Nucleul atomic

In urma experimentelor s-a stabilit ca masa atomului si toata sarcina pozitiva este concentrata intr-un volum mic in centrul atomului, zona numita nucleu atomic. In jurul nucleului graviteaza un numar de electroni care compenseaza sarcina pozitiva a nucleului.

La sfarsitul secolului trecut a fost descoperita radioactivitatea. Emisia din atomi a unor particule incarcate si neutre din punct de vedere electric, cum ar fi radiatiile: alfa, beta, gama, s-a constat ca ar fi emise din nucleu. Acest lucru a dus la concluzia ca nucleul ar avea si el o structura.

Dupa descoperirea neutronului de catre Chadwick in 1932, Heisenberg si Ivanenko au elaborat in 1933 modelul protono-neutronic al nucleului. Conform acestui model, nucleul este alcatuit din protoni si neutroni. Un nucleu este format din Z protoni si A-Z neutroni.

Acest model este in concordanta cu rezultatele experimentale referitoare la sarcina, masa si spinul nuclear.

In functie de numarul de protoni si neutroni nucleele au fost impartite in:

Izobari au aceeasi greutate, acelasi A:

Izotopi au acelasi numar de ordine, acelasi Z:

Izotoni acelasi numar de neutroni, acelasi A-Z:

Izomeri acelasi Z, acelasi A, dar au timpul de viata diferit, ceea ce inseamna ca izomerii constituie acelasi mediu in diverse stari de excitare. Trecerea dintr-o stare in alta se face prin emisia unui foton de la unul la altul.

Nuclee oglinda perechi de izobari in care numarul de protoni dintr-un nucleu este egal cu numarul de neutroni din celalalt nucleu:.

Sarcina nucleului atomic reprezinta numarul de protoni din nucleu:. Determinarea sarcinii nucleului inseamna determinarea numarului de ordine Z.

Constituientii nucleului atomic 

In compozitia nucleului intra Z protoni.

-masa protonului: m_p=(1,007276470­±0,00000011)u deci masa protonului este aproape egala cu 1u

-masa neutronului: m_n=(1,008665±0,000003)u aproximativ 1u

nucleul este format din Z protoni si (A-Z) neutroni

-numarul de masa A este egal cu numarul de protoni si de neutroni din nucleu si indica aproximativ masa sa

-nucleonii sunt constituentii nucleului.

Masa nucleului

Masa nucleului se poate scrie ca suma maselor nucleonilor componenti si se exprima in unitati de masa.1u=m(¹²C)/12. Unitatea de masa are valoarea u=1,66 10^-27Kg.

Comparand valorile experimentale ale maselor cu cele rezultate din formula s-a constatat ca masa determinata experimental este mai mica decat cea determinata teoretic.

unde este numit defect de masa.

s-a interpretat ca fiind corespunzator unui defect de energie pe baza relatiei lui Einstein:

Un nucleu constituie un sistem legat de particule si pentru a scoate o particula din acest sistem este necesar sa furnizam nucleului o anumita cantitate de energie egala cu energia cu energia de legatura a particulei in nucleu. Acest defect de energie s-a interpretat ca fiind energia pe care o elibereaza nucleele la formarea lui din nucleoni liberi si care este strict egala cu energia pe care trebuie sa o furnizam nucleului pentru al desface in nucleonii componenti, aceasta energie este energia de legatura a nucleului.

Daca energia de legatura este mare, nucleul este mai stabil, diferenta dintre suma maselor nucleonilor componenti si masa nucleului este mai mica.

Stabilitatea nucleelor reprezinta energia de legatura raportata la numarul de nucleoni din nucleu . Cum nu toti nucleonii au aceeasi energie de legatura se vorbeste despre valoarea medie a energiei de legatura pronucleara

Fig. 1. Variatia stabilitatii nucleului in functie de numarul de masa

Maximul se realizeaza in jurul lui A=60  cu =8.6 MeV. Nucleele de la mijlocul sistemului periodic se caracterizeaza prin stabilitate mare, iar cele usoare si mai grele au stabilitatea mai mica.

Raportul dintre numarul de protoni si numarul de neutroni din nucleu este o masura a stabilitatii nucleului.

Daca reprezentam grafic pozitia nucleelor intr-un sistem de coordonate Z si N=(A-Z) se constata urmatoarele:

Fig.2.DiagramaSegréé. a) surplus de protoni, b) surplus de neutroni c)curba de stabilitate, Z=N.

Pentru nucleele usoare stabilitatea se realizeaza la Z/N = 1. Pe masura ce numarul de masa creste stabilitatea se deplaseaza spre nuclee cu numar de neutroni mai mare decat numarul de protoni.

Deasupra acestei curbe de stabilitate se gasesc nuclee cu surplus de protoni fata de nucleele stabile. Sub aceasta curba se gasesc nucleele cu surplus de neutroni. Cum in natura orice sistem tinde de la sine sa treaca spre o stare cat mai stabila ,nucleele de deasupra curbei de stabilitate isi va transforma un proton in neutron, ceea ce inseamna ca ele sunt nuclee active(emisie de pozitroni), iar cele de sub curba de stabilitate isi vor transforma un neutron in proton fiind nuclee active(emisie de electroni).

Raza nucleului atomic reprezinta distanta pana la care se fac simtite fortele nucleare specifice, acele forte care asigura stabilitatea unui nucleu format dintr-un numar mare de protoni intre care se exercita forte de repulsie coulombiana.

Momente cinetice si momente magnetice ale nucleului.

Existenta acestor momente a rezultat din despicarea liniilor de structura fina a spectrelor, numita structura hiperfina. Astfel spinul nuclear este:

reprezinta momentul magnetic nuclear si magnetonul nuclear.

Energia de lagatura pe nucleon

Energia de legatura pe nucleoni:

O valoare mare a energiei de legatura pe nucleon inseamna o stabilitate

mare a nucleului. Nucleele de masa intermediare, cu A cuprins intre 40 si 140 au energia de legatura pe nucleon maxima