Hoe een atoom protonen verliest

Atomen zijn de fundamentele bouwstenen van alle materie. Atomen bestaan ​​uit een dichte, positief geladen kern die protonen en neutronen bevat. Negatief geladen elektronen draaien om de kern. Alle atomen van een bepaald element hebben hetzelfde aantal protonen, ook wel het atoomnummer genoemd. Er zijn twee algemene processen waardoor een atoom protonen kan verliezen. Omdat een element wordt gedefinieerd door het aantal protonen in zijn atomen, wordt het een ander element wanneer een atoom protonen verliest.

Een manier waarop een atoom protonen verliest, is door radioactief verval, dat optreedt wanneer een atoom een ​​onstabiele kern heeft. De stabiliteit van een kern hangt af van de verhouding tussen protonen en neutronen. Voor kleinere elementen zoals koolstof en zuurstof is het aantal protonen ongeveer gelijk aan het aantal neutronen en zijn de kernen stabiel. Voor zwaardere elementen zoals uranium en plutonium zijn er veel meer neutronen dan protonen, en de kernen van die elementen zijn extreem onstabiel. In feite zijn alle elementen met meer dan 83 protonen onstabiel. De drie soorten radioactief verval staan ​​bekend als alfa, bèta en gamma.

Alfaverval is de enige manier waarop een atoom spontaan protonen verliest. Een alfadeeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen. Het is in wezen de kern van een heliumatoom. Nadat een atoom een ​​alfa-emissie heeft ondergaan, heeft het twee protonen minder en wordt het een atoom van een ander element. Een dergelijk proces is wanneer een uranium-238-atoom een ​​alfadeeltje uitwerpt en het resulterende atoom is dan Thorium-234. Alfa-verval zal doorgaan totdat er een atoom met een stabiele kern ontstaat. Alfadeeltjes zijn relatief groot en worden snel geabsorbeerd. Daarom reizen ze niet ver door de lucht en zijn ze niet zo gevaarlijk als de andere vormen van radioactief verval.

Het andere proces waarbij een atoom protonen kan verliezen, staat bekend als kernsplijting. Bij kernsplijting wordt een apparaat gebruikt om neutronen naar de kern van een atoom te versnellen. Door de botsing van de neutronen met het atoom valt de atoomkern uiteen in fragmenten. Elk fragment is ongeveer de helft van de massa van het oorspronkelijke atoom.

Bij elkaar opgeteld is de som van de fragmentmassa's echter niet gelijk aan de massa van het oorspronkelijke atoom. Dit komt omdat er meestal verschillende neutronen worden uitgezonden als atoomfragmenten en een deel van de massa wordt omgezet in energie. In feite genereert een kleine hoeveelheid materie een enorme hoeveelheid energie.

Een veel voorkomende toepassing voor kernsplijting is de opwekking van kernenergie. In een kerncentrale wordt energie uit splijting gebruikt om water te verwarmen, waardoor stoom ontstaat om een ​​turbine te laten draaien en elektriciteit op te wekken. Ongeveer 20 procent van de elektriciteit in de Verenigde Staten komt van kerncentrales.

Een andere toepassing van kernsplijting is het maken van kernwapens. In een kernwapen wordt een triggerapparaat gebruikt om splijting te initiëren. De ene fragmentatie leidt tot de andere, wat resulteert in een kettingreactie waarbij een enorme hoeveelheid destructieve energie vrijkomt.

De enige twee manieren waarop atomen protonen verliezen, is door radioactief verval en kernsplijting. Beide processen zullen alleen plaatsvinden in atomen met onstabiele kernen. Het is algemeen bekend dat radioactief van nature en spontaan optreedt. Volgens J. Marvin Herndon, zijn er ook aanwijzingen dat kernsplijting van nature voorkomt in de mantel en kern van de aarde, niet alleen in door de mens gemaakte apparaten zoals kernbommen of reactoren van elektriciteitscentrales.