτίο βρίσκεται στο κέντρο του νετρονίου και στην περιφέρεια υπάρχει ένα αρνητικό φορτίο ίσο με αυτό 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 μεγαλύτερη από τη μάζα ενός πρωτονίου κατά 0,14%, ή 2,5 μάζες ηλεκτρονίων,
Στην ελεύθερη κατάσταση, το νετρόνιο διασπάται σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο: Η μέση διάρκεια ζωής του είναι κοντά στα 17 λεπτά.
Το πρωτόνιο είναι ένα σταθερό σωματίδιο. Ωστόσο, μέσα στον πυρήνα, μπορεί να μετατραπεί σε νετρόνιο. ενώ η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με το σχήμα
Η διαφορά στις μάζες των σωματιδίων που στέκονται στα αριστερά και στα δεξιά αντισταθμίζεται από την ενέργεια που προσδίδεται στο πρωτόνιο από άλλα νουκλεόνια του πυρήνα.
Το πρωτόνιο και το νετρόνιο έχουν τα ίδια σπιν, σχεδόν τις ίδιες μάζες και μπορούν να μετασχηματιστούν το ένα στο άλλο. Θα φανεί αργότερα ότι οι πυρηνικές δυνάμεις που δρουν μεταξύ αυτών των σωματιδίων σε ζεύγη είναι επίσης οι ίδιες. Επομένως, ονομάζονται με το κοινό όνομα - νουκλεόνιο και λένε ότι το νουκλεόνιο μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις: πρωτόνιο και νετρόνιο, που διαφέρουν ως προς τη σχέση τους με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Τα νετρόνια και τα πρωτόνια αλληλεπιδρούν λόγω της ύπαρξης πυρηνικών δυνάμεων, οι οποίες είναι μη ηλεκτρικού χαρακτήρα. Οι πυρηνικές δυνάμεις οφείλουν την προέλευσή τους στην ανταλλαγή μεσονίων. Αν απεικονίσουμε την εξάρτηση της δυναμικής ενέργειας της αλληλεπίδρασης ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου χαμηλής ενέργειας από την απόσταση μεταξύ τους, τότε κατά προσέγγιση θα μοιάζει με ένα γράφημα που φαίνεται στο Σχ. 5α, δηλ. έχει το σχήμα δυναμικού φρέατος.
Ρύζι. Εικ. 5. Εξάρτηση της δυναμικής 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 διατηρεί όλο του Χημικές ιδιότητες. Ένα άτομο αποτελείται από θετικά φορτισμένο πυρήνα και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Το φορτίο του πυρήνα οποιουδήποτε χημικού στοιχείου είναι ίσο με το γινόμενο του Z κατά e, όπου Z είναι ο αύξων αριθμός αυτού του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα των χημικών στοιχείων, e είναι η τιμή του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου.
Ηλεκτρόνιο- αυτό είναι το μικρότερο σωματίδιο μιας ουσίας με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο e=1,6·10 -19 coulombs, 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.
ατομικό πυρήνα(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 που έχουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο μονάδας και μάζα 1836 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου. Το πρωτόνιο είναι ο πυρήνας 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 είναι το άθροισμα της μάζας των πρωτονίων και των νετρονίων, ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου είναι Α - Ζ, όπου Α είναι ο μαζικός αριθμός ενός δεδομένου ισοτόπου (βλ.). Το πρωτόνιο και το νετρόνιο που συνθέτουν τον πυρήνα ονομάζονται νουκλεόνια. Στον πυρήνα, τα νουκλεόνια δεσμεύονται από ειδικές πυρηνικές δυνάμεις.
Ο ατομικός πυρήνας έχει μια τεράστια αποθήκη ενέργειας, η οποία 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 στον πυρήνα ενός πρωτονίου σε ένα νετρόνιο μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους: είτε ένα σωματίδιο με μάζα ίση με τη μάζα ενός ηλεκτρονίου εκπέμπεται από τον πυρήνα, 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 σχηματιζόμενος πυρήνας έχει περίσσεια ενέργειας (βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση) και, περνώντας 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 ορισμένους τύπους ατόμων. Η δομή ενός ατόμου περιλαμβάνει τον πυρήνα που φέρει θετικό ηλεκτρικό φορτίο και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια (βλ.), που σχηματίζουν τα ηλεκτρονικά του κελύφη. Η τιμή του ηλεκτρικού φορτίου του πυρήνα είναι ίση με Z-e, όπου e είναι το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο, ίσο σε μέγεθος με το φορτίο του ηλεκτρονίου (4,8 10 -10 e.-st. μονάδες), και Z είναι ο ατομικός αριθμός αυτού του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα 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 ενός ηλεκτρόνιο (ίσο με 9,1 10 - 28 g), πρωτόνια (βλ.), θετικά φορτισμένα και αφόρτιστα νετρόνια (βλ.). Ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα ονομάζεται μαζικός αριθμός και συμβολίζεται 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. Ισότοπα ονομάζονται ποικιλίες του ίδιου στοιχείου, τα άτομα των οποίων διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τον αριθμό μάζας Α, αλλά έχουν το ίδιο Ζ. Έτσι, στους πυρήνες των ατόμων διαφόρων ισοτόπων ενός στοιχείου υπάρχει διαφορετικό αριθμόνετρόνια σε τον ίδιο αριθμόπρωτόνια. Κατά τον προσδιορισμό των ισοτόπων, ο αριθμός μάζας Α αναγράφεται στην κορυφή του συμβόλου του στοιχείου και ο ατομικός αριθμός στο κάτω μέρος. Για παράδειγμα, τα ισότοπα του οξυγόνου συμβολίζονται: 
Οι διαστάσεις ενός ατόμου καθορίζονται από τις διαστάσεις των φλοιών ηλεκτρονίων και για όλα τα Ζ είναι περίπου 10 -8 εκ. Δεδομένου ότι η μάζα όλων των ηλεκτρονίων του ατόμου είναι αρκετές χιλιάδες φορές μικρότερη από τη μάζα του πυρήνα, η μάζα του το άτομο είναι ανάλογο με τον μαζικό αριθμό. Η σχετική μάζα ενός ατόμου ενός δεδομένου ισοτόπου προσδιορίζεται σε σχέση με τη μάζα ενός ατόμου του ισοτόπου άνθρακα C 12, που λαμβάνεται ως 12 μονάδες, και ονομάζεται ισοτοπική μάζα. 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).
Το άτομο είναι μικροσκοπικό σύστημα, και η δομή και οι ιδιότητές του μπορούν να εξηγηθούν μόνο με τη βοήθεια της κβαντικής θεωρίας, που δημιουργήθηκε κυρίως στη δεκαετία του 20 του 20ου αιώνα και προορίζεται να περιγράψει φαινόμενα ατομικής κλίμακας. Πειράματα έδειξαν ότι τα μικροσωματίδια -ηλεκτρόνια, πρωτόνια, άτομα κ.λπ.- εκτός από τα σωματίδια, έχουν ιδιότητες κυμάτωνπου εκδηλώνεται σε περίθλαση και παρεμβολή. Στην κβαντική θεωρία, ένα συγκεκριμένο κυματικό πεδίο που χαρακτηρίζεται από μια κυματική συνάρτηση (Ψ-συνάρτηση) χρησιμοποιείται για να περιγράψει την κατάσταση των μικροαντικειμένων. Αυτή η συνάρτηση καθορίζει τις πιθανότητες πιθανών καταστάσεων ενός μικροαντικειμένου, δηλαδή χαρακτηρίζει τις πιθανές δυνατότητες εκδήλωσης μιας ή άλλης από τις ιδιότητές του. Ο νόμος της μεταβολής της συνάρτησης Ψ στο χώρο και το χρόνο (η εξίσωση Schrödinger), που καθιστά δυνατή την εύρεση αυτής της συνάρτησης, παίζει τον ίδιο ρόλο στην κβαντική θεωρία με τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα στην κλασική μηχανική. Η λύση 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 ενεργειακών επιπέδων του ατόμου, 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 όταν ένα ορισμένο μέρος της ενέργειας E i - E 0 απορροφάται. Ένα διεγερμένο άτομο περνά σε μια λιγότερο διεγερμένη ή θεμελιώδη κατάσταση, συνήθως με την εκπομπή ενός φωτονίου. Στην περίπτωση αυτή, η ενέργεια των φωτονίων hv είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ των ενεργειών ενός 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 έχει καταστήσει 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.