Energia de legare este un concept important în chimie. Determină cantitatea de energie necesară pentru a rupe o legătură covalentă între doi atomi de gaz. Acest concept nu este aplicabil legăturilor ionice. Când doi atomi se combină pentru a forma o moleculă, puteți determina cât de puternică este legătura dintre ei - doar găsiți energia care trebuie cheltuită pentru a rupe această legătură. Amintiți-vă că un singur atom nu are energie de legare; această energie caracterizează puterea legăturii dintre doi atomi dintr-o moleculă. Pentru a calcula energia de legare pentru orice reacție chimică, pur și simplu determinați numărul total de legături rupte și scădeți numărul de legături formate din aceasta.

Pași

Partea 1

Scrieți o ecuație pentru a calcula energia de legătură. Prin definiție, energia de legare este suma legăturilor rupte minus suma legăturilor formate: ΔH = ∑H (legături rupte) - ∑H (legături formate). ΔH desemnează modificarea energiei de legare, numită și entalpie de legare, iar ∑H corespunde sumei energiilor de legare pentru ambele părți ale ecuației reacției chimice.

Notați ecuația chimică și indicați toate conexiunile dintre elementele individuale. Dacă o ecuație de reacție este dată sub formă de simboluri chimice și numere, este util să o rescrieți și să indicați toate legăturile dintre atomi. Această notație vizuală vă va permite să numărați cu ușurință legăturile care sunt rupte și formate în timpul unei anumite reacții.

Învață regulile de numărare a legăturilor rupte și formate.În cele mai multe cazuri, energiile medii de legare sunt utilizate în calcule. Aceeași legătură poate avea energii ușor diferite în funcție de moleculă particulară, așa că de obicei se folosesc energii medii de legătură. .

• Ruperele legăturilor chimice simple, duble și triple sunt considerate ca o singură legătură ruptă. Deși aceste legături au energii diferite, în fiecare caz se consideră că o legătură este ruptă.
• Același lucru este valabil și pentru formarea unei legături simple, duble sau triple. Fiecare astfel de caz este considerat ca formarea unei noi conexiuni.
• În exemplul nostru, toate obligațiunile sunt simple.

1. Determinați ce legături sunt rupte în partea stângă a ecuației. Partea stângă a unei ecuații chimice conține reactanții și reprezintă toate legăturile care sunt rupte ca urmare a reacției. Acesta este un proces endotermic, ceea ce înseamnă că o anumită energie trebuie cheltuită pentru a rupe legăturile chimice.

   • În exemplul nostru, partea stângă a ecuației de reacție conține o legătură H-H și o legătură Br-Br.

2. Numărați numărul de legături formate în partea dreaptă a ecuației. Produșii de reacție sunt indicați în dreapta. Această parte a ecuației reprezintă toate legăturile care se formează ca rezultat al unei reacții chimice. Acesta este un proces exotermic și eliberează energie (de obicei sub formă de căldură).

   • În exemplul nostru, partea dreaptă a ecuației conține două legături H-Br.

   Partea 2

   Calculați energia de legare

   1. Găsiți valorile necesare energiei de legătură. Există multe tabele care oferă valori de energie de legare pentru o mare varietate de compuși. Astfel de tabele pot fi găsite pe Internet sau într-o carte de referință de chimie. Trebuie amintit că energiile de legare sunt întotdeauna date pentru moleculele în stare gazoasă.

   2. Înmulțiți valorile energiei legăturilor cu numărul de legături rupte.Într-un număr de reacții, o legătură poate fi ruptă de mai multe ori. De exemplu, dacă o moleculă este formată din 4 atomi de hidrogen, atunci energia de legare a hidrogenului trebuie luată în considerare de 4 ori, adică înmulțită cu 4.

      • În exemplul nostru, fiecare moleculă are o legătură, astfel încât valorile energiei legăturii sunt pur și simplu înmulțite cu 1.
      • H-H = 436 x 1 = 436 kJ/mol
      • Br-Br = 193 x 1 = 193 kJ/mol

   3. Adaugă toate energiile legăturilor rupte. Odată ce înmulțiți energiile legăturilor cu numărul corespunzător de legături din partea stângă a ecuației, trebuie să găsiți totalul.

      • Să găsim energia totală a legăturilor rupte pentru exemplul nostru: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 kJ/mol.

Absolut orice substanță chimică constă dintr-un anumit set de protoni și neutroni. Ele sunt ținute împreună datorită faptului că energia de legare a nucleului atomic este prezentă în interiorul particulei.

O trăsătură caracteristică a forțelor de atracție nucleare este puterea lor foarte mare la distanțe relativ mici (de la aproximativ 10 -13 cm). Pe măsură ce distanța dintre particule crește, forțele atractive din interiorul atomului slăbesc.

Raționament despre energia de legare în interiorul nucleului

Dacă ne imaginăm că există o modalitate de a separa pe rând protonii și neutronii din nucleul unui atom și de a le plasa la o astfel de distanță încât energia de legare a nucleului atomic să înceteze să mai acționeze, atunci aceasta trebuie să fie o muncă foarte grea. Pentru a-și extrage componentele din nucleul unui atom, trebuie să încerci să depășești forțele intra-atomice. Aceste eforturi vor merge spre divizarea atomului în nucleonii pe care îi conține. Prin urmare, putem aprecia că energia nucleului atomic este mai mică decât energia particulelor din care constă.

Este masa particulelor intra-atomice egală cu masa unui atom?

Deja în 1919, cercetătorii au învățat să măsoare masa nucleului atomic. Cel mai adesea, este „cântărit” folosind instrumente tehnice speciale numite spectrometre de masă. Principiul de funcționare a unor astfel de dispozitive este că sunt comparate caracteristicile mișcării particulelor cu mase diferite. În plus, astfel de particule au aceleași sarcini electrice. Calculele arată că acele particule care au mase diferite se deplasează pe traiectorii diferite.

Oamenii de știință moderni au determinat cu mare precizie masele tuturor nucleelor, precum și protonii și neutronii lor constituenți. Dacă comparăm masa unui anumit nucleu cu suma maselor particulelor pe care le conține, se dovedește că în fiecare caz masa nucleului va fi mai mare decât masa protonilor și neutronilor individuali. Această diferență va fi de aproximativ 1% pentru orice substanță chimică dată. Prin urmare, putem concluziona că energia de legare a unui nucleu atomic este de 1% din energia sa de repaus.

Proprietățile forțelor intranucleare

Neutronii care se află în interiorul nucleului sunt respinși unul de celălalt de forțele Coulomb. Dar atomul nu se destramă. Acest lucru este facilitat de prezența unei forțe atractive între particule dintr-un atom. Astfel de forțe, care sunt de altă natură decât electrică, se numesc nucleare. Iar interacțiunea dintre neutroni și protoni se numește interacțiune puternică.

Pe scurt, proprietățile forțelor nucleare sunt următoarele:

• aceasta este independența de încărcare;
• acțiune numai pe distanțe scurte;
• precum și saturația, care se referă la reținerea doar a unui anumit număr de nucleoni în apropierea celuilalt.

Conform legii conservării energiei, în momentul în care particulele nucleare se combină, energia este eliberată sub formă de radiație.

Energia de legare a nucleelor ​​atomice: formula

Pentru calculele de mai sus se utilizează formula general acceptată:

EST=(Z·mp +(A-Z)·mn-Meu)·c²

Aici mai jos EST se referă la energia de legare a nucleului; Cu- viteza luminii; Z-numarul de protoni; (A-Z) - numărul de neutroni; m p denotă masa unui proton; A m n- masa neutronilor. M i denotă masa nucleului unui atom.

Energia internă a nucleelor ​​diferitelor substanțe

Pentru a determina energia de legare a unui nucleu, se folosește aceeași formulă. Energia de legare calculată prin formula, așa cum sa menționat anterior, nu este mai mare de 1% din energia totală a atomului sau energia de repaus. Cu toate acestea, la o examinare mai atentă, se dovedește că acest număr fluctuează destul de puternic atunci când se trece de la substanță la substanță. Dacă încercați să determinați valorile exacte ale acestuia, acestea vor diferi în special pentru așa-numitele nuclee ușoare.

De exemplu, energia de legare în interiorul unui atom de hidrogen este zero deoarece acesta conține doar un proton.Energia de legare a unui nucleu de heliu va fi de 0,74%. Pentru nucleele unei substanțe numite tritiu, acest număr va fi de 0,27%. Oxigenul are 0,85%. În nucleele cu aproximativ șaizeci de nucleoni, energia legăturii intraatomice va fi de aproximativ 0,92%. Pentru nucleele atomice cu masă mai mare, acest număr va scădea treptat la 0,78%.

Pentru a determina energia de legare a nucleului de heliu, tritiu, oxigen sau orice altă substanță, se folosește aceeași formulă.

Tipuri de protoni și neutroni

Principalele motive pentru astfel de diferențe pot fi explicate. Oamenii de știință au descoperit că toți nucleonii din interiorul nucleului sunt împărțiți în două categorii: de suprafață și interni. Nucleonii interiori sunt cei care se trezesc înconjurați de alți protoni și neutroni pe toate părțile. Cele superficiale sunt inconjurate de ele doar din interior.

Energia de legare a unui nucleu atomic este o forță care este mai pronunțată în nucleonii interiori. Ceva similar, apropo, se întâmplă cu tensiunea superficială a diferitelor lichide.

Câți nucleoni încap într-un nucleu

S-a constatat că numărul de nucleoni interni este deosebit de mic în așa-numitele nuclee ușoare. Și pentru cei care aparțin categoriei celei mai ușoare, aproape toți nucleonii sunt considerați ca fiind cei de suprafață. Se crede că energia de legare a unui nucleu atomic este o cantitate care ar trebui să crească odată cu numărul de protoni și neutroni. Dar nici măcar această creștere nu poate continua la infinit. Cu un anumit număr de nucleoni - și acesta este de la 50 la 60 - intră în joc o altă forță - repulsia lor electrică. Apare chiar și indiferent de prezența energiei de legare în interiorul nucleului.

Energia de legare a nucleului atomic în diferite substanțe este folosită de oamenii de știință pentru a elibera energia nucleară.

Mulți oameni de știință au fost întotdeauna interesați de întrebarea: de unde vine energia când nucleele mai ușoare se contopesc în altele mai grele? De fapt, această situație este similară cu fisiunea atomică. În procesul de fuziune a nucleelor ​​ușoare, așa cum se întâmplă în timpul fisiunii celor grele, se formează întotdeauna nuclee de tip mai durabil. Pentru a „obține” toți nucleonii conținuti în ei din nucleele ușoare, este necesar să consumați mai puțină energie decât ceea ce este eliberat atunci când se combină. Este adevărat și invers. De fapt, energia fuziunii, care cade pe o anumită unitate de masă, poate fi mai mare decât energia specifică a fisiunii.

Oamenii de știință care au studiat procesele de fisiune nucleară

Procesul a fost descoperit de oamenii de știință Hahn și Strassman în 1938. La Universitatea de Chimie din Berlin, cercetătorii au descoperit că în procesul de bombardare a uraniului cu alți neutroni, acesta se transformă în elemente mai ușoare care se află la mijlocul tabelului periodic.

Lise Meitner a avut și o contribuție semnificativă la dezvoltarea acestui domeniu de cunoaștere, căreia Hahn a invitat-o ​​la un moment dat să studieze împreună radioactivitatea. Hahn i-a permis lui Meitner să lucreze doar cu condiția ca ea să-și desfășoare cercetările în subsol și să nu meargă niciodată la etajele superioare, ceea ce era un fapt de discriminare. Cu toate acestea, acest lucru nu a împiedicat-o să obțină un succes semnificativ în cercetarea nucleului atomic.

15. Exemple de rezolvare a problemelor

1. Calculați masa nucleului izotopului.

Soluţie. Să folosim formula

.

Masa atomică a oxigenului
= 15,9949 amu;

acestea. Aproape toată greutatea unui atom este concentrată în nucleu.

2. Calculați defectul de masă și energia de legare nucleară 3 Li 7 .

Soluţie. Masa nucleului este întotdeauna mai mică decât suma maselor de protoni și neutroni liberi (situați în afara nucleului) din care s-a format nucleul. Defect de masă a miezului ( m) și este diferența dintre suma maselor nucleonilor liberi (protoni și neutroni) și masa nucleului, i.e.

Unde Z– numărul atomic (numărul de protoni din nucleu); A– numărul de masă (numărul de nucleoni care formează nucleul); m p , m n , m– respectiv, masele protonului, neutronului și nucleului.

Tabelele de referință indică întotdeauna masele atomilor neutri, dar nu și nucleele, așa că este recomandabil să transformați formula (1) astfel încât să includă masa M atom neutru.

,

.

Exprimând masa nucleului în egalitate (1) conform ultimei formule, obținem

,

Observând că m p +m e =M H, Unde M H– masa atomului de hidrogen, vom găsi în sfârșit

Înlocuind valorile numerice ale maselor în expresia (2) (conform datelor din tabelele de referință), obținem

Energia comunicarii
nucleul este energia care este eliberată într-o formă sau alta în timpul formării unui nucleu din nucleoni liberi.

În conformitate cu legea proporționalității masei și energiei

(3)

Unde Cu– viteza luminii în vid.

Factorul de proporționalitate Cu 2 poate fi exprimat în două moduri: sau

Dacă calculăm energia de legare folosind unități extra-sistemice, atunci

Ținând cont de acest lucru, formula (3) va lua forma

(4)

Înlocuind valoarea găsită anterior a defectului de masă miez în formula (4), obținem

3. Două particule elementare - un proton și un antiproton, având o masă de
Fiecare kg, atunci când este combinat, se transformă în două cuante gamma. Câtă energie este eliberată în acest caz?

Soluţie. Găsirea energiei cuantice gamma folosind formula lui Einstein
, unde c este viteza luminii în vid.

4. Determinați energia necesară pentru a separa un nucleu de 10 Ne 20 într-un nucleu de carbon 6 C 12 și două particule alfa, dacă se știe că energiile specifice de legare în 10 nuclee Ne 20; 6 C 12 şi 2 He 4 sunt, respectiv, egali: 8,03; 7,68 și 7,07 MeV per nucleon.

Soluţie. În timpul formării nucleului 10 Ne 20, energia ar fi eliberată din nucleonii liberi:

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

În consecință, pentru un nucleu 6 12 C și două nuclee 2 4 He:

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

WHe = 7,07·8 = 56,56 MeV.

Apoi, în timpul formării a 10 20 Ne din două nuclee de 2 4 He și un nucleu de 6 12 C, energia ar fi eliberată:

W = W Ne – W c – W He

W= 160,6 – 92,16 – 56,56 = 11,88 MeV.

Aceeași energie trebuie cheltuită pentru procesul de împărțire a nucleului 10 20 Ne în 6 12 C și 2 2 4 H.

Răspuns. E = 11,88 MeV.

5 . Aflați energia de legare a nucleului atomului de aluminiu 13 Al 27, găsiți energia de legare specifică.

Soluţie. Nucleul 13 Al 27 este format din Z=13 protoni și

A-Z = 27 - 13 neutroni.

Masa miezului este

m i = m at - Z·m e = 27/6.02·10 26 -13·9.1·10 -31 = 4.484·10 -26 kg=

27.012 amu

Defectul de masă a miezului este egal cu ∆m = Z m p + (A-Z) m n - m i

Valoare numerică

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

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

Energia de legare specifică Wsp = 218,37/27 = 8,08 MeV/nucleon.

Răspuns: energie de legare Wb = 218,37 MeV; energie de legare specifică Wsp = 8,08 MeV/nucleon.

16. Reacții nucleare

Reacțiile nucleare sunt procesele de transformare a nucleelor ​​atomice cauzate de interacțiunea lor între ele sau cu particule elementare.

Când scrieți o reacție nucleară, în stânga este scrisă suma particulelor inițiale, apoi este plasată o săgeată, urmată de suma produselor finali. De exemplu,

Aceeași reacție poate fi scrisă într-o formă simbolică mai scurtă

Când luăm în considerare reacțiile nucleare, exact legi de conservare: energie, impuls, moment unghiular, sarcină electrică și altele. Dacă numai neutronii, protonii și cuantele γ apar ca particule elementare într-o reacție nucleară, atunci și numărul de nucleoni se păstrează în timpul reacției. Apoi trebuie respectat echilibrul neutronilor și cel al protonilor în stările inițiale și finale. Pentru reacție
primim:

Numărul de protoni 3 + 1 = 0 + 4;

Numărul de neutroni 4 + 0 = 1 + 3.

Folosind această regulă, puteți identifica unul dintre participanții la reacție, cunoscându-i pe ceilalți. Participanții destul de frecventi la reacțiile nucleare sunt α – particule (
- nuclei de heliu), deuteroni (
- nuclee ale unui izotop greu de hidrogen, care conțin pe lângă proton un neutron) și tritoni (
- nuclee ale unui izotop supergreu de hidrogen care conțin, pe lângă un proton, doi neutroni).

Diferența dintre energiile de repaus ale particulelor inițiale și finale determină energia reacției. Poate fi mai mare decât zero sau mai mic decât zero. Într-o formă mai completă, reacția discutată mai sus este scrisă după cum urmează:

Unde Q– energia de reactie. Pentru a-l calcula folosind tabele de proprietăți nucleare, comparați diferența dintre masa totală a participanților inițiali la reacție și masa totală a produselor de reacție. Diferența de masă rezultată (exprimată de obicei în amu) este apoi convertită în unități de energie (1 amu corespunde la 931,5 MeV).

17. Exemple de rezolvare a problemelor

1. Determinați elementul necunoscut format în timpul bombardării nucleelor ​​izotopilor de aluminiu Al-particule, dacă se știe că unul dintre produșii de reacție este un neutron.

Soluţie. Să notăm reacția nucleară:

Al+ 
X+n.

Conform legii conservării numerelor de masă: 27+4 = A+1. De aici numărul de masă al elementului necunoscut A = 30. La fel, potrivit legii conservarii sarcinilor 13+2 = Z+0Și Z = 15.

Din tabelul periodic aflăm că acesta este un izotop al fosforului R.

2. Ce reacție nucleară este scrisă de ecuație

?

Soluţie. Numerele de lângă simbolul unui element chimic înseamnă: mai jos este numărul acestui element chimic din tabelul lui D.I. Mendeleev (sau sarcina unei particule date), iar în partea de sus este numărul de masă, adică. numărul de nucleoni din nucleu (protoni și neutroni împreună). Conform tabelului periodic, observăm că elementul bor B se află pe locul cinci, heliul He pe locul doi, iar azotul N pe locul șapte. - neutron. Aceasta înseamnă că reacția poate fi citită după cum urmează: nucleul unui atom de bor cu număr de masă 11 (bor-11) după capturare
- particulele (un nucleu al unui atom de heliu) emite un neutron și se transformă în nucleul unui atom de azot cu un număr de masă de 14 (azot-14).

3. La iradierea nucleelor ​​de aluminiu – 27 tare – nucleii de magneziu sunt formați din quanta – 26. Ce particulă este eliberată în această reacție? Scrieți ecuația reacției nucleare.

Soluţie.

Conform legii conservării sarcinii: 13+0=12+Z;

4. Când nucleele unui anumit element chimic sunt iradiate cu protoni, se formează nuclee de sodiu - 22 și - particule (câte una pentru fiecare act de transformare). Ce nuclee au fost iradiate? Scrieți ecuația reacției nucleare.

Soluţie. Conform sistemului periodic de elemente chimice al lui D.I. Mendeleev:

Conform legii conservării sarcinii:

Conform legii conservării numărului de masă:

5 . Când izotopul de azot 7 N 14 este bombardat cu neutroni, se obține izotopul de carbon 6 C 14, care se dovedește a fi β-radioactiv. Scrieți ecuații pentru ambele reacții.

Soluţie . 7N14 + 0n1 → 6C14 + 1H1; 6 C 14 → -1 e 0 + 7 N 14 .

6. Produsul de descompunere stabil al lui 40 Zr 97 este 42 Mo 97. În urma ce transformări radioactive de 40 Zr 97 se formează?

Soluţie. Să scriem două reacții de dezintegrare β care au loc secvenţial:

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

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

Răspuns : Ca urmare a două dezintegrari β, dintr-un atom de zirconiu se formează un atom de molibden.

18. Energia reactiei nucleare

Energia unei reacții nucleare (sau efectul termic al unei reacții)

Unde
- suma maselor particulelor înainte de reacție,
- suma maselor particulelor după reacție.

Dacă
, reacția se numește exoenergetică, deoarece are loc odată cu eliberarea energiei. La Q

Fisiunea nucleară prin neutroni – reactie exoenergetica , în care nucleul, captând un neutron, se împarte în două (ocazional în trei) fragmente radioactive în mare parte inegale, emițând cuante gamma și 2 - 3 neutroni. Acești neutroni, dacă există suficient material fisionabil în jur, pot provoca, la rândul lor, fisiunea nucleelor ​​din jur. În acest caz, are loc o reacție în lanț, însoțită de eliberarea unei cantități mari de energie. Energia este eliberată datorită faptului că nucleul fisionabil are fie un defect de masă foarte mic, fie chiar un exces de masă în loc de defect, ceea ce este motivul instabilității unor astfel de nuclee în raport cu fisiunea.

Nucleele - produsul de fisiune - au defecte de masă semnificativ mai mari, în urma cărora se eliberează energie în procesul luat în considerare.

19. Exemple de rezolvare a problemelor

1. Ce energie corespunde cu 1 amu?

Soluţie . Deoarece m= 1 amu= 1,66 10 -27 kg, atunci

Q = 1,66.10-27 (3.108)2 = 14,94.10-11 J = 931 (MeV).

2. Scrieți o ecuație pentru reacția termonucleară și determinați randamentul energetic al acesteia dacă se știe că fuziunea a două nuclee de deuteriu produce un neutron și un nucleu necunoscut.

Soluţie.

conform legii conservării sarcinii electrice:

1 + 1=0+Z; Z=2

conform legii conservării numărului de masă:

2+2=1+A; A=3

energia este eliberată

=- 0,00352 a.m.u.

3. Când un nucleu de uraniu fisiune - 235, ca urmare a captării unui neutron lent, se formează fragmente: xenon - 139 și stronțiu - 94. Trei neutroni sunt eliberați simultan. Găsiți energia eliberată în timpul unui act de fisiune.

Soluţie. Este evident că în timpul diviziunii, suma maselor atomice ale particulelor rezultate este mai mică decât suma maselor particulelor inițiale cu cantitatea

Presupunând că toată energia eliberată în timpul fisiunii este convertită în energia cinetică a fragmentelor, obținem după înlocuirea valorilor numerice:

4. Ce cantitate de energie este eliberată ca urmare a reacției termonucleare de fuziune a 1 g de heliu din deuteriu și tritiu?

Soluţie . Reacția termonucleară de fuziune a nucleelor ​​de heliu din deuteriu și tritiu are loc conform următoarei ecuații:

.

Să determinăm defectul de masă

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

1 amu corespunde unei energii de 931 MeV, prin urmare, energia eliberată în timpul fuziunii unui atom de heliu este

Q=931.0.01887(MeV)

1 g de heliu contine
Atomii /A, unde este numărul lui Avogadro; A este greutatea atomică.

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

5 . La impact -particule cu nucleu de bor 5 B 10 a avut loc o reacție nucleară, în urma căreia s-a format nucleul unui atom de hidrogen și un nucleu necunoscut. Identificați acest nucleu și găsiți efectul energetic al reacției nucleare.

Soluţie. Să scriem ecuația reacției:

5 V 10 + 2 Nu 4
1 N 1 + z X A

Din legea conservării numărului de nucleoni rezultă că:

10 + 4 + 1 + A; A = 13

Din legea conservării sarcinii rezultă că:

5 + 2 = 1 +Z; Z=6

Conform tabelului periodic, constatăm că nucleul necunoscut este nucleul izotopului de carbon 6 C 13.

Să calculăm efectul energetic al reacției folosind formula (18.1). În acest caz:

Să înlocuim masele izotopilor din tabelul (3.1):

Răspuns: zXA = 6C13; Q = 4,06 MeV.

6. Ce cantitate de căldură este eliberată în timpul descompunerii a 0,01 mol de izotop radioactiv într-un timp egal cu jumătate din timpul de înjumătățire? Când un nucleu se descompune, este eliberată o energie de 5,5 MeV.

Soluţie. Conform legii dezintegrarii radioactive:

=
.

Atunci, numărul de nuclee degradate este egal cu:

.

Deoarece
ν 0, atunci:

.

Deoarece o dezintegrare eliberează energie egală cu E 0 = 5,5 MeV = 8,8·10 -13 J, atunci:

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 9 J

Răspuns: Q = 1,55 GJ.

20. Reacția de fisiune a nucleelor ​​grele

Nucleele grele, atunci când interacționează cu neutronii, pot fi împărțite în două părți aproximativ egale - fragmente de fisiune. Această reacție se numește reacția de fisiune a nucleelor ​​grele , De exemplu

În această reacție se observă multiplicarea neutronilor. Cea mai importantă cantitate este factor de multiplicare a neutronilor k . Este egal cu raportul dintre numărul total de neutroni din orice generație și numărul total de neutroni din generația anterioară care i-a generat. Astfel, dacă în prima generație a existat N 1 neutroni, atunci numărul lor în a n-a generație va fi

N n = N 1 k n .

La k=1 Reacția de fisiune este staționară, adică numărul de neutroni din toate generațiile este același - nu există multiplicare a neutronilor. Starea corespunzătoare a reactorului se numește critică.

La k>1 este posibilă formarea unei reacții în lanț incontrolabile, asemănătoare unei avalanșe, ceea ce se întâmplă în bombele atomice. În centralele nucleare se menține o reacție controlată, în care, datorită absorbanților de grafit, numărul de neutroni se menține la un anumit nivel constant.

Posibil reacții de fuziune nucleară sau reacții termonucleare, când două nuclee ușoare formează un nucleu mai greu. De exemplu, sinteza nucleelor ​​izotopilor de hidrogen - deuteriu și tritiu și formarea unui nucleu de heliu:

În acest caz, 17.6 este lansat MeV energie, care este de aproximativ patru ori mai mare pe nucleon decât într-o reacție de fisiune nucleară. Reacția de fuziune are loc în timpul exploziilor bombelor cu hidrogen. De mai bine de 40 de ani, oamenii de știință lucrează pentru a implementa o reacție termonucleară controlată, care să ofere omenirii acces la un „depozit” inepuizabil de energie nucleară.

21. Efectele biologice ale radiațiilor radioactive

Radiațiile provenite de la substanțele radioactive au un efect foarte puternic asupra tuturor organismelor vii. Chiar și radiația relativ slabă, care, atunci când este complet absorbită, crește temperatura corpului cu doar 0,00 1 ° C, perturbă activitatea vitală a celulelor.

O celulă vie este un mecanism complex care nu este capabil să continue activitatea normală chiar și cu leziuni minore ale părților sale individuale. Între timp, chiar și radiațiile slabe pot provoca daune semnificative celulelor și pot provoca boli periculoase (boala radiațiilor). La intensitate mare de radiație, organismele vii mor. Pericolul radiațiilor este agravat de faptul că nu provoacă nicio durere nici la doze letale.

Mecanismul radiațiilor care afectează obiectele biologice nu a fost încă suficient studiat. Dar este clar că se reduce la ionizarea atomilor și moleculelor și acest lucru duce la o schimbare a activității lor chimice. Nucleii celulelor sunt cei mai sensibili la radiații, în special celulele care se divid rapid. Prin urmare, în primul rând, radiațiile afectează măduva osoasă, ceea ce perturbă procesul de formare a sângelui. Urmează deteriorarea celulelor tractului digestiv și a altor organe.

atomic Document

Danilova atomicmiez Danilov"

Enumerăm principalele caracteristici ale nucleelor, care vor fi discutate în continuare:

1. Energia de legare și masa nucleară.
2. Dimensiunile nucleelor.
3. Spinul nuclear și momentul unghiular al nucleonilor care alcătuiesc nucleul.
4. Paritatea nucleului și a particulelor.
5. Isospinul nucleului și nucleonilor.
6. Spectrele nucleelor. Caracteristicile stărilor de bază și excitate.
7. Proprietățile electromagnetice ale nucleului și nucleonilor.

1. Energii de legare și mase nucleare

Masa nucleelor ​​stabile este mai mică decât suma maselor nucleonilor incluși în nucleu; diferența dintre aceste valori determină energia de legare a nucleului:

Coeficienții din (1.7) sunt selectați din condițiile pentru cel mai bun acord între curba de distribuție a modelului și datele experimentale. Deoarece o astfel de procedură poate fi efectuată în moduri diferite, există mai multe seturi de coeficienți de formule Weizsäcker. Următoarele sunt adesea folosite în (1.7):

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

Este ușor de estimat valoarea numărului de sarcină Z la care nucleele devin instabili în raport cu descompunerea spontană.
Dezintegrarea nucleară spontană are loc atunci când repulsia coulombiană a protonilor nucleari începe să domine asupra forțelor nucleare care trag nucleul împreună. O evaluare a parametrilor nucleari la care apare o astfel de situație poate fi făcută luând în considerare modificările de suprafață și energiile Coulomb în timpul deformării nucleare. Daca deformarea duce la o stare energetica mai favorabila, nucleul se va deforma spontan pana se va imparti in doua fragmente. Cantitativ, o astfel de evaluare poate fi efectuată după cum urmează.
În timpul deformării, miezul, fără a-și modifica volumul, se transformă într-un elipsoid cu axe (vezi Fig. 1.2). ) :

Astfel, deformarea modifică energia totală a nucleului cu cantitatea

Merită subliniată natura aproximativă a rezultatului obținut ca urmare a abordării clasice a unui sistem cuantic — nucleul.

Energii de separare a nucleonilor și clusterelor de nucleu

Energia de separare a unui neutron de nucleu este egală cu

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

Energia de separare a protonilor

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

Trebuie remarcat faptul că, deoarece principalele date privind masele nucleare sunt tabele cu masele „în exces” Δ, este mai convenabil să se calculeze energiile de separare folosind aceste valori.

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