Definicja jądra w chemii

W chemii jądro jest dodatnio naładowanym centrum atom składający się z protony i neutrony. Jest również znany jako „jądro atomowe”. Słowo „jądro” pochodzi od słowa łacińskiego jądro, który jest formą tego słowa nux, co oznacza orzech lub jądro. Termin został wymyślony w 1844 roku przez Michaela Faradaya, aby opisać centrum atomu. Nauki zajmujące się badaniem jądra, jego składu i cech nazywane są fizyką jądrową i chemią jądrową.

Protony i neutrony są utrzymywane razem przez silna siła nuklearna. Elektrony, choć przyciągane do jądra, poruszają się tak szybko, że spadają wokół niego lub okrążają go na odległość. Dodatni ładunek elektryczny jądra pochodzi z protonów, podczas gdy neutrony nie mają ładunku elektrycznego netto. Prawie cała masa atomu zawarta jest w jądrze, ponieważ protony i neutrony mają znacznie większą masę niż elektrony. Liczba protonów w jądrze atomowym określa jego tożsamość jako atom określonego pierwiastka. Liczba neutronów określa, który izotop elementu jest atomem.

Jądro atomu jest znacznie mniejsze niż całkowita średnica atomu, ponieważ elektrony mogą być oddalone od centrum atomu. Atom wodoru jest 145 000 razy większy niż jego jądro, podczas gdy atom uranu jest około 23 000 razy większy niż jego jądro. Jądro wodoru jest najmniejszym jądrem, ponieważ składa się z pojedynczego protonu. Ma 1,75 femtometru (1,75 x 10^-15 m). Natomiast atom uranu zawiera wiele protonów i neutronów. Jego jądro ma około 15 femtometrów.

Protony i neutrony są zwykle przedstawiane jako zagęszczone razem i równomiernie rozmieszczone w kule. Jest to jednak nadmierne uproszczenie faktycznej struktury. Każdy nukleon (proton lub neutron) może zajmować określony poziom energii i zakres lokalizacji. Podczas gdy jądro może być kuliste, może być również w kształcie gruszki, w kształcie piłki do rugby, w kształcie dyskietki lub trójosiowe.

Protony i neutrony jądra składają się z barionów mniejsze cząsteczki subatomowe, zwane kwarkami. Silna siła ma niezwykle krótki zasięg, więc protony i neutrony muszą być bardzo blisko siebie, aby się związać. Silna siła przyciągająca przezwycięża naturalne odpychanie podobnie naładowanych protonów.

Oprócz protonów i neutronów istnieje trzeci rodzaj barionu zwany hiperonem. Hiperon zawiera co najmniej jeden dziwny kwark, podczas gdy protony i neutrony składają się z kwarków w górę i w dół. Jądro zawierające protony, neutrony i hiperony nazywane jest hipernukleusem. Ten rodzaj jądra atomowego nie był widziany w naturze, ale powstał w eksperymentach fizycznych.

Innym rodzajem jądra atomowego jest jądro halo. Jest to jądro jądra otoczone orbitującą aureolą protonów lub neutronów. Jądro halo ma znacznie większą średnicę niż typowe jądro. Jest także znacznie bardziej niestabilny niż normalne jądro. Przykład jądra halo zaobserwowano w licie 11, który ma rdzeń składający się z 6 neutronów i 3 protonów, z halo 2 niezależnych neutronów. Okres półtrwania jądra wynosi 8,6 milisekund. Zaobserwowano, że kilka nuklidów ma jądro halo, gdy są w stanie wzbudzonym, ale nie w stanie podstawowym.

Źródła:

• M. Maj (1994). „Ostatnie wyniki i kierunki w fizyce hipernuklearnej i kaon”. W. Pascolini. PAN XIII: Cząsteczki i jądra. World Scientific. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
• W. Nörtershäuser, promienie ładunku nuklearnego Be i One-Neutron Halo Nucleus Be, Listy z przeglądu fizycznego, 102: 6, 13 lutego 2009 r.,