V.1.5. Modele nucleare.
La ora actuală nu există o teorie cuprinzătoare care să explice toate fenomenele nucleare, deoarece forțele nucleare nu sunt cunoscute destul de bine pentru a le scrie o expresie matematică așa cum există pentru alte forțe. Însă, au fost elaborate două teorii care modelează structura nucleului și care explică, fiecare, câteva dintre proprietățile nucleare.
V.1.5.1. Modelul nuclear de picătură de lichid.
Caracterul de saturație al forțelor nucleare a condus la compararea materiei nucleare cu starea lichidă, în care fiecare moleculă interacționează numai cu moleculele vecine.
Modelul picătură sau picătură de lichid al nucleului a fost imaginat de fizicianul Gamow în anul 1930.
Modelul nuclear de picătură de lichid se bazează pe anumite analogii între nucleu și o picătură de lichid, și anume :
-
Forțele de coeziune ale lichidului și forțele nucleare sunt forțe de saturație;
-
Energia nucleonilor de la suprafața nucleului, proporțională cu pătratul razei, este analoagă cu energia datorată tensiunii superficiale, proporțională cu suprafața picăturii;
-
Densitatea nucleului ca și cea a picăturii este independentă de dimensiunile sale;
-
Atunci când apare un nucleon suplimentar, potrivit acestei analogii, volumul nucleului crește. Astfel, volumul nucleului este proporțional cu numărul de nucleoni (adică, cu numărul de masă A). Forma sferică a nucleului este asigurată exact ca la picătura de lichid, și-anume prin atracția nucleonilor de la suprafață spre interiorul acestuia.
Modelul picătură explică fisiunea nucleară și emisia radiațiilor corpusculare de către nucleu. Acest model nu poate explica stabilitatea foarte mare a nucleelor formate din grupări de doi protoni și doi neutroni.
V.1.5.2. Modelul păturilor (nivelelor) energetice.
După cum se știe de la configurația electronică a atomilor, electronii ocupă în învelișul electronic nivele de energie, pe care se pot găsi numai doi electroni cu momentele de spin orientate antiparalel, conform principiului de excluziune a lui Pauli. De asemenea, diferitele straturi electronice sunt ocupate, în ordinea lor succesivă (K, L, M, N, O, P, Q), de 2, 8, 18, 32 etc. electroni și că stabilitatea unui atom este dată de dubletul electronic (în cazul primului nivel, cum este la He) sau octetul electronic (în cazul celorlalte gaze rare) pe stratul de valență. Marea majoritate a reacțiilor chimice au loc pentru ca atomii participanți să ajungă la această configurație stabilă de dublet sau de octet, prin cedare și acceptare de electroni sau prin punere în comun de electroni.
Modelul păturilor consideră că pe o pătură nucleară se pot găsi cel mult doi protoni și doi neutroni cu spini antiparaleli.
Pentru nucleele atomice s-au găsit anumite numere care corespund unor stări stabile ale acestora. Astfel au fost găsite așa-numitele numere magice date de: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Toate aceste nuclee au confirmat o periodicitate în structura de pături a nucleelor, asemeni periodicității configurației electronice.
Exemple de nuclee care corespund acestor numere magice de protoni sau de neutroni:
