Volume d’un atome et d’un noyau
L’atome est constitué d’un noyau petit mais massif entouré d’un nuage d’ électrons se déplaçant rapidement . Le noyau est composé de protons et de neutrons . Les rayons nucléaires typiques sont de l’ordre de 10 -14 m. En supposant une forme sphérique, les rayons nucléaires peuvent être calculés selon la formule suivante:
r = r 0 . Un 1/3
où r 0 = 1,2 x 10 -15 m = 1,2 fm
Si nous utilisons cette approximation, nous nous attendons donc à ce que le volume du noyau soit de l’ordre de 4 / 3πr 3 ou 7,23 × 10 -45 m 3 pour les noyaux d’hydrogène ou 1721 × 10 -45 m 3 pour 238 U noyaux. Ce sont des volumes de noyaux et des noyaux atomiques (protons et neutrons) contiennent environ 99,95% de la masse de l’atome.
Un atome est-il un espace vide?
Le volume d’un atome est environ 15 ordres de grandeur plus grand que le volume d’un noyau. Pour l’atome d’uranium , le rayon de Van der Waals est d’environ 186 pm = 1,86 × 10 -10 m . Le rayon de Van der Waals, rw , d’un atome est le rayon d’une sphère dure imaginaire représentant la distance d’approche la plus proche pour un autre atome. En prenant la forme sphérique, l’ atome d’ uranium a un volume d’environ 26,9 × 10 −30 m 3 . Mais cet «immense» espace est principalement occupé par les électrons, car le noyau n’occupe qu’environ 1721 × 10 -45 m3 de l’espace. Ensemble, ces électrons ne pèsent qu’une fraction (disons 0,05%) de l’atome entier.
Il peut sembler que l’espace et la matière sont vides , mais ce n’est pas le cas . En raison de la nature quantique des électrons , les électrons ne sont pas des particules ponctuelles, ils sont étalés sur tout l’atome. La description classique ne peut pas être utilisée pour décrire des choses à l’échelle atomique. À l’échelle atomique, les physiciens ont découvert que la mécanique quantique décrivait très bien les choses à cette échelle. Les emplacements des particules en mécanique quantique ne sont pas à une position exacte, ils sont décrits par une fonction de densité de probabilité . Par conséquent, l’espace dans un atome (entre les électrons et un noyau atomique) n’est pas vide, mais il est rempli par une fonction de densité de probabilité d’électrons (généralement appelée « nuage d’électrons »).
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