Numărul atomic, notat cu litera Z, indică numărul de protoni (particule cu sarcină electrică pozitivă) din interiorul nucleului unui atom. Numărul atomic este cea mai importantă caracteristică a unui atom, pentru că numărul de protoni dă identitatea unui element chimic. De exemplu, atomul de hidrogen, cel mai simplu atom, are un singur proton. Un atom care are doi protoni se numește heliu. Pe scurt, un atom este format din electroni (particule elementare care au sarcină negativă), situați în straturi energetice la exteriorul atomului, și nucleu. Nucleul este format, în principiu, din protoni și neutroni. Dar protonii și neutronii nu sunt particule elementare (care nu pot fi descompuse în alte particule), ci sunt formate din alte particule denumite quarcuri.
Un proton este alcătuit din quarcuri de două tipuri (două quarcuri up și un quarc down). Pentru ca un atom să fie neutru din punct de vedere electric, trebuie să fie într-o stare de echilibru în ce privește numărul de protoni (+) și numărul de electroni (-), adică numărul de protoni să fie egal cu numărul de electroni. În interiorul unui atom poate varia numărul de neutroni, particulă fără sarcină electrică. Atomii de același tip (același număr de protoni), dar cu număr diferit de neutroni se numesc izotopi.
Figura 10.2 Nucleul atomic este compus din protoni și neutroni. 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. unde X reprezintă elementul chimic, A este numărul de masă și Z este numărul atomic. Un grafic al numărului N de neutroni față de numărul Z de protoni pentru o serie de nuclee stabile (nuclizi) este prezentat în Figura 10.3. Pentru o valoare dată a lui Z, sunt posibile valori multiple ale lui N (puncte albastre).
Atomii care conțin nuclee cu același număr de protoni (Z) și numere diferite de neutroni (N) se numesc izotopi. De exemplu, hidrogenul are trei izotopi: hidrogen normal (1 proton, fără neutroni), deuteriu (un proton și un neutron) și tritiu (un proton și doi neutroni). Izotopii unui atom dat au aceleași proprietăți chimice, deoarece aceste proprietăți sunt determinate de interacțiunile dintre electronii exteriori ai atomului și nu nucleonii. De exemplu, apa care conține deuteriu mai mult decât hidrogen („apa grea”) arată și are gust ca apa normală.
De ce neutronii depășesc numărul protonilor în nucleele mai grele (Figura 10.5)? Răspunsul la această întrebare necesită o înțelegere a forțelor din interiorul nucleului. Există două tipuri de forțe: (1) forța electrostatică cu rază lungă (Coulomb) care face ca protonii încărcați pozitiv să se respingă unul pe altul; și (2) forța nucleară puternică cu rază scurtă de acțiune care face ca toți nucleonii din nucleu să se atragă unul pe altul. Poate că ați auzit și de o forță nucleară „slabă”. Această forță este responsabilă pentru unele dezintegrări nucleare, dar, după cum sugerează și numele, ea nu joacă un rol în stabilizarea nucleului împotriva puternicei repulsii coulombiene pe care o experimentează. Vom discuta mai detaliat asupra forței nucleare puternice în capitolul următor când vom aborda fizica particulelor.
Stabilitatea nucleară apare atunci când forțele atractive dintre nucleoni compensează forțele electrostatice de respingere, cu rază lungă de acțiune, dintre toți protonii din nucleu. Figura 10.5
(a) Forța electrostatică este respingătoare și are o rază lungă de acțiune. Săgețile reprezintă forțele exterioare asupra protonilor (în albastru) la suprafața nucleară de un proton (tot în albastru) în centru. (b) Forța nucleară puternică acționează între nucleonii vecini. O examinare detaliată dezvăluie o stabilitate mai mare și forțe nucleare mai atractive atunci când neutronii și protonii sunt în perechi.
Fizicianul de origine germană Maria Goeppert-Mayer a identificat aceste caracteristici pe baza anumitor cantități de nucleoni, ceea ce a condus la dezvoltarea teoriei învelișului nuclear. Goeppert Mayer și alți cercetători au recunoscut că învelișurile nucleare „închise” sunt mai stabile decât altele. Teoria a avut mare succes în explicarea nivelurilor de energie nucleară, a dezintegrării nucleare și a stabilității mai mari a nucleelor cu învelișuri închise. Din cauza existenței izotopilor stabili, trebuie să acordăm o atenție deosebită atunci când evaluăm masa unui element. Având în vedere aceste două „versiuni” de Cu, care este masa acestui element?
Masa atomică a unui element este definită ca media ponderată a maselor izotopilor săi. Astfel, masa atomică a Cu este mCu = (62,929595)(0,6909) + (64,927786)(0,3091) = 63,55 g/mol. Masa unui nucleu individual este adesea exprimată în unități de masă atomică (u), unde u = 1,66054 × 10−27 kg. (O unitate de masă atomică este definită ca 1/12 din masa unui nucleu 12C.) În unitățile de masă atomică, masa unui nucleu de heliu (A = 4) este de aproximativ 4 u.
Cel mai simplu model al nucleului este o sferă densă de nucleoni.unde r este raza unui nucleu și k este o constantă cu unități de volum. unde r0 este o constantă. Pentru hidrogen (A = 1), r0 corespunde razei unui singur proton. 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.
Aflați raza (r) și densitatea aproximativă (ρ) a unui nucleu de Fe-56. a. b. a. Raza nucleului Fe-56 este de aproximativ 5 fm, deci diametrul său este de aproximativ 10 fm, sau 10−14 m. În discuțiile anterioare despre experimentele de împrăștiere ale lui Rutherford, un nucleu ușor a fost estimat la 10-15 m în diametru. b. Densitatea găsită aici poate părea incredibilă. Cu toate acestea, este în concordanță cu comentariile anterioare despre nucleul care conține aproape toată masa atomului într-o regiune minusculă a spațiului.
Nucleul X este de două ori mai mare decât nucleul Y. Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu.
Ce este nucleul | Structura și funcția nucleului
tags: #sarcina #nucleului #este #egala #numeric #cu
Postări populare:
- Totul despre dinții neonatali și nașterea dinților de lapte
- Algoritmi pentru biți cu model specific
- Semne de hipogalactie și când să mergi la pediatru în timpul alăptării
- Decorațiuni murale gri și galben pentru camera bebelușului
- Recenzie detaliată a caruciorului Coccolle Aria C307: caracteristici și performanțe