Правда ли то, что существуют атомы, диаметр которых в 100 000 раз больше диаметра собственного ядра?
Я понимаю то, что атомное ядро намного меньше всего атома, но мне кажется, что это слишком большое преувеличение.
Безусловно, все атомы имеют разный диаметр, как и атомные ядра, но какой размер средний?
Сколько атомов имеют диаметр в 100 000 раз больше диаметра собственного ядра?

Да, это не преувеличение: для обычных атомов отношение диаметра атома к диаметру его ядра действительно может быть порядка 100 000 раз. Более того, это довольно типичное соотношение для многих атомов, а не какая-то редкая особенность.

Разберём размеры.

Диаметр атома определяется размером его электронной оболочки. Для большинства атомов он составляет примерно:

то есть около 0,1 нанометра (или 1 ангстрем).

Размер атомного ядра:

то есть примерно 1 фемтометр.

Если поделить:

получаем:

То есть атом примерно в сто тысяч раз шире собственного ядра.

Для наглядности можно представить: если увеличить ядро атома водорода до размера горошины диаметром 1 мм, то сам атом имел бы диаметр примерно 100 метров. Всё пространство между ядром и электронной оболочкой при этом было бы почти пустым.

Но есть важный нюанс: электрон не летает вокруг ядра как маленькая планета по орбите. В квантовой механике электрон описывается как облако вероятности. Размер атома — это область, в которой с большой вероятностью можно обнаружить электрон.

Теперь о разных атомах.

Средний размер атома

У большинства атомов диаметр находится примерно в диапазоне:

• водород: около 0,1 нм;
• углерод: около 0,15 нм;
• кислород: около 0,12 нм;
• уран: около 0,35 нм.

Различия есть, но они не меняют порядок величины: атомы имеют размеры около $10^{-10}$ м.

Размеры ядер

Диаметр ядра зависит от количества протонов и нейтронов. Ядро увеличивается с ростом числа нуклонов примерно по закону:

где $A$ — число протонов и нейтронов в ядре.

Например:

• ядро водорода (один протон): примерно 1,7 фм в диаметре;
• ядро углерода-12: примерно 5 фм;
• ядро урана-238: примерно 15 фм.

Поэтому у тяжёлых атомов отношение размеров немного меньше.

Для водорода:

• атом: примерно $10^{-10}$ м;
• ядро: примерно $1,7 \times 10^{-15}$ м;

отношение:

У некоторых лёгких атомов оно может быть близко к 100 000.

У урана:

• атом: около $3,5\times10^{-10}$ м;
• ядро: около $1,5\times10^{-14}$ м;

отношение:

То есть тяжёлые атомы имеют меньшую «пустоту» в относительном смысле.

Сколько атомов имеют отношение около 100 000?

Точного числа нет, потому что нужно определить, что считать «около 100 000» — например, от 50 000 до 150 000 или строго 100 000. Но можно сказать следующее:

• большинство лёгких элементов имеют отношение размеров десятки тысяч — около ста тысяч;
• средние и тяжёлые элементы имеют отношение меньше, обычно от нескольких десятков тысяч до нескольких десятков тысяч.

Из примерно 118 известных элементов значительная часть лёгких атомов (особенно первые несколько десятков элементов) находится в этом диапазоне. Но практически ни один атом не имеет точно ровно 100 000-кратного отношения, поскольку размеры зависят от конкретного изотопа и от того, как именно определять границу атома.

Так что утверждение «атом в 100 000 раз больше своего ядра» — не миф и не сильное округление. Это вполне корректная оценка порядка величины. Атомное ядро действительно занимает лишь ничтожную долю объёма атома, а почти всё остальное пространство — это область, где находится электронное облако.

0 0 Пожаловаться