I kemi er en kerne det positivt ladede centrum af atom bestående af protoner og neutroner. Det er også kendt som "atomkernen". Ordet "kerne" kommer fra det latinske ord kerne, som er en form for ordet Nux, hvilket betyder nød eller kerne. Udtrykket blev opfundet i 1844 af Michael Faraday for at beskrive centrum af et atom. De videnskaber, der er involveret i studiet af kernen, dens sammensætning og egenskaber kaldes nukleær fysik og nuklear kemi.
Protoner og neutroner holdes sammen af stærk atomkraft. Selvom elektroner tiltrækkes af kernen bevæger sig sig så hurtigt, at de falder rundt om den eller kredser om den på afstand. Den positive elektriske ladning af kernen kommer fra protonerne, mens neutronerne ikke har nogen elektrisk nettoladning. Næsten al atommasse er indeholdt i kernen, da protoner og neutroner har meget mere masse end elektroner. Antallet af protoner i en atomkerne definerer dens identitet som et atom i et specifikt element. Antallet af neutroner bestemmer, hvilken isotop af et element atomet er.
Størrelse
Kernen i et atom er meget mindre end atomens samlede diameter, fordi elektronerne kan være fjernt fra atomets centrum. Et hydrogenatom er 145.000 gange større end dets kerne, mens et uranatom er omkring 23.000 gange større end dets kerne. Hydrogenkernen er den mindste kerne, fordi den består af en ensidig proton. Det er 1,75 femtimeter (1,75 x 10-15 m). Uranomet indeholder derimod mange protoner og neutroner. Dens kerne er ca. 15 femtometers.
Arrangement af protoner og neutroner
Protonerne og neutronerne er normalt afbildet som sammenpresset og jævnt fordelt i kugler. Dette er imidlertid en forenkling af den faktiske struktur. Hver nukleon (proton eller neutron) kan optage et vist energiniveau og en række placeringer. Mens en kerne kan være sfærisk, kan den også være pæreformet, rugbykugleformet, diskusformet eller triaksial.
Protonerne og neutronerne i kernen er baryoner sammensat af mindre subatomære partikler, kaldet kvarker. Den stærke kraft har en ekstremt kort rækkevidde, så protoner og neutroner skal være meget tæt på hinanden for at blive bundet. Den attraktive stærke kraft overvinder den naturlige frastødelse af de lignende ladede protoner.
Hypernucleus
Ud over protoner og neutroner er der en tredje type baryon kaldet en hyperon. En hyperon indeholder mindst en mærkelig kvark, mens protoner og neutroner består af op og ned kvarker. En kerne, der indeholder protoner, neutroner og hyperoner kaldes en hypernucleus. Denne type atomkerner er ikke set i naturen, men er dannet i fysikeksperimenter.
Halo Nucleus
En anden type atomkerner er en halokerne. Dette er en kerne, der er omgivet af en kredsende halo af protoner eller neutroner. En halogenukleus har en meget større diameter end en typisk kerne. Det er også meget mere ustabilt end en normal kerne. Et eksempel på en halo-kerne er observeret i lithium-11, som har en kerne bestående af 6 neutroner og 3 protoner, med en halo på 2 uafhængige neutroner. Kernens halveringstid er 8,6 millisekunder. Flere nuklider har vist sig at have en halogenukle, når de er i den ophidsede tilstand, men ikke når de er i jordtilstanden.
Kilder:
- M. Maj (1994). "Seneste resultater og retninger inden for hypernuklear og kaon fysik". I en. Pascolini. PAN XIII: Partikler og kerner. Verdensvidenskabelig. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
- W. Nörtershäuser, Nuclear Charge Radii of Be og One-Neutron Halo Nucleus Be, Fysiske gennemgangsbreve, 102: 6, 13. februar 2009,