How big is Jądro chloru?

Jądro chloru to środek atomu chloru. Zawiera 17 protonów oraz, w dwóch odmianach, z których składa się naturalny chlor, 18 lub 20 neutronów. Jądro częstszej odmiany, chloru-35, ma około 6,7 femtometra średnicy, mierzonej jako dwukrotność promienia ładunku. Femtometr to milionowa część miliardowej części metra (10⁻¹⁵ metra).

Rozmiar

Jądro nie ma twardej krawędzi, więc jego rozmiar podaje się jako promień ładunku, czyli średni promień jego ładunku elektrycznego. Dla chloru-35 tabela promieni jąder prowadzona przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (MAEA) podaje 3,365 femtometra. Dokładniejszy pomiar, o którym donieśli naukowcy w 2026 roku, wykorzystujący atomy, w których cięższa cząstka zwana mionem zajmuje miejsce elektronu, dał wynik 3,333 femtometra. Obie wartości oznaczają, że jądro ma około 6,7 femtometra średnicy.

Atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów nazywa się izotopami. Chlor-37 ma o dwa neutrony więcej niż chlor-35, ale jego jądro jest szersze o mniej niż 1%. Około trzech czwartych chloru na Ziemi to chlor-35.

Podobnie jak większość jąder o więcej niż 15 protonach, jądro chloru ma więcej neutronów niż protonów. Protony odpychają się nawzajem ładunkiem elektrycznym, a dodatkowe neutrony pomagają silnemu oddziaływaniu jądrowemu utrzymać jądro w całości.

Porównania rozmiarów

Jądro chloru-35 jest mniej więcej cztery razy szersze niż pojedynczy proton, który ma około 1,7 femtometra średnicy.
Jest mniej więcej dwa razy szersze niż jądro helu, które ma około 3,4 femtometra średnicy.
Jądro uranu zawiera 6,8 raza więcej protonów i neutronów niż jądro chloru, ale jest od niego mniej niż dwa razy szersze.
W cząsteczce gazowego chloru jądra dwóch atomów są oddalone od siebie o 0,199 nanometra, czyli około 30 000 razy więcej niż szerokość każdego z tych jąder. Nanometr to miliardowa część metra.
Gdyby te dwa jądra powiększyć do rozmiarów piłek do koszykówki, znajdowałyby się w odległości około 7 kilometrów od siebie.

Łapanie neutrin ze Słońca

Jąder chloru-37 użyto do wykrywania neutrin ze Słońca, cząstek, które przenikają przez niemal każdą materię. Bardzo rzadko neutrino uderzające w jądro chloru-37 zamienia jeden z jego neutronów w proton. Jądro zmienia się wtedy w jądro argonu-37, które jest promieniotwórcze i ma okres półtrwania 35 dni, czyli czas, po którym rozpada się połowa próbki.

W latach 60. XX wieku Raymond Davis Jr. umieścił w kopalni złota w amerykańskim stanie Dakota Południowa zbiornik z 615 tonami tetrachloroetylenu, popularnego płynu czyszczącego. Zawierał on około 2 × 10³⁰ atomów chloru-37, czyli liczbę 2 z 30 zerami. Do 1994 roku Davis wydobył około 2000 atomów argonu, czyli mniej, niż oczekiwano. Za tę pracę otrzymał, wraz z innymi, Nagrodę Nobla z fizyki w 2002 roku.