بار هسته ای به چه معناست؟ ساختار هسته اتم: پروتون و نوترون. اطلاعات کلی در مورد بار هسته اتم

شارژ اصلی

قانون موزلیبار الکتریکی هسته توسط پروتون هایی که ترکیب آن را تشکیل می دهند تشکیل می شود. تعداد پروتون ها زآنها آن را بار می نامند، به این معنی که قدر مطلق بار هسته ای برابر است Ze.بار هسته ای با شماره سریال منطبق است زعنصر در جدول تناوبی عناصر مندلیف بارهای هسته اتم برای اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی موزلی در سال 1913 تعیین شد. با اندازه گیری طول موج با استفاده از کریستال λ موزلی یک تغییر منظم در طول موج را کشف کرد λ برای عناصر پشت سر هم در جدول تناوبی (شکل 2.1). موزلی این مشاهده را وابستگی تفسیر کرد λ از مقداری ثابت اتمی ز، از یک عنصر به عنصر دیگر و برابر با یک برای هیدروژن متفاوت است:

کجا و ثابت هستند. از آزمایشات روی پراکندگی کوانتوم های پرتو ایکس توسط الکترون های اتمی و α - ذرات توسط هسته اتمی، قبلاً مشخص بود که بار هسته تقریباً برابر با نیمی از جرم اتمی است و بنابراین به عدد اتمی عنصر نزدیک است. از آنجایی که انتشار تشعشعات پرتو ایکس مشخصه نتیجه فرآیندهای الکتریکی در اتم است، موزلی به این نتیجه رسید که ثابت اتمی در آزمایشات او یافت شده است، که طول موج تابش پرتو ایکس مشخصه را تعیین می کند و با عدد اتمی عنصر منطبق است. فقط می تواند بار هسته اتم باشد (قانون موزلی).

برنج. 2.1. طیف اشعه ایکس اتم های عناصر همسایه به دست آمده توسط موزلی

اندازه گیری طول موج های پرتو ایکس با دقت زیادی انجام می شود، به طوری که بر اساس قانون موزلی، تعلق اتم به یک عنصر شیمیایی کاملاً قابل اطمینان است. در عین حال، این واقعیت که ثابت زدر آخرین معادله بار هسته وجود دارد، اگرچه با آزمایشات غیرمستقیم اثبات شده است، اما در نهایت بر یک فرض استوار است - قانون موزلی. بنابراین، پس از کشف موزلی، بارهای هسته ای بارها در آزمایش های پراکندگی اندازه گیری شد α - ذرات بر اساس قانون کولن در سال 1920، چادویگ تکنیک اندازه گیری نسبت پراکندگی را بهبود بخشید α ذرات و بارهای هسته اتم های مس، نقره و پلاتین را دریافت کرد (جدول 2.1 را ببینید). داده های چادویگ هیچ شکی در مورد اعتبار قانون موزلی باقی نمی گذارد. علاوه بر این عناصر، آزمایش‌ها بار هسته‌های منیزیم، آلومینیوم، آرگون و طلا را نیز تعیین کردند.

جدول 2.1. نتایج آزمایشات چادویک

تعاریفپس از کشف موزلی، مشخص شد که مشخصه اصلی یک اتم، بار هسته است و نه جرم اتمی آن، همانطور که شیمیدانان قرن نوزدهم فرض می‌کردند، زیرا بار هسته تعداد الکترون‌های اتمی را تعیین می‌کند و بنابراین خواص شیمیایی اتم ها دلیل تفاوت بین اتم های عناصر شیمیایی دقیقاً این است که هسته آنها دارای تعداد متفاوتی از پروتون در ترکیب خود است. برعکس، تعداد متفاوت نوترون در هسته اتم ها با تعداد پروتون یکسان، به هیچ وجه خواص شیمیایی اتم ها را تغییر نمی دهد. اتم هایی که فقط در تعداد نوترون های هسته شان با هم تفاوت دارند نامیده می شوند ایزوتوپ هاعنصر شیمیایی.

اتم کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. یک اتم از یک هسته تشکیل شده است که دارای بار الکتریکی مثبت و الکترون هایی با بار منفی است. بار هسته هر عنصر شیمیایی برابر است با حاصل ضرب Z و e که Z شماره سریال این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی است، e مقدار بار الکتریکی اولیه است.

الکترونکوچکترین ذره یک ماده با بار الکتریکی منفی e=1.6·10 -19 کولن است که به عنوان بار الکتریکی اولیه در نظر گرفته می شود. الکترون‌هایی که به دور هسته می‌چرخند، در لایه‌های الکترونی K، L، M و غیره قرار دارند. K نزدیک‌ترین پوسته به هسته است. اندازه یک اتم با اندازه پوسته الکترونی آن تعیین می شود. یک اتم می تواند الکترون ها را از دست بدهد و به یون مثبت تبدیل شود یا الکترون به دست آورد و تبدیل به یون منفی شود. بار یک یون تعداد الکترون های از دست رفته یا به دست آمده را تعیین می کند. فرآیند تبدیل اتم خنثی به یون باردار را یونیزاسیون می نامند.

هسته اتمی(بخش مرکزی اتم) از ذرات هسته ای بنیادی - پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. شعاع هسته تقریباً صد هزار بار کوچکتر از شعاع اتم است. چگالی هسته اتم بسیار زیاد است. پروتون ها- اینها ذرات بنیادی پایدار با یک بار الکتریکی مثبت و جرمی 1836 برابر بیشتر از جرم یک الکترون هستند. پروتون هسته اتم سبک ترین عنصر یعنی هیدروژن است. تعداد پروتون های هسته Z است. نوترونیک ذره بنیادی خنثی (بدون بار الکتریکی) با جرم بسیار نزدیک به جرم یک پروتون است. از آنجایی که جرم هسته از جرم پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است، تعداد نوترون ها در هسته یک اتم برابر با A - Z است که در آن A تعداد جرمی یک ایزوتوپ معین است (نگاه کنید به). پروتون و نوترون تشکیل دهنده هسته را نوکلئون می نامند. در هسته، نوکلئون ها توسط نیروهای هسته ای ویژه به هم متصل می شوند.

هسته اتم دارای ذخیره عظیمی از انرژی است که در طی واکنش های هسته ای آزاد می شود. واکنش‌های هسته‌ای زمانی رخ می‌دهند که هسته‌های اتمی با ذرات بنیادی یا با هسته‌های عناصر دیگر برهمکنش می‌کنند. در نتیجه واکنش های هسته ای، هسته های جدیدی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، یک نوترون می تواند به یک پروتون تبدیل شود. در این حالت، یک ذره بتا، یعنی یک الکترون، از هسته خارج می شود.

انتقال یک پروتون به یک نوترون در هسته می تواند به دو صورت انجام شود: یا ذره ای با جرمی برابر با جرم الکترون، اما با بار مثبت که پوزیترون (واپاشی پوزیترون) نامیده می شود، از آن ساطع می شود. هسته، یا هسته یکی از الکترون‌ها را از پوسته K نزدیک‌ترین به خود می‌گیرد (K-capture).

گاهی اوقات هسته به دست آمده دارای انرژی اضافی است (در حالت برانگیخته است) و با بازگشت به حالت عادی انرژی اضافی را به صورت تابش الکترومغناطیسی با طول موج بسیار کوتاه آزاد می کند - . انرژی آزاد شده در طی واکنش های هسته ای عملاً در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

اتم (به یونانی atomos - غیر قابل تقسیم) کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی است که خواص شیمیایی خود را دارد. هر عنصر از نوع خاصی از اتم ساخته شده است. اتم از یک هسته تشکیل شده است که حامل بار الکتریکی مثبت است و الکترون هایی با بار منفی (نگاه کنید به) که لایه های الکترونی آن را تشکیل می دهند. بزرگی بار الکتریکی هسته برابر با Z-e است، که e بار الکتریکی اولیه برابر با بار الکترون (4.8·10-10 واحد الکتریکی)، و Z عدد اتمی این عنصر در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی (نگاه کنید به .). از آنجایی که یک اتم غیریونیزه خنثی است، تعداد الکترون های موجود در آن نیز برابر با Z است. ترکیب هسته (به هسته اتمی مراجعه کنید) شامل نوکلئون ها، ذرات بنیادی با جرم تقریباً 1840 برابر بیشتر از جرم الکترون است. (برابر با 9.1 10 - 28 گرم)، پروتون ها (نگاه کنید به)، دارای بار مثبت، و نوترون های بدون بار (نگاه کنید به). تعداد نوکلئون‌های هسته را عدد جرمی می‌گویند و با حرف A مشخص می‌شود. تعداد پروتون‌های هسته برابر با Z، تعداد الکترون‌های وارد شده به اتم، ساختار لایه‌های الکترونی و مواد شیمیایی را تعیین می‌کند. خواص اتم تعداد نوترون های هسته A-Z است. ایزوتوپ‌ها انواعی از یک عنصر هستند که اتم‌های آن‌ها از نظر عدد جرمی با یکدیگر تفاوت دارند، اما Z یکسان دارند. بنابراین، در هسته‌های اتم‌های ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر، تعداد نوترون‌های متفاوتی با یک عنصر وجود دارد. تعداد پروتون ها هنگام نشان دادن ایزوتوپ ها، عدد جرمی A بالای نماد عنصر و عدد اتمی در زیر نوشته می شود. به عنوان مثال، ایزوتوپ های اکسیژن مشخص می شوند:

ابعاد یک اتم با ابعاد لایه های الکترونی تعیین می شود و برای تمام Z مقداری از مرتبه 8-10 سانتی متر است زیرا جرم همه الکترون های یک اتم چندین هزار بار کمتر از جرم هسته است ، جرم اتم با عدد جرمی متناسب است. جرم نسبی یک اتم ایزوتوپ معین نسبت به جرم اتم ایزوتوپ کربن C12 که 12 واحد در نظر گرفته می شود، تعیین می شود و جرم ایزوتوپی نامیده می شود. معلوم می شود که به عدد جرمی ایزوتوپ مربوطه نزدیک است. وزن نسبی یک اتم یک عنصر شیمیایی میانگین (با در نظر گرفتن فراوانی نسبی ایزوتوپ های یک عنصر معین) مقدار وزن ایزوتوپی است و وزن اتمی (جرم) نامیده می شود.

اتم یک سیستم میکروسکوپی است و ساختار و ویژگی‌های آن را فقط می‌توان با استفاده از نظریه کوانتومی که عمدتاً در دهه 20 قرن بیستم ایجاد شد و برای توصیف پدیده‌هایی در مقیاس اتمی ایجاد شد، توضیح داد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که ریزذرات - الکترون‌ها، پروتون‌ها، اتم‌ها و غیره - علاوه بر ذرات جسمی، دارای خواص موجی هستند که در پراش و تداخل آشکار می‌شوند. در تئوری کوانتومی، برای توصیف وضعیت ریز اشیاء، از یک میدان موج خاصی استفاده می‌شود که با یک تابع موج مشخص می‌شود (تابع-Ψ). این تابع احتمالات حالت های ممکن یک میکرو شی را تعیین می کند، به عنوان مثال، احتمالات بالقوه برای تجلی برخی از ویژگی های آن را مشخص می کند. قانون تغییر تابع Ψ در فضا و زمان (معادله شرودینگر) که به فرد امکان می دهد این تابع را پیدا کند، همان نقشی را در نظریه کوانتومی ایفا می کند که قوانین حرکت نیوتن در مکانیک کلاسیک. حل معادله شرودینگر در بسیاری از موارد منجر به حالت های احتمالی گسسته سیستم می شود. بنابراین، به عنوان مثال، در مورد یک اتم، یک سری توابع موج برای الکترون ها مربوط به مقادیر مختلف انرژی (کوانتیزه) به دست می آید. سیستم سطوح انرژی اتمی که با روش‌های تئوری کوانتومی محاسبه می‌شود، تأیید درخشانی در طیف‌سنجی دریافت کرده است. انتقال یک اتم از حالت پایه مربوط به پایین ترین سطح انرژی E 0 به هر یک از حالت های برانگیخته E i با جذب بخش خاصی از انرژی Ei - E 0 رخ می دهد. یک اتم برانگیخته معمولاً با گسیل یک فوتون به حالت کمتر برانگیخته یا پایه می رود. در این حالت، انرژی فوتون hv برابر است با اختلاف انرژی های اتم در دو حالت: hv = E i - E k که در آن h ثابت پلانک است (6.62·10 -27 erg·sec)، v فرکانس است. از نور

علاوه بر طیف اتمی، نظریه کوانتومی امکان توضیح سایر خواص اتم ها را نیز فراهم کرد. به طور خاص، ظرفیت، ماهیت پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول ها توضیح داده شد و تئوری جدول تناوبی عناصر ایجاد شد.

از مدل سیاره ای ساختار اتم ها می دانیم که اتم یک هسته و ابری از الکترون است که به دور آن می چرخد. علاوه بر این، فاصله بین الکترون ها و هسته ده ها و صدها هزار بار بیشتر از اندازه خود هسته است.

خود هسته چیست؟ آیا این یک توپ کوچک جامد غیرقابل تقسیم است یا از ذرات کوچکتری تشکیل شده است؟ حتی یک میکروسکوپ موجود در جهان نمی تواند به وضوح آنچه را که در این سطح اتفاق می افتد به ما نشان دهد. همه چیز آنجا خیلی کوچک است. بعد باید چیکار کنیم؟ آیا حتی امکان مطالعه فیزیک هسته اتم وجود دارد؟ چگونه می توان از ترکیب و ویژگی های هسته اتم در صورت عدم امکان مطالعه آن مطلع شد؟

بار هسته اتم

از طریق طیف گسترده ای از آزمایشات غیر مستقیم، بیان فرضیه ها و آزمایش آنها در عمل، از طریق آزمون و خطا، دانشمندان توانستند ساختار هسته اتم را مطالعه کنند. معلوم شد که هسته از ذرات حتی کوچکتر تشکیل شده است. اندازه هسته، بار آن و خواص شیمیایی ماده به تعداد این ذرات بستگی دارد. علاوه بر این، این ذرات دارای بار مثبت هستند که بار منفی الکترون های اتم را جبران می کند. به این ذرات پروتون می گفتند. تعداد آنها در حالت عادی همیشه با تعداد الکترون ها برابر است. این سوال در مورد چگونگی تعیین بار هسته ای دیگر مطرح نشد.بار هسته یک اتم در حالت خنثی همیشه برابر با تعداد الکترون هایی است که به دور آن می چرخند و بر خلاف بار الکترون ها است. و فیزیکدانان قبلاً یاد گرفته اند که تعداد و بار الکترون ها را تعیین کنند.

ساختار هسته اتم: پروتون و نوترون

با این حال، در روند تحقیقات بیشتر، یک مشکل جدید بوجود آمد. معلوم شد که پروتون ها که بار یکسانی دارند، در برخی موارد دو بار از نظر جرم متفاوت هستند. این موضوع سوالات و تناقضات زیادی را ایجاد کرد. در پایان، می توان مشخص کرد که ترکیب هسته اتم، علاوه بر پروتون ها، شامل ذرات خاصی نیز می شود که جرم آنها تقریباً برابر با پروتون است، اما هیچ باری ندارند. به این ذرات نوترون می گفتند. تشخیص نوترون ها تمام اختلافات در محاسبات را برطرف کرد. در نتیجه پروتون ها و نوترون ها به عنوان عناصر تشکیل دهنده هسته، نوکلئون نامیده شدند. محاسبه هر مقدار مربوط به ویژگی های هسته بسیار ساده تر شده است. نوترون‌ها در تشکیل بار هسته‌ای شرکت نمی‌کنند، بنابراین تأثیر آنها بر خواص شیمیایی ماده عملاً آشکار نمی‌شود، با این حال، نوترون‌ها در تشکیل جرم هسته‌ها شرکت می‌کنند و بر این اساس، بر خواص گرانشی آن تأثیر می‌گذارند. هسته اتم بنابراین، مقداری اثر غیرمستقیم نوترون ها بر خواص ماده وجود دارد، اما بسیار ناچیز است.

رادرفورد با مطالعه عبور یک ذره آلفا از ورق طلای نازک (به بخش 6.2 مراجعه کنید)، به این نتیجه رسید که اتم از یک هسته با بار مثبت سنگین و الکترون هایی تشکیل شده است که آن را احاطه کرده اند.

هسته قسمت مرکزی اتم نامیده می شود,که تقریباً کل جرم اتم و بار مثبت آن در آن متمرکز است.

که در ترکیب هسته اتم شامل ذرات بنیادی است : پروتون ها و نوترون ها (نوکلئون ها از کلمه لاتین هسته- هسته). چنین مدل پروتون-نوترونی از هسته توسط فیزیکدان شوروی در سال 1932 D.D. ایواننکو پروتون دارای بار مثبت e + = 1.06 10-19 C و جرم سکون است m p= 1.673·10 –27 کیلوگرم = 1836 m e. نوترون ( n) – ذره خنثی با جرم سکون m n= 1.675 10-27 کیلوگرم = 1839 m e(جرم الکترون کجاست m eبرابر با 0.91·10 –31 کیلوگرم). در شکل شکل 9.1 ساختار اتم هلیوم را بر اساس ایده های اواخر قرن 20 - اوایل قرن 21 نشان می دهد.

شارژ اصلی برابر است Ze، جایی که ه- بار پروتون، ز– شماره شارژ، برابر شماره سریالعنصر شیمیایی در جدول تناوبی عناصر مندلیف، یعنی. تعداد پروتون ها در هسته تعداد نوترون های هسته نشان داده می شود ن. معمولا ز > ن.

هسته های در حال حاضر شناخته شده با ز= 1 به ز = 107 – 118.

تعداد نوکلئون ها در هسته آ = ز + نتماس گرفت عدد جرمی . هسته ها با همین ز، اما متفاوت آنامیده می شوند ایزوتوپ ها. هسته هایی که با همان آمتفاوت داشته باشند ز، نامیده می شوند ایزوبارها.

هسته با همان نماد اتم خنثی نشان داده می شود، جایی که ایکس- نماد یک عنصر شیمیایی به عنوان مثال: هیدروژن ز= 1 دارای سه ایزوتوپ است: - پروتیوم ( ز = 1, ن= 0)، - دوتریوم ( ز = 1, ن= 1)، - تریتیوم ( ز = 1, ن= 2)، قلع دارای 10 ایزوتوپ و غیره است. در اکثریت قریب به اتفاق، ایزوتوپ های یک عنصر شیمیایی دارای خواص شیمیایی و فیزیکی مشابهی هستند. در مجموع حدود 300 ایزوتوپ پایدار و بیش از 2000 ایزوتوپ طبیعی و مصنوعی به دست آمده شناخته شده است. ایزوتوپ های رادیواکتیو.

اندازه هسته با شعاع هسته مشخص می شود که به دلیل محو شدن مرز هسته معنای متعارفی دارد. حتی ای. رادرفورد، با تجزیه و تحلیل آزمایشات خود، نشان داد که اندازه هسته تقریباً 10-15 متر است (اندازه یک اتم 10-10 متر است). یک فرمول تجربی برای محاسبه شعاع هسته وجود دارد:

جایی که آر 0 = (1.3 - 1.7) · 10 -15 متر این نشان می دهد که حجم هسته با تعداد نوکلئون ها متناسب است.

چگالی ماده هسته ای از مرتبه قدر 10 17 کیلوگرم بر متر مکعب است و برای همه هسته ها ثابت است. به طور قابل توجهی از چگالی متراکم ترین مواد معمولی فراتر می رود.

پروتون ها و نوترون ها هستند فرمیون ها، زیرا چرخش دارند ħ /2.

هسته یک اتم دارد تکانه زاویه ای ذاتی – چرخش هسته ای :

,

(9.1.2)

جایی که من – درونی؛ داخلی(کامل)عدد کوانتومی اسپین

عدد منمقادیر صحیح یا نیمه صحیح 0، 1/2، 1، 3/2، 2 و غیره را می پذیرد. هسته ها با زوج آدارند چرخش عدد صحیح(در واحد ħ ) و از آمار اطاعت کنید بوز–انیشتین(بوزون ها). هسته ها با فرد آدارند چرخش نیم عدد صحیح(در واحد ħ ) و از آمار اطاعت کنید فرمی–دیراک(آنها هسته ها - فرمیون ها).

ذرات هسته ای گشتاورهای مغناطیسی خاص خود را دارند که گشتاور مغناطیسی هسته را در کل تعیین می کند. واحد اندازه گیری گشتاورهای مغناطیسی هسته ها است مگنتون هسته ای μ سم:

اینجا ه- مقدار مطلق بار الکترون، m p- جرم پروتون

مگنتون هسته ای در m p/m e= 1836.5 برابر کمتر از مگنتون بور، نتیجه آن است خواص مغناطیسی یک اتم توسط خواص مغناطیسی الکترون های آن تعیین می شود .

بین چرخش یک هسته و گشتاور مغناطیسی آن رابطه وجود دارد:

جایی که γ سم – نسبت ژیرو مغناطیسی هسته ای.

نوترون دارای گشتاور مغناطیسی منفی μ است n≈ – 1.913μ سم چون جهت چرخش نوترون و گشتاور مغناطیسی آن مخالف است. گشتاور مغناطیسی پروتون مثبت و برابر با μ است آر≈ 2.793μ سم. جهت آن با جهت اسپین پروتون منطبق است.

توزیع بار الکتریکی پروتون ها بر روی هسته به طور کلی نامتقارن است. اندازه گیری انحراف این توزیع از متقارن کروی است گشتاور الکتریکی چهار قطبی هسته س. اگر چگالی بار در همه جا یکسان فرض شود، پس سفقط با شکل هسته تعیین می شود. بنابراین، برای یک انقلاب بیضی

,

(9.1.5)

جایی که ب- نیمه محور بیضی در امتداد جهت چرخش، آ- نیم محور در جهت عمود. برای یک هسته دراز در امتداد جهت چرخش، ب > آو س> 0. برای یک هسته مسطح در این جهت، ب < آو س < 0. Для сферического распределения заряда в ядре ب = آو س= 0. این برای هسته هایی با اسپین برابر 0 یا صدق می کند ħ /2.

برای مشاهده دموها، روی لینک مربوطه کلیک کنید:

بار هسته ای () مکان یک عنصر شیمیایی را در جدول D.I تعیین می کند. مندلیف. عدد Z تعداد پروتون های موجود در هسته است. Cl بار یک پروتون است که از نظر قدر با بار یک الکترون برابر است.

اجازه دهید یک بار دیگر تأکید کنیم که بار هسته تعیین کننده تعداد بارهای اولیه مثبت است که حامل آنها پروتون هستند. و از آنجایی که اتم یک سیستم به طور کلی خنثی است، بار هسته نیز تعداد الکترون های اتم را تعیین می کند. و ما به یاد داریم که یک الکترون دارای بار اولیه منفی است. الکترون‌ها در یک اتم بسته به تعدادشان بین پوسته‌های انرژی و زیر پوسته‌ها توزیع می‌شوند، بنابراین، بار هسته تأثیر قابل‌توجهی بر توزیع الکترون‌ها بین حالات آنها دارد. خواص شیمیایی یک اتم به تعداد الکترون ها در آخرین سطح انرژی بستگی دارد. معلوم می شود که بار هسته تعیین کننده خواص شیمیایی ماده است.

در حال حاضر، مرسوم است که عناصر شیمیایی مختلف را به شرح زیر تعیین می کنند: که در آن X نماد یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است که مربوط به بار است.

عناصری که دارای Z یکسان، اما جرم اتمی متفاوت (A) هستند (این بدان معناست که هسته دارای تعداد پروتون یکسان، اما تعداد نوترون متفاوت است) ایزوتوپ نامیده می شود. بنابراین، هیدروژن دارای دو ایزوتوپ است: 1 1 H-هیدروژن. 2 1 H-دوتریوم; 3 1 H-تریتیوم

ایزوتوپ های پایدار و ناپایدار وجود دارد.

هسته هایی با جرم یکسان اما بارهای متفاوت ایزوبار نامیده می شوند. ایزوبارها عمدتاً در میان هسته های سنگین و به صورت جفت یا سه تایی یافت می شوند. به عنوان مثال، و.

موزلی اولین کسی بود که به طور غیرمستقیم بار هسته ای را در سال 1913 اندازه گیری کرد. او رابطه ای بین فرکانس تابش پرتو ایکس مشخصه () و بار هسته ای (Z) برقرار کرد:

که در آن C و B برای سری تابش در نظر گرفته شده ثابت مستقل از عنصر هستند.

بار هسته ای به طور مستقیم توسط چادویک در سال 1920 هنگام مطالعه پراکندگی هسته های اتم هلیوم بر روی لایه های فلزی تعیین شد.

ترکیب هسته

هسته اتم هیدروژن پروتون نامیده می شود. جرم پروتون برابر است با:

هسته از پروتون و نوترون (با هم نوکلئون نامیده می شود) تشکیل شده است. نوترون در سال 1932 کشف شد. جرم نوترون بسیار نزدیک به جرم پروتون است. یک نوترون بار الکتریکی ندارد.

به مجموع تعداد پروتون ها (Z) و تعداد نوترون ها (N) در هسته، عدد جرمی A می گویند:

از آنجایی که جرم نوترون و پروتون بسیار نزدیک است، هر یک از آنها تقریباً برابر با یک واحد جرم اتمی است. جرم الکترون‌ها در یک اتم بسیار کمتر از جرم هسته است، بنابراین اعتقاد بر این است که اگر به نزدیک‌ترین عدد کامل گرد شود، عدد جرمی هسته تقریباً برابر با جرم اتمی نسبی عنصر است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2