نواة الذرة
تشكل النواة المركزية للذرة بُنيةً تتكون من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة. تتمتع النواة في النهاية بشحنة موجبة نتيجة لتساوي شحنات الإلكترونات السالبة والموجبة، مما يجعل الذرة متعادلة كهربائياً. ومن الخصائص البارزة لنواة الذرة أن قطرها يتراوح بين 1.75 فيمتومتر للهيدروجين و15 فيمتومتر للذرات ذات الكتلة الأكبر مثل اليورانيوم. وبناءً على الأهمية الكبيرة لنواة الذرة، نشأ علم الفيزياء الذرية الذي يركز عليها ويستعرضها بشكل شامل.
كل ذرة تحمل عدداً ذرياً خاصاً بها يعتمد على عدد البروتونات في نواتها. على سبيل المثال، تحتوي أي نواة تحتوي على بروتون واحد ولا تحتوي على نيوترونات على ذرة هيدروجين، بينما تحتوي النواة التي تحتوي على ثمانية بروتونات على ذرة أكسجين. في سياق عدد النيوترونات، يعتبر ذلك عاملاً مهماً لتحديد النظائر الخاصة بالعنصر، حيث يتناسب عادةً عدد النيوترونات مع عدد البروتونات.
استقرار النواة
تُعرّف النواة المستقرة بأنها تلك القادرة على الحفاظ على بنيتها وتكوينها بصفة دائمة. يستمد الاستقرار في النواة من مكوناتها التي تتفاعل بتأثير قوي فيما بينها. لتحديد ما إذا كانت النواة مستقرة، يتم دراسة مخطط سوقري، الذي يُظهر مجموعة من الأدلة حول عدد البروتونات والنيوترونات. هذا المخطط ينظم عدد النيوترونات وفق الحروف الإنجليزية من A إلى Z، حيث يشير الحرف Z إلى عدد البروتونات. كل مربع صغير في المخطط يمثل نواة ذرية، وأي منطقة تظهر باللون الأحمر تدل على استقرار النواة.
العوامل المؤثرة في استقرار النواة
تستند استقرار النواة إلى عدة عوامل رئيسية، ومنها:
- الطاقة الحجميّة (Volume Energy): هناك علاقة طردية بين الطاقة الحجميّة والعدد الكتليّ للنواة. استنتج ذلك من أن الطاقة الكلية المرتبطة بالربط تتناسب مع الطاقة الثابتة، ومن ثم تتناسب مع حجم النواة.
- طاقة الربط: تتناسب مع المساحة السطحية للنواة، مما يعني أنها ترتبط بنصف قطر النواة، إذ أن النويات القريبة من السطح تميل لأن تكون أقل إحاطة، وبالتالي تمتلك طاقة ربط ضعيفة، على عكس النويات المتواجدة في الداخل. تنخفض طاقة الربط للنويات الموجودة على السطح وقد تصبح سالبة.
- طاقة كولوم (Coulomb Energy): يبذل البروتون طاقة جهد كهربائية مع البروتونات الأخرى داخل النواة. يظهر تأثير طاقة كولوم بشكل واضح في النوى الثقيلة وليس الخفيفة. تكتسب القوة الكهرومغناطيسية أهمية كبيرة وتعتمد على عدد أزواج البروتونات في قيمتها الكلية.
