Az atommag szerkezete

Atommodellekkel próbálták elképzelni, az atomfizika foglalkozik ezzel.
A szén 12-ed része, a hidrogénatom az alapegység, az atomi tömegegység, jele u, értéke: 1,67•10^-27kg. Az atomok tömege az atomi tömegegységnek az egészszámú többszöröse, m= A_r•u. A_r = relatív
atomtömeg. Méretük is nagyon kicsi, 10^-10 m, így hipotézisekkel próbálkoztak, illetve ezeket kísérletekkel támasztották alá, vagy cáfolták meg.

Az atommodellek:
1. Démokritosz: az atom oszthatatlan parányi részecske
2. Thomson-féle: Az elektronok létezését a katódsugárcsővel végzett kísérlet bizonyította, a katódsugárcső katódjából annak anyagától függetlenül mindig ugyanolyan részecskék, elektronok léptek ki, így minden anyagnak az alkotórésze kell, hogy legyen az elektron. Az atomok egésze elektromosan semleges, az atomok tömör képződmények, egy pozitív rugalmasnak tekinthető anyagban helyezkednek el szétszórtan a negatív töltésű elektronok. Ez a mazsolás puding, vagy görögdinnye modell.
3. Lénárd Fülöp és Rutherford kísérlete bebizonyította, hogy az atomok nem tömörek, így Rutherford módosította a korábbi modellt és megalkotta a Rutherford-féle modellt.
Lénárd Fülöp kísérlete: katódsugarat vezetett ki a katódsugárcsőből fémfólián, a fólián szinte eltérés nélkül átjutottak, így az atom nem tömör gömb.
Rutherford kísérlete: pozitív töltésű α-részecskékkel  (radioaktív anyagból) bombázott vékony aranylemezt, azt tapasztalta, hogy a részecskék egy része zavartalanul áthalad, egy másik része bizonyos szögben eltérült, nagyon kevés visszapattant. Arra a következtetésre jutott, hogy az atomnak kell, hogy legyen egy kicsi pozitív magja is.
A Rutherford-féle atommodell: A kifelé semleges atom alkotói: egy kicsi pozitív mag körül negatív elektronok keringenek, az atommag töltése Z, rendszám, ami pozitív, ez az egész atom tömegének 99,9%-a, az atommag mérete 10^-15 m nagyságrendű, az elektronok és az atommag töltésének abszolútértéke egyenlő. Az elektronok a modell szerint a Coulomb-erő hatására körpályán keringenek a mag körül, ez a Naprendszer-modell.
A modell hibái: az elektronoknak folyton sugároznia kellene, ami energiaveszteséget okoz, ezért spirális pályán a magba zuhannának rövid időn belül, közben fényhullámot bocsátanának ki, de ez nem tapasztalható, csak atomi állandóság.
4. Rutherford tanítványa, Bohr módosította a modellt, ez a Bohr-féle modell, a színképelemzés ismeretében, minden anyagra jellemző a színképe.
A Bohr-féle modell: az atommag körül az elektronok csak meghatározott sugarú, ún. stacionárius (állandósult) pályákon keringenek, ezeken nincs energiaveszteség. Az atomok fénykibocsátása és fényelnyelése úgy történik, hogy a keringő elektronok az egyik pályáról a másikra kerülnek, miközben egy fotont bocsátanak ki, (vagy nyelnek el, ha magasabb pályára) a foton energiája, megegyezik a pályák közötti energiakülönbséggel, h•f = E₁-E₂, ez a frekvenciatétel. A pályákhoz tartozó lehetséges energiaérték az energiaszint, vagy nívó.
De nem magyarázta azt, hogy az állandóan ütköző atomok hogyan őrzik meg az alakjukat és energiájukat, illetve az alakjukat sem, nem vette figyelembe a hullámtermészetet.
5. A hullámmodell: pontszerűnek tekintett pozitív töltésű proton tartja maga körül fogva elektromos vonzásával a könnyű, negatív töltésű hullámszerű elektront, ez az atomi bezártság. A rendszer stabil dinamikus egyensúlyban van, az energiaminimum is jellemező rá, méretét megváltoztató külső hatás megszűnte után ismét felveszi egyensúlyi helyzetét, a legalacsonyabb energiájú alapállapotba jut. Az elektronok az atommag körül térbeli állóhullámot alkotnak a pálya számának megfelelő számú félhullámot tartalmaznak. Ha ütköznek is, addig megőrzik eredeti állapotukat, amíg a gerjesztéshez szükséges energiát el nem érik, ha ezt nem érik el, akkor rugalmas golyókként viselkednek.
Összefoglalva: az atom mérete: 10^-10 m nagyságrendű, az atommagé 10^-15 m nagyságrendű, ha a mag egy stadion közepén lévő meggy lenne, akkor a körülvevő elektronok a lelátón lennének. A mag Z db protonból és A-z db neutronból áll. A protonok száma a rendszámmal egyezik meg, ez meghatározza, hogy melyik atomról beszélünk, azaz a tulajdonságait szabja meg, tömege egy protonnak 1,67•10^-27 kg, töltése 1,6•10^-19 C. A neutronok semlegesek, egy neutron tömege kicsit nagyobb a protonénál.
A magot a negatív töltésű elektronok veszik körül, az atom semleges, ha a protonok és elektronok száma megegyezik.
A proton és neutron közös neve nukleon, két atom, ha rendszámuk, vegyjelük megegyezik, de tömegszámuk nem, akkor egymás izotópjai.
Az atommagot összetartó erőt vizsgálva rájöttek arra, hogy ez az erő nem lehet a gravitációs erő, mert az túl pici ahhoz, hogy legyőzze az azonos töltésű részecskék között fellépő Coulomb taszítóerőt, az erő, ami összetartja a részecskéket az a magerő, más nevén nukleáris erő, vagy erős kölcsönhatás. Az erős kölcsönhatás jellemzői: két nagyságrenddel nagyobb, mint a Coulomb-erő, rövid hatótávolságú, a hatótávolság nagyságrendje 10^-15 m, csak a szomszédos nukleonok között hat, mindig vonzó jellegű, függetlenül a töltéstől, így proton-proton, neutron-neutron és proton-neutron között is ugyanolyan.
Az atommagot a külső hatásokkal szemben összetartja a kötése, a kötési energia azt a munkát jelenti, amit be kell fektetnünk ahhoz, hogy az adott atommagot alkotóelemeire bontsuk szét. Ha egyesülnek az alkotórészek, akkor a kötési energiának megfelelő energia szabadul fel. Ez az energia, E=m•c².
Mérésekkel megállapították, hogy az atom tömege kisebb, mint az alkotórészeié külön, ez a tömeghiány, vagy tömegdefektus jelensége, ennek az az oka, hogy amikor az atommag összeáll a részeiből, akkor a felszabadul energia, ami a tömeg egy részét jelenti, azaz a tömeg egy része energiaként távozik. A tömeghiány kiszámítása: ∆m = Z•m_proton + (A-Z) • m_neutron – m_mag, és E= ∆m•c².
Mérések azt mutatják, hogy az atommag kötési energiája közel arányos a magban lévő nukleonok számával, de az egy nukleonra jutó kötési energia vizsgálatánál azt tapasztaljuk, hogy a legnagyobb kötési energia a vas környékén van, az annál nagyobb nehéz atommagok, illetve kisebb könnyűatommagok esetében is kisebb a kötési energia. Az atomok energiaszintje ezzel fordítva mutatkozik meg, a vas van a legmélyebb energiaszinten. Így, hogyha könnyű atommagokat egyesítünk, vagy nehezeket szakítunk szét energia szabadul fel.
Az atommagot folyadékcseppel is modellezhetjük, a kohéziós összetartó erők jelentése itt az, hogy a belső nukleonok erősebben kötöttek, a rövid hatótávolság miatt, a felületi feszültség itt azt jelenti, hogy energetikailag kedvezőbb egy vas méretű mag, mint két kisebb