kärnladdningens

Kärnladdningen är den totala positiva elektriska laddningen i atomkärnan och är lika med atomnumret Z multiplicerat med elementarladdningen e. Denna ladning avgör hur starkt kärnan drar till sig elektroner och därigenom atomens kemiska och fysiska egenskaper. I många atommodeller behandlas kärnladdningen som en punktladdning, men i mer noggranna beräkningar måste laddningen ses som utspridd över kärnan och känt udspridningsmönster, vilket påverkar beräkningar av energinivåer och spektra.

Kärnladdningens fördelning beskrivs ofta med modeller där ladningen är utspridd över en kärnvolym med en karakteristisk radii. Kärnradiuset följer ungefär relationen R ≈ r0 A^{1/3} där A är massantalet och r0 ligger runt 1,2 femtometer. RMS-kärnladdningsradie bestäms experimentellt genom kärn- och atomic-spektroskopi samt elektron- och muonstrålningssexperiment. Små avvikelser i laddningsfördelningen får konsekvenser för högt preciserade berekningar av elektronernas energinivåer.

Laddningens storlek och distribution påverkar elektronernas energi via Coulombpotentialen. Utanför kärnan är potentialen ungefär V(r) = - Z e^2/(4π ε0 r). Denna laddning styr elektroners bindingsenergier, ionisation och därigenom grundläggande egenskaper hos atomerna. Inom tunga atomer spelar kärnladdningens storlek en större roll, särskilt i kombination med elektronskärmning som ger en effektiv laddning Z_eff som skiljer sig från Z.

Isotoper har samma kärnladdning (Z) men olika neutronantal, vilket kan påverka kärnladdningens fördelning svagt och medföra isotopiska effekter i spektra. Kärnladdningens mätningar och tolkningar har varit centrala för utvecklingen av kärnfysik och atomfysik, bland annat genom Moseleys lag och elektron- samt röntgendifferensbaserade tekniker.