Notación Nuclear

La notación nuclear estándar, muestra el símbolo químico, el número de masa y el número atómico del isótopo.

Ejemplo: los isótopos del carbono. El elemento está determinado por el número atómico 6. El carbono-12 es el isótopo común, con el carbono-13 como otro isótopo estable, que representa sobre el 1%. El carbono-14 es radioactivo y es la base para la datación del carbono.

La masa de un elemento en gramos que es numéricamente igual a la masa atómica A, se llama mol y contendrá el número de Avogadro N_A del núcleo. Si se conoce la densidad ρ de un material, se puede calcular el número de núcleos por unidad de volumen n, a partir de n =ρN_A/A. Esto es útil en el cálculo de la sección transversal de una dispersión nuclear.

Isótopos

Los diferentes isótopos de un elemento dado tienen el mismo número atómico pero diferentes números de masa, ya que tienen diferentes números de neutrones. Las propiedades químicas de los diferentes isótopos de un elemento son idénticas, pero a menudo tienen grandes diferencias en su estabilidad nuclear. En los isótopos estables de los elementos ligeros, el número de neutrones es casi igual al número de protones, pero un creciente exceso de neutrones es característico de elementos pesados estables. El elemento estaño (Sn), tiene los isótopos más estables con 10. El promedio es de aproximadamente 2,6 isótopos estables por elemento.

Se puede encontrar información sobre los isótopos de cada elemento y su abundancia, yendo a la tabla periódica y eligiendo un elemento. Luego, se puede tomar el enlace a los datos nucleares.

Los Isótopos son (casi) Químicamente Idénticos

Es significativo apreciar que los tres isótopos del hidrógeno cambian en la masa por un factor de tres, pero sus propiedades químicas son prácticamente idénticas. Una pequeña diferencia en las frecuencias espectrales del hidrógeno y del deuterio, proviene de una fuente esencialmente mecánica, el ligero cambio en la "masa reducida" asociada con el electrón en órbita. Pero para fines prácticos, el comportamiento químico de los isótopos de cualquier elemento son idénticos.

El contribuidor dominante a las interacciones entre los átomos y su entorno es la fuerza electromagnética. No debería ser sorprendente que un neutrón extra o dos en un núcleo, no tiene casi ningún efecto en la interacción con el mundo. El examen de un modelo a escala del átomo, pone en evidencia que el núcleo es muy pequeño en comparación con el tamaño del átomo. El radio nuclear del carbono-12 es 2,7 x 10^-15 m, mientras que el tamaño del átomo por la tabla periódica es sobre 0,9 x 10^-10 m, unas 33.000 veces mas grande!

Fuerzas Nucleares

Dentro del increiblemente pequeño tamaño nuclear, se enfrentan entre sí las dos fuerzas más poderosas en la naturaleza. Cuando se rompe el equilibrio, la radioactividad resultante, deviene en partículas de enormes energías.

El electrón en un átomo de hidrógeno es atraído hacia núcleo de protones con una fuerza tan fuerte, que la fuerza de gravedad y todas las demás son insignificantes en comparación. Sin embargo, dos protones tocándose entre sí, sentirían una fuerza de repulsión de ¡más de 100 millones de veces más fuertes! Entonces, ¿cómo pueden permanecer esos protones tan cerca? Esto puede dar una sensación de la enormidad de la fuerza nuclear fuerte que mantiene los núcleos juntos.

Tamaño Nuclear

El tamaño del núcleo en comparación con el tamaño del átomo en el que reside, es tan pequeño que invita a un número de comparaciones interesantes. Por ejemplo, el espacio dentro de un átomo puede ser comparado con el espacio en el sistema solar en un modelo a escala. El modelo a escala del núcleo de oro sugiere que el radio atómico es de unas 18.000 veces el tamaño del núcleo. Esta gran disparidad en el tamaño, fue descubierta por primera vez, por la dispersión de Rutherford de las partículas alfa, a través de una delgada lámina de oro. La extremidad de esta comparación de espacios se resalta por el hecho de que, en un átomo con el mismo número de neutrones y protones, el núcleo comprende aproximadamente ¡el 99,97% de la masa del átomo!.

La evidencia experimental sugiere que la materia nuclear es de casi densidad uniforme, de modo que el tamaño de un núcleo puede estimarse a partir de su número de masa.