A energia de ligação é um conceito importante em química. Ele determina a quantidade de energia necessária para quebrar uma ligação covalente entre dois átomos de gás. Este conceito não é aplicável a ligações iônicas. Quando dois átomos se combinam para formar uma molécula, você pode determinar quão forte é a ligação entre eles - basta encontrar a energia que precisa ser gasta para quebrar essa ligação. Lembre-se de que um único átomo não possui energia de ligação; essa energia caracteriza a força da ligação entre dois átomos em uma molécula. Para calcular a energia de ligação para qualquer reação química, basta determinar o número total de ligações quebradas e subtrair o número de ligações formadas a partir dele.

Passos

Parte 1

Escreva uma equação para calcular a energia de ligação. Por definição, a energia de ligação é a soma das ligações quebradas menos a soma das ligações formadas: ΔH = ∑H (ligações quebradas) - ∑H (ligações formadas). ΔH denota a mudança na energia de ligação, também chamada de entalpia de ligação, e ∑H corresponde à soma das energias de ligação para ambos os lados da equação da reação química.

Escreva a equação química e indique todas as conexões entre os elementos individuais. Se uma equação de reação for dada na forma de símbolos químicos e números, é útil reescrevê-la e indicar todas as ligações entre os átomos. Esta notação visual permitirá contar facilmente as ligações que são quebradas e formadas durante uma determinada reação.

Aprenda as regras para contar títulos quebrados e formados. Na maioria dos casos, as energias de ligação médias são utilizadas nos cálculos. A mesma ligação pode ter energias ligeiramente diferentes dependendo da molécula específica, portanto, normalmente são utilizadas energias de ligação médias. .

• As quebras de ligações químicas simples, duplas e triplas são consideradas como uma ligação quebrada. Embora essas ligações tenham energias diferentes, em cada caso uma ligação é considerada quebrada.
• O mesmo se aplica à formação de uma ligação simples, dupla ou tripla. Cada um desses casos é considerado como a formação de uma nova conexão.
• Em nosso exemplo, todos os títulos são únicos.

1. Determine quais ligações estão quebradas no lado esquerdo da equação. O lado esquerdo de uma equação química contém os reagentes e representa todas as ligações que são quebradas como resultado da reação. Este é um processo endotérmico, o que significa que certa energia deve ser gasta para quebrar as ligações químicas.

   • Em nosso exemplo, o lado esquerdo da equação de reação contém uma ligação H-H e uma ligação Br-Br.

2. Conte o número de ligações formadas no lado direito da equação. Os produtos da reação estão indicados à direita. Esta parte da equação representa todas as ligações que se formam como resultado de uma reação química. Este é um processo exotérmico e libera energia (geralmente na forma de calor).

   • No nosso exemplo, o lado direito da equação contém duas ligações H-Br.

   Parte 2

   Calcular energia de ligação

   1. Encontre os valores de energia de ligação necessários. Existem muitas tabelas que fornecem valores de energia de ligação para uma ampla variedade de compostos. Essas tabelas podem ser encontradas na Internet ou em um livro de referência de química. Deve ser lembrado que as energias de ligação são sempre fornecidas para moléculas no estado gasoso.

   2. Multiplique os valores da energia da ligação pelo número de ligações quebradas. Em diversas reações, uma ligação pode ser quebrada diversas vezes. Por exemplo, se uma molécula consiste em 4 átomos de hidrogênio, então a energia de ligação do hidrogênio deve ser levada em consideração 4 vezes, ou seja, multiplicada por 4.

      • No nosso exemplo, cada molécula possui uma ligação, então os valores da energia da ligação são simplesmente multiplicados por 1.
      • H-H = 436 x 1 = 436 kJ/mol
      • Br-Br = 193 x 1 = 193 kJ/mol

   3. Some todas as energias dos laços quebrados. Depois de multiplicar as energias das ligações pelo número correspondente de ligações no lado esquerdo da equação, você precisa encontrar o total.

      • Vamos encontrar a energia total das ligações quebradas para nosso exemplo: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 kJ/mol.

Absolutamente qualquer substância química consiste em um determinado conjunto de prótons e nêutrons. Eles são mantidos juntos devido ao fato de que a energia de ligação do núcleo atômico está presente dentro da partícula.

Uma característica das forças de atração nucleares é seu poder muito alto em distâncias relativamente pequenas (cerca de 10 a 13 cm). À medida que a distância entre as partículas aumenta, as forças atrativas dentro do átomo enfraquecem.

Raciocinando sobre a energia de ligação dentro do núcleo

Se imaginarmos que existe uma maneira de separar prótons e nêutrons do núcleo de um átomo e colocá-los a uma distância tal que a energia de ligação do núcleo atômico deixe de agir, então isso deverá ser um trabalho muito árduo. Para extrair seus componentes do núcleo de um átomo, é preciso tentar superar as forças intra-atômicas. Esses esforços irão no sentido de dividir o átomo nos núcleons que ele contém. Portanto, podemos julgar que a energia do núcleo atômico é menor que a energia das partículas que o compõem.

A massa das partículas intraatômicas é igual à massa de um átomo?

Já em 1919, os pesquisadores aprenderam a medir a massa do núcleo atômico. Na maioria das vezes, é “pesado” usando instrumentos técnicos especiais chamados espectrômetros de massa. O princípio de funcionamento de tais dispositivos é comparar as características do movimento de partículas com diferentes massas. Além disso, tais partículas têm as mesmas cargas elétricas. Os cálculos mostram que as partículas que têm massas diferentes se movem ao longo de trajetórias diferentes.

Os cientistas modernos determinaram com grande precisão as massas de todos os núcleos, bem como os prótons e nêutrons que os constituem. Se compararmos a massa de um determinado núcleo com a soma das massas das partículas que ele contém, verifica-se que em cada caso a massa do núcleo será maior que a massa dos prótons e nêutrons individuais. Essa diferença será de aproximadamente 1% para qualquer produto químico. Portanto, podemos concluir que a energia de ligação de um núcleo atômico é 1% de sua energia de repouso.

Propriedades das forças intranucleares

Os nêutrons que estão dentro do núcleo são repelidos uns dos outros pelas forças de Coulomb. Mas o átomo não se desintegra. Isto é facilitado pela presença de uma força atrativa entre as partículas de um átomo. Tais forças, que são de natureza diferente da elétrica, são chamadas nucleares. E a interação de nêutrons e prótons é chamada de interação forte.

Resumidamente, as propriedades das forças nucleares são as seguintes:

• isso é independência de cobrança;
• ação apenas em distâncias curtas;
• bem como a saturação, que se refere à retenção de apenas um certo número de núcleons próximos uns dos outros.

De acordo com a lei da conservação da energia, no momento em que as partículas nucleares se combinam, a energia é libertada sob a forma de radiação.

Energia de ligação de núcleos atômicos: fórmula

Para os cálculos acima, é usada a fórmula geralmente aceita:

Husa=(Z·m p +(A-Z)·m n -MEU)·c²

Aqui em baixo Husa refere-se à energia de ligação do núcleo; Com- velocidade da luz; Z-número de prótons; (A-Z) - número de nêutrons; m p denota a massa de um próton; A m n- massa de nêutrons. Eu denota a massa do núcleo de um átomo.

Energia interna de núcleos de várias substâncias

Para determinar a energia de ligação de um núcleo, a mesma fórmula é usada. A energia de ligação calculada pela fórmula, conforme afirmado anteriormente, não é superior a 1% da energia total do átomo ou energia de repouso. No entanto, após um exame mais detalhado, verifica-se que esse número flutua fortemente ao passar de uma substância para outra. Se você tentar determinar seus valores exatos, eles serão diferentes, especialmente para os chamados núcleos leves.

Por exemplo, a energia de ligação dentro de um átomo de hidrogênio é zero porque contém apenas um próton. A energia de ligação de um núcleo de hélio será de 0,74%. Para núcleos de uma substância chamada trítio, esse número será de 0,27%. O oxigênio tem 0,85%. Em núcleos com cerca de sessenta núcleons, a energia da ligação intraatômica será de cerca de 0,92%. Para núcleos atômicos com maior massa, esse número diminuirá gradativamente para 0,78%.

Para determinar a energia de ligação do núcleo de hélio, trítio, oxigênio ou qualquer outra substância, utiliza-se a mesma fórmula.

Tipos de prótons e nêutrons

As principais razões para tais diferenças podem ser explicadas. Os cientistas descobriram que todos os núcleons contidos dentro do núcleo são divididos em duas categorias: superficiais e internos. Núcleons internos são aqueles que se encontram cercados por outros prótons e nêutrons por todos os lados. Os superficiais são cercados por eles apenas por dentro.

A energia de ligação de um núcleo atômico é uma força mais pronunciada nos núcleons internos. A propósito, algo semelhante acontece com a tensão superficial de vários líquidos.

Quantos núcleons cabem em um núcleo

Verificou-se que o número de núcleons internos é especialmente pequeno nos chamados núcleos leves. E para aqueles que pertencem à categoria mais leve, quase todos os núcleons são considerados superficiais. Acredita-se que a energia de ligação de um núcleo atômico é uma quantidade que deve aumentar com o número de prótons e nêutrons. Mas mesmo este crescimento não pode continuar indefinidamente. Com um certo número de núcleons - e isto é de 50 a 60 - outra força entra em ação - sua repulsão elétrica. Ocorre mesmo independentemente da presença de energia de ligação dentro do núcleo.

A energia de ligação do núcleo atômico em várias substâncias é usada pelos cientistas para liberar energia nuclear.

Muitos cientistas sempre se interessaram pela questão: de onde vem a energia quando núcleos mais leves se fundem com núcleos mais pesados? Na verdade, esta situação é semelhante à fissão atómica. No processo de fusão dos núcleos leves, assim como acontece na fissão dos pesados, sempre se formam núcleos de tipo mais durável. Para “obter” todos os núcleons contidos neles a partir de núcleos leves, é necessário gastar menos energia do que a que é liberada quando eles se combinam. O inverso também é verdadeiro. Na verdade, a energia de fusão que incide sobre uma determinada unidade de massa pode ser maior que a energia específica de fissão.

Cientistas que estudaram processos de fissão nuclear

O processo foi descoberto pelos cientistas Hahn e Strassman em 1938. Na Universidade de Química de Berlim, pesquisadores descobriram que, no processo de bombardeio do urânio com outros nêutrons, ele se transforma em elementos mais leves que estão no meio da tabela periódica.

Uma contribuição significativa para o desenvolvimento desta área do conhecimento também foi feita por Lise Meitner, a quem Hahn certa vez a convidou para estudarem radioatividade juntos. Hahn permitiu que Meitner trabalhasse apenas com a condição de que ela conduzisse suas pesquisas no porão e nunca fosse aos andares superiores, o que era um fato discriminatório. No entanto, isso não a impediu de obter sucesso significativo na pesquisa do núcleo atômico.

15. Exemplos de resolução de problemas

1. Calcule a massa do núcleo do isótopo.

Solução. Vamos usar a fórmula

.

Massa atômica de oxigênio
=15,9949 u;

aqueles. Quase todo o peso de um átomo está concentrado no núcleo.

2. Calcule o defeito de massa e a energia de ligação nuclear 3 Li 7 .

Solução. A massa do núcleo é sempre menor que a soma das massas dos prótons e nêutrons livres (localizados fora do núcleo) a partir dos quais o núcleo foi formado. Defeito de massa central ( eu) e é a diferença entre a soma das massas dos núcleons livres (prótons e nêutrons) e a massa do núcleo, ou seja,

Onde Z– número atômico (número de prótons no núcleo); A– número de massa (número de núcleons que compõem o núcleo); eu p , eu n , eu– respectivamente, as massas do próton, nêutron e núcleo.

As tabelas de referência sempre fornecem as massas dos átomos neutros, mas não dos núcleos, por isso é aconselhável transformar a fórmula (1) para que inclua a massa Mátomo neutro.

,

.

Expressando a massa do núcleo na igualdade (1) de acordo com a última fórmula, obtemos

,

Percebendo isso eu p +m e =M H, Onde M H– massa do átomo de hidrogênio, finalmente encontraremos

Substituindo os valores numéricos das massas na expressão (2) (de acordo com os dados das tabelas de referência), obtemos

Energia da comunicação
núcleo é a energia que é liberada de uma forma ou de outra durante a formação de um núcleo a partir de núcleons livres.

De acordo com a lei da proporcionalidade de massa e energia

(3)

Onde Com– velocidade da luz no vácuo.

Fator de proporcionalidade Com 2 pode ser expresso de duas maneiras: ou

Se calcularmos a energia de ligação usando unidades extra-sistêmicas, então

Levando isso em consideração, a fórmula (3) terá a forma

(4)

Substituindo o valor encontrado anteriormente do defeito de massa do núcleo na fórmula (4), obtemos

3. Duas partículas elementares - um próton e um antipróton, com massa de
Cada kg, quando combinado, se transforma em dois gama quanta. Quanta energia é liberada neste caso?

Solução. Encontrando a energia quântica gama usando a fórmula de Einstein
, onde c é a velocidade da luz no vácuo.

4. Determine a energia necessária para separar um núcleo 10 Ne 20 em um núcleo de carbono 6 C 12 e duas partículas alfa, se for conhecido que as energias de ligação específicas em 10 Ne 20 núcleos; 6 C 12 e 2 He 4 são respectivamente iguais: 8,03; 7,68 e 7,07 MeV por núcleon.

Solução. Durante a formação do núcleo 10 Ne 20, a energia seria liberada dos núcleons livres:

W Ne = W c y ·A = 8,03 20 = 160,6 MeV.

Assim, para um núcleo 6 12 C e dois núcleos 2 4 He:

W c = 7,68 12 = 92,16 MeV,

WHe = 7,07·8 = 56,56 MeV.

Então, durante a formação de 10 20 Ne a partir de dois núcleos 2 4 He e um núcleo 6 12 C, a energia seria liberada:

W = W Ne – W c – W Ele

W= 160,6 – 92,16 – 56,56 = 11,88 MeV.

A mesma energia deve ser gasta no processo de divisão do núcleo de 10 20 Ne em 6 12 C e 2 2 4 H.

Responder. E = 11,88MeV.

5 . Encontre a energia de ligação do núcleo do átomo de alumínio 13 Al 27, encontre a energia de ligação específica.

Solução. O núcleo 13 Al 27 consiste em Z = 13 prótons e

A-Z = 27 - 13 nêutrons.

A massa central é

m i = m em - Z·m e = 27/6,02·10 26 -13·9,1·10 -31 = 4,484·10 -26 kg=

27.012 u

O defeito de massa do núcleo é igual a ∆m = Z m p + (A-Z) m n - m i

Valor numérico

∆m = 13·1,00759 + 14×1,00899 - 26,99010 = 0,23443 amu

Energia de ligação Wst = 931,5 ∆m = 931,5 0,23443 = 218,37 MeV

Energia de ligação específica Wsp = 218,37/27 = 8,08 MeV/nucleon.

Responder: energia de ligação Wb = 218,37 MeV; energia de ligação específica Wsp = 8,08 MeV/nucleon.

16. Reações nucleares

As reações nucleares são os processos de transformação dos núcleos atômicos causados ​​​​pela interação entre eles ou com partículas elementares.

Ao escrever uma reação nuclear, escreve-se à esquerda a soma das partículas iniciais, depois é colocada uma seta, seguida da soma dos produtos finais. Por exemplo,

A mesma reação pode ser escrita em uma forma simbólica mais curta

Ao considerar reações nucleares, leis de conservação: energia, impulso, momento angular, carga elétrica e outros. Se apenas nêutrons, prótons e quanta γ aparecem como partículas elementares em uma reação nuclear, então o número de núcleons também é preservado durante a reação. Então deve-se observar o equilíbrio dos nêutrons e o equilíbrio dos prótons nos estados inicial e final. Para reação
Nós temos:

Número de prótons 3 + 1 = 0 + 4;

Número de nêutrons 4 + 0 = 1 + 3.

Usando esta regra, você pode identificar um dos participantes da reação, conhecendo os demais. Participantes bastante frequentes em reações nucleares são α – partículas (
- núcleos de hélio), deutérios (
- núcleos de um isótopo pesado de hidrogênio, contendo um nêutron além do próton) e tritões (
- núcleos de um isótopo superpesado de hidrogênio contendo, além de um próton, dois nêutrons).

A diferença entre as energias de repouso das partículas iniciais e finais determina a energia da reação. Pode ser maior que zero ou menor que zero. De uma forma mais completa, a reação discutida acima é escrita da seguinte forma:

Onde P– energia de reação. Para calculá-lo usando tabelas de propriedades nucleares, compare a diferença entre a massa total dos participantes iniciais da reação e a massa total dos produtos da reação. A diferença de massa resultante (geralmente expressa em amu) é então convertida em unidades de energia (1 amu corresponde a 931,5 MeV).

17. Exemplos de resolução de problemas

1. Determine o elemento desconhecido formado durante o bombardeio de núcleos de isótopos de alumínio Al Partículas , se for conhecido que um dos produtos da reação é um nêutron.

Solução. Vamos escrever a reação nuclear:

Al+ 
X+n.

De acordo com a lei da conservação dos números de massa: 27+4 = A+1. Daí o número de massa do elemento desconhecido UMA = 30. Da mesma forma, de acordo com a lei da conservação de encargos 13+2 = Z+0 E Z = 15.

Na tabela periódica descobrimos que este é um isótopo de fósforo R.

2. Que reação nuclear é escrita pela equação

?

Solução. Os números próximos ao símbolo de um elemento químico significam: abaixo está o número deste elemento químico na tabela de DI Mendeleev (ou a carga de uma determinada partícula), e no topo está o número de massa, ou seja, o número de núcleons no núcleo (prótons e nêutrons juntos). De acordo com a tabela periódica, notamos que o elemento boro B está em quinto lugar, o hélio He em segundo e o nitrogênio N em sétimo. - nêutron. Isso significa que a reação pode ser lida da seguinte forma: o núcleo de um átomo de boro com número de massa 11 (boro-11) após captura
- partículas (um núcleo de um átomo de hélio) emitem um nêutron e se transformam no núcleo de um átomo de nitrogênio com número de massa 14 (nitrogênio-14).

3. Ao irradiar núcleos de alumínio – 27 duros – núcleos de magnésio são formados por quanta – 26. Qual partícula é liberada nesta reação? Escreva a equação da reação nuclear.

Solução.

De acordo com a lei da conservação da carga: 13+0=12+Z;

4. Quando os núcleos de um determinado elemento químico são irradiados com prótons, formam-se núcleos de sódio - 22 e - partículas (uma para cada ato de transformação). Quais núcleos foram irradiados? Escreva a equação da reação nuclear.

Solução. De acordo com o sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev:

De acordo com a lei da conservação da carga:

De acordo com a lei da conservação do número de massa:

5 . Quando o isótopo de nitrogênio 7 N 14 é bombardeado com nêutrons, obtém-se o isótopo de carbono 6 C 14, que é β-radioativo. Escreva equações para ambas as reações.

Solução . 7 N 14 + 0 n 1 → 6 C 14 + 1 H 1 ; 6 C 14 → -1 e 0 + 7 N 14 .

6. O produto de decaimento estável de 40 Zr 97 é 42 Mo 97. Como resultado de quais transformações radioativas o 40 Zr 97 é formado?

Solução. Vamos escrever duas reações de decaimento β ocorrendo sequencialmente:

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

2) 41 Nb 97 →β→ 42 Y 97 + -1 e 0, Y ≡ 42 Mo 97 (molibdênio).

Responder : Como resultado de dois decaimentos β, um átomo de molibdênio é formado a partir de um átomo de zircônio.

18. Energia de reação nuclear

Energia de uma reação nuclear (ou efeito térmico de uma reação)

Onde
- a soma das massas das partículas antes da reação,
- a soma das massas das partículas após a reação.

Se
, a reação é chamada de exoenergética, pois ocorre com liberação de energia. No P

Fissão nuclear por nêutrons – reação exoenergética , em que o núcleo, capturando um nêutron, se divide em dois (ocasionalmente em três) fragmentos radioativos em sua maioria desiguais, emitindo gama quanta e 2 - 3 nêutrons. Esses nêutrons, se houver material físsil suficiente ao redor, podem, por sua vez, causar a fissão dos núcleos circundantes. Nesse caso, ocorre uma reação em cadeia, acompanhada pela liberação de grande quantidade de energia. A energia é liberada pelo fato do núcleo físsil apresentar um defeito de massa muito pequeno, ou mesmo um excesso de massa em vez de um defeito, o que explica a instabilidade de tais núcleos em relação à fissão.

Os núcleos - o produto da fissão - apresentam defeitos de massa significativamente maiores, como resultado dos quais a energia é liberada no processo em consideração.

19. Exemplos de resolução de problemas

1. Que energia corresponde a 1 u?

Solução . Desde m= 1 u= 1,66 · 10 -27 kg, então

Q = 1,66·10 -27 (3·10 8) 2 =14,94·10-11 J ≈ 931 (MeV).

2. Escreva uma equação para a reação termonuclear e determine seu rendimento energético se for sabido que a fusão de dois núcleos de deutério produz um nêutron e um núcleo desconhecido.

Solução.

de acordo com a lei da conservação da carga elétrica:

1 + 1=0+Z; Z=2

de acordo com a lei da conservação do número de massa:

2+2=1+A; UMA=3

energia é liberada

=- 0,00352 u.ma.

3. Quando um núcleo de urânio - 235 se fissiona, como resultado da captura de um nêutron lento, formam-se fragmentos: xenônio - 139 e estrôncio - 94. Três nêutrons são liberados simultaneamente. Encontre a energia liberada durante um ato de fissão.

Solução. É óbvio que durante a divisão, a soma das massas atômicas das partículas resultantes é menor que a soma das massas das partículas iniciais pela quantidade

Supondo que toda a energia liberada durante a fissão seja convertida na energia cinética dos fragmentos, obtemos após substituir os valores numéricos:

4. Que quantidade de energia é liberada como resultado da reação termonuclear de fusão de 1 g de hélio a partir de deutério e trítio?

Solução . A reação termonuclear de fusão de núcleos de hélio a partir de deutério e trítio ocorre de acordo com a seguinte equação:

.

Vamos determinar o defeito de massa

m=(2,0474+3,01700)-(4,00387+1,0089)=0,01887(amu)

1 am corresponde a uma energia de 931 MeV, portanto, a energia liberada durante a fusão de um átomo de hélio é

Q=931.0.01887(MeV)

1 g de hélio contém
/Átomos A, onde é o número de Avogadro; A é o peso atômico.

Energia total Q= (/A)Q; Q=42410 9 J.

5 . Após o impacto -partículas com núcleo de boro 5 B 10 ocorreu uma reação nuclear, como resultado da formação do núcleo de um átomo de hidrogênio e de um núcleo desconhecido. Identifique este núcleo e encontre o efeito energético da reação nuclear.

Solução. Vamos escrever a equação da reação:

5 V 10 + 2 Não 4
1 N 1 + z X A

Da lei da conservação do número de núcleons segue-se que:

10 + 4 + 1 + UMA; UMA = 13

Da lei da conservação da carga segue-se que:

5 + 2 = 1 +Z; Z=6

De acordo com a tabela periódica, descobrimos que o núcleo desconhecido é o núcleo do isótopo de carbono 6 C 13.

Vamos calcular o efeito energético da reação usando a fórmula (18.1). Nesse caso:

Vamos substituir as massas dos isótopos da tabela (3.1):

Responder: z X A = 6 C 13; Q = 4,06MeV.

6. Que quantidade de calor é liberada durante o decaimento de 0,01 mol de um isótopo radioativo em um tempo igual à metade da meia-vida? Quando um núcleo decai, uma energia de 5,5 MeV é liberada.

Solução. De acordo com a lei do decaimento radioativo:

=
.

Então, o número de núcleos decaídos é igual a:

.

Porque
v 0, então:

.

Como um decaimento libera energia igual a E 0 = 5,5 MeV = 8,8·10 -13 J, então:

Q = E o N p = N A  o E o (1 -
),

Q = 6,0210 23 0,018,810 -13 (1 -
) = 1,5510 9J

Responder: Q = 1,55GJ.

20. Reação de fissão de núcleos pesados

Núcleos pesados, ao interagirem com nêutrons, podem ser divididos em duas partes aproximadamente iguais - fragmentos de fissão. Esta reação é chamada reação de fissão de núcleos pesados , Por exemplo

Nesta reação, a multiplicação de nêutrons é observada. A quantidade mais importante é fator de multiplicação de nêutrons k . É igual à razão entre o número total de nêutrons em qualquer geração e o número total de nêutrons na geração anterior que os gerou. Assim, se na primeira geração houve N 1 nêutrons, então seu número na enésima geração será

N n = N 1 k n .

No k=1 A reação de fissão é estacionária, ou seja, o número de nêutrons em todas as gerações é o mesmo - não há multiplicação de nêutrons. O estado correspondente do reator é denominado crítico.

No k>1 é possível a formação de uma reação em cadeia incontrolável semelhante a uma avalanche, que é o que acontece nas bombas atômicas. Nas usinas nucleares, é mantida uma reação controlada, na qual, devido aos absorvedores de grafite, o número de nêutrons é mantido em um determinado nível constante.

Possível reações de fusão nuclear ou reações termonucleares, quando dois núcleos leves formam um núcleo mais pesado. Por exemplo, a síntese de núcleos de isótopos de hidrogênio - deutério e trítio e a formação de um núcleo de hélio:

Neste caso, 17.6 é lançado MeV energia, que é cerca de quatro vezes mais por núcleon do que em uma reação de fissão nuclear. A reação de fusão ocorre durante as explosões das bombas de hidrogênio. Durante mais de 40 anos, os cientistas têm trabalhado para implementar uma reação termonuclear controlada, que daria à humanidade acesso a um “depósito” inesgotável de energia nuclear.

21. Efeitos biológicos da radiação radioativa

A radiação de substâncias radioativas tem um efeito muito forte em todos os organismos vivos. Mesmo a radiação relativamente fraca, que, quando completamente absorvida, aumenta a temperatura corporal em apenas 0,00 1 ° C, perturba a atividade vital das células.

Uma célula viva é um mecanismo complexo que não é capaz de continuar a atividade normal, mesmo com pequenos danos às suas partes individuais. Enquanto isso, mesmo a radiação fraca pode causar danos significativos às células e causar doenças perigosas (doença da radiação). Em alta intensidade de radiação, os organismos vivos morrem. O perigo da radiação é agravado pelo fato de não causar dor, mesmo em doses letais.

O mecanismo de radiação que afeta objetos biológicos ainda não foi suficientemente estudado. Mas é claro que se trata da ionização de átomos e moléculas e isso leva a uma mudança na sua atividade química. Os núcleos das células são mais sensíveis à radiação, especialmente as células que se dividem rapidamente. Portanto, em primeiro lugar, a radiação afeta a medula óssea, o que atrapalha o processo de formação do sangue. Em seguida, vêm os danos às células do trato digestivo e de outros órgãos.

atômico Documento

Danilova atômicoessencial Danilov"

Listamos as principais características dos núcleos, que serão discutidas mais adiante:

1. Energia de ligação e massa nuclear.
2. Tamanhos de kernel.
3. Spin nuclear e momento angular dos núcleons que compõem o núcleo.
4. Paridade do núcleo e das partículas.
5. Isospin do núcleo e nucleons.
6. Espectros de núcleos. Características dos estados fundamental e excitado.
7. Propriedades eletromagnéticas do núcleo e nucleons.

1. Energias vinculativas e massas nucleares

A massa dos núcleos estáveis ​​é menor que a soma das massas dos núcleons incluídos no núcleo; a diferença entre esses valores determina a energia de ligação do núcleo:

Os coeficientes em (1.7) são selecionados a partir das condições para a melhor concordância entre a curva de distribuição do modelo e os dados experimentais. Como tal procedimento pode ser realizado de diferentes maneiras, existem vários conjuntos de coeficientes da fórmula de Weizsäcker. Os itens a seguir são frequentemente usados ​​em (1.7):

a 1 = 15,6 MeV, a 2 = 17,2 MeV, a 3 = 0,72 MeV, a 4 = 23,6 MeV,

É fácil estimar o valor do número de carga Z no qual os núcleos se tornam instáveis ​​em relação ao decaimento espontâneo.
O decaimento nuclear espontâneo ocorre quando a repulsão coulombiana dos prótons nucleares começa a dominar as forças nucleares que unem o núcleo. Uma avaliação dos parâmetros nucleares nos quais tal situação ocorre pode ser feita considerando as mudanças na superfície e nas energias de Coulomb durante a deformação nuclear. Se a deformação levar a um estado energético mais favorável, o núcleo se deformará espontaneamente até se dividir em dois fragmentos. Quantitativamente, tal avaliação pode ser realizada da seguinte forma.
Durante a deformação, o núcleo, sem alterar seu volume, transforma-se em um elipsóide com eixos (ver Fig. 1.2 ) :

Assim, a deformação altera a energia total do núcleo na quantidade

Vale ressaltar a natureza aproximada do resultado obtido como consequência da abordagem clássica de um sistema quântico – o núcleo.

Energias de separação de núcleons e aglomerados do núcleo

A energia de separação de um nêutron do núcleo é igual a

E separadon = M(A–1,Z) + m n – M(A,Z) = Δ (A–1,Z) + Δ n – Δ (A,Z).

Energia de separação de prótons

E separado p = M(A–1,Z–1) + M(1 H) – M(A,Z) = Δ (A–1,Z–1) + Δ (1 H) – Δ (A, Z ).

Deve-se notar que como os principais dados sobre massas nucleares são tabelas de massas “excessivas” Δ, é mais conveniente calcular as energias de separação usando esses valores.

E separado (12 C) = Δ (11 C) + Δ n – Δ (12 C) = 10,65 MeV + 8,07 MeV – 0 = 18,72 MeV.