Nucleul atomic este compus din protoni și neutroni. Nucleul se află în centrul unui atom și este format din protoni și neutroni. Protonii și neutronii au aproximativ aceeași masă, dar protonii poartă o unitate de sarcină pozitivă (+e), iar neutronii nu poartă nicio sarcină. Nucleolii sunt ținuți împreună de forța tare, care este o componentă a forțelor fundamentale. Protoniile, ca părți ale nucleului, pot fi descrise prin numărul atomic Z, iar numărul total de nucleoni este numărul de masă A; neutronii reprezintă N, iar numărul de protoni Z definește elementul chimic, în timp ce N determină izotopul. Nucleonii sunt ținuți împreună de forța tare, care este o reziduu a forțelor din interiorul nucleului și are rază de acțiune scurtă. Atomii aceluiași element au același număr de protoni, numit număr atomic. Numărul total de protoni și neutroni determină nuclidul. Izotopii unui atom dat au aceleași proprietăți chimice, deoarece aceste proprietăți sunt determinate de interacțiunile dintre electronii exteriori ai atomului și nu nucleonii.
Structura și dimensiunile nucleului
Numărul de protoni din nucleu este dat de numărul atomic, Z. Numărul de neutroni din nucleu este numărul de neutroni, N. Numărul total de nucleoni este numărul de masă, A. O diagramă a numărului N de neutroni față de numărul Z de protoni pentru o serie de nuclee stabile este prezentată în Figura 10.3. Pentru o valoare dată a lui Z, sunt posibile valori multiple ale lui N. Experimentele arată că pentru nucleele stabile, învelișurile nucleare „închise” sunt mai stabile decât altele, iar diagrama nuclizilor (Figura 10.4) afișează acest lucru în celule care reprezintă nucleele.
Izotopi, masă atomică și masa nucleonilor
Atomii cu aceiași număr de protoni, Z, dar cu numere diferite de neutroni, N, se numesc izotopi. Masa atomică a unui element este definită ca media ponderată a maselor izotopilor săi. Masa atomică a Cu este mCu = (62,929595)(0,6909) + (64,927786)(0,3091) = 63,55 g/mol. Masa unui nucleu este exprimată în unități de masă atomică (u), unde u = 1,66054 × 10−27 kg. În unitățile de masă atomică, masa unui nucleu de helium (A = 4) este de aproximativ 4 u. Nucleonii sunt protejate de forța tare care îi menține în nucleu, iar masa nucleonilor apare în cadrul calculului masei nucleare. Raza nucleului este aproximativ egală cu 1.07 3√A fm, unde A este numărul total de nucleoni.
Modelul nucleului și dimensiuni comparative
Cel mai simplu model al nucleului este o sferă densă de nucleoni. Experimentele de împrăștiere susțin această relație generală pentru o gamă largă de nuclee și implică faptul că neutronii au aproximativ aceeași rază ca și protonii. Dacă nucleul ar avea dimensiunea unui stadion de baseball, nucleul ar fi aproximativ de mărimea mingii de baseball. Nucleul conține aproape toată masa atomului într-o regiune foarte mică a spațiului, iar densitatea nucleonilor este incredibil de mare, aproximativ ρ de ordinul a 10^17 kg/m^3 în exemplele discutate. Această densitate poate părea surprinzătoare, dar este conformă cu ideea că nucleul ocupă o zonă foarte mică în timp ce întreaga masă a atomului este concentrată acolo. Anticipările despre structura nucleelor și masele lor provin dintr-o combinație de observații experimentale și modele teoretice.
Interacțiuni fundamentale și stabilitatea nucleară
Există două tipuri de forțe în nucleu: forța electrostatică Coulomb, care este de natură lungă, și forța nucleară puternică, cu rază scurtă de acțiune. Forța nucleară puternică atrage nucleonii între vecini; această forță este responsabilă pentru stabilitatea nucleului în fața respingerii Coulomb între protoni. Pentru nucleele stabile, forțele atractive dintre nucleoni compensează forțele de respingere între protoni. Maria Goeppert-Mayer a identificat caracteristicile legate de învelișurile nucleare, ceea ce a condus la dezvoltarea teoriei învelișului nuclear. Teoria învelișurilor explică stabilitatea nucleelor cu învelișuri închise, precum și nivelurile de energie și stabilitatea acestora.
Masa atomică și compoziția chimică
Din cauza izotopilor stabili, masa atomică a unui element este media ponderată a maselor izotopilor săi. Masa atomică a Cu, de exemplu, este calculată ca 63,55 g/mol. Atomii conțin electroni, protoni și neutroni; electronii sunt negativ încărcați, protonii sunt pozitivi, iar neutronii sunt neutri. Numărul de protoni definește elementul chimic, iar numărul total de neutroni determină izotopul. Electronii pot fi atrași de nucleu prin forța electromagnetică, iar nucleonii sunt legați între ei prin forța tare. Protonele și neutronii sunt fermioni, iar Pauli le interzice să ocupe aceeași stare cuantică. La nivelul nucleului, protonii și neutronii formează nucleoni, iar masa nucleului este influențată de energia de legătură dintre aceștia.
Pentru o înțelegere aprofundată a nucleelor
În teoria nucleară, nucleonele sunt legate prin forța tare reziduală, ghidată de interacțiunile fundamentale. Quarkurile constituente ale protonilor și neutronilor sunt interconectate prin gluoni, iar interacțiunea dintre acești nucleoni este o manifestare a forței tari la nivelul componentelor subatomice. Protone și neutroni se reunesc în nucleu, iar raza nucleului este dată de relația R ≈ 1.07 × 3√A fm. Fuziunea nucleară apare când mai multe particule atomice se unesc pentru a forma un nucleu mai greu; în centrul Soarelui, protonii au energii de 3-10 keV pentru a fuziona. Fuziunea a două nuclee care creează nuclee mai mari cu numere atomice mai mici decât fierul este de obicei exothermic și eliberează mai multă energie decât este necesară pentru reunirea lor. Nucleosinteza are loc în stele pentru agenți mai ușori decât fierul, în timp ce în supernove se formează elemente mai grele.
Nucleul atomului: protoni, neutroni și sarcina nucleară - Clasa a VII-a
tags: #sarcina #nucleara #si #numarul #de #masa
Postări populare:
- Protecția concedierii în timpul sarcinii în România
- Ce distinge biberonul de tetină: explicație clară
- Înțelegerea Sinelui în timpul sarcinii: conflicte inconștiente
- Ghidul complet pentru protecția sertarelor și mobilierului bebe în camerele de joacă
- Ce să știi despre cărucioarele cu 4 roți: Avantaje și dezavantaje pentru părinți