In de chemie is een kern het positief geladen centrum van de atoom bestaande uit protonen en neutronen. Het staat ook bekend als de "atoomkern". Het woord "nucleus" komt van het Latijnse woord kern, wat een vorm van het woord is nux, wat betekent noot of pit. De term werd in 1844 bedacht door Michael Faraday om het centrum van een atoom te beschrijven. De wetenschappen die betrokken zijn bij de studie van de kern, de samenstelling en kenmerken ervan worden kernfysica en nucleaire chemie genoemd.
Protonen en neutronen worden bij elkaar gehouden door de sterke kernkracht. Hoewel elektronen zich aangetrokken voelen tot de kern, bewegen ze zo snel dat ze eromheen vallen of er op een afstand omheen draaien. De positieve elektrische lading van de kern komt van de protonen, terwijl de neutronen geen netto elektrische lading hebben. Bijna alle massa van een atoom zit in de kern omdat protonen en neutronen veel meer massa hebben dan elektronen. Het aantal protonen in een atoomkern bepaalt de identiteit als een atoom van een specifiek element. Het aantal neutronen bepaalt welk isotoop van een element het atoom is.
Grootte
De kern van een atoom is veel kleiner dan de totale diameter van het atoom omdat de elektronen ver van het atoomcentrum verwijderd kunnen zijn. Een waterstofatoom is 145.000 keer groter dan zijn kern, terwijl een uraniumatoom ongeveer 23.000 keer groter is dan zijn kern. De waterstofkern is de kleinste kern omdat hij uit een eenzaam proton bestaat. Het is 1,75 femtometers (1,75 x 10-15 m). Het uraniumatoom bevat daarentegen veel protonen en neutronen. De kern is ongeveer 15 femtometers.
Opstelling van protonen en neutronen
De protonen en neutronen worden meestal afgebeeld als samengeperst en gelijkmatig verdeeld in bollen. Dit is echter een overdreven vereenvoudiging van de feitelijke structuur. Elk nucleon (proton of neutron) kan een bepaald energieniveau en een reeks locaties innemen. Hoewel een kern bolvormig kan zijn, kan deze ook peervormig, rugbybalvormig, discusvormig of triaxiaal zijn.
De protonen en neutronen van de kern zijn baryons die zijn samengesteld uit kleinere subatomaire deeltjes, genaamd quarks. De sterke kracht heeft een extreem kort bereik, dus protonen en neutronen moeten heel dicht bij elkaar zijn om te worden gebonden. De aantrekkelijke sterke kracht overwint de natuurlijke afstoting van de soortgelijke geladen protonen.
Hypernucleus
Naast protonen en neutronen is er nog een derde type baryon, een hyperon. Een hyperon bevat minstens één vreemde quark, terwijl protonen en neutronen bestaan uit op en neer quarks. Een kern die protonen, neutronen en hyperonen bevat, wordt een hypernucleus genoemd. Dit type atoomkern is niet in de natuur gezien, maar is gevormd in natuurkundige experimenten.
Halo Nucleus
Een ander type atoomkern is een halokern. Dit is een kernkern die wordt omgeven door een halo van protonen of neutronen. Een halo-kern heeft een veel grotere diameter dan een typische kern. Het is ook veel instabieler dan een normale kern. Een voorbeeld van een halo-kern is waargenomen in lithium-11, dat een kern heeft die bestaat uit 6 neutronen en 3 protonen, met een halo van 2 onafhankelijke neutronen. De halfwaardetijd van de kern is 8,6 milliseconden. Verschillende nucliden hebben een halo-kern wanneer ze zich in de aangeslagen toestand bevinden, maar niet wanneer ze zich in de grondtoestand bevinden.
Bronnen:
- M. Mei (1994). Msgstr "Recente resultaten en richtingen in de hypernucleaire en kaonfysica". In een. Pascolini. PAN XIII: Deeltjes en Kernen. World Scientific. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
- W. Nörtershäuser, Nuclear Charge Radii of Be en de One-Neutron Halo Nucleus Be, Fysieke beoordelingsbrieven, 102: 6, 13 februari 2009,