Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Вольхин В.В. -> "Общая химия. Избранные главы" -> 109

Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.

Вольхин В.В. Общая химия. Избранные главы: Учебное пособие — Перм.гос.техн. ун-т. - Пермь, 2002. — 352 c.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка): obshaya_himiya.pdf
Предыдущая << 1 .. 103 104 105 106 107 108 < 109 > 110 111 112 113 114 115 .. 155 >> Следующая

Решение. Определим число ядер в 0,15 мг радионуклида.
., 0,15мг • (1 гIЮ3.мг) -„„,„TI4 , . Л. „•« .
/V = -J-L-L. 6,02 • 10 ядер!моль = 1,04 • 10 ядер.
87 г I моль
Вычислим постоянную распада:
256
В.В. Вольхин. Общая химия
к = от= ода =6i9,,0-ic-,
/„, (2,8 • 3600) с Для определения числа распадов в секунду используем уравнение (5.10). _ ^ = /с. N = 6)9 . ю~ V • 1,04 • 1018 ядер = 7,2 ? Ю13 ядер(распадов) • с"1.
Следовательно, радиоактивность препарата 7,2-1013JS1Zc Переведем эту величину в кюри.
7^'0"** = 1,9-102^. 3,7 •1010SWKM
Ответ: радиоактивность 0,\5мг нуклида ^Sr равна 1,9•102M/. Такая радиоактивность оценивается как достаточно высокая (при работе в лаборатории).
5.2. Энергия ядерных реакций
Ядерные реакции сопровождаются энергетическими эффектами. Как известно, химические реакции тоже вызывают изменение энергии системы. Но между ними существует различие, которое состоит в том, что в результате ядерных реакций, как правило, выделяется такое количество энергии, которое представляется огромным по сравнению с тепловыми эффектами химических реакций. Причина этого различия состоит в совершенно разных уровнях энергии связи нуклонов в ядре и энергии химических связей.
Энергия связи ядра. Уравнение Эйнштейна
E = т -с2
количественно выражает эквивалентность массы и энергии. Когда нуклоны, т.е. протоны и нейтроны, образуют ядро, то масса ядра становится меньше суммарной массы образующих его нуклонов. Разность между суммарной массой нуклонов и массой образованного ими ядра называется дефектом массы ядра Am, т.е.
Am = [Z-irip + (А - Z)mn] -тЯ) (5.14)
где тр, т„ и тя - массы протона, нейтрона и ядра соответственно. На основе уравнения Эйнштейна можно составить выражение
AE=Am-C2, (5.15)
где AE- изменение энергии при образовании (или разрушении) ядра.
Энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на индивидуальные протоны и нейтроны, называется энергией связи ядра. Разделив эту величину на число нуклонов в ядре, получим энергию связи на один нуклон. Эта величина позволяет сравнивать нуклиды разных элементов по устойчивости их ядер.
Единицы энергии - Дж или кДж. Однако энергию ядерных процессов принято выражать в эВ (внесистемная единица). Напоминаем, что один электрон-вольт есть энергия, которую электрон приобретает под действием разности потенциалов в 1 В.
Ядерные реакции
257
Заряд электрона равен 1,602-10"19 Кл. И поскольку 1 Z? = 1 Дж/l Кл, то 1 эВ эквивалентен 1,602•1O-19 Дж. В практических расчетах часто используют единицы МэВ. Оценить величину энергии связи нуклонов в ядре можно расчетным путем.
Пример 5,6. Вычислим энергию связи ядра и энергию связи на один нуклон для нуклида
2 Не, а именно тр = 1,00728 а.е.м., тп = 1,00866 а.е.м. и т ^ не = 4,00260 а.е.м. Примем во внимание,
что 1 а.е.м. = 1,66057-10~27 кг.
Решение. Определим общую массу нуклонов. Масса протонов - 2 ? 1,00728 а.е.м. = 2,01456 а.е.м. Масса нейтронов = 2 • 1,00866 а.е.м. = 2,01-734 а.е.м.
Общая масса нуклонов = 4,03190 а.е.м.
Вычислим дефект массы.
Am = (4,00260 - 4,03190) а.е.м. = - 0,02930 а.е.м.
С помощью уравнения (5.15) вычислим величину AE.
AE = Awe2 = -(0,02930 а.е.м. • 1,66057•1O-27 кг/а.е.м.) • (2,998-108м/с)2 = -4,373-10'12 Док/атом. Выразим величину Au в МэВ.
AE = -4,373- 10~п Дж- 1эД/1,602-Ю^Дж = -2,73 0- 107э?- 1 МэВ/\-10(,эВ = -27,30 МэВ. Следовательно, энергия связи ядра равна 27,30 МэВ. Энергия связи на один нуклон составляет 27,30 МэВ
-= 6,82 МэВ I нуклон.
4 нуклона
Энергия связи ядра и энергия связи на один нуклон являются положительными величинами (по определению).
Величину AE можно выразить также в кДж/моль. AE = -4,373-10"12 Дэ/с/атом ? 6,022-1023 атом/моль = -2,633-1012 Дж/моль • 1 кДж/ЮООДж = -2,633-109 кДэю/моль.
Ответ: энергия связи ядра нуклида \ Не равна 27,30 МэВ, или 2,633-10у кДж/моль, энергия связи на один нуклон составляет 6,82 МэВ/нуклон.
Комментарий. Энергия химических связей в молекулах редко превосходит 103 кДж/моль. Следовательно, энергия связи ядра нуклида \ Не примерно в 10б раз выше, чем энергия химических связей.
Значение энергии связи на один нуклон вычислены для многих нуклидов. Зависимость энергии связи на один нуклон от массовых чисел нуклидов показана в форме кривой на рис. 5.1.
Чем выше значения энергии связи на один нуклон, тем более стабильны ядра. Судя по приведенному графику, наибольшими значениями энергии связи обладают ядра нуклидов Fe, Ni и Со (примерно 8,7 МэВ/нуклон). Высокие значения энергии связи имеют многие нуклиды элементов середины периодической таблица, от 2J Si до 138Ba (28 < А < 138). А что касается нуклидов более легких и более тяжелых элементов, то значения энергии связи и у тех, и у других оказываются ниже максимальных. Отсюда следует важный вывод: энергию можно получить как за счет слияния легких ядер (термоядерный синтез), так и за счет деления (расщепления) тяжелых ядер.
258
В.В. Вольхин. Общая химия
0? аз
40Ar
.ъ / 58XF 2sNl>
56FL\ збКг
2а Г С JO
27 СО I Деление ядер ,,Pb ^ Слияние ядер о
Предыдущая << 1 .. 103 104 105 106 107 108 < 109 > 110 111 112 113 114 115 .. 155 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed