19.4:
Ядерная связывающая энергия
Разница между рассчитанными и экспериментально измеренными массами известна как дефект массы атома. В случае гелия-4 дефект массы указывает на “потерю” в массе 4.0331 аму – 4.0026 аму = 0.0305 аму. Потеря массы, сопровождающая образование атома от протонов, нейтронов и электронов, обусловлена преобразованием этой массы в энергию, которая эволюционировала по мере образования атома. Энергия связывания ядерных материалов – это энергия, получаемой при связке нуклонов атомов; это также энергия, необходимая для того, чтобы разбить ядро на составные протоны и нейтроны. Энергетические изменения, связанные с ядерными реакциями, значительно больше, чем изменения, связанные с химическими реакциями.
Преобразование массы и энергии является наиболее идентично представленным уравнением эквивалентности массы и энергии, как заявил Альберт Эйнштейн: E = mc2, где E – энергия, m – масса преобразуемого вещества, а c – скорость света в вакууме. Используя это уравнение эквивалентности массы-энергии, энергия связывания ядер может быть вычислена по ее массовому дефекту. Для энергии ядерной связки обычно используются различные единицы, в том числе электровольты (EV), при этом 1 EV эквивалентно количеству энергии, необходимой для перемещения заряда электрона через разность потенциалов 1 в: 1.602 × 10–19 J.
Для расчета энергии связывания из дефекта массы сначала выразить дефект массы в г/моль. Это легко сделать, учитывая численную эквивалентность атомной массы (аму) и молярной массы (г/моль), которая является результатом определений единиц аму и моль. Таким образом, дефект массы для HE-4 составляет 0.0305 г/моль. Для размещения единиц других терминов в уравнении массы-энергии масса должна выражен в килограммах, так как 1 Дж = 1 кг м2/с2. При преобразовании грамм в килограммы дефект массы составляет 3.05 × 10–5 кг/моль. Подстановка этого количества в уравнение эквивалентности массы-энергии дает:
Энергия связывания для одного ядра рассчитывается на основе энергии связывания молярных элементов с помощью числа Авогадро:
Вспомните, что 1 EV = 1.602 × 10–19 J. с использованием вычисленной энергии связывания:
Относительная стабильность ядра коррелируется с его связывающей энергией на ядро, общей энергией связывания для ядра, разделенной на количество нуклеонов в ядре. Например, энергия связывания для ядра гелия-4 составляет 28.4 МэВ. Таким образом, энергия связывания на нуклон для ядра гелия-4:
Энергия связывания на нуклеон является самой большой для нуклидов с массой около 56.
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 21.1: Ядерная структура и стабильность.
Related Videos
Radioactivity and Nuclear Chemistry
20.1K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
15.3K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
17.9K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
11.9K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
30.4K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
9.3K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
7.5K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
15.7K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
17.1K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
14.8K Просмотры