Д. И. Менделеев, размещая химические элементы в периодической системе, вынужден был поставить некоторые из них не в порядке возрастания атомных масс.

Так, элемент йод I размещается после теллура Te, хотя его атомная масса меньше. После открытия в конце XIX в. благородных газов аргон Аr был помещен в таблице перед калием, хотя его атомная масса (39,95) больше атомной массы калия К (39,10).

В то время этому факту не было объяснения, и Д. И. Менделеев руководствовался только принципом периодичности, согласно которому эти элементы должны были занимать места в соответствии с химическими свойствами их атомов.

НУКЛИДЫ

Исследованиями начала XX веке было установлено, что атомы одного и того же элемента могут иметь разные массы. Это объясняется тем, что в их ядрах при одном и том же числе протонов может находиться разное число нейтронов. Общее число протонов (Z) и нейтронов (N) в ядре называется массовым числом атома (А):

$\mathrm{A=Z+N}$

Массовое число практически определяет массу ядра, а следовательно, и массу всего атома, так как масса электронов составляет ничтожную часть общей массы атома. Т.е. массовое число приблизительно равно относительной атомной массе элемента.

Заряд ядра атома Z (т. е. число протонов) и его массовое число A указы­вают числовыми индексами слева от символа химического элемента:

$\mathrm{_A^ZR}$

Например:

$\mathrm{_{16}^{32}S, ~~~_{19}^{39}K, ~~~ _{11}^{23}Na}$

Вид атомов с определенным значением атомного номера и массового числа называется нуклидом. Т.е. нуклид – это химический элемент с указанием массового числа.

Например, углерод-12, или ¹²С; кислород-16, или ¹⁶O; сера-35, или ³⁵S. Число нейтронов N у любого нуклида легко подсчитать по разности

$\mathrm{N=A-Z}$

Так, у нуклида серы ³⁵S в ядре находится 19 нейтронов (35-16= 19, а у нуклида калия ⁴⁰К — 21 (40 - 19 = 21) и у нуклида урана ²³⁸U — 146 (238 - 92 = 146) нейтронов.

Еще один вопрос стоял перед учеными: почему относительные атомные массы большинства элементов не являются целочисленными величинами, хотя массовые числа их нуклидов выражаются целыми числами?

Открытие изотопов позволило дать ответ на этот вопрос.

ИЗОТОПЫ

В начале XX в. было доказано, что большинство химических элементов в природе существует в виде нескольких нуклидов. Так, природный литий (Z = 3), кроме нуклидов, в ядрах которых находится 4 нейтрона, имеет нуклиды с числим нейтронов 3. Массовые числа таких нуклидов равны соответственно 6 и 7: ₃⁶Li и ₃⁷Li.

Нуклиды такого типа назвали изотопами.

Изотопами называются нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер (т.е. одинаковое число протонов в ядре), но различные массовые числа

Следовательно, нуклиды ₃⁶Li и ₃⁷Li — изотопы лития. Другими словами, изотопы — это разновидности атомов одного и того же эле мента, в ядрах которых содержится разное число нейтронов.

Следовательно, атомы данного химического элемента — это нуклиды с одинаковым зарядом ядра (атомным номером).

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА

В природе большинство химических элементов существуют в виде смеси нуклидов, каждый из которых характеризуется своим собственным значением массового числа. Поэтому относительная атомная масса данного элемента является усредненной величиной относительных атомных масс его нуклидов. Конечно, при этом учитывается содержание каждого нуклида в природной смеси.

Теперь понятно, почему относительная атомная масса калия меньше, чем аргона. У калия более 93 % его природных атомов имеет массовое число 39, а у аргона 99 % природной смеси приходится на долю нуклида аргон-40. Поэтому относительная атомная масса калия ближе к 39, а аргона — к 40. Однако заряд ядра атомов калия равен 19+, а аргона 18+, и поэтому в таблице они размещаются согласно этой главной характеристике химического элемента.

Относительная атомная масса элемента — физическая величина, которая показывает, во сколько раз средняя масса атомов данного химического элемента больше 1/12 части массы нуклида углерода-12 (¹²С).

ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ

Все нуклиды можно разделить на два типа: стабильные и радиоактивные. Само название «стабильный» говорит об устойчивости данного нуклида, т. е. его способности существовать без изменения состава ядра сколь угодно долго. Стабильность этих нуклидов определяется прежде всего устойчивостью их ядер.

Устойчивость ядра зависит только от соотношения между числом протонов и нейтронов (для каждого элемента оно свое). Если это соотношение выходит за определенные пределы, ядро (а вместе с ним и атом) становится неустойчивым.

Оно самопроизвольно распадается, превращаясь в ядра атомов других элементов. При этом происходит испускание различных частиц. Это явление и есть радиоактивность.

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц.

Пройти тест по параграфу