referat.ro

Structura nucleului atomic

Nucleul atomic este alctuit din trei elemente fundamentale: neutronul, protonul i quarcul.

NEUTRONUL, particul elementar cu polaritate neutr, care face parte din nucleul atomului, este una din cele mai mici pri de materie pe care oamenii de tiin o pot izola, numit i particul elementar. Neutronul are aproximativ 10-13 cm n diametru i cntrete 1.6749 x 10-27 kg.

Neutronii si protonii se mbin strns pentru a crea nucleul atomic. Numrul de protoni coninut de un atom determin ce element chimic este, pornind de la 1 proton pentru hidrogen pn la 92 pentru uraniu. Oamenii de tiin au reuit totui n laboratoare s creeze atomi cu pn la 116 protoni. Fiecare atom conine de obicei cam atia neutroni ct i protoni, dar diferii atomi specifici aceluiai element pot avea numere diferite de neutroni.

Atomii care difer doar prin numrul de neutroni se numesc izotopi. De exemplu, cei mai muli atomi ai celui mai simplu element, hidrogenul, au un nucleu ce conine un singur proton. Totui, n hidrogenul natural, 0.015% din atomi au un neutron n adiie la proton. Izotopul se numete hidrogen greu sau deuteriu. Un element are de obicei civa izotopi, aproape toi identici n felul n care reacioneaz chimic cu alte elemente i cu fiecare dintre ei.

STRUCTUR I CARACTERISTICI:

Neutronul este sensibil mai greu dect protonul i de 1.883 ori mai greu dect electronul. Este afectat de cele patru fore fundamentale ale naturii. Deoarece are mas este afectat de gravitaie, fora de atracie dintre toate obiectele universului. Dei neutronul nu are ncrctur electric el este uor magnetic deci este afectat de fora electromagnetic, fora de atracie sau respingere dintre particule magnetice sau ncrcate electric. Neutronul este afectat de puternica for nuclear, o atracie care menine neutronii alturi de protoni i de ali neutroni n nucleu. Neutronul este de asemenea afectat de slaba for atomica, o interaciune dintre componentele neutronului care-i cauzeaz descompunerea sau ruperea. Izolat de materia nuclear, un neutron liber se descompune intr-un electron ncrcat pozitiv i un electron ncrcat negativ, elibernd n acest fel energie. Timpul mediu de existen a unui neutron liber este puin mai mic de 15 minute.

Oamenii de tiin au descoperit neutroni dup ce mai nti ai descoperit protonii n nucleele atomilor. Pentru o perioad, fizicienii au crezut c neutronii i protonii sunt cele mai mici particule din nucleu. Totui dup 1947 fizicienii au descoperit alte particule elementare cum ar fi lambda i mesons. Aceste particule nu se gsesc n nucleu dar pot fi create de reacii nucleare, schimbri n nucleu care elibereaz particule. Multe din aceste particule elementare au proprieti similare cu cele ale neutronului i protonului. Fizicienii au emis ideea ce, devreme ce particulele elementare par a fi nrudite, ele trebuie sa fie compuse din aceleai mai mici crmizi ale universului, pe care le-au numit quarci. La nceput oamenii de tiin au crezut c quarcii nu erau obiecte reale, dar n 1967 ei au folosit raze de electroni cu energie nalt pentru a mina n proton i neutron i au dovedit existena unor particule asemntoare unor granule, quarcii. Neutronul, ca i protonul este alctuit din trei quarci. Fora nucleare puternic de atracie este de fapt una care atrage quarcii unii de alii pentru a alctui protonii i neutronii. Quarcii unui proton i neutron vor atrage i quarcii altui proton sau neutron, formnd n acest fel nucleul.

PROTONUL, particul elementar purttoare de sarcin pozitiv, alturi de neutron i electron este una din componentele tuturor nucleelor. El este singura particul elementar stabil acest lucru nsemnnd c poate exista de unul singur pentru o perioad mare de timp. Sarcina lor pozitiv este de of 1.602 x 10-19 coulomb. Sarcina este egal i de sens opus cu cea a electronului. Ei au o mas de 1.67x 10-27 kg i alturi de neutroni sunt rspunztori pentru cea mai mare parte din masa atomului. Atomii conin un numr egal de protoni i neutroni astfel nct fiecare atom au per total o sarcina zero.

Numrul atomic al unui element este egal cu numrul de protoni din nucleu. Numrul de electroni dintr-un atom neschimbat trebuie s fie egal cu numrul de protoni i aranjarea acestor electroni determin proprietile chimice ale atomului.

STRUCTURA SI CARACTERISTICI

Protonul este de 1.836 ori mai greu dect electronul. Pentru un atom de hidrogen care conine un electron i un proton, protonul asigur 99.95% din mas. Neutronul cntrete puin mai mult dect protonul. Elementele mai grele dect hidrogenul conin de obicei cam acelai numr de protoni i neutroni n nucleele lor, deci masa atomic sau masa unui atom este de obicei de dou ori mai mare dect numrul atomic.

Protonii sunt afectai de cele patru fore fundamentale ale naturii care guverneaz toate interaciunile dintre particulele i energia din univers. De fora electromagnetic cauzeaz ca protonii ncrcai pozitiv s atrag electronii ncrcai negativ i i menine pe orbita nucleului atomic. Aceast for face de asemenea ca protonii strni laolalt n nucleu s se resping cu o for de 100 milioane de ori mai mare dect atracia electric care leag electronii. Repulsia este totui contrat de fora nuclear puternic, cere leag protonii i neutronii mpreun ntr-un nucleu compact. Celelalte doua fore fundamentale, gravitaie i fora nuclear slab de asemenea afecteaz protonul. Gravitaia este fora care atrage orice element din univers care are mas ( protonul ) de orice altceva cu mas. Este slab cnd masele sunt mici dar poate deveni foarte puternic atunci cnd masele sunt mari. Fora nuclear slab este una ce poate fi simit care se manifest ntre anumite particule elementare, incluznd protonul i care guverneaz modul cum anumite particule elementare se descompun n alte particule.

Protonul a fost mult timp crezut a fi o particul punctiform, invizibil, ca electronul. In anii 1950, oamenii de tiin au folosit raze de electroni pentru a mina n proton i au descoperit c are form i mrime definite. Aceste experimente au artat c, n loc s fie un punct invizibil, protonul are un diametru de aproximativ 10-13 cu un exterior asemntor unui nor ce nconjoar un centru dens.

Protonii s-au format iniial dup o miime de secund dup Big Bang, explozia despre care cred savanii c a stat la nceputul universului. n acest scurt timp, temperatura universului a sczut suficient pentru ca quarcii s se uneasc. Este posibil ca protonii s de mai descompun, dar acest tip de eveniment, numit descompunerea protonilor, este extrem de rar. Experimentele au dovedit c timpul mediu de via al protonului este de cel puin 1035 ani. Acesta poate prea ciudat avnd n vedere c universul are aproximativ 15 x 109 ani. Unii protoni triesc pentru un timp mult mai scurt dect timpul mediu de via. Totui savanii fac experimente de proporii cu mii de tone de material, spernd s vad o descompunere de protoni.

QUARCII, cele mai mici buci de materie tiute, nu exist niciodat singuri. Sunt mereu gsii n combinaie cu ali quarci n particule de materie mai mari. Studiind aceste particule mai mari, oamenii de tiin au determinat proprietile quarcilor. Protonii i neutronii, particulele care alctuiesc atomii, sunt alctuii din quarci. Fr quarci nu ar fi existat atomi, iar fr atomi materia nu ar fi existat aa cum o tim.

Exist ase tipuri de quarci. Ei sunt numii up, down, charm, strange, top, bottom. Toi quarcii au o anumit mas i ncrctur electric. Materia obinuit, adic materia fcut din atomi, conine doar cei mai uori doi quarci, up i down. Urmtorii cei mai uori, charm i strange, sunt gsii n particule ce se numesc raze cosmice, care i au originea spaiu. Savanii au produs top i bottom, cei mai grei quarci, n laborator, dar nu i-au gsit i n natur. Muli fizicieni i astronaui cred c chiar imediat dupa Big Bang toate cele ase tipuri de quarci au existat. Cei mai grei quarci s-au descompus apoi n tipurile mai uoare.

Quarcii au antiparticule contrare n natur, numite antiquarci, care se combin pentru a crea antimateria. Antimateria du exist n natur pe Pmnt i majoritatea oamenilor de tiin consider c este destul de rar n univers, totui ea a fost produs n laborator. Antiquarcii au multe din proprietile pe care le au si corespunztorii lor quarci, dar unele proprieti sunt opuse celor pe care le au quarcii.