0000023 (17)

Emanuel Trembaczowski

1.2. Jądro atomu 1.2.1. Ogólne wiadomości o jądrze atomowym

Ładunek elektryczny i masa jądra atomu. Wiedza o budowie jądra atomu, jego przemianach oraz o promieniotwórczości zalicza się do najważniejszych i podstawowych działów nauki. Znajomość jej elementów staje się konieczna dla każdego przyrodnika.

Atom jest układem złożonym z małego pod względem rozmiarów geometrycznych jądra, które skupia prawie całą masę atomową, oraz z otaczających jądro ujemnie naładowanych elektronów.

Ładunek elektryczny jądra, który jest dodatni, jest określony iloczynem Ze, gdzie Z — zwane liczbą atomową (porządkową) określa miejsce danego pierwiastka w układzie Mendelejewa (e = 1,60 • 10~^laC). Liczba Z określa również liczbę elektronów znajdujących się na powłokach, co z kolei decydtije o właściwościach chemicznych atomu. Wynika z tego, że chociaż jądro atomu nic bierze udziału w reakcjach chemicznych, to jednak ładunek jego warunkuje przebieg tych reakcji.

Jądro atomu ma średnicę rzędu 10~¹⁵ m, a więc zajmuje stosunkowo nieznaczną przestrzeń całego atomu, którego średnica jest 100000 razy większa i wynosi 10~¹⁰m. Ponieważ masy różnych jąder atomowych zawierają się w granicach od 10~²⁵kg do 10"²⁷ kg i koncentrują w sobie niemal całą masę atomu, przeto dane te wystarczają do oszacowania gęstości substancji jądrowej. 1 tak np. jądro uranu, którego masa wynosi około 4 • 10 ²³ kg, a objętość 4 • 10~⁴² m³, ma gęstość około 10¹⁷kg/m^a. Innymi słowy 1 mm³ tej substancji jądrowej ważyłby 100000 ton. Warto tu zauważyć, że istnieją dane o występowaniu w Kosmosie materii o bardzo dużych gęstościach, tzw. materii „nadgęstej”. Obok znanych od dawna „białych karłów” — gwiazd, których materia składa się jakby z „ciasno upakowanych” jąder, odkryto stosunkowo niedawno inne, tzw. „pulsary”, które zaliczane są do wirujących gwiazd neutronowych. Gęstość tych ciał określana jest średnio na 10¹⁷ kg/rn³, a więc porównywalna jest z gęstością jądra atomu uranu.

Małe rozmiary jądra i wynikająca z tego olbrzymia gęstość substancji jądrowej wskazują, że procesy zachodzące wewnątrz jądra różnią się w istotny sposób od procesów makroskopowych.

Reasumując powyższe uwagi należy podkreślić, że spośród kilku innych wielkości ładunek elektryczny i masa jądra są to dwa najważniejsze parametry charakteryzujące jądro atomowe. Zgodnie z aktualnymi poglądami na temat budowy materii, jądro atomu składa się z nukleonów, występujących albo w stanie protonu albo w stanie neutronu.

Charakter sił utrzymujących neutrony i protony w jądrze nie jest jeszcze całkowicie wyjaśniony. Przypuszcza się, że siły te należą do typu tzw. sił wymiany, podobnych w znacznym stopniu do sił wiążących dwa atomy w cząsteczce wodoru. Siły te charakteryzują się między innymi następującymi właściwościami:

1. Są siłami przyciągającymi. Przemawia za tym fakt trwałości jądra, które zbudowane z jednoimiennie naładowanych protonów uległoby na skutek kulombowskich sił odpychania rozerwaniu.

29