InfoNu.nl > Wetenschap > Natuurkunde > Tot diep in de kern van het atoom

Tot diep in de kern van het atoom

Dit artikel gaat over wat er zich binnen de kern van een atoom afspeelt. Waar bestaat een atoomkern uit? Wat zijn quarks en gluonen? En wat spoken ze allemaal uit in de kern van een atoom? Lees verder om hierover alles te weten te komen. Het is trouwens aan te raden om dit artikel op chronologische volgorde te lezen omdat moeilijke termen alleen bij het eerste gebruik worden uitgelegd.

Inhoud


Bron: JoŽl , Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Bron: JoŽl , Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Opbouw van een atoom

Een atoom bestaat uit een kern en een elektronenwolk. De kern van een atoom wordt ook wel een nuclide genoemd. Nucliden bestaan uit twee soorten deeltjes; positief geladen protonen en ongeladen neutronen. Om de kern bevindt zich een 'wolk' van elektronen die om deze kern heen cirkelen.

Klassificatie

Atomen worden ingedeeld op basis van de samenstelling van hun kern. Zo bepaald het aantal protonen in een atoomkern tot welk element dit atoom behoort. Verder zijn er nog drie groepen waarin nucliden worden ingedeeld;

Isotopen, isotonen, en isobaren

Nucliden met evenveel protonen, maar een verschillend aantal neutronen, zijn isotopen van elkaar. Als nucliden echter een verschillend aantal protonen bevatten, maar een gelijk aantal neutronen, zijn ze zogenaamde isotonen van elkaar. Tot slot zijn er nog isobaren, dit zijn nucliden die in evenveel nucleonen (protonen en neutronen) bevatten. Het totale aantal neutronen en protonen in een nuclide, wordt het massagetal van het nuclide genoemd. Hieronder een voorbeeld van het gebruik van deze begrippen;

Voorbeelden

Deuterium en tritium zijn isotopen van elkaar; ze hebben beide een kern met slechts één proton (maar tritium heeft twee neutronen in plaats van één). Een helium-3 kern bestaat uit twee protonen en één neutron. Dit maakt helium-3 een isotoon van deuterium (ze hebben evenveel neutronen in hun kern). Daarnaast is helium-3 ook isobaar aan tritium omdat de nucliden even veel (drie) nucleonen bevatten.

Eigenschappen van de kern

Kernstraal

In tegenstelling tot wat veel afbeeldingen van atomen doen vermoeden, is de kern van het atoom geen simpel en solide bolletje. In het middelpunt van een nuclide bevinden zich bijvoorbeeld meer nucleonen dan aan de rand. De straal van de kern van een atoom is dan ook anders gedefinieerd als de straal van een solide bol. Men heeft voor de straal van een nuclide -ook wel de kernstraal genoemd- de volgende definitie gekozen; de kernstraal is de afstand van het middelpunt waarop de materiedichtheid tot de helft is afgenomen (t.o.v. het middelpunt).

Verband tussen de kernstraal en het aantal nucleonen

Nucliden met een groter massagetal (totaal aantal nucleonen) hebben een grotere kernstraal dan nucliden met minder nucleonen. Het is gebleken dat de grootte van de kernstraal R bij benadering evenredig is met de derdemachtswortel van het massagetal A van de kern; Rr0×A, waarin r0 een constante is (voor de liefhebbers: r0 ≈ 1,4×10-15 meter). Dit is echter geen exact verband, maar komt bij benadering overeen met de gemeten waarden.

Volume van een nuclide

Als men de kernstraal van een nuclide kent, kan ook het volume van deze kern worden gevonden. Het volume van een bol is afhankelijk van de straal en wordt gegeven door: V = 1⅓×π×r3. Als r in deze vergelijking wordt vervangen door de eerder genoemde definitie van de kernstraal, ontstaat: V = 1⅓×π×(r0×A)3 = 1⅓×π×A×r03. Hieruit blijkt dat het volume van een nuclide bij benaderering evenredig is met het massagetal. De conclusie die hieruit volgt is dat atoomkernen allemaal ongeveer dezelfde dichtheid hebben (zo'n 1,49×1017 kg/m3).

Nog dieper in de kern: Quarks

Quarks

De nucliden van atomen bestaan uit protonen en neutronen. Maar wat zijn deze deeltjes eigenlijk? Bestaan ze uit nóg kleinere deeltjes? Het antwoord is ja; protonen en neutronen bestaan uit zogenaamde quarks en gluonen. Nucleonen bestaan uit twee soorten quarks; up-quarks en down-quarks. Deze twee soorten hebben een elektrische lading van respectievelijk +⅔ (up) en -⅓ (down). Een proton bevat één down- en twee up-quarks, en heeft dus een lading van (⅔ + ⅔ - ⅓) +1. Een neutron heeft één up- en twee down-quarks, en is dus neutraal geladen.

Kleurlading

Quarks hebben naast een elektrische lading, ook een zogenaamde kleurlading. Een quark kan zes verschillende kleurladingen hebben; rood, groen, blauw, antirood, antigroen en antiblauw. Daarnaast moeten de drie quarks in een nucleon samen een neutrale kleurlading hebben. Dit kan op twee manieren; rood, groen en blauw is bij elkaar neutraal, en antirood, antigroen en antiblauw.

Gluonen

Quarks blijven bij elkaar door het continu uitwisselen van gluonen. Een gluon dat wordt uitgezonden door een quark heeft twee kleurladingen. Als een groene quark bijvoorbeeld een groen-antiblauw gluon uitzendt, wordt de quark blauw. Dit gaat als volgt: het uitzenden van groen, 'kost' als het ware groen, waardoor de quark zijn kleur kwijtraakt. Maar het uitzenden van de kleur antiblauw, leverd de waarde blauw op.


Hierboven is een voorbeeld te zien van een gluon-transactie tussen twee quarks in een nucleon. De rode quark (bovenste) zendt een rood-antigroen gluon uit (middelste figuur). Hierdoor wordt de rode quark groen. Daarna ontvangt de groene quark (linksonder) dit gluon. Hierdoor wordt de quark rood en blijven de drie quarks samen kleurloos.
© 2010 - 2019 Machans, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Bindingsenergie van atoomkernenDe kern van een atoom is lichter dan de som van de massa's van de deeltjes waaruit deze bestaat. De verklaring voor dit…
Bewijs voor de OerknalBewijs voor de OerknalWaarom gelooft de wetenschap dat de Oerknal verantwoordelijk was voor het ontstaan van het Heelal? In dit artikel wordt…
Hoe is een atoom opgebouwd?Een atoom, het kleinste bouwsteentje van elk element dat we kennen. Vrijwel alle eigenschappen van de materie op de were…
Het Standaardmodel: Zoektocht naar de ultieme bouwstenenHet Standaardmodel: Zoektocht naar de ultieme bouwstenenAl sinds het ontstaan van de mensheid is men geïnteresseerd in hetgeen om ons heen en waarom alles is zoals het is. De o…
Wat is ionisatie?Wat is ionisatie?Waaruit bestaat een atoom? Wat is een proton, elektron en neutron? Wat is de lading en massa van deze deeltjes? Wat is i…
Bronnen en referenties
  • M. Alonso, E. J. Finn (1994), Fundamentele natuurkunde: Kernfysica, 1e editie. ISBN 90-6674-609-2.
  • http://www.lbl.gov/abc/wallchart/teachersguide/pdf/Chap02.pdf
  • Afbeelding bron 1: JoŽl , Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Reageer op het artikel "Tot diep in de kern van het atoom"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Reacties

Jochem, 14-03-2013 15:54 #3
Er word gezg dat een atoom het kleinste deel is maar een atoom is weer opgebouwd uit neutronen en elektronen dus dan is een atoom toch niet het kleinste? Reactie infoteur, 05-05-2014
Een atoom is inderdaad niet het kleinste deeltje, hoewel men dat vroeger wel dacht. De grieken hebben ooit bedacht dat er een kleinste deeltje moest bestaan en noemde dit atomos. Toen het atoom werd ontdekt dacht men dat atomen echt de kleinste deeltjes waren, en niet bestonden uit nog kleinere deeltjes. Daarom hebben ze de naam 'atomen' gekregen. Achteraf bleek dit fout te zijn, maar de naam bleef hangen. Op dit moment weten we dat: atomen bestaan uit nucleonen (neutronen en protonen), en nucleonen uit quarks, die door gluonen bij elkaar worden gehouden. Tot nu toe lijkt het erop dat quarks niet uit nog kleinere deeltjes bestaan, maar dat kan in de toekomst wellicht wel veranderen.

Frans Jacobs, 17-02-2013 21:50 #2
Beste mensen wat een mooie duidelijke uitleg, en wat interessant. maarÖ Waar past nu dat Higs deeltje, of godsdeeltje wat pas is ontdekt in dit quarks verhaal?

Claudia Verhoeven, 18-05-2010 00:25 #1
Wonderbaarlijk dat het atoom uit bijna totale leegte bestaat (o, 9999999 enz massa) de kern idem dito.
Die ook weer is opgebouwd uit deeltjes met eigenlijk geen massa, die weer is opgebouwd uit deeltjes van bijna geen massa, die echter zo klein zijn dat het een soort lichtgolven zijn, en ook heel wonderbaarlijk, uit het niets komen, een triljardste van een sekonde bestaan en weer verdwijnen.Dus eigenlijk is onze werkelijkheid opgeboouwd uit Illusie

Infoteur: Machans
Laatste update: 19-01-2010
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Natuurkunde
Bronnen en referenties: 3
Reacties: 3
Schrijf mee!