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Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Núcleo atômico

Núcleo atômico

O núcleo atômico é a pequena parte central do átomo, com uma carga elétrica positiva e na qual a maior parte da massa do átomo está concentrada. Foi descoberto por Ernest Ruthenford em 1911. Após a descoberta do nêutron, em 1932, o modelo do núcleo atômico foi rapidamente desenvolvido por Dmitri Ivanenko e Werner Heisenberg.

As principais partículas subatômicas dos núcleos de átomos são prótons e nêutrons ou núcleons (exceto o hidrogênio comum ou proprietário, que contém apenas um próton). O mesmo elemento químico é caracterizado pelo número de prótons no núcleo que determina a carga positiva total. Esse número é chamado de número atômico. O número de massa é o total de prótons e nêutrons.

A física nuclear é o ramo científico responsável pelo estudo e entendimento do núcleo atômico, incluindo as forças que o unem e sua composição.

Propriedades do núcleo atômico

Quase toda a massa de um átomo está no núcleo atômico, com uma contribuição muito pequena da nuvem de elétrons porque os elétrons pesam muito pouco em comparação aos nêutrons e prótons. Prótons e nêutrons se unem para formar o núcleo atômico através da força nuclear.

A força que mantém as subpartículas juntas no núcleo dos átomos é a energia que é obtida na fusão nuclear e nas reações de fusão nuclear. A quebra desses laços de força experimenta uma perda de massa que é convertida em energia, de acordo com a teoria de Albert Einstein. E = mc 2

O diâmetro do núcleo está na faixa de 1,75 fm para o hidrogênio, igual ao diâmetro de um único próton a aproximadamente 15 fm para átomos mais pesados, como o urânio.

Modelos de estrutura de núcleo atômico

A primeira proposta sobre a estrutura interna do núcleo atômico foi preparada em 1808 pelo químico inglês John. De acordo com a proposta de Dalton, toda a matéria é composta de átomos indivisíveis e invisíveis. Naquela época, não havia partículas menores; para Dalton, a existência do núcleo atômico era desconhecida.

O primeiro modelo de estrutura interna do átomo apareceu em 1897 por Joseph John Thomson. Thomson foi o primeiro a identificar o elétron. Thompson definiu o elétron como uma partícula subatômica de carga negativa. Através dessa descoberta, ele poderia deduzir que, se os átomos forem apresentados com uma carga neutra e tiverem uma partícula carregada negativamente, eles teriam que ter pelo menos uma outra carga positiva (seria em próton)

Portanto, nem o modelo atômico de Dalton nem o de Thomson incluíam qualquer descrição do núcleo atômico. A noção de núcleo atômico surgiu em 1911, quando Ernest Rutherford e seus colaboradores Hans Geiger e Ernest Marsden conduziram um conjunto de experimentos usando um feixe de radiação alfa e folhas laminadas metálicas muito finas.

Em 1913, Niels Bohr postula que os elétrons giram em alta velocidade ao redor do núcleo atômico, carregado com energia cinética. Os elétrons são organizados em várias órbitas circulares, que determinam diferentes níveis de energia. O elétron pode acessar um nível de energia mais alto, para o qual precisa absorver energia. Para retornar ao seu nível de energia original, é necessário que o elétron emita a energia absorvida (por exemplo, na forma de radiação).

Geralmente existem dois modelos diferentes que descrevem núcleos atômicos:

  • O modelo de gota de chuva
  • O modelo de camada

Modelo atômico de gota líquida

O modelo de gota líquida é um dos primeiros modelos de estrutura do núcleo atômico. Nesse modelo atômico, o núcleo é um fluido formado por nêutrons e prótons, com uma força eletrostática interna repulsiva proporcional ao número de prótons. A natureza mecânica quântica dessas partículas aparece através do princípio de exclusão de Pauli. O princípio de expulsão de Pauli afirma que não pode haver dois núcleons do mesmo tipo no mesmo estado. Assim, o fluido é realmente o que é conhecido como líquido Fermi.

Este modelo de núcleo atômico não se destina a descrever a estrutura interna complexa do núcleo, mas apenas as energias de ligação entre nêutrons e prótons, bem como alguns aspectos dos estados excitados de um núcleo atômico que são refletidos nos espectros nucleares.

Modelo de estrutura atômica de camadas

O modelo de núcleo atômico de camadas é um modelo que tenta capturar parte da estrutura interna refletida tanto no momento angular do núcleo quanto em seu momento angular. Além disso, o modelo visa explicar por que os núcleos com vários núcleons (nêutrons e prótons) são mais estáveis.

A explicação do modelo é que os núcleons estão agrupados em camadas. Cada camada é formada por um conjunto de estados quânticos com energias semelhantes; a diferença de energia interna entre duas camadas é grande em comparação com as variações de energia interna dentro de cada camada. Assim, como os nucleons são férmions, um núcleo atômico terá as camadas de energia mais baixa preenchidas, de modo que os nucleons não podem cair nas camadas inferiores já preenchidas.

As camadas aqui devem ser entendidas em um sentido abstrato e não tão físico quanto as camadas de uma cebola; de fato, a forma geométrica do espaço ocupado por um nucleon em um dado estado de uma camada é interpenetrada com o espaço ocupado pelos nucleons de outras pessoas. analogamente à forma como as camadas eletrônicas interpenetram um átomo.

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Data de publicação: 15 de janeiro de 2013
Última revisão: 30 de agosto de 2017