Самой малой системой элементарных частиц является атомное ядро, но не самая маленькая частица во Вселенной. Оно состоит из нуклонов (протонов и нейтронов), взаимосвязанных между собой мощной ядерной силой.
Нуклон — частица протон и нейтрон, которые образуют ядро атома.
Ядро атома имеет в диаметре всего лишь несколько ферми (1·10⁻¹⁵ метров), но плотность его огромна (1014 кг/см3). В зависимости от количества нуклонов различаются разные виды атомных ядер, т. е. нуклидов.
Ядро — это сердце атома. Поэтому его обозначают химическим символом атома (элемента).
Нуклон связан со своим нуклидом значительной энергией связи. Эту энергию связи передал нуклон, вступая в систему. Чем больше энергия связи нуклонов в нуклиде, тем стабильнее нуклид.
Нуклиды — совокупность атомов и ядер различных элементов с определенным значением нейтронов и протонов.
Таким образом, нуклоны и нуклиды хотя и имеют схожее написание, но имеют разное значение.
Ядра отличающиеся по числу нейтронов и протонов
Один и тот же элемент может иметь различные виды атомов или нуклиды (изотопы). Например, ядро хлора может иметь 18 или 20 нейтронов.
Каждый нуклид определяется двумя величинами: количеством протонов Z и количеством нейтронов N. Таким образом, количество нуклонов в нуклиде равно Z + N, оно обозначается символом А и называется массовое (нуклонное) число, ибо определяет массу нуклида.
В настоящее время известно более 1400 нуклидов или изотопов. Количество протонов в видах атома колеблется от 1 до 105. Количество нейтронов от 0 до 157.
Большинство нуклидов радиоактивно, т. е. со временем распадаются, постоянных насчитывается немногим больше 280. Множество их создано искусственно и они нестабильны и распадаются.
Специалисты пользуются так называемой картой нуклидов. Это сеть квадратиков, где на горизонтальной оси дано количество нейтронов N, а на вертикальной — количество протонов Z. Каждому соответствуют две величины (N, Z), то есть один квадрат на карте нуклидов.
Несмотря на большую разнородность атомных ядер или нуклидов, эти системы состоят лишь из двух видов элементарных частиц — из протонов и нейтронов. Они связаны ядерной силой, радиус действия которой только один ферми. Наоборот, электрическая сила протонов существенно превышает радиус действия ядерных сил. Она притягивает электроны и в то же время отталкивает остальные совокупности атомов.
Образование ядер элементов
В самом начале образования Вселенной очевидно существовали лишь протоны и электроны. Свободные протоны не обладают энергией связи и готовы присоединиться и этот случай им представился при рождении звезд. В раскаленных недрах звезд протоны двигались столь стремительно, что при столкновениях преодолевали силы взаимного отталкивания и сближались на расстояние одного ферми. Ядерные силы их привлекли и соединили, создав единое ядро. Это произошло в тот момент, когда ядерная сила соединила их в ядро. Чем старше Вселенная, тем больше протонов попадает в ядра. Поэтому со временем понижается количество свободных протонов и растет количество ядер.
Звезды такие как и наше Солнце живут за счет освобожденной энергии связи. Электроны как основные элементарные частицы не имеют при этих превращениях большого значения, ведь речь идет о ядерных реакциях с выделением термоядерной энергии. Ядра водорода и гелия соединяются в тяжелые элементы, проще сказать, что водород превращается в тяжелые элементы. Астрономам удалось определить, сколько атомов, точнее говоря, ядер различных элементов во Вселенной возникло из водорода.
Сейчас во Вселенной больше всего атомов водорода, так как они еще не превратились в тяжелые элементы. Относительно мало лития, бериллия и бора, так как эти элементы превратились в гелий еще в начале звездной эволюции. И наоборот, элементов, располагающихся в периодической системе вокруг железа, во Вселенной относительно много. Их ядра самые стабильные.
Таким образом, более сложная система — атом — построен из нуклидов и электронов при помощи ядерной силы притяжения.
