Wat is een nucleon? Protonen en neutronen
Auteur: Redactie Domeny.ForSale Gepubliceerd
In het kort: Nucleon is de verzamelnaam voor protonen en neutronen: de deeltjes waaruit atoomkernen bestaan. Het aantal nucleonen in een kern is de som van het aantal protonen en neutronen en wordt het massagetal genoemd. Elektronen zijn geen nucleonen.
Proton en neutron — twee soorten nucleonen
Een proton heeft een positieve elektrische lading en een neutron is elektrisch neutraal. Hun massa’s liggen heel dicht bij elkaar, al is een neutron iets zwaarder dan een proton. Beide deeltjes zijn ongeveer 1800 keer zo zwaar als een elektron: het negatief geladen deeltje dat zich in een atoom buiten de kern bevindt.
| Deeltje | Elektrische lading | Is het een nucleon? |
|---|---|---|
| Proton | Positief | Ja |
| Neutron | Nul | Ja |
| Elektron | Negatief | Nee |
Met de term ‘nucleon’ kun je protonen en neutronen samen aanduiden wanneer het verschil tussen beide niet van belang is, bijvoorbeeld bij het tellen van de deeltjes in een kern. Het is dus geen derde soort deeltje naast het proton en het neutron.
Een proton of neutron blijft ook een nucleon wanneer het zich buiten een atoomkern bevindt. De naam geeft het soort deeltje aan, niet alleen de plaats waar het zich bevindt.
Hoe tel je de nucleonen in een kern?
Om de samenstelling van een kern te beschrijven, gebruik je drie symbolen: Z is het atoomnummer, oftewel het aantal protonen, N is het aantal neutronen en A is het massagetal, oftewel het totale aantal nucleonen. Het verband is eenvoudig:
A = Z + N
Als je het massagetal en het atoomnummer kent, bereken je het aantal neutronen met de formule N = A − Z. Het aantal elektronen speelt in geen van deze berekeningen een rol.
Een koolstof-12-kern bevat bijvoorbeeld 6 protonen en 6 neutronen. De kern heeft dus 12 nucleonen. Een koolstof-14-kern bevat ook 6 protonen, maar heeft 8 neutronen. Het aantal nucleonen is daarom 14.
In de notatie ¹⁴₆C geeft het bovenste getal het massagetal A aan en het onderste getal het atoomnummer Z. Zo lees je de samenstelling van deze kern af:
- Lees het aantal protonen af: Z = 6.
- Trek Z af van A om het aantal neutronen te vinden: 14 − 6 = 8.
- Het totale aantal nucleonen is A = 14.
Het massagetal is niet hetzelfde als de massa van een atoom. Het is een aantal deeltjes en daarom een geheel getal zonder eenheid. De atoommassa die in het periodiek systeem staat, houdt meestal rekening met de isotopensamenstelling van het element. Je mag die waarde niet zomaar afronden om de samenstelling van een specifieke kern te bepalen.
Wat hebben nucleonen met elementen en isotopen te maken?
Het aantal protonen bepaalt om welk element het gaat. Elke kern met 6 protonen is een koolstofkern en elke kern met 8 protonen is een zuurstofkern. Als het aantal protonen verandert, verandert ook het element.
Isotopen zijn varianten van hetzelfde element met evenveel protonen, maar een verschillend aantal neutronen. Koolstof-12 en koolstof-14 zijn dus isotopen van koolstof. Het verschil in het aantal neutronen kan de stabiliteit van de kern beïnvloeden: koolstof-12 is stabiel, terwijl koolstof-14 radioactief vervalt.
Niet elke kern bevat beide soorten nucleonen. De kern van de meest voorkomende waterstofisotoop, waterstof-1, bestaat uitsluitend uit één proton. Deze kern heeft één nucleon en geen neutronen.
Wat houdt nucleonen bij elkaar?
Positief geladen protonen stoten elkaar elektrisch af. Toch kunnen atoomkernen bij elkaar blijven dankzij de kernkracht tussen nucleonen, die een uiting is van de sterke wisselwerking. Deze kracht werkt over zeer kleine afstanden, vergelijkbaar met de afmetingen van atoomkernen.
Neutronen nemen deel aan deze wisselwerking zonder de elektrische afstoting tussen protonen te vergroten. Dat betekent echter niet dat het toevoegen van neutronen een kern altijd stabieler maakt. Zowel een overschot als een tekort aan neutronen ten opzichte van het aantal protonen kan een kern instabiel maken.
Bij de binding van nucleonen hoort de bindingsenergie: de energie die nodig is om een kern te splitsen in afzonderlijke protonen en neutronen. De massa van een gebonden kern is kleiner dan de som van de massa’s van de losse deeltjes waaruit de kern bestaat. Dit verschil komt overeen met de bindingsenergie volgens de relatie E = mc².
Is een nucleon een elementair deeltje?
Een nucleon is geen elementair deeltje, dat wil zeggen een deeltje waarvoor we geen interne structuur kennen. Protonen en neutronen hebben een interne structuur die wordt beschreven met quarks en gluonen. Gluonen brengen de sterke wisselwerking tussen quarks over.
In de eenvoudigste beschrijving heeft een proton drie valentiequarks: twee upquarks en één downquark. Een neutron heeft één upquark en twee downquarks. Deze vereenvoudigde beschrijving volstaat om het verschil in hun lading te verklaren, al is de volledige structuur van een nucleon ingewikkelder.
Begin bij een opgave over het aantal nucleonen met het zoeken naar het massagetal A. Als alleen het symbool van het element is gegeven, zonder vermelding van de isotoop, kun je het precieze aantal nucleonen meestal niet bepalen.
Zie ook: Wat is BGP?
Lees ook
