גרעין האטום

גרעין האטום הוא האזור במרכז האטום שמורכב מנוקליאונים (חלקיקי גרעין): פרוטונים ונייטרונים. פרוטון נושא מטען חשמלי חיובי. נייטרון אינו נושא מטען חשמלי. במימן-1 יש רק פרוטון אחד ואין נייטרון.

מספר הפרוטונים בגרעין נקרא המספר האטומי. הוא קובע איזה יסוד זה. מספר הנייטרונים יחד עם מספר הפרוטונים נותן את מספר המסה. מספר זה קרוב לערך המסה האטומית ביחידות u.

למרות שהגרעין מכיל את רוב מסת האטום, נפחו קטן מאוד. רדיוס הגרעין הוא בסדר גודל של פרמי (10^-15 מטר), ואילו רדיוס האטום בסדר גודל של אנגסטרום (10^-10 מטר). לכן אטומים הם בעיקר ריקים מבחינה מרחבית.

מטען הגרעין הוא חיובי ושווה למספר הפרוטונים כפול המטען של פרוטון.

על פי המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים פועלים בתוך הפרוטונים והנייטרונים הכוח החזק והכוח החלש. הכוח הגרעיני (חזק) מחבר בין הנוקליאונים ומקצר טווחו מאוד עם המרחק.

בין פרוטונים יש דחייה חשמלית כי מטעניהם זהים. הכוח הגרעיני מושך את הנוקליאונים ומאזן את הדחייה. בכאשר הגרעין גדול מדי הכוח החזק לא מצליח להתגבר על הדחיות, ולכן גרעינים כבדים רדיואקטיביים. למעשה כל היסודות כבדים מעופרת ומעלה חסרי איזוטופים יציבים.

גרעין עם עודף נייטרונים יכול לעבור דעיכת בטא מינוס: נייטרון הופך לפרוטון ומשתחררים אלקטרון ואנטיניוטרינו. דוגמה מוכרת היא פחמן-14 שנדדה לחנקן-14.

התפרקות רדיואקטיבית פולטת קרינה וקשורה לתהליכים קוונטיים והסתברותיים. אי אפשר לחזות בדיוק מתי גרעין יתפרק, רק את ההסתברות לפרק זמן נתון.

למימן יש שלושה איזוטופים בלבד. לקסנון ולצזיום יש מגוון גדול של איזוטופים; לקסנון יש 6 איזוטופים יציבים, ולצזיום יש איזוטופ יציב אחד. קיימת גם תחזית תיאורטית של "אי של יציבות", קבוצות איזוטופים עם "מספרים קסם" שעשויים להתקיים זמן ארוך יחסית.

גרעין האטום הוא החלק במרכז האטום. הוא בנוי מפרוטונים ונייטרונים. פרוטון הוא חלקיק עם מטען חיובי. נייטרון הוא חלקיק שאין לו מטען.

במימן-1 יש רק פרוטון אחד. מספר הפרוטונים קובע את סוג היסוד. אם יש נייטרונים שונים נקבל איזוטופים. איזוטופ זה גרסה של אותו יסוד עם מספר שונה של נייטרונים.

הגרעין שוקל רוב מסת האטום, אבל הוא קטן מאוד. האטום גדול הרבה יותר מהגרעין. רוב האטום נראה ריק מבחינה מרחבית.

פרוטונים דוחים זה את זה כי הם בעלי מטען זהה. כוח אחר, הקרוי כוח גרעיני, מושך את החלקיקים יחד. בכמה גרעינים כבדים הכוח הזה לא מספיק, והם בלתי יציבים. גרעינים לא יציבים פולטים קרינה ונקראים רדיואקטיביים.

עודף נייטרונים יכול לגרום לגרעין להשתנות. לדוגמה, פחמן-14 הופך לחנקן-14 כשהוא משנה חלקיק בניה.

למימן יש שלושה איזוטופים. יש יסודות עם הרבה איזוטופים, ויש כאלו עם מעט.