Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Атомному ядру, которое в основном содержит массу атома, соответствуют положительные заряды. Оно состоит из протонов (носителей положительных зарядов) и нейтронов, не имеющих зарядов. Положительные заряды атомного ядра уравновешиваются в нейтральном атоме отрицательными зарядами электронов. Протон обладает массой 1,6725*10в-24 г, или ~ 1 AME (единица массы атома). Также и нейтрон обладает массой ~ 1 АМЕ, в то время как масса электрона составляет приблизительно 5*10в-4 АМЕ. Характер химического элемента определяется атомным номером = числом протонов = порядковым номером в Периодической системе (рис. 5.1.1). Атом с 8 зарядами ядра является всегда атомом кислорода, атом с 17 зарядами ядра — всегда атом хлора. Правда, число нейтронов у одного и того же элемента может быть различным.
Так как атомный вес, т.е. массовое число, получается из суммы числа протонов и числа нейтронов, то может существовать определенный химический элемент с различными массовыми числами. Элементы с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов, т.е. различной массой, называются изотопами. Так, у элемента Cl с порядковым номером 17 (число протонов) существуют два изотопа с массовым числом 35 или 37.
Большинство элементов состоит из изотопных смесей со средними постоянными изотопными составами. Таким образом получается, что массовые числа или, менее точно, также атомные массы изотопных смесей чаще всего не являются целыми числами. Например, Cl (хлор) состоит на 75,4 % из изотопа с массовым числом 35 и на 24,6 % из изотопа с массовым числом 37. Соответственно находят для Cl массовое число или атомную массу 35,453.
Чтобы указать точные данные об атомном ядре или охарактеризовать специальные изотопы, у символа элемента подписывается слева вверху массовое число, а слева внизу порядковое число или заряд ядра (атомный номер). Запись для обоих изотопов хлора, таким образом, означает Cl (хлор) и Cl (хлор).
Для водорода имеются три изотопа, а именно: водород с массовым числом 1:HН; дейтерий с массовым числом 2:Н; тритий с массовым числом 3:H.
Число изотопов для некоторых элементов значительно выше; так, например, для Sn указываются 10 изотопов. Диаметр атома имеет порядок величины 10в-8 см. Атомное ядро же имеет диаметр порядка только 10в-12 см. При этом, как было показано, в ядре сосредоточена почти вся масса атома.
Эти отношения можно наглядно продемонстрировать на некоторых числах. В атомных ядрах материя обладает плотностью примерно 1,7*10в14 г/см3, или 170000 т/мм3. Если бы, например, булавочная головка объемом 1 мм3 могла наполниться атомными ядрами элемента железа, то она весила бы 170000 т. Так как плотность железа равна 8 г/см3 (8 т/м3), то эта масса соответствует объему 21250 м3 металлического железа, т.е. кубу с длиной ребра 27,7 м. Это значит, что почти вся масса железного куба с длиной ребра 27,7,м содержится в объеме головки булавки 1 мм3. Остальное пространство практически не имеет массы и заполнено лишь силовыми полями. В металлических материалах при этом атомы расположены по принципам расположения кристаллических веществ.