Scan0012 4

U.2.5. MODEL JĄDRA ATOMOWEGO

Pomimo całego rozwoju chemii, a zwłaszcza fizyki w obecnym stuleciu, nie udało się dotychczas opracować odpowiedniej teorii struktury jądra atomowego. Jedną z przyczyn tego faktu jest nieznajomość charakteru sił jądrowych. Dlatego też istnieje kilka modeli jądra atomowego, starających się wyjaśnić jego właściwości. Najbardziej znane są: model kroplowy i powłokowy jądra atomu. Model pierwszy wyraża działanie silnych skupisk sił w jądrze atomowym (podobnie jak w kropli cieczy), drugi uwzględnia tezę, że nukleony w jądrze skupiają się w określone powłoki (dlatego model powłokowy). Jednak żaden z tych modeli nie oddaje wszystkich właściwości jądra atomowego.

Zajmijmy się bardziej szczegółowo modelem powłokowym jądra atomu, bowiem na jego podstawie można wyjaśnić stabilność jąder, a równocześnie model ten przypomina także strukturę powłok elektronowych.

Na rysunku 3 przedstawiono wykres struktury 14 neutronów i 12 protonów w jądrze magnezu: j^Mg. Neutrony i protony obejmują poszczególne płaszczyzny, różniące się od siebie, ponieważ między protonami istnieją siły odpychające. Na wyższych poziomach dochodzi do stopniowej wymiany powłok neutronowych i protonowych.

Poniższy schemat pomoże nam w określeniu stabilności różnych jąder ^{1 2 3}

Wszystko to można w pełni potwierdzić eksperymentem, ponieważ bombardując neutronami jądro j^Mg powstaje jądro ^Mg — niestabilne, IHomieniotwórcze (przejawia rozpad /J~) i przechodzi w stabilne jądro 13 Al. Podobnie, jeżeli do jądra ^3 Al dodamy kolejny proton, otrzymamy zno-u u jądro stabilne ^jSi, ponieważ proton ten ponownie zapełni poziom protonowy. Jeżeli jednak zamiast protonu do jądra f|Al dodamy neutron, uzyskamy promieniotwórcze jądro 13AI.

Bardzo stabilne są zwłaszcza jądra atomowe, w których liczba protonów lub neutronów osiąga określoną wartość, co wskazuje na pewną okresowość w strukturze jądra. Ciąg tych tzw. liczb magicznych jest następujący:

2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

i prawdopodobnie wartości tych liczb magicznych wy rażają liczbę nukleonów w danych grupach jądra atomowego.

Bardzo stabilne sq takie jądra, w których liczba protonów lub neutronów wyraża się wartością którejś z liczb magicznych.

1.2.6. STABILNOŚĆ JĄDRA ATOMOWEGO

Dotąd stwierdzono na Ziemi istnienie 267 stabilnych jąder i około 1200 naturalnych lub sztucznie wytworzonych jąder promieniotwórczych. Nie ma sensu podawania ich dokładnej liczby, ponieważ stałe otrzymywane są nowe jądra promieniotwórcze..

Stabilność jąder możemy określać np. uwzględniając wartość liczby magicznej, energii wiązania na jeden nukleon, oraz o stosunek liczby protonów i neutronów w danym jądrze.

A. Liczby magiczne

1. Duża liczba stabilnych izotopów posiada takie jądra, w których liczba protonów osiąga wartość liczby magicznej, np. wapnia i cyny.

40p_q ⁴²C'A    ⁴³

20 ¹¹²Sn

120

50

ⁿ⁴Sn

50¹³¹¹’ 122< 50¹-

Sn, 'gSn,

20

Ca,

^1,5Sn

50^M> 124

⁴⁴Da

20'-'^aJ

^ll6Sn

50⁰¹¹’

46/->„

20'-<i,

48p,,

₂₀wa,

in_s

H8_S

50°ⁿ>

¹¹⁹Sn

50¹-⁵¹¹’

Sn.

Na przykład:

21

1

Jeżeli jądro ^Mg przyjmie neutron, to w tym przypadku neutron zajmie najniższy wolny poziom neutronowy. Jednak ze względu na to, że pod tym poziomem neutronowym znajduje się niższy, wolny poziom protonowy, jądro dążyć będzie do przejścia do stanu o najniższej energii.

Dlatego neutron przejdzie w proton, który zajmie wolny poziom protonowy, oraz w elektron (rozpad fi~).

2

   Jeżeli do nowo powstałego w ten sposób jądra dodamy kolejny proton, powstanie ponownie stabilne jądro, ponieważ proton ten zapełni całkowicie dany poziom protonowy.

3

   W przypadku kiedy do jądra, uzyskanego teoretycznie w wyniku postępowania opisanego w pkt 1,

Rys. 3. Wykresstruk- dodamy — zamiast protonu — neutron, dojdzie znów tury nukleonów ^Mg do jego przejścia w proton i elektron.