Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Nucli atòmic

Nucli atòmic

El nucli atòmic és la petita part central de l'àtom, amb càrrega elèctrica positiva i en la qual es concentra la major part de la massa de l'àtom. Ho va descobrir Ernest Ruthenford en 1911. Després del descobriment del neutró, el 1932, el model de nucli atòmic va ser desenvolupat ràpidament per Dmitri Ivanenko i Werner Heisenberg.

Les principals partícules subatòmiques dels nuclis dels àtoms són els protons i els neutrons o els nucleons (excepte el de l'hidrogen ordinari o propi, que conté únicament un protó). Un mateix element químic està caracteritzat pel nombre de protons del nucli que determina la càrrega positiva total. Aquest nombre s'anomena nombre atòmic. El nombre màssic és el total de protons i neutrons.

La física nuclear és la branca científica que s'encarrega de l'estudi i la comprensió del nucli atòmic, incloent les forces que l'uneixen i la seva composició.

Propietats del nucli atòmic

Gairebé tota la massa d'un àtom es troba en el nucli atòmic, amb una contribució molt petita del núvol d'electrons a causa que els electrons pesen molt poc en comparació amb els neutrons i protons. Els protons i els neutrons s'uneixen per formar el nucli atòmic mitjançant la força nuclear.

La força que manté unides les subpartícules en el nucli dels àtoms és l'energia que s'obté en les reaccions de fusió nuclear i fusió nuclear. En trencar aquests enllaços de força s'experimenta una pèrdua de mésa que es converteix en energia d'acord amb la teoria d'Albert Einstein. E = mc 2

El diàmetre del nucli està en l'interval de 1,75 fm per a l'hidrogen que equival al diàmetre d'un sol protó a aproximadament 15 fm per als àtoms més pesats, com ara l'urani.

Models d'estructura del nucli atòmic

La primera proposta sobre l'estructura interna del nucli atòmic va ser elaborada en 1808 pel químic anglès John. Segons la proposta de Dalton tota la matèria està formada per àtoms indivisibles i invisibles. Per aquell temps, no existien partícules més petites; per Dalton l'existència del nucli atòmic era desconeguda.

El primer model d'estructura interna de l'àtom va aparèixer el 1897 a través de Joseph John Thomson. Thomson va ser el primer a identificar l'electró. Thompson va definir l'electró com a partícula subatòmica de càrrega negativa. A través d'aquest descobriment va poder deduir que si els àtoms es presenten amb una càrrega neutra i posseeixen una partícula carregada negativament haurien de posseir almenys una altra càrrega de càrrega positiva (seria a protó)

Així ni el model atòmic de Dalton ni el de Thomson incloïen cap descripció del nucli atòmic. La noció de nucli atòmic va sorgir en 1911 quan Ernest Rutherford i els seus col·laboradors Hans Geiger i Ernest Marsden van realitzar un conjunt d'experiments utilitzant un feix de radiació alfa i fulles laminades metàl·liques molt primes.

El 1913 Niels Bohr postula que els electrons giren a grans velocitats al voltant del nucli atòmic, carregades d'energia cinètica. Els electrons es disposen en diverses òrbites circulars, les quals determinen diferents nivells d'energia. L'electró pot accedir a un nivell d'energia superior, per a això necessita absorbir energia. Per tornar al seu nivell d'energia original és necessari que l'electró emeti l'energia absorbida (per exemple, en forma de radiació).

Comunament hi ha dos models diferents descriure els nuclis atòmics:

  • El model de la gota d'aigua
  • El model de capes

Model atòmic de la gota líquida

El model de gota líquida és un dels primers models d'estructura del nucli atòmic. En aquest model atòmic el nucli com un fluid format per neutrons i protons, amb una força electrostàtica interna repulsiva proporcional a la Nombre de protons. La naturalesa mecànica quàntica d'aquestes partícules apareix a través del principi d'exclusió de Pauli. El principi d'expulsió de Pauli estableix que no pot haver-hi dos nucleons del mateix tipus en el mateix estat. Així, el fluid és en realitat el que es coneix com un líquid de Fermi.

Aquest model de nucli atòmic no pretén descriure la complexa estructura interna del nucli sinó només les energies d'enllaç entre neutrons i protons, així com alguns aspectes dels estats excitats d'un nucli atòmic que es reflecteixen en els espectres nuclears.

Model d' estructura atòmica de capes

El model de nucli atòmic de capes és un model que tracta de capturar part de l'estructura interna reflectida tant en el moment angular del nucli, com en el seu moment angular. A més, el model pretén explicar per què els nuclis amb un nombre de nucleons (neutrons i protons) resulten més estables.

L'explicació del model és que els nucleons s'agrupen en capes. Cada capa està formada per un conjunt d'estats quàntics amb energies similars, la diferència d'energia interna entre dues capes és gran comparada amb les variacions d'energia interna dins de cada capa. Així atès que els nucleons són fermions un nucli atòmic tindrà les capes de menor energia plena de manera que els nucleons no poden caure a capes inferiors ja plenes.

Les capes aquí s'han d'entendre en un sentit abstracte i no com a capes físiques com les capes d'una ceba, de fet, la forma geomètrica de l'espai ocupat per un nucleó en un determinat estat d'una capa es interpenetra amb l'espai ocupat per nucleons d'altres capes, de manera anàloga a com les capes electròniques s'interpenetren en un àtom.

valoración: 3.1 - votos 12

Última revisió: 30 de agost de 2017