How big is Kloori aatomituum?

Kloori aatomituum on kloori aatomi keskpunkt. Selles on 17 prootonit ning looduslikku kloori moodustavas kahes liigis kas 18 või 20 neutronit. Levinuma liigi, kloor-35, tuuma läbimõõt on umbes 6,7 femtomeetrit, mõõdetuna laenguraadiuse kahekordse väärtusena. Femtomeeter on meetri miljardiku miljondik (10⁻¹⁵ meetrit).

Suurus

Tuumal pole teravat serva, seetõttu antakse selle suurus laenguraadiusena, see tähendab tuuma elektrilaengu keskmise raadiusena. Kloor-35 puhul annab Rahvusvahelise Aatomienergiaagentuuri (IAEA) peetav tuumaraadiuste tabel väärtuseks 3,365 femtomeetrit. Täpsem mõõtmine, millest teatati 2026. aastal ja kus kasutati aatomeid, milles elektroni asemel on raskem osake, müüon, andis tulemuseks 3,333 femtomeetrit. Mõlema väärtuse järgi on tuuma läbimõõt umbes 6,7 femtomeetrit.

Sama elemendi aatomeid, mille neutronite arv on erinev, nimetatakse isotoopideks. Kloor-37 tuumas on kaks neutronit rohkem kui kloor-35 tuumas, kuid raskem tuum on alla 1% laiem. Umbes kolm neljandikku Maa kloorist on kloor-35.

Nagu enamikus tuumades, kus on üle 15 prootoni, on ka kloori tuumas neutroneid rohkem kui prootoneid. Prootonid tõukavad üksteist oma elektrilaenguga eemale ning lisaneutronid aitavad tugeval tuumajõul tuuma koos hoida.

Suuruste võrdlused

• Kloor-35 tuum on umbes neli korda laiem kui üksik prooton, mille läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit.
• See on umbes kaks korda laiem kui heeliumi tuum, mille läbimõõt on umbes 3,4 femtomeetrit.
• Uraani aatomituumas on prootoneid ja neutroneid kokku 6,8 korda rohkem, kuid uraani tuum on alla kahe korra laiem.
• Gaasilise kloori molekulis on kahe aatomi tuumad teineteisest 0,199 nanomeetri kaugusel, mis on umbes 30 000 korda kummagi tuuma laius. Nanomeeter on meetri miljardik.
• Kui need kaks tuuma oleksid suurendatud korvpallide suuruseks, oleksid nad teineteisest umbes 7 kilomeetri kaugusel.

Päikese neutriinode püüdmine

Kloor-37 tuumasid kasutati Päikese neutriinode avastamiseks. Need on osakesed, mis läbivad peaaegu igasugust ainet. Väga harva muudab kloor-37 tuuma tabav neutriino ühe tuuma neutronitest prootoniks. Tuumast saab argoon-37, mis on radioaktiivne ja mille poolestusaeg on 35 päeva ehk aeg, mille jooksul laguneb pool argoonist.

1960. aastatel paigutas Raymond Davis Jr USA Lõuna-Dakota osariigis asuvasse kullakaevandusse mahuti, milles oli 615 tonni tetrakloroetüleeni, levinud puhastusvedelikku. Selles oli umbes 2 × 10³⁰ kloor-37 aatomit, see tähendab arv 2, millele järgneb 30 nulli. 1994. aastaks oli ta eraldanud umbes 2 000 argooniaatomit, mida oli vähem kui oodatud. Davis jagas selle töö eest 2002. aasta Nobeli füüsikaauhinda.

Allikad

• Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
• Charge radii of Cl isotopes from x-ray spectroscopy of muonic atoms. Beyer et al., arXiv preprint, 2026.
• Chlorine. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• How big is the alpha particle? Laser spectroscopy provides new results with record precision. Max Planck Institute of Quantum Optics, 2021.
• Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Chlorine: Constants of diatomic molecules. NIST Chemistry WebBook.
• The Nobel Prize in Physics 2002: Press release. Nobel Prize Outreach, 2002.
• The Nobel Prize in Physics 2002: Popular information. Nobel Prize Outreach, 2002.
• A Half-Century with Solar Neutrinos. Raymond Davis Jr., Nobel Lecture, 2002.
• Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.