Ορισμός πυρήνων στη χημεία

Στη χημεία, ένας πυρήνας είναι το θετικά φορτισμένο κέντρο του άτομο που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Είναι επίσης γνωστός ως "ατομικός πυρήνας". Η λέξη "πυρήνας" προέρχεται από τη λατινική λέξη πυρήνας, η οποία είναι μια μορφή της λέξης nux, που σημαίνει καρύδι ή πυρήνας. Ο όρος δημιουργήθηκε το 1844 από τον Michael Faraday για να περιγράψει το κέντρο ενός ατόμου. Οι επιστήμες που εμπλέκονται στη μελέτη του πυρήνα, της σύνθεσης και των χαρακτηριστικών του ονομάζονται πυρηνική φυσική και πυρηνική χημεία.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκρατούνται μαζί από το ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τα ηλεκτρόνια, αν και έλκονται από τον πυρήνα, κινούνται τόσο γρήγορα που πέφτουν γύρω από αυτό ή το τροχίζουν σε απόσταση. Το θετικό ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα προέρχεται από τα πρωτόνια, ενώ τα νετρόνια δεν έχουν καθαρό ηλεκτρικό φορτίο. Σχεδόν όλη η μάζα ενός ατόμου περιέχεται στον πυρήνα αφού τα πρωτόνια και τα νετρόνια έχουν πολύ περισσότερη μάζα από τα ηλεκτρόνια. Ο αριθμός των πρωτονίων στον ατομικό πυρήνα ορίζει την ταυτότητά του ως ατόμου συγκεκριμένου στοιχείου. Ο αριθμός των νετρονίων καθορίζει ποιο ισότοπο ενός στοιχείου είναι το άτομο.

Ο πυρήνας ενός ατόμου είναι πολύ μικρότερος από τη συνολική διάμετρο του ατόμου επειδή τα ηλεκτρόνια μπορεί να απέχουν από το κέντρο του ατόμου. Ένα άτομο υδρογόνου είναι 145.000 φορές μεγαλύτερο από τον πυρήνα του, ενώ ένα άτομο ουρανίου είναι περίπου 23.000 φορές μεγαλύτερο από τον πυρήνα του. Ο πυρήνας του υδρογόνου είναι ο μικρότερος πυρήνας επειδή αποτελείται από ένα μοναδικό πρωτόνιο. Είναι 1,75 femtometers (1,75 x 10^-15 Μ). Το άτομο ουρανίου, αντίθετα, περιέχει πολλά πρωτόνια και νετρόνια. Ο πυρήνας του είναι περίπου 15 femtometers.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια απεικονίζονται συνήθως ως συμπιεσμένα μεταξύ τους και ομοιόμορφα κατανεμημένα σε σφαίρες. Ωστόσο, πρόκειται για υπερπροσαρμογή της πραγματικής δομής. Κάθε νουκλεόνιο (πρωτόνιο ή νετρόνιο) μπορεί να κατέχει ένα ορισμένο επίπεδο ενέργειας και μια σειρά από θέσεις. Ενώ ένας πυρήνας μπορεί να είναι σφαιρικός, μπορεί επίσης να είναι αχλαδιού, σχήματος ράγκμπι, σχήματος δισκοειδούς ή τριξονικού.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια του πυρήνα αποτελούνται από βαρυόνια μικρότερα υποατομικά σωματίδια, που ονομάζονται κουάρκ. Η ισχυρή δύναμη έχει ένα εξαιρετικά μικρό εύρος, έτσι τα πρωτόνια και τα νετρόνια πρέπει να είναι πολύ κοντά μεταξύ τους για να δεσμευτούν. Η ελκυστική ισχυρή δύναμη υπερνικά τη φυσική απόρριψη των ομοειδώς φορτισμένων πρωτονίων.

Εκτός από τα πρωτόνια και τα νετρόνια, υπάρχει ένας τρίτος τύπος βαρυονίου που ονομάζεται υπερόνιο. Ένα υπερόνιο περιέχει τουλάχιστον ένα περίεργο κουάρκ, ενώ πρωτόνια και νετρόνια αποτελούνται από κουάρκ πάνω και κάτω. Ένας πυρήνας που περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και υπερόνια ονομάζεται υπερπυρήνας. Αυτός ο τύπος ατομικού πυρήνα δεν έχει παρατηρηθεί στη φύση αλλά έχει σχηματιστεί σε πειράματα φυσικής.

Ένας άλλος τύπος ατομικού πυρήνα είναι ένας πυρήνας αλογόνου. Αυτός είναι ένας πυρήνας πυρήνα που περιβάλλεται από ένα τροχιά γύρω από τα πρωτόνια ή τα νετρόνια. Ένας πυρήνας πυριτίου έχει πολύ μεγαλύτερη διάμετρο από έναν τυπικό πυρήνα. Είναι επίσης πολύ πιο ασταθής από έναν κανονικό πυρήνα. Ένα παράδειγμα πυρήνα αλογόνου έχει παρατηρηθεί στο λίθιο-11, το οποίο έχει έναν πυρήνα που αποτελείται από 6 νετρόνια και 3 πρωτόνια, με αλογόνο από 2 ανεξάρτητα νετρόνια. Ο χρόνος ημίσειας ζωής του πυρήνα είναι 8,6 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Πολλά νουκλίδια έχουν φανεί ότι έχουν πυρήνα πυρήνα όταν βρίσκονται σε κατάσταση διεγέρσεως, αλλά όχι όταν βρίσκονται στην αρχική κατάσταση.

Πηγές:

• Μ. Μάιος (1994). "Πρόσφατα αποτελέσματα και κατευθύνσεις στην υπερπυρηνική και καονική φυσική". Σε ένα. Pascolini. PAN XIII: Σωματίδια και πυρήνες. World Scientific. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
• W. Nörtershäuser, Πυρηνική Φόρτιση Radii της Be και η One-Neutron Halo Nucleus Be, Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης, 102: 6, 13 Φεβρουαρίου 2009,