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19.4: 核结合能
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Chemistry

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核结合能
 
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19.4: 核结合能

计算质量和实验测量质量之间的差异被称为原子质量缺陷。 对于氦 -4 ,质量缺陷表明质量“损失”为 4.0331 amu – 4.0026 amu = 0.0305 amu。 质子,中子和电子形成原子所导致的质量损失是由于该质量转换为能量 (随着原子形成而演变) 所致。 核结合能是原子核的核粒子结合在一起时产生的能量;这也是将核分解成其组成质子和中子所需的能量。 与核反应相关的能量变化在很大程度上是大于,而化学反应则是。

质量和能量之间的转换最能用阿尔伯特 · 爱因斯坦所述的质量 - 能量当量方程来表示: E = mc2 ,其中 E 是能量, m 是要转换的物质的质量, c 是真空中的光速。 使用这种质量 - 能量当量方程,核的核结合能可以根据其质量缺陷来计算。 核电结合能通常使用多种装置,包括电子电压 (EV) ,其中 1 个 EV 相当于能量的数量,这是在 1 伏电势差 1.602 × 10-19 J 下移动电子电荷所必需的

要根据质量缺陷计算结合能,首先以克 / 摩尔表示质量缺陷。 考虑到 amu 和摩尔单位定义所产生的原子质量 (摩尔质量) 和 amu (g/mol) 的数值对等性,可以很容易地完成此操作。 因此, He-4 的质量缺陷为 0.0305 克 / 摩尔。 要在质量 - 能量方程中容纳其他术语的单位,质量必须以千克为单位,因为 1 J = 1 千克 m2。将克转化为公斤会产生 3.05 × 10-5 kg/mol 的质量缺陷。 将该数量替换为质量 - 能量当量方程会产生:

Eq1

单核的结合能由摩尔结合能使用阿伏伽德罗编号进行计算:

Eq2

请记住, 1 EV = 1.602 × 10 – 19 J。 使用计算的结合能:

Eq3

一个核的相对稳定性与其每个核的结合能相关联,该核的总结合能除以核中的核素数。 例如,氦 -4 核的结合能为 28.4 MeV。 因此,氦 -4 核的每核结合能为:

Eq4

对于核素,每核的结合能最大,质量约为 56。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 21.1 节:核结构和稳定性。

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