ATOMOVÉ JÁDRO

<<< Úvodní stránka    *    *    *   2. KAPITOLA  *    *    *     Obsah >>>

Prvním experimentem, který přinesl poznatky o vnitřní struktuře atomu, byl proslulý pokus E. Rutherforda z roku 1911. Tenká zlatá fólie byla ostřelována rychle letícími kladnými částicemi. Většina částic prolétla prakticky beze změny směru, ale některé se od původního směru více nebo méně odchýlily. Nepatrný počet částic se dokonce vracel zpět. Z toho Rutherford usoudil, že v atomu musíme rozlišovat mezi dvěma částmi. Téměř celá hmota atomu je soustředěna ve velmi malé oblasti s kladným nábojem (jádro), oblast kolem jádra má záporný náboj a zanedbatelnou hmotnost (elektronový obal). Většina objemu atomu je "prázdná", podobně jako je prázdná většina meziplanetárního prostoru.
zajímavost

Rozměry atomu jsou nepatrné, přibližně 10-10 m, tedy jedna desetimilióntina milimetru. Jádro atomu je však ještě mnohem menší - jeho "průměr" je ještě asi stotisíckrát menší, kolem 10-15 m. Pro představu: kdybychom zvětšili atom tak, aby jeho průměr byl 100 metrů, atomové jádro by představovalo drobounkou kuličku velikosti zrnka máku.

JádroJádra atomů jsou složena ze dvou druhů elementárních částic, protonů a neutronů. Společně tyto částice nazýváme nukleony. Nejjednodušším atomem je atom vodíku, jehož jádro je tvořeno protonem a kolem jádra obíhá jediný elektron. Složitější atomy mají v jádře větší počet protonů a neutronů, počet obíhajících elektronů se rovná počtu protonů v jádře. Složení jádra atomu můžeme popsat třemi čísly: protonovým Z, neutronovým N a nukleonovým A. K zápisu chemické značky určitého prvku X se používají:

  • protonové (atomové) číslo Z - je rovno počtu protonů v jádře, udává také počet elektronů obíhajících kolem jádra
  • nukleonové (hmotnostní) číslo A - je rovno počtu nukleonů v jádře, tj. A = Z + N
V roce 1967 fyzikové zjistili, že protony a neutrony se při srážkách s elektrony chovají jako skupina menších částic. Existenci těchto částic, které se zatím nepodařilo izolovat, předpověděl R. Feynman a Murray Gell-Mann je nazval KVARKY. Označení "kvark" převzal z románu Jamese Joyce "Smuteční hostina na počest Finnegana", kde se toto nesrozumitelné slovo objevilo v jediné (!) větě. Dosud je známo šest kvarků, které dostaly jména up (u), down (d), strange (s), charm (c), top (t) a bottom (b). V češtině mají kvarky jména horní (u), dolní (d), podivný (s), půvabný (c), vrcholný (t) a spodní (b). Kvarkům se přiřazuje "vůně" a "barva" - jsou to však jen abstraktní názvy, které nemají nic společného se skutečnou vůní a barvou.
KvarkyNejlehčí kvarky up (u) a down (d) jsou stavebními kameny nukleonů. Kvarky se nikdy nevyskytují jednotlivě, ale vždy ve trojicích. Proton tvořen dvěma kvarky typu u, které mají náboj +2/3e a jedním kvarkem typu d s nábojem -1/3e, takže výsledný náboj protonu je +e. Neutron je tvořen jedním kvarkem u a dvěma kvarky d, proto je jeho výsledný náboj nulový.

Poznámka:
V chemických značkách se protonové a nukleonové číslo obvykle zapisuje vlevo od značky prvku X. V našem textu budeme z technických důvodů zapisovat nukleonové číslo A vpravo nahoře a protonové číslo Z vlevo dole: ZXA
Příklad:
Z chemické značky atomu železa 26Fe56 zjistíme, že v jeho jádře je 26 protonů (a v obalu 26 elektronů), součet počtu protonů a neutronů je 56, v jádře je tedy 30 neutronů.

Chemicky je prvek určen protonovým číslem Z, které udává pořadí prvku v Mendělejevově periodické tabulce prvků. Všechny atomy téhož prvku mají stejné chemické vlastnosti. Atomy téhož prvku se však mohou lišit počtem neutronů v jádře. Takto odlišné atomy se nazývají izotopy, které mají sice stejné chemické vlastnosti, ale mohou se velmi výrazně lišit svými fyzikálními vlastnostmi. Mají například různou hmotnost, některé izotopy mohou být stabilní a jiné radioaktivní apod. Jednotlivé izotopy téhož prvku se dají rozlišit nebo oddělit jen fyzikálními metodami, například působením elektrického nebo magnetického pole v hmotnostním spektrografu.

Příklad:
Vodík (Z = 1) má tři izotopy: vodík 1H1 ("lehký"), deuterium 1H2 ("těžký") a tritium 1H3 ("supertěžký"). Všechny mají v jádře jeden proton, liší se počtem neutronů. V přírodě se vyskytují prakticky pouze izotopy "lehkého" vodíku 1H1, zbývající dva izotopy představují jen asi 0,02 %.
Izotopy vodíku
Základní pojmy
  • chemický prvek - látka, jejíž atomy mají v jádře stejný počet Z protonů. Atomy prvku se přitom mohou lišit počtem A nukleonů v jádře - prvek je směs izotopů
           6C12 6C12 6C14 6C11 6C13 6C12 6C12 6C14 6C11 6C12
  • nuklid - látka, jejíž atomy mají jádra se shodným složením, všechna tedy mají stejné protonové číslo Z a stejné nukleonové číslo A - nuklid je tvořen jediným izotopem
           6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12
  • izotopy - různé nuklidy téhož prvku, mají stejné protonové číslo Z, ale liší se nukleonovými čísly A1 a A2
           6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12 6C12        6C14 6C14 6C14 6C14 6C14 6C14 6C14
  • atomová hmotnostní konstanta mu - 1/12 hmotnosti izotopu 6C12 (mu = 1,66.10-27 kg)
  • relativní atomová hmotnost Ar - bezrozměrné číslo, které udává, kolikrát je hmotnost atomu větší než 1/12 hmotnosti izotopu 6C12
  • skutečná hmotnost atomu m - v kilogramech, určíme ji ze vztahu m = Ar.mu
 zajímavost

<<< Úvodní stránka    *    *    *   2. KAPITOLA  *    *    *     Obsah >>>