Física nuclear

Introdução

O modelo atômico operacionalmente mais simples é aquele em que o núcleo, constituído por prótons (mp=1.6724 x 10-27 kg) e nêutrons (mn=1.6747 x 10-27 kg), é envolvido por camadas de elétrons (me=9.11 x 10-31 kg). O que vamos discutir aqui refere-se apenas ao núcleo e aos fenômenos pertinentes a ele. Dada a complexidade do assunto, vários conceitos serão introduzidos arbitrariamente, sem uma explicação mais detalhada.

O número de prótons é sempre igual ao de elétrons, e define o número atômico, Z, do elemento em questão. Assim, o hidrogênio, cujo número atômico é Z=1, possui um próton no núcleo. O próximo elemento na tabela periódica é o hélio, com Z=2. Para satisfazer condições de equilíbrio, este núcleo possui 2 nêutrons. A propósito, a existência de nêutrons no núcleo sempre se justifica pela satisfação de uma ou outra condição de equilíbrio. Quando alguma dessas condições é violada, ocorrem fenômenos conhecidos como decaimento nuclear.

Usualmente o número de nêutrons é representado por N, e a soma N+Z (prótons + nêutrons) conhecida como número de massa, é representada por A. Um fato muito comum é a existência de núcleos com mesmo número atômico, Z, e diferentes números de massa. Tais núcleos são conhecidos pela denominação isótopo. A descoberta dos isótopos permitiu a compreensão de um resultado muito curioso, isto é, a massa nuclear não corresponde à soma das massas dos nucleons (prótons e nêutrons). A verdade é que, aquilo que conhecemos como elemento químico é constituído de diversos isótopos. Por exemplo, 75% do cloro natural é constituído de 17 prótons e 18 nêutrons, e 25% contém 17 prótons e 20 nêutrons. Esta composição resulta numa massa igual 35.45.

Uma notação freqüentemente adotada para designar determinado núcleo, é a seguinte:

ZXA.
Nessa notação, o cloro 37 é designado como 17Cl37.

Qualquer elemento químico apresenta mais de um isótopo, mas muitos desses são muito instáveis, dificultando sua observação, ou produção.