+

4 ATOMIN YDIN

4.1 Ytimen rakenne (1/2)

Atomiydintä, jolla on tietty järjestysluku ja neutroniluku, kutsutaan

nuklidiksi

.

Protoneja ja neutroneja kutsutaan

nukleoneiksi

.

Ydintä kuvaavat suureet

Z on järjestysluku, protonien lukumäärä ytimessä N on neutronien lukumäärä ytimessä A on massaluku A = Z + N A Z X N

http://www.youtube.com/watch?v=yQP4UJhNn0I Kuinka suuri on atomi?

4.1 Ytimen rakenne (2/2)

Ytimessä vaikuttavat vuorovaikutukset ja voimat Vahva vuorovaikutus - ydinvoima

kvarkkien sekä protonien ja neutronien välinen voima - kantama muutamia femtometrejä eli ytimen suuruusluokkaa - suhteellinen voimakkuus 1

Sähkömagneettinen vuorovaikutus - sähköinen voima

protonien välinen poistovoima kantama ääretön - suhteellinen voimakkuus 0,01

Protonien välinen voima Heikko vuorovaikutus

- liittyy ydinten radioaktiivisuuteen - kantama ytimen suuruusluokkaa - suhteellinen voimakkuus 10 -12

1.

2.

3.

Sähköinen voima Ydinvoima Voimien summa Gravitaatiovuorovaikutus - painovoima

kantama ääretön - suhteellinen voimakkuus 10 -38

4.2 Isotoopit

Saman alkuaineen atomit, joiden ytimissä on eri määrä neutroneja, ovat tämän alkuaineen

isotooppeja

.

Atomimassayksikkö u

1 u = 1,6605655 · 10 -27 kg.

Atomimassayksikkö on määritelty siten, että hiilen isotoopin 12 C atomin massa on tasan 12 u.

Ainemäärän yksikkö

mooli

siis N A = 6,0221367 · 10 23 on määritelty siten, että 12 g hiili 12 C:tä sisältää moolin eli kpl hiiliatomeja. Tällöin hiilen 12 C moolimassa on 12 g/mol.

Atomin massan lukuarvo atomimassayksiköissä on siis sama kuin atomin moolimassan lukuarvo yksikössä g/mol.

Elektronin massa m e = 0,00054857900 u Protonin massa m p = 1,0072765 u Neutronin massa m n = 1,0086650 u

4.3 Massavaje ja sidosenergia (1/2)

Ytimen massavaje

Atomin ytimen massa on aina pienempi kuin sen muodostavien protonien ja neutronien yhteismassa.

Massavaje on suuruudeltaan  m = Zm p + Nm n + Zm e – m atomi .

Massaosuus

on ytimen massa nukleonia kohti.

Massaosuus on pienin raudalla, joten rautaa kevyemmät ytimet liittyvät yhteen (fuusio) ja rautaa raskaammat ytimet hajoavat kevyemmiksi ytimiksi (fissio).

Vety ja helium Uraani sekä sen hajoamistuotteet krypton ja barium

4.3 Massavaje ja sidosenergia (2/2)

Massa ja energia

E = mc 2 , missä m on massa c on valon nopeus.

Yksikkömuunnoksia

1 u ≈ 931,5 MeV c 2 c 2 ≈ 931,5 MeV u

Ytimen sidosenergia

on energia, joka tarvittaisin hajoittamaan ydin nukleoneiksi. Sama energia vapautuu, kun ydin muodostuu nukleoneista. Sidosenergia voidaan laskea massavajeen avulla: E B =  mc 2 = (Zm p + Nm n + Zm e – m atomi )c 2 .

Sidososuus

on ytimen sidosenergia yhtä nukleonia kohti E b = .

A B