Co to jest nukleon?
Autor: Redakcja Domeny.ForSale Opublikowano
W skrócie: Nukleon to wspólna nazwa protonu i neutronu — cząstek tworzących jądra atomowe. Liczba nukleonów w jądrze jest sumą liczby protonów i neutronów, nazywaną liczbą masową. Elektrony nie są nukleonami.
Proton i neutron — dwa rodzaje nukleonów
Proton ma dodatni ładunek elektryczny, a neutron jest elektrycznie obojętny. Ich masy są bardzo zbliżone, choć neutron jest nieco cięższy od protonu. Obie cząstki są około 1800 razy cięższe od elektronu, czyli ujemnie naładowanej cząstki znajdującej się w atomie poza jądrem.
| Cząstka | Ładunek elektryczny | Czy jest nukleonem? |
|---|---|---|
| Proton | Dodatni | Tak |
| Neutron | Zerowy | Tak |
| Elektron | Ujemny | Nie |
Określenie „nukleon” pozwala mówić łącznie o protonach i neutronach, gdy różnica między nimi nie jest istotna, na przykład podczas liczenia składników jądra. Nie oznacza trzeciego rodzaju cząstki obok protonu i neutronu.
Proton lub neutron pozostaje nukleonem także wtedy, gdy znajduje się poza jądrem atomowym. Nazwa określa rodzaj cząstki, a nie wyłącznie jej położenie.
Jak policzyć nukleony w jądrze?
Do opisania składu jądra służą trzy oznaczenia: Z to liczba atomowa, czyli liczba protonów, N to liczba neutronów, a A to liczba masowa, czyli łączna liczba nukleonów. Zależność między nimi jest prosta:
A = Z + N
Jeśli znasz liczbę masową i atomową, liczbę neutronów obliczysz ze wzoru N = A − Z. Liczba elektronów nie występuje w żadnym z tych obliczeń.
Przykładowo jądro węgla-12 zawiera 6 protonów i 6 neutronów. Ma więc 12 nukleonów. Jądro węgla-14 również zawiera 6 protonów, ale ma 8 neutronów, dlatego liczba jego nukleonów wynosi 14.
W zapisie ¹⁴₆C górna liczba oznacza liczbę masową A, a dolna — liczbę atomową Z. Aby odczytać skład takiego jądra:
- Odczytaj liczbę protonów: Z = 6.
- Odejmij Z od A, aby znaleźć liczbę neutronów: 14 − 6 = 8.
- Jako liczbę wszystkich nukleonów przyjmij A = 14.
Liczba masowa nie jest tym samym co masa atomu. To liczba cząstek, dlatego jest całkowita i nie ma jednostki. Wartość masy atomowej podawana w układzie okresowym zwykle uwzględnia skład izotopowy pierwiastka; nie należy jej automatycznie zaokrąglać, aby ustalić skład konkretnego jądra.
Co nukleony mają wspólnego z pierwiastkami i izotopami?
Liczba protonów rozstrzyga, z jakim pierwiastkiem mamy do czynienia. Każde jądro zawierające 6 protonów jest jądrem węgla, a każde zawierające 8 protonów — jądrem tlenu. Zmiana liczby protonów oznacza zmianę pierwiastka.
Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka, które mają jednakową liczbę protonów, lecz różnią się liczbą neutronów. Węgiel-12 i węgiel-14 są więc izotopami węgla. Różnica w liczbie neutronów może wpływać na trwałość jądra: węgiel-12 jest stabilny, natomiast węgiel-14 ulega rozpadowi promieniotwórczemu.
Nie każde jądro zawiera oba rodzaje nukleonów. Jądro najczęściej występującego izotopu wodoru, wodoru-1, składa się wyłącznie z jednego protonu. Ma jeden nukleon i nie ma neutronów.
Co utrzymuje nukleony razem?
Dodatnio naładowane protony odpychają się elektrycznie. Jądra mogą jednak pozostawać związane dzięki oddziaływaniu jądrowemu między nukleonami, będącemu przejawem oddziaływania silnego. Działa ono na bardzo małych odległościach, porównywalnych z rozmiarami jąder atomowych.
Neutrony uczestniczą w tym oddziaływaniu, nie zwiększając elektrycznego odpychania między protonami. Nie oznacza to jednak, że dodawanie neutronów zawsze stabilizuje jądro. Zarówno ich nadmiar, jak i niedobór względem liczby protonów może prowadzić do nietrwałości jądra.
Ze związaniem nukleonów wiąże się energia wiązania — energia potrzebna do rozdzielenia jądra na pojedyncze protony i neutrony. Masa związanego jądra jest mniejsza niż suma mas jego swobodnych składników. Różnica ta odpowiada energii wiązania zgodnie z zależnością E = mc².
Czy nukleon jest cząstką elementarną?
Nukleon nie jest cząstką elementarną, czyli cząstką, dla której nie znamy wewnętrznej struktury. Protony i neutrony mają budowę wewnętrzną opisywaną za pomocą kwarków i gluonów. Gluony przenoszą oddziaływanie silne między kwarkami.
W podstawowym opisie proton ma trzy kwarki walencyjne: dwa górne i jeden dolny, a neutron — jeden górny i dwa dolne. Ten uproszczony opis wystarcza do wyjaśnienia różnicy ich ładunków, choć pełna struktura nukleonu jest bardziej złożona.
Przy rozwiązywaniu zadania o liczbie nukleonów zacznij od odszukania liczby masowej A. Jeśli podano tylko symbol pierwiastka, bez wskazania izotopu, dokładnej liczby nukleonów zazwyczaj nie da się ustalić.
Zobacz też: Co to jest BGP?
Przeczytaj także
