Quando Ernest Rutherford dedusse la struttura fondamentale dell'atomo..--che tutta la carica positiva risiede in una piccola regione chiamata nucleo - dedusse inoltre che la dimensione del nucleo era meno di 0,0001% della dimensione totale dell'atomo e meno di 10 ^-13 metri di diametro. Poiché il nucleo rappresenta anche oltre il 99 per cento della massa di un atomo, ha dovuto essere estremamente densa. Gli scienziati ora sanno che la densità di un nucleo cambia molto poco da un atomo e un elemento al successivo; è essenzialmente costante a 2.3 x 10 ^ 17 kg/m ^ 3 o 2.3 x 10 ^ 14 g/cm ^ 3. Acqua, per omogeneità di confronto, esibisce una densità di circa 1,0 g/cm ^ 3. Determinazione della densità nucleare per se stessi è un modo utile per esercitare la vostra curiosità intellettuale.
Istruzioni
• Selezionare qualsiasi determinato isotopo per qualsiasi elemento. Un isotopo si riferisce ad un atomo con un determinato numero di neutroni e protoni. Molti elementi hanno più di un isotopo stabile. Gli scienziati scrivono in genere simboli dell'isotopo con un numero che precede l'abbreviazione chimica per l'elemento. Rame, ad esempio, esiste come due isotopi stabili: 63Cu e 65Cu. Il 63 e 65 rappresentano la somma dei protoni e dei neutroni per quegli atomi di rame. L'isotopo scelto non è importante; ogni isotopo dovrebbe dare circa lo stesso risultato.
• Calcolare il raggio nucleare stimato R secondo R = RaA^(1/3), dove Ra è 1,23 femtometers, o fm e A^(1/3) rappresenta la radice di cubo del numero di massa, che è la somma dei protoni e dei neutroni dell'isotopo. Per l'isotopo 65Cu, A = 65 e R = 1,23 fm 65^(1/3) = 1,23 fm 4,02 FM = 4,95. convertire questo valore in centimetri moltiplicando il risultato per 10 ^ -13. In questo caso, il risultato è 4.95 x 10 ^-13 cm.
• Calcolare il volume del nucleo secondo l'equazione per il volume di una sfera: V = 4/3 pi R ^ 3, dove pi = 3.14... e R ^ 3 rappresenta il raggio nucleare dal passaggio 2 elevato alla terza potenza. Continuando con l'esempio di rame del passaggio 2, V = 4/3 3.14 (4.95 x 10 ^-13 cm) ^ 3 = 5,08 x 10 ^-37 cm ^ 3.
• Determinare la massa del nucleo moltiplicando il numero di massa dell'isotopo per la massa di un protone o neutrone. Fino a due decimali, protoni e neutroni entrambi esibiscono masse di 1.67 x 10 ^-27 kg. Di conseguenza, 65 1.67 x 10 ^ -27 = 1.08 x 10 ^-25 kg. Convertire questo valore in unità di densità più convenzionale di grammi moltiplicando per 10 ^ 3. In questo caso, 1.08 x 10 ^ -25 10 ^ 3 = 1.08 x 10 ^-22 g.
• Calcolare la densità dividendo la massa dal punto 4 per il volume dal passaggio 3. Continuando con l'esempio precedente, d = 1.08 x 10 ^-22 g / 5,08 x 10-37 cm ^ 3 = 2.13 x 10 ^ 14 g/cm ^ 3.