ساختار هسته ی اتم

هسته از پروتون و نوترون تشکيل شده است. به جز هيدروژن معمولي که تنها يک پروتون دارد.

نوترون بدون بار است، و بار پروتون e+ مي‌باشد، جدول زير مقدار بار و جرم ذره هاي سازنده‌ي اتم‌ها را نشان مي‌دهد.

به پروتون و نوترون‌ها بطور کلي نوکلئون مي‌نامند.

تعداد پروتون هاي هسته هر اتم را عدد اتمي مي‌نامند و با نماد Z نشان مي‌دهند.بنابراين بار هسته +Ze مي‌باشد.

تعداد نوترون هاي هسته هر اتم را عدد نوتروني مي‌نامند و با نماد N نشان مي‌دهند.

مجموع تعداد پروتون‌ها و تعداد نوترون‌ها را عدد جرمي مي‌نامند و با نماد A نشان مي‌دهند. A=Z+N

نماد شيميايي يک اتم (X) را به صورت نشان مي‌دهند.

هسته هاي يک عنصر شيميايي معين را که عدد نوتروني متفاوت و در نتيجه عدد جرمي مختلف دارند ايزوتوپ مي‌نامند، مانند ايزوتوپهاي کربن است، فراوان ترين کربن در طبيعت است (9/98 درصد) و فراواني 1/1 درصد مي‌باشد اما در طبيعت يافت نمي‌شود و در حين برخي فرآيندهاي هسته اي بوجود مي‌آيد.

ايزوتوپ هاي هيدروژن:

1- هيدروژن معمولي با فراواني 985/99 درصد 2- دوترويم داراي يک پروتون و يک نوترون با فراواني 015/0 درصد 3- تريتيوم داراي يک پروتون و دو نوترون با فراواني بسيار ناچيز در طبيعت يافت مي‌شوند.

به علت نيروي رانش بين پروتون‌ها و ناچيز بودن نيروي گرانش بين نوکلئون ها، طبيعي است که هسته پايدار نمانده اما حقيقت، پايداري هسته را نشان مي‌دهد، علت اين پديده نيروي قوي به نام نيروي هسته اي مي‌باشد. نيروي هسته اي بسيار کوتاه برد در حدود 2fm مي‌باشد.

پايداري هسته:

با افزايش نوکلئونها، هسته بزرگتر شده در نتيجه نيروي کوتاه برد هسته اي کاهش مي‌يابد. در نتيجه هسته ناپايدار مي‌شود.

تمام عنصر هايي که عدد اتمي آنها بزرگتر از 83=Z است، ناپايدارند.

نکته (1):

عدد اتمي عنصرهايي که در طبيعت وجود دارند در گستره و عدد نوتروني آنها در گستره قرار دارد.

نکته (2):

عدد جرمي سنگين ترين عنصر 238=146+92=A مي‌باشد.

جرم به انرژي و بلعکس تبديل مي‌شود و مجموع کل جرم و انرژي در بر هم کنش‌ها پايسته مي‌ماند.

m: جرم

: سرعت نور در خلأ

E: معادل انرژي جرم

انرژي بستگي هسته:

جرم دقيق هسته کمتر از مجموع جرم نوکلئون‌ها مي‌باشد، اين تفاوت جرم به هنگام تشکيل هسته به انرژي تبديل شده است.

Mp: جرم پروتون

Mn: جرم نوترون

Mx: جرم دقيق هسته

B:انرژي بستگي هسته

: سرعت نور در خلأ

انرژي نوکلئون‌ها در هسته نيز مانند انرژي الکترون‌ها در اتم، کوانتيده است. ولي فاصله ترازهاي انرژي نوکلئون‌ها در هسته بسيار بيش از فاصله بين ترازهاي انرژي الکترون‌ها در اتم است.

فاصله ترازهاي انرژي الکترون‌ها در حدود چند الکترون ولت و فاصله ترازهاي انرژي نوکلئون هاي هسته در حدود چند ده کيلو الکترون ولي مي‌باشد. و در هسته هاي سبک در حدود مگا الکترون ولت يا بيش تر است.

نوکلئون‌ها هم مي‌توانند با دريافت انرژي از نوترون‌ها يا پروتون هاي پر انرژي به تراز بالاتر بروند و هسته برانگيخته شود.

هسته‌ي برانگيخته مي‌تواند، با گسيل فوتون به حالت پايه باز گردد.

(هسته بر انگيخته را با نماد نشان مي‌دهند)

انرژي واکنش هاي شيميايي در حدود چند الکترون ولت است. به همين دليل هسته اتم‌ها در واکنش شيميايي برانگيخته نمي‌شوند و هسته‌ها در واکنش هاي شيميايي دخالت ندارند.