16.2: Ядра та атоми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 77104

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Кварки зв'язуються між собою, утворюючи протони і нейтрони. Протон складається з двох кварків вгору і вниз кварка, а нейтрон складається з двох вниз кварків і вгору кварка. Разом протони і нейтрони називаються нуклонами. Нуклони можуть самі зв'язуватися між собою, утворюючи ядра. Ці ядра завжди позитивно заряджені, при цьому загальний заряд залежить від загальної кількості протонів. Ядра називаються так, тому що вони сидять біля ядра атомів; атом - це ядро, яке зібрало негативні електрони в різні електронні стани (тобто орбіталі), дозволені електричним потенціалом, створеним його позитивним зарядом. Найменшим ядром є водневе ядро, що складається лише з одного протона; воно становить близько 10 ⁻¹⁵ м в поперечнику. Найбільші стабільні ядра мають в них більше 200 нуклонів. Ядра з більшою кількістю нуклонів, ніж це, як правило, нестабільні і спонтанно діляться на менші ядра.

Енергія зв'язування - тобто потенційна енергія, яка виникає в результаті об'єднання нуклонів разом для отримання ядер - є помітною часткою (1% або близько того) масової енергії нуклонів. Ядро з найбільшою енергією зв'язування на нуклеон - Залізо-56, що робить його (в певному сенсі) найбільш стійким ядром. Ви можете отримати енергію, сплавивши легші елементи разом, поки не дійдете до Залізо-56; після цього це коштує енергії, щоб накопичувати важчі елементи.

Звичайно, в природі більшість матеріалів в основному електрично нейтральні, по крайней мере, на Землі. Виявляється, більша частина баріонного матеріалу в просторі знаходиться у вигляді плазми (переважно іонізованого водню, тобто вільних протонів і вільних електронів), що заповнює порожнечу між галактиками всередині скупчень галактик. Однак на Землі здебільшого, якщо є вільний електрон, він буде захоплений першим ядром, яке надходить із додатковим позитивним зарядом. Отже, у нашому повсякденному досвіді всі речі складаються з атомів. Ми організовуємо наше розуміння різних типів атомів за допомогою Періодичної таблиці, про що детально обговорювалося в главі 15.