Atomska jezgra: razlika između inačica

Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nadopunio Atomska jezgra
Nadopunio Atomska jezgra
Redak 8:
 
[[datoteka:Activity decay.svg|mini|desno|250px|[[Radioaktivnost]] u funkciji [[Vrijeme (fizika)|vremena]]; vrijeme poluraspada ''T<sub>½</sub> = ln(2) ∙ τ'', gdje je ''τ'' srednje vrijeme života [[radionuklid]]a.]]
 
[[datoteka:Stdef2.png|250px|desno|mini|Model tekuće kapljice atomske jezgre.]]
 
[[datoteka:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schematic.svg|mini|desno|450px|Tri prirodna [[izotop]]a [[vodik]]a, koji se razlikuj po broju [[neutron]]a u atomskoj jezgri. S lijeva na desno: procijum <sup>1</sup>H je bez neutrona, [[deuterij]] <sup>2</sup>H s jednim neutronom i tricij <sup>3</sup>H s dva neutrona.]]
 
'''Atomska jezgra''' ili '''jezgra atoma''' nalazi se u središtu [[atom]]a i čini 99,9% njegove [[masa|mase]], a zauzima samo oko 10<sup>–14</sup> [[volumen]]a (obujma) atoma. Na primjer kada bi atom bio [[kugla]] [[promjer]]a 6 [[kilometar]]a, atomska jezgra bi bila veličine [[tenis]]ke [[Lopta|loptice]]. Svi sastavni dijelovi u atomu u neprestanu su [[gibanje|gibanju]]. Jezgra se sastoji od [[Električni naboj|električki pozitivno nabijenih]] [[proton]]a i neutralnih [[neutron]]a. Promjer atomske jezgre je od 1,75 · 10<sup>–15</sup> [[metar]]a ([[vodik]]ova jezgra) do 15 · 10<sup>–15</sup> metara ([[uranij]]eva jezgra). Protoni i neutroni su u jezgri stopljeni zajedno djelovanjem privlačne [[Jaka nuklearna sila|nuklearne, odnosno jake sile]]. Protoni i neutroni sastavljeni su od triju još manjih čestica, [[kvark]]ova. <ref> '''atom''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=4472] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>
Line 49 ⟶ 53:
 
'''Vrijeme poluraspada''' je [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]] potrebno da se raspadne polovica nestabilnih atomskih jezgara ili subatomskih čestica u nekom uzorku radioaktivne tvari.
 
== Modeli atomske jezgre ==
 
=== Model kapljice ===
'''Model kapljice''' opisuje atomsku jezgru kao kap nestlačivoga nuklearnoga [[fluid]]a velike [[gustoća|gustoće]]. Predložio ga je [[George Gamow|G. Gamow]] (1931.), a razvio [[Niels Bohr|N. Bohr]]. Analogan je modelu kapljice [[tekućine]] koju čine [[molekule]]. Stabilnost atomske jezgre ovisi o obliku kapi, a energija proizlazi od [[Površinska napetost|površinske napetosti]] i električnog odbijanja među protonima. Model objašnjava kuglasti oblik većine jezgri i pomaže predvidjeti energiju nuklearnog vezivanja. Tako su [[Hans Albrecht Bethe|H. A. Bethe]] i [[Carl Friedrich von Weizsäcker|C. F. von Weizsäcker]] na temelju modela kapljice tekućine (1935) izračunali energiju vezanja nukleona i objasnili [[nuklearna fuzija|nuklearnu fuziju]] atomskih jezgri u [[zvijezda]]ma.
 
=== Model ljusaka ===
'''Model ljusaka''' opisuje jezgru atoma kao da je izgrađena od međusobno neovisnih ljusaka protona i neutrona djelomično analognih ljuskama koje opisuju raspored [[elektron]]a u atomu. Razvila ga je [[Maria Goeppert-Mayer|M. Goeppert-Mayer]] (1949.). Stabilnost jezgre ovisi o broju [[nukleon]]a, a najstabilnije su jezgre punih ljusaka koje imaju [[magični broj]] protona i neutrona. One su i sferno simetrične. Nuklearna deformacija u modelu ljusaka je odstupanje jezgre od sferične ili osne simetrije; povezana je s kolektivnim gibanjima nukleona. Ona dovodi do pobuđenja [[Valencija (kemija)|valentnih]] nukleona, ali i do [[dinamika|dinamičkih]] [[deformacija]] ([[vibracije|vibracija]]) te [[statika|statičkih]] deformacija ([[rotacija]]). Za razvoj modela deformiranih jezgri zaslužni su [[Gaja Alaga|G. Alaga]] te [[Aage Niels Bohr|A. N. Bohr]], [[Ben Roy Mottelson|B. R. Mottelson]] i [[James Rainwater|J. Rainwater]].
 
=== Kromodinamički model ===
'''Kromodinamički model''' atomske jezgre u [[kvantna kromodinamika|kvantnoj kromodinamici]] je nakupina nukleona povezanih [[Jaka nuklearna sila|jakom nuklearnom silom]] zaostalom od [[jako međudjelovanje|jakog međudjelovanja]] među [[kvark]]ovima unutar pojedinih nukleona. Jaka nuklearna sila ne ovisi o [[električni naboj|električnome naboju]] nukleona, to jest iste je jakosti između bilo koja dva nukleona (protona i protona, neutrona i neutrona ili protona i neutrona). <ref> '''nuklearna fizika''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=4472] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>
 
== Atomska teorija ==
{{glavni|Atomska fizika}}
 
U atomskoj teoriji [[materija|materije]], [[atom]] se sastoji od [[atomska jezgra|atomske jezgre]] oko koje kruže [[elektron]]i. Danas je općenito priznato mišljenje da se atomska jezgra svih [[Kemijski element|kemijskih elemenata]] sastoji od pozitivno nabijenih [[proton]]a i [[neutron]]a koji nemaju [[električni naboj]]. Čestice koje se nalaze u atomskoj jezgri, to jest protoni i neutroni, zovu se zajedničkim imenom [[nukleon]]i ([[Latinski jezik|lat]]. ''nucleus'': jezgra). Neutron ima [[masa|masu]] gotovo jednaku masi protona. Proton je jezgra [[vodik]]ovog atoma, pa mu je masa jednaka masi atoma vodika. Broj protona u atomskoj jezgri koji se zove [[atomski broj]], jednak je njezinom [[električni naboj|električnom naboju]] i uvijek odgovara rednom broju kemijskog elementa u [[Periodni sustav elemenata|periodnom sustavu]]. Dakle atomskim brojem određena je vrsta kemijskog elementa.
 
U neutralnom atomu broj elektrona što kruže oko jezgre jednak je broju protona u jezgri. Pozitivan naboj jednog protona jednako je velik kao negativan naboj elektrona. 1869. ruski kemičar [[Dmitrij Ivanovič Mendeljejev|D. I. Mendeljejev]] otkrio je zakonitost ponavljanja kemijskih svojstva elemenata kod povećanja njihove atomske mase. On je tada sve poznate elemente poredao po rastućim atomskim masama jedan iznad drugoga i sastavio periodičku tablicu. Mendeljejev je dokazao da svaki kemijski element ima određen sastav atoma koji označuje atomska masa i mjesto u periodnom sustavu elemenata.
 
Broj protona ''P'' i neutrona ''N'' u jezgri određuje atomsku masu ''A'' određenog elementa, to jest:
 
:<math> A = P + N </math>
 
i zove se [[maseni broj]] atoma. Na primjer jezgra [[helij]]a sastoji se od dva protona i dva neutrona. Prema tome je [[električni naboj]] jezgre i [[Atomski broj|redni broj]] helija 2, a [[relativna atomska masa]] 4. Oko atomske jezgre kruže negativno nabijeni elektroni, a broj elektrona jednak je broju protona u jezgri.
 
No kod istog broja protona u jezgri mogu postojati različite količine neutrona. Dva atoma koji imaju isti broj protona, a različiti broj neutrona, imaju skoro ista kemijska svojstva i isti redni broj, ali različite atomske mase. Takvi se elementi koji imaju isti redni broj, a različitu atomsku masu, zovu izotopi. Tako na primjer postoji [[klor]] koji ima redni broj 17, to jest njegova jezgra sadrži 17 protona, dok mu je atomska masa 35, što znači da jezgra njegova atoma sadrži 18 neutrona (17 + 18 = 35). Međutim, postoji i klor s atomskom masom 37, to jest jezgra njegova atoma sadrži 20 neutrona (17 + 20 = 37). Običan klor koji se nalazi u spojevima u prirodi ima atomsku masu 35,46, što znači da je on smjesa tih dvaju izotopa koji su u njemu zastupani u omjeru 3 : 1, to jest:
 
:<math> \frac{\mathrm{3 \cdot 35 + 1 \cdot 37}}{\mathrm{4}} = \mathrm{35,5} </math>
 
Prvi izotop klora pišemo simbolički <sub>17</sub>Cl<sup>35</sup>, a drugi <sub>17</sub>Cl<sup>37</sup>. Gornji broj uz kemijski simbol elementa znači relativnu atomsku masu tog elementa, a donji - broj protona u jezgri tog elementa, odnosno njegov redni broj. I [[vodik]] ima svoje izotope: <sub>1</sub>H<sup>1</sup> obični vodik, <sub>1</sub>H<sup>2</sup> teški vodik ili [[deuterij]] i <sub>1</sub>H<sup>3</sup> [[tricij]].
 
Ovakvi izotopi nađeni su gotovo kod svih kemijskih elemenata. Tako [[uranij]], koji je najvažniji u dobivanju [[nuklearna energija|nuklearne energije]], ima 5 izotopa. Uranij ima redni broj 92, a njegovi izotopi imaju atomske mase 234, 235, 237, 238 i 239. U prirodnom uraniju najjače je zastupljen izotop s atomskom masom 238. Ima ga 137 puta više nego izotopa s atomskom masom 235. Ostalih njegovih izotopa ima još i manje. Izotopi se danas vrlo mnogo primjenjuju u medicini, tehnici i privredi, a naročito su veoma važni u proizvodnji nuklearne energije. Odjeljivanje izotopa vrši se centrifugiranjem, destilacijom, difuzijom i tako dalje.
 
Da se jezgra atoma koja se sastoji od pozitivno nabijenih protona ne razleti, jer se istoimeni električni naboji međusobno odbijaju, uzrok su privlačne sile koje vladaju, između protona i neutrona. To su takozvane sile jezgre ili [[osnovne sile]] koje, iako su vrlo velike, djeluju samo na vrlo male daljine, to jest u dimenzijama atomske jezgre. Tumačenje tih sila spada danas u glavne probleme atomske fizike. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>
 
== Izvori ==