La meitat del segle passat va marcar el naixement d'una nova era en la història de la humanitat. L'Edat de Pedra va ser substituïda una vegada per l'Edat del Bronze, després van seguir els períodes del regnat del ferro, el vapor i l'electricitat. Ara estem al començament de l'era de l'àtom. Fins i tot el coneixement més superficial en el camp de l'estructura del nucli atòmic obre horitzons sense precedents per a la humanitat.
Què sabem del nucli atòmic? El fet que constitueix el 99,99% de la massa de tot l'àtom i està format per partícules que comunament s'anomenen nucleons. Què són els nucleons, quants d'ells, què són, ara ho sap tot estudiant de secundària que té un quatre sòlid en física.
Com ens imaginem l'estructura de l'àtom
Ai, no serà aviat que apareixerà una tècnica que permeti veure les partícules que formen un àtom, un nucli atòmic. Hi ha milers de preguntes sobre com s'ordena la matèria, i també hi ha moltes teories sobre l'estructura de les partícules elementals. Fins ara, la teoria querespon a la majoria de preguntes, és el model planetari de l'estructura de l'àtom.
Segons això, els electrons carregats negativament giren al voltant d'un nucli carregat positivament, subjectes per atracció elèctrica. Què són els nucleons? El fet és que el nucli no és monolític, està format per protons i neutrons carregats positivament, partícules amb càrrega zero. Aquestes són les partícules a partir de les quals es construeix el nucli atòmic, i és habitual anomenar-les nucleons.
D'on prové aquesta teoria, si les partícules són tan petites? Els científics van arribar a la conclusió sobre l'estructura planetària de l'àtom dirigint feixos de diverses micropartícules cap a les plaques metàl·liques més primes.
Quines són les seves dimensions
El coneixement sobre l'estructura de l'àtom no serà complet si no imagineu els seus elements a escala. El nucli és extremadament petit, fins i tot en comparació amb el propi àtom. Si imagineu un àtom, per exemple, l'or, en forma d'un globus enorme amb un diàmetre de 200 metres, llavors el seu nucli serà només… una avellana. Però què són els nucleons i per què tenen un paper tan important? Sí, només perquè és en ells on es concentra tota la massa de l'àtom.
Als nius de la xarxa cristal·lina, els àtoms d'or es troben bastant densament, de manera que la distància entre "nous" veïnes a l'escala adoptada per nos altres serà d'uns 250-300 metres.
Proton
Els científics han sospitat des de fa temps que el nucli d'un àtom no és cap mena de substància monolítica. Les magnituds de la massa i la càrrega, que van créixer en "passos" d'un element químic a un altre, van ser dolorosament sorprenents. Era lògic assumirque hi ha determinades partícules amb una càrrega positiva fixa, de les quals es “repleguen” els nuclis de tots els àtoms. Quants nucleons carregats positivament hi ha al nucli, aquesta serà la seva càrrega.
Les hipòtesis sobre la complexa estructura del nucli atòmic es van fer en el període de la construcció de Mendeleiev de la seva taula periòdica dels elements. Tanmateix, les possibilitats tècniques per confirmar experimentalment conjectures no existien en aquell moment. Només a principis del segle XX, Ernest Rutherford va fer un experiment que va confirmar l'existència del protó.
Com a resultat de l'exposició a la substància per radiació de metalls radioactius, de tant en tant apareixia una partícula: una còpia del nucli d'un àtom d'hidrogen. Tenia el mateix pes (1,67 ∙ 10-27 kg) i càrrega atòmica +1.
Neutron
La conclusió sobre la necessitat de buscar una altra partícula, en absència anomenada neutró, va arribar ràpidament. Atès que la qüestió de quants nucleons hi ha al nucli i quins són, radica en el creixement desigual de massa i càrrega amb un canvi en el nombre ordinal de l'element. Rutherford va fer una suposició sobre l'existència d'un bessó de protons amb càrrega zero, però no va poder confirmar la seva conjectura.
En general, els científics nuclears ja tenien una bona idea de què són els nucleons i la composició quantitativa dels nuclis atòmics. I la partícula esquiva, però descoberta experimentalment per ningú, estava esperant entre les ales. James Chadwick es considera el seu descobridor, que va aconseguir aïllar l'"invisible" de la substància,sotmetent-lo a un bombardeig amb nuclis d'heli accelerats a velocitats ultra altes (partícules α). La massa de la partícula, com era d'esperar, va resultar ser igual a la massa del protó descobert anteriorment. Segons la investigació moderna, el neutró és una mica més pesat.
Una mica més sobre els "maons" del nucli atòmic
Calcular quants nucleons hi ha al nucli d'un element químic o el seu isòtop és fàcil. Això requereix dues coses: una taula periòdica i una calculadora, encara que pots calcular en la teva ment. Un exemple són els dos isòtops comuns de l'urani: 235 i 238. Aquests nombres representen la massa atòmica. El número de sèrie de l'urani és 92, sempre indica la càrrega del nucli.
Com sabeu, els nucleons del nucli d'un àtom poden ser protons amb càrrega positiva o neutrons de la mateixa massa, però sense càrrega. El número de sèrie 92 indica el nombre del nucli de protons. El nombre de neutrons es calcula mitjançant una simple resta:
- - urani 235, nombre de neutrons=235 – 92=143;
- - urani 238, nombre de neutrons=238 – 92=146.
I quants nucleons es poden reunir alhora? Es creu que en una determinada etapa de la vida d'estrelles amb massa suficient, quan la reacció termonuclear ja no és capaç de frenar la força de la gravetat, la pressió a les entranyes de l'estrella augmenta tant que "enganxa" electrons a protons. Com a resultat, la càrrega esdevé zero i el parell protó-electró es converteix en un neutró. La matèria resultant, formada per neutrons "premsats", és extremadament densa.
Una estrella que pesa al nostre Sol es converteix en una boladiverses desenes de quilòmetres de diàmetre. Una culleradeta d'aquest tipus de "farinetes de neutrons" podria pesar uns quants centenars de tones a la Terra.
