Aangeslagen kernen en atomen

Kees stelde deze vraag op 15 oktober 2017 om 14:39.

Ik was deze opgave aan het maken: https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/3034/aangeslagen-kernen-en-atomen-quantum
en bij vraag e wordt er gezegd dat een kerndeeltje een massa van wel 2000x groter heeft dan een atoom. Ik denk dat ik niet helemaal duidelijk voor ogen heb wat het juiste verband dan is tussen een kerndeeltje en een atoom?
Een kerndeeltje zit toch in een atoom en bestaat uit protonen en neutronen?
Hoe kan een kerndeeltje dat IN een atoom zit tich zwaarde zijn dan een atoom?

Alvast bedankt,
groet Kees

Reacties

Theo de Klerk op 15 oktober 2017 om 14:59
Er staat daar
> Weliswaar is L2 een factor 1010× zo klein in het geval van een kern, maar de massa van een kerndeeltje is ongeveer 2000× zo groot.

In de som vergelijkt men een elektron (met zijn massa) in een doosje met de maat van het atoom. In het doosjesmodel kun je dan energieniveau's uitrekenen voor dat elektron met in de formule de m van de elektronmassa en de L van de atoomdiameter.

Als je kijkt naar de kern (die inderdaad het kleinste is, maar waar wel de meeste massa zit van het atoom) dan kun je voor m de kernmassa nemen (die is vele malen groter dan die van een elektron) en de diameter van de kern. Als je dan de energieniveau's berekent voor het "doosjesmodel" dan kom je op energiesprongen uit in MeV voor kernen en eV voor elektronen.
Kees op 15 oktober 2017 om 15:19
Ooh oke dus met aangeslagen toestand van een atoom wordt bedoeld dat er een elektron aangeslagen is, dus zich in een hogere schil bevindt dan voorheen met meer energie en de kern stabiel is
en met een aangeslagen kern wordt bedoeld dat de kern aangeslagen is en dus meer energiebevat.

Begrijp ik het zo goed?
Theo de Klerk op 15 oktober 2017 om 16:17
Bijna wel.

Een elektron heeft in een hogere baan meer energie dan in een lagere baan.
In evenwichtstoestand streeft een systeem altijd naar minimale energie (en de rest afgeeft bijv. door straling). Zo'n elektron kan de totale energie dus laten afnemen door in een lagere, vrije, baan te gaan zitten.

Met aangeslagen atoomkernen is dat ook zo. Die hebben soms meer energie dan wat ze minimaal zouden kunnen hebben. Dat kan komen doordat de kern ontstaan is uit een andere kern die radioactief verviel maar een overschot aan energie nog in de kern laat zitten. Die kern kan dan "terugvallen" in een langere energietoestand door de energie uit te stralen.

Bij elektronen is het energieverschil tussen banen (aangeslagen toestanden) in de orde van eV (vaak zichtbaar licht), bij kernen die terugvallen in de orde van MeV  (gammastraling)
Kees op 15 oktober 2017 om 16:25
Weten we al hoe kernen terugvallen, dus elektronen vallen van een baan terug naar een baan met een lagerliggende energie, hebben kernen ook van dit soort banen?

Alvast bedankt voor uw tijd
Theo de Klerk op 15 oktober 2017 om 16:58
Je stelt een terechte vraag maar er is geen eenduidig antwoord op. Als je alleen naar energieniveau's kijkt, dan is een niveau hoger of lager het energieverschil ΔE = hf waarbij ofwel energie van een foton wordt opgenomen of uitgestraald. Bij kernen is het vrijwel altijd uitstralen omdat er in "het wild" geen gammastraling is die kernen kunnen aanslaan door absorptie.

De elektronen worden "simpel" (en zo dacht men rond 1915) voorgesteld als een soort planetensysteem rond de kern met allerlei banen die "toegestaan" zijn. Waarom alleen die? Wist niemand, maar het kwam wel overeen met wat men meten kon.
Later (1925-35) werd de quantummechanica ontwikkeld en die kwam wel met een verklaring (en veel nieuwe onduidelijkheden). Volgens die theorie is er geen sprake van een elektronenbaan maar van een "wolk" of "orbitaal" waarbinnen het elektron zich op enig moment ergens bevindt. Die wolk is bolvormig of bestaat uit lobben (van die halter-achtige vormen). Vanuit het zonnestelsel geredeneerd zou je kunnen zeggen dat de Aarde (elektron)  "ergens" tussen Venus en Mars zit en "ergens" t.o.v. de zon maar het is niet bekend waar precies.


Energie komt vrij/wordt geabsorbeerd bij overgang van de ene wolk in de andere. Wanneer een elektron terugvalt is onbekend: het is een kansproces (net als kernterugval of kernsplijting). Van de 1000 atomen weet je dat er 2 de komende seconde gaan vervallen of elektronen terugvallen, maar niet welke 2 van de 1000.

Als je alleen de energieniveau's tekent (zoals onderstaand voor Kalium) dan kun je aangeven welke overgangen tussen niveau's zijn waargenomen.



Voor kernen geldt iets gelijksoortigs. De protonen/neutronen draaien niet om elkaar maar zijn wel via kernkrachten aan elkaar verbonden. In sommige configuraties leveren die kernkrachten lagere energieniveau's en dat verschil in energie wordt uitgestraald.

Hieronder een Cesium atoom dat vervalt in een Barium atoom en een elektron. De Ba kern is in aangeslagen toestand en dit valt dan terug in de grondtoestand door uitzending van een gammadeeltje.



Maar wat er nu precies in die kernen gebeurt is nog steeds niet duidelijk. Sommige modellen verklaren iets maar niet alles en vaak zijn het modellen voor de simpelste isotopen van de simpelste atomen (H-1, H-2, H-3) omdat het daarna al snel veel te complex wordt en het te simpele model niet meer klopt. Op dit gebied is nog genoeg te onderzoeken dus!
Kees op 17 oktober 2017 om 01:56
oke hartstikke bedankt voor uw hulp Theo.

Groeten,
Kees

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft dertien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)