Nucli atòmic
Gairebé tota la massa d’un àtom es concentra en un nucli de només uns quants femtòmetres. Els protons i neutrons —els nucleons— estan lligats per una interacció nuclear de curt abast, mentre la repulsió elèctrica entre protons i l’estructura quàntica influeixen en l’estabilitat.
La notació de núclids manté explícits els comptatges
En la notació ᴬZX, Z és el nombre de protons i determina l’element; A és el nombre total de nucleons; N = A − Z és el nombre de neutrons. Dos nuclis amb el mateix Z però N diferent són isòtops del mateix element. Aquesta separació evita confondre identitat química amb massa isotòpica.
L’escala de mida nuclear
R ≈ r₀A1/3, r₀ ≈ 1,2 fm
Una aproximació útil és R ≈ r₀A¹ᐟ³ amb r₀ ≈ 1,2 fm. El radi creix amb l’arrel cúbica del nombre de nucleons: multiplicar A per 8 només duplica R. Això implica una densitat nuclear aproximadament constant en una gran part dels nuclis. La força nuclear és de curt abast i satura aproximadament, mentre la repulsió de Coulomb entre protons és de més llarg abast i esdevé més important quan Z creix.
Energia d’enllaç i defecte de massa
Un nucli lligat té menys massa en repòs que els mateixos protons i neutrons separats fins a l’infinit. La diferència Δm correspon a l’energia d’enllaç B = Δmc². És una propietat energètica del sistema complet; no significa que els nucleons individuals deixin de ser protons o neutrons. Per separar el nucli cal aportar aquesta energia.
B = Δmc²
L’estabilitat no la determina un sol nombre
La relació neutrons/protons, les capes nuclears, l’aparellament i els canals de desintegració disponibles importen tots. Un nucli pot tenir una energia d’enllaç per nucleó gran i continuar sent radioactiu si existeix un estat final d’energia més baixa. “Fortament lligat” i “absolutament estable” no són sinònims. Per exemple, A = 125 dona un radi d’uns 6 fm, mentre l’àtom sencer fa desenes de milers de femtòmetres: el nucli ocupa una fracció ínfima del volum atòmic.
Exemples resolts
1. Neutrons a l’urani-238
Solució
Z = 92 i A = 238, de manera que N = A − Z = 146.
2. Escalat del radi
Solució
Si A augmenta per un factor 8, A¹ᐟ³ es duplica; per tant el radi nuclear és aproximadament dues vegades més gran.
3. Energia d’un defecte de massa
Solució
Un defecte de massa de 0,010 u correspon a aproximadament 0,010×931,5 = 9,32 MeV d’energia d’enllaç.