نواة الذرة

تتكون النواة في مركز الذرة من البروتونات ذات الشحنة الموجبة والنيوترونات التي تمتلك شحنة محايدة، مما يؤدي إلى توليد شحنة موجبة إجمالية. وفي حالة تساوي عدد الإلكترونات السالبة مع البروتونات الموجبة، تُعتبر الذرة متعادل كهربائيًا. ومن الخصائص المميزة للنواة أنها تتراوح في القطر بين 1.75 فيمتومتر للهيدروجين إلى 15 فيمتومتر للذرات ذات الكتلة الأكبر مثل اليورانيوم. نظراً لأهمية النواة، نشأ علم الفيزياء الذرية الذي قام بتفسير ودراسة هذه الكيانات بعمق.

تحمل كل نواة ذرة عددًا ذريًا مميزًا يُستند إلى عدد البروتونات الموجودة بها. فعلى سبيل المثال، فإن نواة تحتوي على بروتون واحد دون نيوترونات تُعبر عن ذرة هيدروجين، بينما نواة تحتوي على ثمانية بروتونات تمثل عنصر الأكسجين. بالنسبة لعدد النيوترونات في الذرة، فإنه يلعب دورًا رئيسيًا في تحديد النظائر الخاصة بالعنصر، ويكون عدد النيوترونات متناسبًا مع عدد البروتونات دائمًا.

استقرار النواة

يمكن تعريف النواة المستقرة بأنها النواة القادرة على الحفاظ على تكوينها وبنيتها بشكل دائم. تحصل النواة على استقرارها من المكونات الداخلية التي تخضع لتأثيرات متبادلة قوية. لتحديد ما إذا كانت النواة مستقرة، يجب دراسة مخطط سوقري الذي يوضح استقرار النواة الذرية ويقدم معلومات حول عدد البروتونات والنيوترونات. يحتوي المخطط على ترتيب لعدد النيوترونات وفقًا للأحرف الإنجليزية A-Z، حيث يشير الحرف Z إلى عدد البروتونات، وكل مربع صغير يمثل نواة ذرية. وعندما تكون المنطقة المعروضة باللون الأحمر، فهذا يشير إلى استقرار النواة.

العوامل المؤثرة في استقرار النواة

تستند استقرار النواة إلى عدة عوامل رئيسية، وهي كما يلي:

• الطاقة الحجمية: ترتبط الطاقة الحجمية بشكل مباشر مع العدد الكتلي للنواة، وهذا نتيجة لأن طاقة الربط الكلية تتناسب مع طاقة الربط ذات القيمة الثابتة، وبالتالي تتناسب مع حجم النواة.
• طاقة الربط: تتناسب مع المساحة السطحية للنواة، مما يعني أن الطاقة تتناسب تلقائيًا مع نصف قطرها. النوى القريبة من السطح تكون محاطة بعدد أقل من النيوترونات، وبالتالي تحصل على طاقة ربط ضعيفة مقارنة بالنيوترونات الموجودة داخل الذرة. لذا، تبدأ طاقة الربط للنوى الموجودة على السطح بالتناقص، مما يجعل قيمتها سالبة.
• طاقة كولوم: يمارس البروتون قوة جهد كهرومغناطيسية تجاه البروتونات الأخرى الموجودة في النواة. يتضح تأثير طاقة كولوم بشكل أكبر في النوى الثقيلة وليس الخفيفة، مما يؤدي إلى أهمية القوة الكهرومغناطيسية، وتصبح هذه الطاقة معتمدة على عدد أزواج البروتونات في قيمتها الإجمالية.