How big is Ядро хлору?

Ядро хлору — це центр атома хлору. Воно містить 17 протонів і, у двох різновидах, з яких складається природний хлор, або 18, або 20 нейтронів. Ядро поширенішого різновиду, хлору-35, має в поперечнику близько 6,7 фемтометра; цей розмір визначають як подвоєний зарядовий радіус. Фемтометр — це мільйонна частка мільярдної частки метра (10⁻¹⁵ метра).

Розмір

Ядро не має чіткої межі, тому його розмір подають як зарядовий радіус — середній радіус його електричного заряду. Для хлору-35 таблиця ядерних радіусів, яку веде Міжнародне агентство з атомної енергії (МАГАТЕ), дає 3,365 фемтометра. Точніше вимірювання, про яке повідомили у 2026 році, виконане на атомах, у яких важча частинка, що називається мюоном, займає місце електрона, дало 3,333 фемтометра. За обома значеннями ядро має в поперечнику близько 6,7 фемтометра.

Атоми одного елемента з різним числом нейтронів називають ізотопами. У хлору-37 на два нейтрони більше, ніж у хлору-35, але його ядро менш ніж на 1% ширше. Приблизно три чверті хлору на Землі — це хлор-35.

Як і в більшості ядер із понад 15 протонами, у ядрі хлору нейтронів більше, ніж протонів. Протони відштовхують один одного своїм електричним зарядом, а зайві нейтрони допомагають сильній ядерній взаємодії утримувати ядро цілим.

Порівняння розмірів

• Ядро хлору-35 приблизно вчетверо ширше за окремий протон, який має в поперечнику близько 1,7 фемтометра.
• Воно приблизно вдвічі ширше за ядро гелію, яке має в поперечнику близько 3,4 фемтометра.
• Ядро урану містить у 6,8 раза більше протонів і нейтронів, але менш ніж удвічі ширше.
• У молекулі газу хлору ядра двох атомів розташовані на відстані 0,199 нанометра одне від одного, що приблизно у 30 000 разів більше за ширину кожного з ядер. Нанометр — це мільярдна частка метра.
• Якби ці два ядра збільшили до розміру баскетбольних м’ячів, вони опинилися б на відстані близько 7 кілометрів одне від одного.

Уловлювання нейтрино від Сонця

Ядра хлору-37 використовували, щоб виявляти нейтрино від Сонця — частинки, які проходять крізь майже будь-яку речовину. Дуже рідко нейтрино, що влучає в ядро хлору-37, перетворює один із нейтронів цього ядра на протон. Ядро стає аргоном-37, який радіоактивний і має період напіврозпаду 35 днів — час, за який розпадається половина його кількості.

У 1960-х роках Реймонд Девіс-молодший розмістив у золотому руднику в штаті Південна Дакота цистерну з 615 тоннами тетрахлоретилену — поширеної рідини для чищення. Вона містила близько 2 × 10³⁰ атомів хлору-37, тобто цифру 2 з 30 нулями. До 1994 року він вилучив близько 2 000 атомів аргону, що менше, ніж очікували. За цю роботу Девіс розділив Нобелівську премію з фізики 2002 року.

Джерела

• 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.