Inti atom

Hampir seluruh massa atom terkonsentrasi pada inti yang lebarnya hanya beberapa femtometer. Inti mengandung proton dan neutron, bersama-sama disebut nukleon, dan strukturnya mencerminkan persaingan antara interaksi nuklir jarak pendek, tolakan listrik, dan efek kuantum.

Notasi nuklida membuat jumlah partikel eksplisit

^A_ZX · N = A − Z

Nuklida ditulis ^A_ZX, dengan Z jumlah proton, A jumlah total nukleon, dan N=A−Z jumlah neutron. Mengubah Z berarti mengubah unsur; mengubah N sambil mempertahankan Z menghasilkan isotop unsur yang sama.

Muatan inti adalah +Ze dan sebagian besar massa atom berasal dari nukleon. A dan Z adalah bilangan cacah, bukan massa dalam kilogram.

Notasi nuklida membedakan simbol unsur X, jumlah proton Z, jumlah nukleon A, dan neutron N=A−Z.

Skala ukuran inti

R ≈ r₀A^1/3 · r₀ ≈ 1.2 fm

Hubungan empiris yang berguna adalah R≈r₀A^1/3 dengan r₀≈1,2 fm. Karena volume berbanding R³, kerapatan inti rata-rata kira-kira konstan untuk banyak inti. Menggandakan A tidak menggandakan jari-jari.

Kestabilan inti merupakan keseimbangan. Interaksi kuat mengikat nukleon yang berdekatan, sementara tolakan listrik proton–proton semakin penting ketika Z besar.

Kestabilan inti berasal dari keseimbangan interaksi tarik jarak pendek, tolakan proton, struktur kulit, dan rasio neutron/proton.

Ikatan dan defek massa

B = Δmc²

Massa diam inti terikat lebih kecil daripada jumlah massa diam proton dan neutron yang sama jika semuanya dipisahkan hingga sangat jauh. Selisih Δm adalah defek massa dan berkaitan dengan energi ikat B=Δmc².

Ini adalah energi seluruh sistem, bukan tanda bahwa nukleon individual kehilangan identitas. Energi ikat per nukleon berguna untuk membandingkan inti, tetapi sendirian tidak menentukan kestabilan mutlak.

Kestabilan tidak ditentukan oleh satu angka

Rasio neutron/proton, struktur kulit, pemasangan pasangan, dan saluran peluruhan yang tersedia semuanya berpengaruh. Sebuah inti dapat memiliki energi ikat per nukleon besar namun tetap radioaktif bila ada keadaan berenergi lebih rendah yang dapat dicapai. “Terikat kuat” tidak sama dengan “mutlak stabil”.

Inti dengan A=125 memiliki jari-jari sekitar 6 fm menurut aturan A^(1/3), sedangkan atom di sekitarnya biasanya berukuran puluhan ribu fm. Inti menempati bagian amat kecil volume atom; karena itu eksperimen hamburan dapat menyelidiki pusat positif yang kompak sementara kimia terutama ditentukan oleh awan elektron yang jauh lebih besar.

Contoh terhitung

1. Neutron dalam uranium-238

Uranium-238 memiliki Z=92 dan A=238.

Penyelesaian

N=A−Z=238−92=146.

2. Skala jari-jari

Jika A naik dengan faktor 8, bagaimana jari-jari berubah?

Penyelesaian

R∝A^(1/3), sehingga 8^(1/3)=2: jari-jari kira-kira dua kali.

3. Energi defek massa

Defek massa 0,010 u.

Penyelesaian

Dengan 1 u·c²≈931,5 MeV, B≈0,010×931,5=9,32 MeV.