Az atommag

Az atommag A hélium atommag félszabályos modellje. A magban lila szín jelöli a neutronokat, pink a protonokat. A valóságban szintén tengelyesen szimmetrikus a mag.

A kémiai elem rendszáma (Z) az adott elem protonjainak számát jelöli A kémiai elem rendszáma (Z) az adott elem protonjainak számát jelöli. A rendszámot a vegyjel bal alsó sarkában,indexszámmal jelöljük. A rendszám meghatározza az atom minőségét és megmutatja a helyét a periódusos rendszerben . A tömegszám (A) az atommagban található protonok és neutronok száma együttesen, azaz a nukleonok száma. A nukleon az atommagot alkotó részecskék: a neutron és a proton közös neve.

A tömegszám és a rendszám különbsége adja az adott mag neutronjainak számát (N): N=A−Z. Az azonos rendszámú de különböző tömegszámú elemeket nevezzük izotópnak ( latin szó, jelentése: azonos hely).

A tömegszámot elem neve után, vagy az elem vegyjelének bal felső sarkába tüntetjük fel. Például a szén-12 (12C) 6 protont (ettől szén) és 6 neutront tartalmaz. Az izotóp teljes jele tartalmazza a rendszámot (Z) is a bal alsó sarokban:

Nukleáris kölcsönhatás, erős kölcsönhatás: Vonzó jellegű kölcsönhatástípus, amely a magon belül az elektromos taszítással szemben is stabil rendszert képes teremteni a nukleonok – protonok és neutronok – között. A magerő két vagy több nukleon között ható erő. Ez köti a protonokat és neutronokat atommagokká.

- rövid hatótávolságú, csak a szomszédos nukleonok között hat Magerő jellemzői: - kb. két nagyságrenddel erősebb, mint az elektromos taszítóerő - rövid hatótávolságú, csak a szomszédos nukleonok között hat - töltésfüggetlen, azaz proton és proton között épp úgy hat, mint proton és neutron vagy neutron és neutron között

Kötési energia Az atommag kötési energiája az erős kölcsönhatásból származik, és az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy az atommagot szabad neutronokra és protonokra szedjük szét. A kötött rendszer alacsonyabb energiájú, mint az alkotórészei, amikor nincsenek kötött állapotban. Emiatt az atommagok tömege mindig kisebb, mint az alkotórészek tömegeinek összege. Ezt a kísérleti tapasztalatot nevezzük tömegdefektusnak vagy tömeghiánynak.

A tömegdefektus egyenértékű a magnak nukleonokból való keletkezése alkalmával felszabadult energiával. Az atomenergia hasznosítása az atommag átalakításnál a kiindulási és végtermékek tömeg-különbségének megfelelő magenergia hasznosítását jelenti. mp, mn szabad proton és neutron tömege mmag atommag tömege A: a magban lévő nukleonok száma Z: protonok száma A-Z: neutronok száma

Egyetlen atom kötési energiája (Eb binding energy)a következőképp számolható: ahol: c a fénysebesség ms a különálló (separated) nukleonok tömege mb a kötött (bound) mag tömege Z a kötött mag rendszáma mp egy proton tömege N a neutronok száma mn egy neutron tömege

A mag kötési energiájának görbéje

A periódusos rendszer elején kevés nukleont tartalmazó könnyű atom-magoknál a tömegszám növekedésével az átlagos kötési energia fokozatosan nő. A max.-ot a 60 nukleonszámnál éri el kb. 1,4 pJ (vas). (Ez az alapvető oka, hogy a vas és a nikkel olyan gyakori anyag a bolygók belsejében, mivel ezek bőségesen termelődnek szupernóvákban)

Ezután a kötési energia átlaga lassan csökken, értéke 240 nukleonszámú urán környékén kb. 1,2 pJ. A 209-nél több nukleont tartalmazó magok túl nagyok lesznek ahhoz, hogy stabilak legyenek, és spontán módon bomlanak könnyebb magokra. Az atommagokból energiát nyerhetünk ki a könnyű magok egyesítésével ( fúziójával), vagy a nehéz atommagok hasításával.

A fúzió során a nagyon könnyű elemek kapcsolódnak össze szorosabban kötött elemekké (például a hidrogén héliummá), A maghasadáskor (fisszió) pedig a energia szabadul fel, miközben a legnehezebb elemek (például urán és plutónium) lazábban kötött elemekre (például báriumra és kriptonra) hasadnak radioaktív bomlás útján. Mindkettő kölcsönhatás energiát termel, mivel erősebben kötött közepes méretű elemeket hoz létre.