रसायन विज्ञान में बंधन ऊर्जा एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। यह दो गैस परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करता है। यह अवधारणा आयनिक बंधों पर लागू नहीं है। जब दो परमाणु मिलकर एक अणु बनाते हैं, तो आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि उनके बीच का बंधन कितना मजबूत है - बस उस ऊर्जा का पता लगाएं जिसे इस बंधन को तोड़ने के लिए खर्च करने की आवश्यकता है। याद रखें कि एक भी परमाणु में बंधनकारी ऊर्जा नहीं होती है; यह ऊर्जा एक अणु में दो परमाणुओं के बीच बंधन की ताकत को दर्शाती है। किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए बंधन ऊर्जा की गणना करने के लिए, बस टूटे हुए बंधों की कुल संख्या निर्धारित करें और उसमें से बनने वाले बंधों की संख्या घटा दें।

कदम

भाग ---- पहला

बंधनकारी ऊर्जा की गणना के लिए एक समीकरण लिखें।परिभाषा के अनुसार, बंधनकारी ऊर्जा टूटे हुए बंधनों का योग घटाकर बनाए गए बंधनों का योग है: ΔH = ∑H (टूटे हुए बंधन) - ∑H (बने हुए बंधन)। ΔH बाध्यकारी ऊर्जा में परिवर्तन को दर्शाता है, जिसे बाइंडिंग एन्थैल्पी भी कहा जाता है, और ∑H रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण के दोनों पक्षों के लिए बाध्यकारी ऊर्जा के योग से मेल खाता है।

रासायनिक समीकरण लिखें और व्यक्तिगत तत्वों के बीच सभी कनेक्शनों को इंगित करें।यदि कोई प्रतिक्रिया समीकरण रासायनिक प्रतीकों और संख्याओं के रूप में दिया गया है, तो इसे फिर से लिखना और परमाणुओं के बीच सभी बंधनों को इंगित करना उपयोगी है। यह दृश्य संकेतन आपको किसी दिए गए प्रतिक्रिया के दौरान टूटे और बनने वाले बंधनों को आसानी से गिनने की अनुमति देगा।

टूटे और बने बांडों की गिनती के नियम जानें।ज्यादातर मामलों में, गणना में औसत बाध्यकारी ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। विशेष अणु के आधार पर एक ही बंधन में थोड़ी भिन्न ऊर्जा हो सकती है, इसलिए आमतौर पर औसत बंधन ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। .

• सिंगल, डबल और ट्रिपल रासायनिक बंधनों के टूटने को एक टूटा हुआ बंधन माना जाता है। हालाँकि इन बंधनों की अलग-अलग ऊर्जाएँ हैं, प्रत्येक मामले में एक बंधन टूटा हुआ माना जाता है।
• यही बात सिंगल, डबल या ट्रिपल बॉन्ड के निर्माण पर भी लागू होती है। ऐसे प्रत्येक मामले को एक नए कनेक्शन के गठन के रूप में माना जाता है।
• हमारे उदाहरण में, सभी बांड एकल हैं।

1. निर्धारित करें कि समीकरण के बाईं ओर कौन से बंधन टूटे हुए हैं।रासायनिक समीकरण के बाईं ओर अभिकारक होते हैं और प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप टूटे हुए सभी बंधनों का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है, जिसका अर्थ है कि रासायनिक बंधनों को तोड़ने के लिए कुछ ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए।

   • हमारे उदाहरण में, प्रतिक्रिया समीकरण के बाईं ओर एक H-H बंधन और एक Br-Br बंधन शामिल है।

2. समीकरण के दाईं ओर बने बांडों की संख्या गिनें।प्रतिक्रिया उत्पाद दाईं ओर दर्शाए गए हैं। समीकरण का यह भाग उन सभी बंधों का प्रतिनिधित्व करता है जो रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं। यह एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है और ऊर्जा (आमतौर पर गर्मी के रूप में) छोड़ती है।

   • हमारे उदाहरण में, समीकरण के दाईं ओर दो H-Br बांड हैं।

   भाग 2

   बाइंडिंग ऊर्जा की गणना करें

   1. आवश्यक बंधनकारी ऊर्जा मान ज्ञात कीजिए।ऐसी कई तालिकाएँ हैं जो विभिन्न प्रकार के यौगिकों के लिए बाध्यकारी ऊर्जा मान देती हैं। ऐसी तालिकाएँ इंटरनेट पर या रसायन विज्ञान संदर्भ पुस्तक में पाई जा सकती हैं। यह याद रखना चाहिए कि बंधन ऊर्जा हमेशा गैसीय अवस्था में अणुओं के लिए दी जाती है।

   2. टूटे हुए बंधनों की संख्या से बाध्यकारी ऊर्जा मूल्यों को गुणा करें।कई प्रतिक्रियाओं में, एक बंधन को कई बार तोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक अणु में 4 हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, तो हाइड्रोजन की बंधन ऊर्जा को 4 गुना माना जाना चाहिए, अर्थात 4 से गुणा किया जाना चाहिए।

      • हमारे उदाहरण में, प्रत्येक अणु में एक बंधन होता है, इसलिए बंधन ऊर्जा मान को केवल 1 से गुणा किया जाता है।
      • एच-एच = 436 x 1 = 436 केजे/मोल
      • Br-Br = 193 x 1 = 193 kJ/mol

   3. टूटे हुए बंधनों की सारी ऊर्जाएँ जोड़ें।एक बार जब आप समीकरण के बाईं ओर बांड ऊर्जा को बांड की संबंधित संख्या से गुणा कर देते हैं, तो आपको कुल ज्ञात करने की आवश्यकता होती है।

      • आइए हमारे उदाहरण के लिए टूटे हुए बंधनों की कुल ऊर्जा ज्ञात करें: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 kJ/mol।

बिल्कुल किसी भी रासायनिक पदार्थ में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक निश्चित सेट होता है। वे इस तथ्य के कारण एक साथ बंधे रहते हैं कि परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा कण के अंदर मौजूद होती है।

परमाणु आकर्षक बलों की एक विशिष्ट विशेषता अपेक्षाकृत कम दूरी (लगभग 10 -13 सेमी से) पर उनकी बहुत उच्च शक्ति है। जैसे-जैसे कणों के बीच की दूरी बढ़ती है, परमाणु के अंदर आकर्षण बल भी कमजोर हो जाते हैं।

नाभिक के अंदर ऊर्जा को बांधने के बारे में तर्क

यदि हम कल्पना करें कि किसी परमाणु के नाभिक से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बारी-बारी से अलग करने और उन्हें इतनी दूरी पर रखने का कोई तरीका है कि परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा कार्य करना बंद कर दे, तो यह बहुत कठिन काम होगा। किसी परमाणु के नाभिक से उसके घटकों को निकालने के लिए, अंतर-परमाणु बलों पर काबू पाने का प्रयास करना चाहिए। ये प्रयास परमाणु को उसमें मौजूद न्यूक्लियॉन में विभाजित करने की दिशा में आगे बढ़ेंगे। इसलिए, हम यह अनुमान लगा सकते हैं कि परमाणु नाभिक की ऊर्जा उन कणों की ऊर्जा से कम है जिनसे यह बना है।

क्या अंतर-परमाणु कणों का द्रव्यमान एक परमाणु के द्रव्यमान के बराबर है?

1919 में ही, शोधकर्ताओं ने परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को मापना सीख लिया था। अक्सर, इसे मास स्पेक्ट्रोमीटर नामक विशेष तकनीकी उपकरणों का उपयोग करके "वजन" किया जाता है। ऐसे उपकरणों के संचालन का सिद्धांत यह है कि विभिन्न द्रव्यमान वाले कणों की गति की विशेषताओं की तुलना की जाती है। इसके अलावा, ऐसे कणों में समान विद्युत आवेश होते हैं। गणना से पता चलता है कि जिन कणों का द्रव्यमान अलग-अलग होता है वे अलग-अलग प्रक्षेप पथ पर चलते हैं।

आधुनिक वैज्ञानिकों ने बड़ी सटीकता के साथ सभी नाभिकों के द्रव्यमान, साथ ही उनके घटक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का निर्धारण किया है। यदि हम किसी विशेष नाभिक के द्रव्यमान की तुलना उसमें मौजूद कणों के द्रव्यमान के योग से करते हैं, तो यह पता चलता है कि प्रत्येक मामले में नाभिक का द्रव्यमान व्यक्तिगत प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान से अधिक होगा। किसी भी रसायन के लिए यह अंतर लगभग 1% होगा। इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा उसकी बाकी ऊर्जा का 1% है।

इंट्रान्यूक्लियर बलों के गुण

नाभिक के अंदर मौजूद न्यूट्रॉन कूलम्ब बलों द्वारा एक दूसरे से प्रतिकर्षित होते हैं। लेकिन परमाणु टूटता नहीं है. यह परमाणु में कणों के बीच एक आकर्षक बल की उपस्थिति से सुगम होता है। ऐसे बल, जो विद्युत से भिन्न प्रकृति के होते हैं, परमाणु कहलाते हैं। और न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की परस्पर क्रिया को प्रबल अंतःक्रिया कहा जाता है।

संक्षेप में, परमाणु बलों के गुण इस प्रकार हैं:

• यह प्रभार स्वतंत्रता है;
• केवल कम दूरी पर कार्रवाई;
• साथ ही संतृप्ति, जो केवल एक निश्चित संख्या में न्यूक्लियॉन को एक दूसरे के पास बनाए रखने को संदर्भित करती है।

ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, जब परमाणु कण आपस में जुड़ते हैं तो विकिरण के रूप में ऊर्जा निकलती है।

परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा: सूत्र

उपरोक्त गणना के लिए, आम तौर पर स्वीकृत सूत्र का उपयोग किया जाता है:

ईएसटी=(Z·m p +(A-Z)·m n -Mमैं)·सी²

यहाँ के अंतर्गत ईएसटीनाभिक की बंधनकारी ऊर्जा को संदर्भित करता है; साथ- प्रकाश की गति; जेड-प्रोटॉन की संख्या; (ए-जेड) - न्यूट्रॉन की संख्या; एमपीएक प्रोटॉन के द्रव्यमान को दर्शाता है; ए एम एन- न्यूट्रॉन द्रव्यमान. एम मैंकिसी परमाणु के नाभिक के द्रव्यमान को दर्शाता है।

विभिन्न पदार्थों के नाभिकों की आंतरिक ऊर्जा

किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा निर्धारित करने के लिए उसी सूत्र का उपयोग किया जाता है। सूत्र द्वारा गणना की गई बंधन ऊर्जा, जैसा कि पहले कहा गया है, परमाणु की कुल ऊर्जा या बाकी ऊर्जा का 1% से अधिक नहीं है। हालाँकि, करीब से जाँच करने पर पता चलता है कि एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ की ओर जाने पर इस संख्या में काफी तेज़ी से उतार-चढ़ाव होता है। यदि आप इसके सटीक मान निर्धारित करने का प्रयास करें, तो वे विशेष रूप से तथाकथित प्रकाश नाभिक के लिए भिन्न होंगे।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु के अंदर बंधन ऊर्जा शून्य है क्योंकि इसमें केवल एक प्रोटॉन होता है, हीलियम नाभिक की बंधन ऊर्जा 0.74% होगी। ट्रिटियम नामक पदार्थ के नाभिक के लिए यह संख्या 0.27% होगी। ऑक्सीजन 0.85% है. लगभग साठ न्यूक्लियॉन वाले नाभिक में, अंतर्परमाण्विक बंधन ऊर्जा लगभग 0.92% होगी। अधिक द्रव्यमान वाले परमाणु नाभिक के लिए, यह संख्या धीरे-धीरे घटकर 0.78% हो जाएगी।

हीलियम, ट्रिटियम, ऑक्सीजन या किसी अन्य पदार्थ के नाभिक की बंधन ऊर्जा निर्धारित करने के लिए उसी सूत्र का उपयोग किया जाता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के प्रकार

ऐसे मतभेदों के मुख्य कारणों को समझाया जा सकता है। वैज्ञानिकों ने पाया है कि नाभिक के अंदर मौजूद सभी न्यूक्लियॉन को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: सतही और आंतरिक। आंतरिक न्यूक्लियॉन वे होते हैं जो स्वयं को चारों ओर से अन्य प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से घिरा हुआ पाते हैं। ऊपर वाले तो अंदर से ही घिरे रहते हैं।

परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा एक ऐसा बल है जो आंतरिक नाभिकों में अधिक स्पष्ट होता है। वैसे, विभिन्न तरल पदार्थों के सतही तनाव के साथ भी कुछ ऐसा ही होता है।

एक नाभिक में कितने न्यूक्लियॉन समाते हैं

यह पाया गया कि तथाकथित प्रकाश नाभिक में आंतरिक न्यूक्लियंस की संख्या विशेष रूप से छोटी है। और जो सबसे हल्की श्रेणी के हैं, उनके लिए लगभग सभी न्यूक्लियॉन सतही माने जाते हैं। ऐसा माना जाता है कि परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा एक मात्रा है जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के साथ बढ़ना चाहिए। लेकिन यह वृद्धि भी अनिश्चित काल तक जारी नहीं रह सकती। न्यूक्लियॉन की एक निश्चित संख्या के साथ - और यह 50 से 60 तक है - एक और बल काम में आता है - उनका विद्युत प्रतिकर्षण। यह नाभिक के अंदर बाध्यकारी ऊर्जा की उपस्थिति के बावजूद भी होता है।

विभिन्न पदार्थों में परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा का उपयोग वैज्ञानिकों द्वारा परमाणु ऊर्जा जारी करने के लिए किया जाता है।

कई वैज्ञानिकों की हमेशा से इस प्रश्न में रुचि रही है: जब हल्के नाभिक भारी नाभिक में विलीन हो जाते हैं तो ऊर्जा कहाँ से आती है? वस्तुतः यह स्थिति परमाणु विखंडन के समान है। हल्के नाभिकों के संलयन की प्रक्रिया में, जैसे भारी नाभिकों के विखंडन के दौरान होता है, हमेशा अधिक टिकाऊ प्रकार के नाभिक बनते हैं। प्रकाश नाभिक से उनमें निहित सभी न्यूक्लियॉन को "प्राप्त" करने के लिए, उनके संयोजन से निकलने वाली ऊर्जा की तुलना में कम ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है। इसका उलटा भी सच है। वास्तव में, संलयन की ऊर्जा, जो द्रव्यमान की एक निश्चित इकाई पर पड़ती है, विखंडन की विशिष्ट ऊर्जा से अधिक हो सकती है।

वैज्ञानिक जिन्होंने परमाणु विखंडन प्रक्रियाओं का अध्ययन किया

इस प्रक्रिया की खोज 1938 में वैज्ञानिक हैन और स्ट्रैसमैन ने की थी। बर्लिन रसायन विज्ञान विश्वविद्यालय में, शोधकर्ताओं ने पाया कि अन्य न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम पर बमबारी की प्रक्रिया में, यह हल्के तत्वों में बदल जाता है जो आवर्त सारणी के मध्य में होते हैं।

ज्ञान के इस क्षेत्र के विकास में लिसे मीटनर ने भी महत्वपूर्ण योगदान दिया, जिन्हें एक समय हैन ने रेडियोधर्मिता का अध्ययन करने के लिए आमंत्रित किया था। हैन ने मीटनर को केवल इस शर्त पर काम करने की अनुमति दी कि वह अपना शोध बेसमेंट में करेगी और कभी भी ऊपरी मंजिल पर नहीं जाएगी, जो भेदभाव का एक तथ्य था। हालाँकि, इसने उन्हें परमाणु नाभिक के अनुसंधान में महत्वपूर्ण सफलता प्राप्त करने से नहीं रोका।

15. समस्या समाधान के उदाहरण

1. आइसोटोप नाभिक के द्रव्यमान की गणना करें।

समाधान। आइए सूत्र का उपयोग करें

.

ऑक्सीजन का परमाणु द्रव्यमान
=15.9949 एमू;

वे। परमाणु का लगभग सारा भार नाभिक में केंद्रित होता है।

2. द्रव्यमान दोष और परमाणु बंधन ऊर्जा की गणना करें 3 ली 7 .

समाधान। नाभिक का द्रव्यमान हमेशा मुक्त (नाभिक के बाहर स्थित) प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से कम होता है जिनसे नाभिक का निर्माण हुआ था। कोर द्रव्यमान दोष ( एम) और मुक्त न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) के द्रव्यमान और नाभिक के द्रव्यमान के योग के बीच का अंतर है, अर्थात।

कहाँ जेड– परमाणु संख्या (नाभिक में प्रोटॉन की संख्या); ए- द्रव्यमान संख्या (नाभिक बनाने वाले न्यूक्लियॉन की संख्या); एम पी , एम एन , एम- क्रमशः, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और नाभिक का द्रव्यमान।

संदर्भ तालिकाएँ हमेशा तटस्थ परमाणुओं का द्रव्यमान बताती हैं, लेकिन नाभिक का नहीं, इसलिए सूत्र (1) को बदलने की सलाह दी जाती है ताकि इसमें द्रव्यमान शामिल हो एमतटस्थ परमाणु.

,

.

अंतिम सूत्र के अनुसार नाभिक के द्रव्यमान को समानता (1) में व्यक्त करने पर, हम प्राप्त करते हैं

,

उस पर गौर कर रहा हूँ एम पी +एम इ =एम एच, कहाँ एम एच- हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान, हम अंततः पाएंगे

द्रव्यमान के संख्यात्मक मानों को अभिव्यक्ति (2) में प्रतिस्थापित करने पर (संदर्भ तालिकाओं में डेटा के अनुसार), हम प्राप्त करते हैं

संचार की ऊर्जा
नाभिक वह ऊर्जा है जो नाभिक के निर्माण के दौरान मुक्त नाभिकों से किसी न किसी रूप में निकलती है।

द्रव्यमान एवं ऊर्जा की आनुपातिकता के नियम के अनुसार

(3)

कहाँ साथ- निर्वात में प्रकाश की गति.

आनुपातिकता कारक साथ 2 दो तरीकों से व्यक्त किया जा सकता है: या

यदि हम अतिरिक्त-प्रणालीगत इकाइयों का उपयोग करके बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करते हैं, तो

इसे ध्यान में रखते हुए सूत्र (3) का रूप लेगा

(4)

मूल द्रव्यमान दोष के पहले पाए गए मान को सूत्र (4) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं

3. दो प्राथमिक कण - एक प्रोटॉन और एक एंटीप्रोटॉन, जिनका द्रव्यमान होता है
प्रत्येक किग्रा, संयुक्त होने पर, दो गामा क्वांटा में बदल जाता है। इस मामले में कितनी ऊर्जा जारी होती है?

समाधान। आइंस्टीन के सूत्र का उपयोग करके गामा क्वांटम ऊर्जा ज्ञात करना
, जहां c निर्वात में प्रकाश की गति है।

4. 10 Ne 20 नाभिक को कार्बन नाभिक 6 C 12 और दो अल्फा कणों में अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा निर्धारित करें, यदि यह ज्ञात हो कि 10 Ne 20 नाभिक में विशिष्ट बंधन ऊर्जाएं हैं; 6 सी 12 और 2 हे 4 क्रमशः बराबर हैं: 8.03; 7.68 और 7.07 MeV प्रति न्यूक्लियॉन।

समाधान। 10 Ne 20 नाभिक के निर्माण के दौरान, मुक्त नाभिकों से ऊर्जा मुक्त होगी:

डब्ल्यू ने = डब्ल्यू सी वाई ·ए = 8.03 20 = 160.6 मेव।

तदनुसार, एक 6 12 C नाभिक और दो 2 4 He नाभिक के लिए:

डब्ल्यू सी = 7.68 12 = 92.16 मेव,

WHe = 7.07·8 = 56.56 MeV.

फिर, दो 2 4 He नाभिक और एक 6 12 C नाभिक से 10 20 Ne के निर्माण के दौरान, ऊर्जा जारी होगी:

डब्ल्यू = डब्ल्यू ने - डब्ल्यू सी - डब्ल्यू हे

डब्ल्यू= 160.6 – 92.16 – 56.56 = 11.88 मेव।

उतनी ही ऊर्जा 10 20 Ne नाभिक को 6 12 C और 2 2 4 H में विभाजित करने की प्रक्रिया पर खर्च की जानी चाहिए।

उत्तर। ई = 11.88 मेव.

5 . एल्युमीनियम परमाणु 13 Al 27 के नाभिक की बंधन ऊर्जा ज्ञात करें, विशिष्ट बंधन ऊर्जा ज्ञात करें।

समाधान। 13 अल 27 नाभिक में Z=13 प्रोटॉन और होते हैं

ए-जेड = 27 - 13 न्यूट्रॉन।

मूल द्रव्यमान है

एम आई = एम एट - जेड·एम ई = 27/6.02·10 26 -13·9.1·10 -31 = 4.484·10 -26 किग्रा=

27.012 एमू

कोर द्रव्यमान दोष ∆m = Z m p + (A-Z) m n - m i के बराबर है

अंकीय मूल्य

∆m = 13·1.00759 + 14×1.00899 - 26.99010 = 0.23443 एएमयू

बंधन ऊर्जा Wst = 931.5 ∆m = 931.5 0.23443 = 218.37 MeV

विशिष्ट बंधन ऊर्जा Wsp = 218.37/27 = 8.08 MeV/न्यूक्लियॉन।

उत्तर: बंधनकारी ऊर्जा Wb = 218.37 MeV; विशिष्ट बंधन ऊर्जा Wsp = 8.08 MeV/न्यूक्लियॉन।

16. परमाणु प्रतिक्रियाएँ

परमाणु प्रतिक्रियाएं परमाणु नाभिक के परिवर्तन की प्रक्रियाएं हैं जो एक दूसरे के साथ या प्राथमिक कणों के साथ उनकी बातचीत के कारण होती हैं।

परमाणु प्रतिक्रिया लिखते समय, प्रारंभिक कणों का योग बाईं ओर लिखा जाता है, फिर एक तीर लगाया जाता है, उसके बाद अंतिम उत्पादों का योग लिखा जाता है। उदाहरण के लिए,

उसी प्रतिक्रिया को छोटे प्रतीकात्मक रूप में लिखा जा सकता है

परमाणु प्रतिक्रियाओं पर विचार करते समय, सटीक संरक्षण कानून: ऊर्जा, आवेग, कोणीय गति, विद्युत आवेश और अन्य। यदि परमाणु प्रतिक्रिया में केवल न्यूट्रॉन, प्रोटॉन और γ क्वांटा प्राथमिक कणों के रूप में दिखाई देते हैं, तो प्रतिक्रिया के दौरान न्यूक्लियॉन की संख्या भी संरक्षित रहती है। फिर प्रारंभिक और अंतिम अवस्था में न्यूट्रॉन का संतुलन और प्रोटॉन का संतुलन अवश्य देखा जाना चाहिए। प्रतिक्रिया के लिए
हम पाते हैं:

प्रोटॉनों की संख्या 3 + 1 = 0 + 4;

न्यूट्रॉन की संख्या 4 + 0 = 1 + 3.

इस नियम का उपयोग करके, आप प्रतिक्रिया में भाग लेने वालों में से एक को पहचान सकते हैं, दूसरों को जान सकते हैं। परमाणु प्रतिक्रियाओं में अक्सर भाग लेने वाले होते हैं α – कण (
- हीलियम नाभिक), ड्यूटेरॉन (
- हाइड्रोजन के भारी आइसोटोप के नाभिक, जिसमें प्रोटॉन के अलावा एक न्यूट्रॉन होता है) और ट्राइटन (
- हाइड्रोजन के एक अतिभारी समस्थानिक का नाभिक, जिसमें एक प्रोटॉन के अलावा, दो न्यूट्रॉन होते हैं)।

प्रारंभिक और अंतिम कणों की बाकी ऊर्जाओं के बीच का अंतर प्रतिक्रिया की ऊर्जा निर्धारित करता है। यह या तो शून्य से अधिक या शून्य से कम हो सकता है। अधिक पूर्ण रूप में, ऊपर चर्चा की गई प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी गई है:

कहाँ क्यू-प्रतिक्रिया ऊर्जा. परमाणु गुणों की तालिकाओं का उपयोग करके इसकी गणना करने के लिए, प्रतिक्रिया में प्रारंभिक प्रतिभागियों के कुल द्रव्यमान और प्रतिक्रिया उत्पादों के कुल द्रव्यमान के बीच अंतर की तुलना करें। परिणामी द्रव्यमान अंतर (आमतौर पर एएमयू में व्यक्त) को फिर ऊर्जा इकाइयों में परिवर्तित किया जाता है (1 एएमयू 931.5 मेव से मेल खाता है)।

17. समस्या समाधान के उदाहरण

1. एल्यूमीनियम आइसोटोप नाभिक की बमबारी के दौरान बने अज्ञात तत्व का निर्धारण करें अल-कण, यदि यह ज्ञात हो कि प्रतिक्रिया उत्पादों में से एक न्यूट्रॉन है।

समाधान। आइए परमाणु प्रतिक्रिया लिखें:

अल+ 
एक्स+एन.

द्रव्यमान संख्या के संरक्षण के नियम के अनुसार: 27+4 = ए+1. अतः अज्ञात तत्व की द्रव्यमान संख्या ए = 30. इसी प्रकार, आवेशों के संरक्षण के नियम के अनुसार 13+2 = Z+0और जेड = 15.

आवर्त सारणी से हम पाते हैं कि यह फॉस्फोरस का एक समस्थानिक है आर.

2. समीकरण द्वारा कौन सी परमाणु प्रतिक्रिया लिखी जाती है

?

समाधान। किसी रासायनिक तत्व के प्रतीक के आगे की संख्याओं का अर्थ है: नीचे डी.आई. मेंडेलीव की तालिका में इस रासायनिक तत्व की संख्या (या किसी दिए गए कण का आवेश) है, और शीर्ष पर द्रव्यमान संख्या है, अर्थात। नाभिक में न्यूक्लिऑन की संख्या (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक साथ)। आवर्त सारणी के अनुसार, हम देखते हैं कि तत्व बोरॉन बी पांचवें स्थान पर है, हीलियम हे दूसरे स्थान पर है, और नाइट्रोजन एन कण सातवें स्थान पर है - न्यूट्रॉन. इसका मतलब यह है कि प्रतिक्रिया को इस प्रकार पढ़ा जा सकता है: कब्जा करने के बाद द्रव्यमान संख्या 11 (बोरान-11) वाले बोरान परमाणु का नाभिक
- कण (हीलियम परमाणु का एक नाभिक) एक न्यूट्रॉन उत्सर्जित करता है और 14 (नाइट्रोजन-14) की द्रव्यमान संख्या वाले नाइट्रोजन परमाणु के नाभिक में बदल जाता है।

3. एल्यूमीनियम नाभिक को विकिरणित करते समय - 27 कठोर – मैग्नेशियम नाभिक का निर्माण क्वांटा से होता है – 26. इस अभिक्रिया में कौन सा कण निकलता है? परमाणु प्रतिक्रिया के लिए समीकरण लिखें.

समाधान।

आवेश संरक्षण के नियम के अनुसार: 13+0=12+Z;

4. जब एक निश्चित रासायनिक तत्व के नाभिक को प्रोटॉन से विकिरणित किया जाता है, तो सोडियम नाभिक बनते हैं - 22 और - कण (परिवर्तन के प्रत्येक कार्य के लिए एक)। कौन से नाभिक विकिरणित थे? परमाणु प्रतिक्रिया के लिए समीकरण लिखें.

समाधान। डी.आई. मेंडेलीव की रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली के अनुसार:

आवेश संरक्षण के नियम के अनुसार:

द्रव्यमान संख्या के संरक्षण के नियम के अनुसार:

5 . जब नाइट्रोजन आइसोटोप 7 एन 14 पर न्यूट्रॉन की बमबारी की जाती है, तो कार्बन आइसोटोप 6 सी 14 प्राप्त होता है, जो β-रेडियोधर्मी हो जाता है। दोनों प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरण लिखें।

समाधान . 7 एन 14 + 0 एन 1 → 6 सी 14 + 1 एच 1 ; 6 सी 14 → -1 ई 0 + 7 एन 14।

6. 40 Zr 97 का स्थिर क्षय उत्पाद 42 Mo 97 है। 40 Zr 97 के किन रेडियोधर्मी परिवर्तनों के परिणामस्वरूप इसका निर्माण हुआ है?

समाधान। आइए हम क्रमिक रूप से होने वाली दो β-क्षय प्रतिक्रियाओं को लिखें:

1) 40 Zr 97 →β→ 41 X 97 + -1 e 0, X ≡ 41 Nb 97 (नाइओबियम),

2) 41 एनबी 97 →β→ 42 वाई 97 + -1 ई 0, वाई ≡ 42 मो 97 (मोलिब्डेनम)।

उत्तर : दो β-क्षय के परिणामस्वरूप, ज़िरकोनियम परमाणु से एक मोलिब्डेनम परमाणु बनता है।

18. परमाणु प्रतिक्रिया ऊर्जा

परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा (या प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव)

कहाँ
- प्रतिक्रिया से पहले कण द्रव्यमान का योग,
- प्रतिक्रिया के बाद कण द्रव्यमान का योग।

अगर
, प्रतिक्रिया को एक्सोएनर्जेटिक कहा जाता है, क्योंकि यह ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है। पर क्यू

न्यूट्रॉन द्वारा परमाणु विखंडन - एक्सोएनर्जेटिक प्रतिक्रिया , जिसमें नाभिक, एक न्यूट्रॉन को पकड़कर, दो (कभी-कभी तीन में) विभाजित हो जाता है, ज्यादातर असमान रेडियोधर्मी टुकड़े, गामा क्वांटा और 2 - 3 न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हैं। ये न्यूट्रॉन, यदि आसपास पर्याप्त विखंडनीय पदार्थ हैं, तो आसपास के नाभिकों के विखंडन का कारण बन सकते हैं। इस मामले में, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है, जिसके साथ बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। ऊर्जा इस तथ्य के कारण जारी होती है कि विखंडनीय नाभिक में या तो बहुत छोटा द्रव्यमान दोष होता है, या दोष के बजाय द्रव्यमान की अधिकता होती है, जो विखंडन के संबंध में ऐसे नाभिक की अस्थिरता का कारण है।

नाभिक - विखंडन उत्पाद - में काफी बड़े पैमाने पर दोष होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विचाराधीन प्रक्रिया में ऊर्जा जारी होती है।

19. समस्या समाधान के उदाहरण

1. 1 एएमयू किस ऊर्जा से मेल खाती है?

समाधान . चूँकि m= 1 amu= 1.66 · 10 -27 किग्रा, तो

क्यू = 1.66·10 -27 (3·10 8) 2 =14.94·10-11 जे ≈ 931 (एमईवी)।

2. थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए एक समीकरण लिखें और इसकी ऊर्जा उपज निर्धारित करें यदि यह ज्ञात है कि दो ड्यूटेरियम नाभिक के संलयन से एक न्यूट्रॉन और एक अज्ञात नाभिक उत्पन्न होता है।

समाधान।

विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम के अनुसार:

1 + 1=0+जेड; जेड=2

द्रव्यमान संख्या के संरक्षण के नियम के अनुसार:

2+2=1+ए; ए=3

ऊर्जा निकलती है

=- 0.00352 ए.एम.यू.

3. जब एक यूरेनियम नाभिक का विखंडन - 235 होता है, तो धीमे न्यूट्रॉन के कब्जे के परिणामस्वरूप, टुकड़े बनते हैं: क्सीनन - 139 और स्ट्रोंटियम - 94। तीन न्यूट्रॉन एक साथ निकलते हैं। विखंडन की एक क्रिया के दौरान निकलने वाली ऊर्जा ज्ञात कीजिए।

समाधान। यह स्पष्ट है कि विभाजन के दौरान, परिणामी कणों के परमाणु द्रव्यमान का योग प्रारंभिक कणों के द्रव्यमान के योग से कम होता है

यह मानते हुए कि विखंडन के दौरान निकलने वाली सारी ऊर्जा टुकड़ों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, हम संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करने के बाद प्राप्त करते हैं:

4. ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से 1 ग्राम हीलियम के संलयन की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप कितनी मात्रा में ऊर्जा निकलती है?

समाधान . ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से हीलियम नाभिक के संलयन की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया निम्नलिखित समीकरण के अनुसार होती है:

.

आइए जन दोष का निर्धारण करें

m=(2.0474+3.01700)-(4.00387+1.0089)=0.01887(a.m.u.)

1 एमू 931 MeV की ऊर्जा से मेल खाती है, इसलिए, हीलियम परमाणु के संलयन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा है

Q=931.0.01887(MeV)

1 ग्राम हीलियम होता है
/ए परमाणु, एवोगैड्रो की संख्या कहां है; ए परमाणु भार है.

कुल ऊर्जा Q= (/A)Q; Q=42410 9 जे.

5 . प्रभाव पड़ने पर -बोरॉन नाभिक 5 बी 10 वाले कणों पर एक परमाणु प्रतिक्रिया हुई, जिसके परिणामस्वरूप एक हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक और एक अज्ञात नाभिक का निर्माण हुआ। इस नाभिक को पहचानें और परमाणु प्रतिक्रिया का ऊर्जा प्रभाव ज्ञात करें।

समाधान। आइए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें:

5 वी 10 + 2 नहीं 4
1 एन 1 + जेड एक्स ए

न्यूक्लियॉन की संख्या के संरक्षण के नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि:

10 + 4 + 1 + ए; ए = 13

आवेश संरक्षण के नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि:

5 + 2 = 1 +जेड; जेड=6

आवर्त सारणी के अनुसार, हम पाते हैं कि अज्ञात नाभिक कार्बन आइसोटोप 6 सी 13 का नाभिक है।

आइए सूत्र (18.1) का उपयोग करके प्रतिक्रिया के ऊर्जा प्रभाव की गणना करें। इस मामले में:

आइए तालिका (3.1) से आइसोटोप द्रव्यमान को प्रतिस्थापित करें:

उत्तर: जेड एक्स ए = 6 सी 13; क्यू = 4.06 मेव।

6. रेडियोधर्मी समस्थानिक के 0.01 मोल के आधे जीवन के बराबर समय में क्षय के दौरान कितनी मात्रा में ऊष्मा निकलती है? जब एक नाभिक का क्षय होता है, तो 5.5 MeV की ऊर्जा निकलती है।

समाधान। रेडियोधर्मी क्षय के नियम के अनुसार:

=
.

फिर, क्षयित नाभिकों की संख्या बराबर है:

.

क्योंकि
ν 0, फिर:

.

चूँकि एक क्षय से E 0 = 5.5 MeV = 8.8·10 -13 J के बराबर ऊर्जा निकलती है, तो:

क्यू = ई ओ एन पी = एन ए  ओ ई ओ (1 -
),

क्यू = 6.0210 23 0.018.810 -13 (1 -
) = 1.5510 9 जे

उत्तर: क्यू = 1.55 जीजे।

20. भारी नाभिक की विखंडन अभिक्रिया

भारी नाभिक, न्यूट्रॉन के साथ परस्पर क्रिया करते समय, लगभग दो बराबर भागों में विभाजित किया जा सकता है - विखंडन टुकड़े. इस प्रतिक्रिया को कहा जाता है भारी नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया , उदाहरण के लिए

इस प्रतिक्रिया में, न्यूट्रॉन गुणन देखा जाता है। सबसे महत्वपूर्ण मात्रा है न्यूट्रॉन गुणन कारक क . यह किसी भी पीढ़ी में न्यूट्रॉन की कुल संख्या और उन्हें उत्पन्न करने वाली पिछली पीढ़ी में न्यूट्रॉन की कुल संख्या के अनुपात के बराबर है। इस प्रकार, यदि पहली पीढ़ी में था एन 1 न्यूट्रॉन, तो nवीं पीढ़ी में इनकी संख्या होगी

एन एन = एन 1 क एन .

पर क=1 विखंडन प्रतिक्रिया स्थिर है, अर्थात। सभी पीढ़ियों में न्यूट्रॉन की संख्या समान होती है - न्यूट्रॉन का कोई गुणन नहीं होता है। रिएक्टर की संगत स्थिति को क्रिटिकल कहा जाता है।

पर क>1 एक अनियंत्रित हिमस्खलन जैसी श्रृंखला प्रतिक्रिया का निर्माण संभव है, जो परमाणु बमों में होता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में एक नियंत्रित प्रतिक्रिया को बनाए रखा जाता है, जिसमें ग्रेफाइट अवशोषक के कारण न्यूट्रॉन की संख्या एक निश्चित स्थिर स्तर पर बनाए रखी जाती है।

संभव परमाणु संलयन प्रतिक्रियाएं या थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं, जब दो हल्के नाभिक एक भारी नाभिक बनाते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन समस्थानिकों - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के नाभिक का संश्लेषण और हीलियम नाभिक का निर्माण:

इस मामले में, 17.6 जारी किया गया है एमईवीऊर्जा, जो परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया की तुलना में प्रति न्यूक्लियॉन लगभग चार गुना अधिक है। संलयन प्रतिक्रिया हाइड्रोजन बम के विस्फोट के दौरान होती है। 40 से अधिक वर्षों से, वैज्ञानिक एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को लागू करने के लिए काम कर रहे हैं, जो मानवता को परमाणु ऊर्जा के एक अटूट "भंडार" तक पहुंच प्रदान करेगा।

21. रेडियोधर्मी विकिरण के जैविक प्रभाव

रेडियोधर्मी पदार्थों से निकलने वाले विकिरण का सभी जीवित जीवों पर बहुत गहरा प्रभाव पड़ता है। यहां तक ​​कि अपेक्षाकृत कमजोर विकिरण, जो पूरी तरह से अवशोषित होने पर, शरीर के तापमान को केवल 0.00 1 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाता है, कोशिकाओं की महत्वपूर्ण गतिविधि को बाधित करता है।

एक जीवित कोशिका एक जटिल तंत्र है जो अपने व्यक्तिगत भागों को मामूली क्षति होने पर भी सामान्य गतिविधि जारी रखने में सक्षम नहीं है। इस बीच, कमजोर विकिरण भी कोशिकाओं को महत्वपूर्ण नुकसान पहुंचा सकता है और खतरनाक बीमारियों (विकिरण बीमारी) का कारण बन सकता है। उच्च विकिरण तीव्रता पर, जीवित जीव मर जाते हैं। विकिरण का खतरा इस तथ्य से बढ़ जाता है कि इसकी घातक खुराक पर भी कोई दर्द नहीं होता है।

जैविक वस्तुओं को प्रभावित करने वाले विकिरण के तंत्र का अभी तक पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। लेकिन यह स्पष्ट है कि इससे परमाणुओं और अणुओं का आयनीकरण होता है और इससे उनकी रासायनिक गतिविधि में बदलाव आता है। कोशिकाओं के केन्द्रक विकिरण के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं, विशेषकर वे कोशिकाएँ जो तेजी से विभाजित होती हैं। इसलिए, विकिरण सबसे पहले अस्थि मज्जा को प्रभावित करता है, जिससे रक्त निर्माण की प्रक्रिया बाधित होती है। इसके बाद पाचन तंत्र और अन्य अंगों की कोशिकाओं को नुकसान पहुंचता है।

परमाणु दस्तावेज़

डेनिलोवा परमाणुमुख्य डेनिलोव"

हम कोर की मुख्य विशेषताओं को सूचीबद्ध करते हैं, जिन पर आगे चर्चा की जाएगी:

1. बाइंडिंग ऊर्जा और परमाणु द्रव्यमान.
2. कर्नेल आकार.
3. नाभिक का निर्माण करने वाले नाभिकीय स्पिन और नाभिकीय गति का कोणीय संवेग।
4. नाभिक और कणों की समता.
5. नाभिक और नाभिकों का आइसोस्पिन।
6. नाभिक का स्पेक्ट्रा. धरातल एवं उत्तेजित अवस्थाओं की विशेषताएँ।
7. नाभिक और न्यूक्लियंस के विद्युतचुंबकीय गुण।

1. बाइंडिंग ऊर्जा और परमाणु द्रव्यमान

स्थिर नाभिक का द्रव्यमान नाभिक में शामिल नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है, इन मूल्यों के बीच का अंतर नाभिक की बंधन ऊर्जा निर्धारित करता है:

मॉडल वितरण वक्र और प्रयोगात्मक डेटा के बीच सर्वोत्तम समझौते के लिए शर्तों में से (1.7) में गुणांक का चयन किया जाता है। चूँकि इस प्रक्रिया को अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है, इसलिए वीज़सैकर सूत्र गुणांक के कई सेट हैं। निम्नलिखित का उपयोग अक्सर (1.7) में किया जाता है:

a 1 = 15.6 MeV, a 2 = 17.2 MeV, a 3 = 0.72 MeV, a 4 = 23.6 MeV,

आवेश संख्या Z के मान का अनुमान लगाना आसान है जिस पर नाभिक सहज क्षय के संबंध में अस्थिर हो जाता है।
सहज परमाणु क्षय तब होता है जब परमाणु प्रोटॉन का कूलम्ब प्रतिकर्षण नाभिक को एक साथ खींचने वाली परमाणु शक्तियों पर हावी होने लगता है। परमाणु मापदंडों का आकलन, जिस पर ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है, परमाणु विरूपण के दौरान सतह और कूलम्ब ऊर्जा में परिवर्तन पर विचार करके किया जा सकता है। यदि विकृति अधिक अनुकूल ऊर्जावान स्थिति की ओर ले जाती है, तो नाभिक स्वचालित रूप से विकृत हो जाएगा जब तक कि यह दो टुकड़ों में विभाजित न हो जाए। मात्रात्मक रूप से, ऐसा मूल्यांकन निम्नानुसार किया जा सकता है।
विरूपण के दौरान, कोर, अपना आयतन बदले बिना, अक्षों के साथ एक दीर्घवृत्ताभ में बदल जाता है (चित्र 1.2 देखें) ) :

इस प्रकार, विरूपण से नाभिक की कुल ऊर्जा मात्रा में बदल जाती है

क्वांटम प्रणाली - नाभिक - के शास्त्रीय दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप प्राप्त परिणाम की अनुमानित प्रकृति पर जोर देना उचित है।

नाभिक से नाभिकों और समूहों को अलग करने की ऊर्जा

नाभिक से न्यूट्रॉन के अलग होने की ऊर्जा बराबर होती है

ई अलग = एम(ए-1,जेड) + एम एन - एम(ए,जेड) = Δ (ए-1,जेड) + Δ एन - Δ (ए,जेड)।

प्रोटोन पृथक्करण ऊर्जा

ई अलग पी = एम(ए-1,जेड-1) + एम(1 एच) - एम(ए,जेड) = Δ (ए-1,जेड-1) + Δ (1 एच) - Δ (ए, जेड) ).

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चूंकि परमाणु द्रव्यमान पर मुख्य डेटा "अतिरिक्त" द्रव्यमान Δ की तालिकाएं हैं, इसलिए इन मूल्यों का उपयोग करके पृथक्करण ऊर्जा की गणना करना अधिक सुविधाजनक है।

ई अलग (12 सी) = Δ (11 सी) + Δ एन - Δ (12 सी) = 10.65 मेव + 8.07 मेव - 0 = 18.72 मेव।