A metade do século passado marcou o nascimento de uma nova era na história da humanidade. A Idade da Pedra já foi substituída pela Idade do Bronze, então os períodos do reinado do ferro, vapor e eletricidade seguiram sucessivamente. Estamos agora no início da era do átomo. Mesmo o conhecimento mais superficial no campo da estrutura do núcleo atômico abre horizontes sem precedentes para a humanidade.
O que sabemos sobre o núcleo atômico? O fato de que compõe 99,99% da massa de todo o átomo e consiste em partículas que são comumente chamadas de nucleons. O que são nucleons, quantos deles, o que são, agora todo estudante do ensino médio que tem quatro sólidos em física sabe.
Como imaginamos a estrutura do átomo
Ai, não será em breve que aparecerá uma técnica que permite ver as partículas que compõem um átomo, um núcleo atômico. Existem milhares de perguntas sobre como a matéria é organizada, e também existem muitas teorias sobre a estrutura das partículas elementares. Até hoje, a teoria de queresponde a maioria das perguntas, é o modelo planetário da estrutura do átomo.
De acordo com ele, elétrons carregados negativamente giram em torno de um núcleo carregado positivamente, mantido por atração elétrica. O que são nucleons? O fato é que o núcleo não é monolítico, ele consiste em prótons e nêutrons carregados positivamente - partículas com carga zero. Estas são as partículas a partir das quais o núcleo atômico é construído, e costuma-se chamá-las de nucleons.
De onde veio essa teoria, se as partículas são tão pequenas? Os cientistas chegaram à conclusão sobre a estrutura planetária do átomo direcionando feixes de várias micropartículas para as placas de metal mais finas.
Quais são suas dimensões
O conhecimento sobre a estrutura do átomo não estará completo se você não imaginar seus elementos em escala. O núcleo é extremamente pequeno, mesmo em comparação com o próprio átomo. Se você imaginar um átomo, por exemplo, ouro, na forma de um enorme balão com um diâmetro de 200 metros, então seu núcleo será apenas… uma avelã. Mas o que são nucleons e por que eles desempenham um papel tão importante? Sim, até porque é neles que se concentra toda a massa do átomo.
Nos ninhos da rede cristalina, os átomos de ouro estão localizados de forma bastante densa, então a distância entre as "nozes" vizinhas na escala adotada por nós será de cerca de 250-300 metros.
Próton
Os cientistas há muito suspeitam que o núcleo de um átomo não é algum tipo de substância monolítica. As magnitudes de massa e carga, crescendo em “passos” de um elemento químico para outro, eram dolorosamente impressionantes. Era lógico suporque existem certas partículas com uma carga positiva fixa, das quais os núcleos de todos os átomos são “coletados”. Quantos nucleons carregados positivamente estão no núcleo, esta será sua carga.
Suposições sobre a estrutura complexa do núcleo atômico foram feitas no período da construção de Mendeleev de sua tabela periódica de elementos. No entanto, as possibilidades técnicas para confirmar experimentalmente conjecturas não existiam naquela época. Somente no início do século 20, Ernest Rutherford fez um experimento que confirmou a existência do próton.
Como resultado da exposição à substância pela radiação de metais radioativos, de vez em quando aparecia uma partícula - uma cópia do núcleo de um átomo de hidrogênio. Tinha o mesmo peso (1,67 ∙ 10-27 kg) e carga atômica +1.
Nêutron
A conclusão sobre a necessidade de procurar outra partícula, in absentia chamada de nêutron, veio rapidamente. Uma vez que a questão de quantos nucleons estão no núcleo e quais são, reside no crescimento desigual de massa e carga com uma mudança no número ordinal do elemento. Rutherford fez uma suposição sobre a existência de um próton gêmeo com carga zero, mas não conseguiu confirmar sua conjectura.
Em geral, os cientistas nucleares já tinham uma boa ideia do que são os nucleons e a composição quantitativa dos núcleos atômicos. E a partícula indescritível, ainda descoberta experimentalmente por ninguém, estava esperando nas asas. James Chadwick é considerado seu descobridor, que conseguiu isolar o "invisível" da substância,submetendo-o ao bombardeio com núcleos de hélio acelerados a velocidades ultra- altas (partículas α). A massa da partícula, como esperado, acabou sendo igual à massa do próton descoberto anteriormente. De acordo com pesquisas modernas, o nêutron é um pouco mais pesado.
Um pouco mais sobre os "tijolos" do núcleo atômico
Calcular quantos nucleons no núcleo de um elemento químico ou seu isótopo é fácil. Isso requer duas coisas: uma tabela periódica e uma calculadora, embora você possa calcular mentalmente. Um exemplo são os dois isótopos comuns do urânio: 235 e 238. Esses números representam a massa atômica. O número de série do urânio é 92, sempre denota a carga do núcleo.
Como você sabe, os nucleons no núcleo de um átomo podem ser prótons carregados positivamente ou nêutrons da mesma massa, mas sem carga. O número de série 92 denota o número no núcleo de prótons. O número de nêutrons é calculado por simples subtração:
- - urânio 235, número de nêutrons=235 – 92=143;
- - urânio 238, número de nêutrons=238 – 92=146.
E quantos nucleons podem ser reunidos por vez? Acredita-se que em um certo estágio da vida de estrelas com massa suficiente, quando a reação termonuclear não é mais capaz de conter a força da gravidade, a pressão nas entranhas da estrela aumenta tanto que "cola" elétrons prótons. Como resultado, a carga se torna zero e o par próton-elétron se torna um nêutron. A matéria resultante, consistindo de nêutrons "pressionados", é extremamente densa.
Uma estrela pesando em nosso Sol se transforma em uma boladezenas de quilômetros de diâmetro. Uma colher de chá desse "mingau de nêutrons" pode pesar várias centenas de toneladas na Terra.
