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

As principais partículas subatômicas dos núcleos dos átomos são prótons e nêutrons ou núcleons (exceto o hidrogênio ordinário ou próprio, 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 compreensão do núcleo atômico, incluindo as forças que o unem e sua composição.

Propriedades do núcleo atômico

Quase toda a massa de um átomo é encontrada 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 juntam 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 nas reações de fusão nuclear e fusão nuclear. Quando esses laços de força são quebrados, experimenta-se uma perda de massa que se torna energia de acordo com a teoria de Albert Einstein. E = mc2

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

Modelos de estrutura do núcleo atômico

A primeira proposta sobre a estrutura interna do núcleo atômico foi elaborada 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 da estrutura interna do átomo apareceu em 1897 através de Joseph John Thomson. Thomson foi o primeiro a identificar o elétron. Thompson definiu o elétron como uma partícula subatômica com carga negativa. Através desta descoberta, ele foi capaz de deduzir que, se os átomos são apresentados com uma carga neutra e têm uma partícula carregada negativamente, eles teriam que ter pelo menos uma outra carga de carga positiva (seria em prótons).

Assim, 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 lâminas laminadas muito finas de metal.

Em 1913, Niels Bohr postula que os elétrons giram em altas velocidades ao redor do núcleo atômico, carregados de energia cinética. Os elétrons estão dispostos 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).

Comumente existem dois modelos diferentes descrevendo os núcleos atômicos:

  • O modelo da gota de água
  • O modelo da camada

Modelo atômico de gota líquida

O modelo de gota líquida é um dos primeiros modelos da estrutura do núcleo atômico. Neste 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 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 um líquido Fermi.

Este modelo de núcleo atómico não se destina a descrever a estrutura interna complexa do núcleo, mas apenas as energias de ligação entre neutrões e protões, assim como alguns aspectos dos estados excitados de um núcleo atómico reflectida em espectros nuclear.

Modelo de estrutura atômica de camadas

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

A explicação do modelo é que os núcleons são agrupados em camadas. Cada camada é formada por um conjunto de estados quânticos com energias similares, a diferença de energia interna entre duas camadas é grande em comparação com as variações de energia interna dentro de cada camada. Assim, dado que os núcleons são férmions, um núcleo atômico terá as camadas de energia mais baixa, então os núcleons não podem cair para as camadas inferiores já cheias.

As camadas aqui devem ser entendidas em um sentido abstrato e não como camadas físicas como as camadas de uma cebola, de fato, a forma geométrica do espaço ocupado por um núcleo em um dado estado de uma camada interpenetra com o espaço ocupado por núcleons de outra camada. camadas, análogo a como as camadas eletrônicas interpenetram em um átomo.

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Última revisão: 30 de agosto de 2017