ижения частиц, близких к скорости света.

* Масса электрона значительно меньше масс нуклонов: отношение масс протона и электрона составляет 1836,13. Поэтому вся масса атома практически сосредоточена в его ядре. Отсюда массовое число А связано с порядковым номером простым соотношением

A=,p + n = Z + nf' (1.2)

где п •— число нейтронов в ядре.

Помимо близости- мас^стгодство^ протона и нейтрона заключается также и в равенстве спинов (1/2) и особенно ?— в возможности ^а^мопрой!воЛьного превращения нейтрона в протон. Облада'яГнесколько*" большей массой, а следовательно, и энергией покоя, изолированный нейтрон характеризуется более неустойчивым по сравнению с изолированным протоном состоянием. Поэтому изолированный нейтрон с периодом полураспада около 13 мин превращается в протон с образованием электрона е и антинейтрино v':

ft-^p + e + v' + Oje МаВ*. (1.3)

Обратный процесс превращения протона в нейтрон, сопровождающийся образованием позитрона е+ и нейтрино v,

p-*n + e+ + v—1,80 МэВ (1.4)

требует затраты энергии и поэтому не может идти самопроизвольно.

Однако наряду со значительным сходством в свойствах протона и нейтрона имеется ряд различий первое и самое существенное из которых заключается в oтсyтствии заряда.- Значительно различаются магнитные моменты протона (2,7928 ) и нейтрона (—1,9130; знак минус обусловлен тем, что у нейтрона магнитный момент и механический момент импульса направлены противоположно).

Отсутствие заряда у нейтрона обусловливает существенно различные характеристики прохождения через вещество потоков нейтронов и протонов: проникающая способность первых во много раз выше, чем вторых, так как электростатическое взаимодействие протонов с элементарными частицами вещества приводит к значительной потере их энергии.

Изотопы. Очевидно, что число протонов в ядре атома однозначно определяет положение данного элемента в периодической системе элементов. Кроме того, число протонов определяет количество электронов нейтрального атома и, таким образом, обусловливает химические свойства этого атома. Однако при одном и том же Z (а следовательно, и р) атомы могут иметь различные величины п. Таким образом, в одной клетке периодической системы возможно 'сосуществование атомов с различными массовыми числами. Химические элементы, имеющие один и тот же порядковый номер, но различную атомную массу, называются изотопами.

Строение электронных оболочек также определяется зарядом ядра атома. Вот почему число и расположение валентных электронов у изотопов одного элемента будут практически одинаковы. Отсюда следует тождественность химических свойств этих изотопов. Специфические же свойства ядер атомов этих изотопов, являющиеся функцией атомной массы (устойчивость, радиоактивность и другие), могут существенно различаться. Тонкое исследование свойств изотопов химических элементов показывает, что имеется все же некоторое различие в строении электронных оболочек изотопов одного и того же элемента. Однако различия эти не столь велики, чтобы вызвать заметные расхождения в химических свойствах этих изотопов.

Из соотношения (1.2) следует также, что возможно существование ядер, характеризующихся одинаковыми массовыми числами А, но различными порядковыми номерами* Такие ядра называются изобарными, а отвечающие им химические элементы ?— изобарами. Ядра, содержащие одинаковые числа нейтронов, но различные числа протонов, называются изотонными, а отвечающие им элементы •— изотонами.

Принято массовое число изотопа обозначать индексом вверху справа от химического символа элемента. Так, изотоп водорода с массовым числом два обозначается Hi*(нижний индекс обозначает порядковый номер элемента); изотоп

* Тяжелый изотоп водорода называется дейтерием (химический символ D); сверхтяжелый изотоп водорода — тритием (Т), легкий

изотоп водорода —. протием; в химии изотопов под термином «водород», если не дается необходимых оговорок, понимают Н1.

хлора с массовым числом 35 <—Clif, а с .массовым числом

37 •— Cli7.- Впрочем, поскольку химический символ элемента однозначно определяет его порядковый номер, чаще всего нижние индексы не приводят, т. е. обозначают изотопы следующим образом: Н2, CI85, С137 и т. д.

Энергия связи нуклонов и устойчивость атомного ядра* Одна из основных характеристик атомного ядра — энергия связи составляющих его частиц. Мерой этой энергии Е является работа, которую необходимо совершить для отрыва друг от друга и разведения в бесконечность всех нуклонов ядра. Энергию ^связи нуклонов в ядре можно подсчитать с помощью известного соотношения, вытекающего из теории относительности:

? = с2Дт, (1.5)

где Am — дефект массы, т. е. разность между суммой масс нуклонов, составляющих данное ядро, и массой этого ядра. Если обозначить массы протона и нейтрона соответственно через тр и mn, то масса нуклонов, входящих в ядро атома (2т), будет составлять 2 т = Zmp -f (А •— Z) тп. Энергия же ядра, вычисляемая с помощью дефекта массы Дт ==

— 2т — mz, где mz — масса ядра, будет определяться соотношение