I kemi är en kärna det positivt laddade mitten av atom bestående av protoner och neutroner. Det är också känt som "atomkärnan". Ordet "kärna" kommer från det latinska ordet kärna, som är en form av ordet nux, vilket betyder mutter eller kärna. Begreppet myntades 1844 av Michael Faraday för att beskriva en atomcentrum. De vetenskaper som är involverade i studien av kärnan, dess sammansättning och egenskaper kallas kärnfysik och kärnkemi.
Protoner och neutroner hålls samman av stark kärnkraft. Trots att elektroner dras till kärnan rör sig så snabbt att de faller runt den eller kretsar runt den på avstånd. Den positiva elektriska laddningen för kärnan kommer från protonerna, medan neutronerna inte har någon elektrisk nettoladdning. Nästan all massa hos en atom finns i kärnan eftersom protoner och neutroner har mycket mer massa än elektroner. Antalet protoner i en atomkärna definierar dess identitet som en atom i ett specifikt element. Antalet neutroner bestämmer vilken isotop av ett element atomen är.
Storlek
Kärnan i en atom är mycket mindre än atomens totala diameter eftersom elektronerna kan vara avlägsna från atomens centrum. En väteatom är 145 000 gånger större än dess kärna, medan en uranatom är cirka 23 000 gånger större än dess kärna. Vätekärnan är den minsta kärnan eftersom den består av en ensam proton. Det är 1,75 femtometers (1,75 x 10)-15 m). Uranomen innehåller däremot många protoner och neutroner. Dess kärna är cirka 15 femtometers.
Arrangemang av protoner och neutroner
Protonerna och neutronerna visas vanligtvis som sammanpressade och jämnt fördelade i sfärer. Detta är dock en överförenkling av den faktiska strukturen. Varje nukleon (proton eller neutron) kan uppta en viss energinivå och ett antal platser. Medan en kärna kan vara sfärisk kan den också vara päronformad, rugbybollformad, diskusformad eller triaxial.
Protonerna och neutronerna i kärnan är baryoner som består av mindre subatomära partiklar, kallade kvarkar. Den starka kraften har en extremt kort räckvidd, så protoner och neutroner måste vara mycket nära varandra för att vara bundna. Den attraktiva starka kraften övervinner den naturliga avvisningen av de liknande laddade protonerna.
Hypernucleus
Förutom protoner och neutroner finns det en tredje typ av baryon som kallas en hyperon. En hyperon innehåller minst en konstig kvark, medan protoner och neutroner består av upp och ner kvarkar. En kärna som innehåller protoner, neutroner och hyperoner kallas en hypernukleus. Denna typ av atomkärnor har inte setts i naturen men har bildats i fysikförsök.
Halo Nucleus
En annan typ av atomkärnan är en halokärna. Detta är en kärnkärna som är omgiven av en kretsande halo av protoner eller neutroner. En halokärna har en mycket större diameter än en typisk kärna. Det är också mycket mer instabilt än en normal kärna. Ett exempel på en halokärna har observerats i litium-11, som har en kärna bestående av 6 neutroner och 3 protoner, med en halo av 2 oberoende neutroner. Kärnans halveringstid är 8,6 millisekunder. Flera nuklider har visat sig ha en halo-kärna när de är i det upphetsade tillståndet, men inte när de befinner sig i marktillståndet.
källor:
- M. Maj (1994). "Senaste resultat och anvisningar inom hypernukleär och kaonfysik". I en. Pascolini. PAN XIII: Partiklar och kärnor. World Scientific. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
- W. Nörtershäuser, Nuclear Charge Radii of Be och One Neutron Halo Nucleus Be, Fysiska granskningsbrev, 102: 6, 13 februari 2009,