परमाणु नाभिक

नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का अत्यंत सघन तंत्र है। इसमें परमाणु के लगभग पूरे द्रव्यमान का अधिकांश भाग होता है, जबकि उसका आकार पूरे परमाणु से लगभग पाँच परिमाण के आदेश छोटा होता है। स्थिरता में मजबूत परमाणु संपर्क, कूलम्ब प्रतिकर्षण और क्वांटम शैल संरचना साथ काम करते हैं।

नाभिक की स्केल और घनत्व

विशिष्ट परमाणु त्रिज्या R≈r₀A^{1/3}, जहाँ r₀≈1.2 एफ.एम और 1 एफ.एम=10⁻¹⁵ m। वॉल्यूम ए के आनुपातिक होने से परमाणु घनत्व लगभग स्थिर रहती है। यह बताता है कि न्यूक्लियंस बहुत कॉम्पैक्ट पैकिंग में हैं।

परमाणु त्रिज्या लगभग 10⁻¹⁰ m है, इसलिए नाभिक रैखिक आयाम में लगभग 10⁵ गुना छोटा हो सकता है। 'परमाणु अधिकांशतः रिक्त स्थान' एक ज्यामितीय कथन है; क्वांटम इलेक्ट्रॉन घनत्व शास्त्रीय छोटे ग्रह जैसी नहीं होती।

Z, N और आइसोटोप

Z प्रोटोन संख्या है और तत्व पहचान तय करता है। N न्यूट्रॉन संख्या और A=Z+N द्रव्यमान संख्या। एक तत्व के आइसोटोप में Z समान पर N अलग होता है।

तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉन की संख्या Z होती है, लेकिन आयनीकरण इलेक्ट्रॉन गिनती बदलती है, नाभिक का Z नहीं। परमाणु संकेतन ^A_ZX इस बहीखाता को सघन रूप में दिखाती है।

मजबूत अंतःक्रिया और कूलम्ब प्रतिकर्षण

मजबूत परमाणु संपर्क अल्पकालिक और आकर्षक है, इसलिए न्यूक्लियॉन मुख्यतः निकट पड़ोसी से दृढ़ता से बातचीत करें करता है। प्रोटॉन-प्रोटॉन विद्युत प्रतिकर्षण लंबी दूरी का होता है है और Z बढ़ने पर भारी नाभिक को अस्थिर करना करने में अधिक महत्वपूर्ण होती है।

न्यूट्रॉन प्रबल आकर्षण में योगदान देते हैं बिना कूलम्ब प्रतिकर्षण बढ़ाए, लेकिन बहुत अधिक न्यूट्रॉन-प्रोटॉन असंतुलन भी ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल हो सकती है।

परमाणु खोल संरचना

न्यूक्लियंस क्वांटम अवस्थाएँ में व्यवस्थित होते हैं। कुछ प्रोटोन या न्यूट्रॉन संख्या पर खोल बंद होना अतिरिक्त स्थिरता देते हैं; इन्हें जादुई संख्याएँ कहा जाता है।

तरल-बूंद रुझान और शैल प्रभाव दोनों परमाणु द्रव्यमान और क्षय व्यवहार को प्रभावित करते हैं। केवल सरल 'प्रोटॉन प्लस न्यूट्रॉन एक साथ चिपके हुए हैं' मॉडल सभी स्थिरता विवरण नहीं समझाता।

सबूत और माप

रदरफोर्ड बिखराव ने सकारात्मक चार्ज और अधिकांश द्रव्यमान को छोटे नाभिक में केंद्रित दिखाया। बाद में न्यूट्रॉन की खोज और बिखराव, स्पेक्ट्रोस्कोपी तथा द्रव्यमान माप ने परमाणु संरचना को परिष्कृत करें किया।

परमाणु आकार के इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन, आइसोटोप बदलाव और अन्य जांच से अनुमान लगाना होती है। आरेख को शाब्दिक तस्वीर नहीं बल्कि प्रायोगिक बाधाएँ से बना मॉडल समझना चाहिए।

अभ्यास

द्रव्यमान संख्या

Z=17, N=20।

हल: A=37; आइसोटोप क्लोरीन-37 है।

त्रिज्या स्केलिंग

A=64 नाभिक।

हल: R≈1.2×64^(1/3)=4.8 एफ.एम।

आइसोटोप

कार्बन-12 और कार्बन-14।

हल: दोनों Z=6, लेकिन N क्रमशः 6 और 8।