Η ενέργεια δέσμευσης ενός ατομικού πυρήνα: τύπος, έννοια και ορισμός
Κάθε ένας από τους ατομικούς πυρήνες είναι απολύτωςΜια χημική ουσία αποτελείται από ένα συγκεκριμένο σύνολο πρωτονίων και νετρονίων. Συνενώνονται λόγω του γεγονότος ότι η ενέργεια δέσμευσης του ατομικού πυρήνα υπάρχει μέσα στο σωματίδιο.
Χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό των πυρηνικών δυνάμεων έλξης είναι η πολύ μεγάλη δύναμή τους σε σχετικά μικρές αποστάσεις (από περίπου 10-13 cm). Καθώς η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται, οι δυνάμεις έλξης μέσα στο άτομο εξασθενούν επίσης.
Λογική για τη δεσμευτική ενέργεια μέσα στον πυρήνα
Αν φανταστούμε ότι υπάρχει ένας τρόπος να διαχωρίσουμεουρές από τον πυρήνα του ατόμου, πρωτόνια και νετρόνια και να τα εντοπίσουμε σε τέτοια απόσταση ώστε η ενέργεια δέσμευσης του ατομικού πυρήνα να παύσει να λειτουργεί, τότε αυτό πρέπει να είναι μια πολύ σκληρή δουλειά. Για να εξαγάγουμε τα συστατικά του από τον πυρήνα του ατόμου, πρέπει να προσπαθήσουμε να υπερνικήσουμε τις ενδοατομικές δυνάμεις. Αυτές οι προσπάθειες θα είναι να διαιρέσει το άτομο στα νουκλεόνια που περιέχονται σε αυτό. Επομένως, μπορεί να κριθεί ότι η ενέργεια του ατομικού πυρήνα είναι μικρότερη από την ενέργεια των σωματιδίων από τα οποία αποτελείται.
Είναι η μάζα των διατοματικών σωματιδίων ίση με τη μάζα ενός ατόμου;
Ήδη το 1919, οι ερευνητές έμαθαν να μετρήσουνμάζα του ατομικού πυρήνα. Τις περισσότερες φορές ζυγίζεται μέσω ειδικών τεχνικών συσκευών, οι οποίες ονομάζονται φασματόμετρα μάζας. Η αρχή της λειτουργίας τέτοιων συσκευών είναι ότι συγκρίνονται τα χαρακτηριστικά της κίνησης των σωματιδίων με διαφορετικές μάζες. Ταυτόχρονα, τέτοια σωματίδια έχουν πανομοιότυπα ηλεκτρικά φορτία. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι τα σωματίδια που έχουν διαφορετικούς δείκτες μάζας κινούνται κατά μήκος διαφορετικών τροχιών.
Σύγχρονοι επιστήμονες έχουν βρεθεί με μεγάλη ακρίβειατις μάζες όλων των πυρήνων, καθώς και τα πρωτόνια και τα νετρόνια που συνθέτουν τη σύνθεσή τους. Αν συγκρίνουμε τη μάζα ενός συγκεκριμένου πυρήνα με το άθροισμα των μαζών των σωματιδίων που περιέχονται σε αυτό, αποδεικνύεται ότι σε κάθε περίπτωση η μάζα του πυρήνα θα είναι μεγαλύτερη από τη μάζα μεμονωμένων πρωτονίων και νετρονίων. Αυτή η διαφορά είναι περίπου 1% για οποιαδήποτε χημική ουσία. Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η ενέργεια δέσμευσης του ατομικού πυρήνα είναι 1% της ενέργειας της ανάπαυσης.
Ιδιότητες των ενδοπυρηνικών δυνάμεων
Τα νετρόνια που βρίσκονται μέσα στον πυρήνα,απωθείται η μία από την άλλη από τις δυνάμεις του Coulomb. Αλλά το άτομο δεν διαλύεται σε κομμάτια. Αυτό διευκολύνεται από την παρουσία ελκτικής δύναμης μεταξύ των σωματιδίων στο άτομο. Τέτοιες δυνάμεις, οι οποίες έχουν διαφορετική φύση από την ηλεκτρική, ονομάζονται πυρηνικές δυνάμεις. Και η αλληλεπίδραση των νετρονίων και των πρωτονίων ονομάζεται ισχυρή αλληλεπίδραση.
Εν συντομία, οι ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων μειώνονται στα εξής:
- είναι η ανεξαρτησία της χρέωσης.
- δράση μόνο σε μικρές αποστάσεις.
- καθώς και ο κορεσμός, ο οποίος αναφέρεται στη διατήρηση μεταξύ τους μόνο ενός ορισμένου αριθμού νουκλεονίων.
Με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, τη στιγμή που συνδέονται τα πυρηνικά σωματίδια, απελευθερώνεται ενέργεια με τη μορφή ακτινοβολίας.
Η ενέργεια δέσμευσης των ατομικών πυρήνων: η φόρμουλα
Για τους παραπάνω υπολογισμούς χρησιμοποιείται ο συμβατικός τύπος:
ΕSt.= (Z · mσ+ (Α-Ζ) · mn-ΜΕγώ) · C²
Εδώ κάτω από ΕSt. η πυρηνική συνδετική ενέργεια είναι κατανοητή. με το - ταχύτητα φωτός, Ζ - αριθμός πρωτονίων, (Α-Ζ) είναι ο αριθμός των νετρονίων. mσ δηλώνει τη μάζα του πρωτονίου. α mn Είναι η μάζα νετρονίων. ΜΕγώ δηλώνει τη μάζα του πυρήνα του ατόμου.
Η εσωτερική ενέργεια των πυρήνων διαφόρων ουσιών
Για τον προσδιορισμό της ενέργειας δέσμευσης του πυρήνα, χρησιμοποιείταιτον ίδιο τύπο. Υπολογιζόμενη από τον τύπο, η ενέργεια δέσμευσης, όπως υποδείχθηκε προηγουμένως, δεν είναι μεγαλύτερη από 1% της συνολικής ενέργειας του ατόμου ή της ενέργειας ανάπαυσης. Ωστόσο, με πιο προσεκτική εξέταση, αποδεικνύεται ότι ο αριθμός αυτός κυμαίνεται αρκετά έντονα κατά τη μετάβαση από την ουσία στην ουσία. Αν προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε τις ακριβείς τιμές του, τότε θα είναι ιδιαίτερα διαφορετικοί στους λεγόμενους ελαφρούς πυρήνες.
Για παράδειγμα, η ενέργεια δέσμευσης στο εσωτερικό του ατόμου υδρογόνου είναι μηδέν, επειδή υπάρχει μόνο ένα πρωτόνιο σε αυτό. Η ενέργεια δέσμευσης του πυρήνα ηλίου θα είναι 0,74%. Στην περίπτωση των πυρήνων της ύλης που ονομάζεται τρίτιο, ο αριθμός αυτός θα είναι 0,27%. Για το οξυγόνο είναι 0,85%. Στους πυρήνες, όπου υπάρχουν περίπου εξήντα νουκλεόνια, η ενέργεια του ενδοατομικού δεσμού θα είναι περίπου 0,92%. Για τους ατομικούς πυρήνες με μεγαλύτερη μάζα, ο αριθμός αυτός θα μειωθεί σταδιακά σε 0,78%.
Για τον προσδιορισμό της ενέργειας σύνδεσης του ηλίου, του τριτίου, του οξυγόνου ή οποιασδήποτε άλλης ουσίας, χρησιμοποιείται ο ίδιος τύπος.
Τύποι πρωτονίων και νετρονίων
Οι κυριότεροι λόγοι για αυτές τις διαφορές μπορεί να είναιεξηγείται. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όλα τα νουκλεόνια που περιέχονται στον πυρήνα εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: επιφανειακές και εσωτερικές. Τα εσωτερικά νουκλεόνια είναι αυτά που περιβάλλονται από άλλα πρωτόνια και νετρόνια από όλες τις κατευθύνσεις. Τα επιφανειακά περιβάλλοντά τους περιβάλλουν μόνο από μέσα.
Η ενέργεια δέσμευσης ενός ατομικού πυρήνα είναι μια δύναμη που είναι μεγαλύτερη στα εσωτερικά νουκλεόνια. Κάτι τέτοιο, παρεμπιπτόντως, συμβαίνει με την επιφανειακή τάση διαφόρων υγρών.
Πόσα νουκλεόνια τοποθετούνται στον πυρήνα
Βρέθηκε ότι ο αριθμός των εσωτερικών νουκλεονίωνιδιαίτερα μικρά στους λεγόμενους ελαφρούς πυρήνες. Και για όσους ανήκουν στην κατηγορία των πνευμόνων, σχεδόν όλα τα νουκλεόνια θεωρούνται επιφανειακά. Πιστεύεται ότι η ενέργεια δέσμευσης ενός ατομικού πυρήνα είναι μια ποσότητα που πρέπει να αυξηθεί με τον αριθμό των πρωτονίων και νετρονίων. Αλλά ακόμη και μια τέτοια ανάπτυξη δεν μπορεί να συνεχιστεί επ 'αόριστον. Με ένα ορισμένο αριθμό νουκλεονίων - και αυτό είναι από 50 έως 60 - μια άλλη δύναμη τίθεται σε ισχύ - η ηλεκτρική τους απωλία. Εμφανίζεται ακόμη και ανεξάρτητα από την παρουσία δεσμευτικής ενέργειας μέσα στον πυρήνα.
Η ενέργεια δέσμευσης ενός ατομικού πυρήνα σε διάφορες ουσίες χρησιμοποιείται από τους επιστήμονες για να απελευθερώσει την πυρηνική ενέργεια.
Πολλοί επιστήμονες πάντοτε ενδιαφέρονται για το ερώτημα: από πού προέρχεται η ενέργεια όταν οι ελαφρύτεροι πυρήνες συγχωνεύονται σε βαριές; Στην πραγματικότητα, η κατάσταση αυτή είναι ανάλογη με την ατομική σχάση. Στη διαδικασία σύντηξης των ελαφρών πυρήνων, όπως ακριβώς συμβαίνει κατά τη διάσπαση βαρέων πυρήνων, σχηματίζονται πάντα πυρήνες ενός πιο ανθεκτικού τύπου. Για να "πάρει" από τους ελαφρούς πυρήνες όλους τους νουκλεόνες σε αυτά, πρέπει να ξοδεύει λιγότερη ποσότητα ενέργειας από ό, τι κατανέμεται όταν συνδυάζονται. Η αντίστροφη δήλωση ισχύει επίσης. Στην πραγματικότητα, η ενέργεια της σύνθεσης, η οποία αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη μονάδα μάζας, μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την ειδική ενέργεια της σχάσης.
Επιστήμονες που μελέτησαν τις διαδικασίες της πυρηνικής σχάσης
Η διαδικασία της πυρηνικής σχάσης ανακαλύφθηκε από τους επιστήμονες της Γκάνας και της ΓκάναStrassmann το 1938. Μέσα στα τείχη του Χημικού Πανεπιστημίου του Βερολίνου, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι στη διαδικασία βομβαρδισμού ουρανίου με άλλα νετρόνια μετατρέπονται σε ελαφρύτερα στοιχεία στη μέση του τραπέζι του Μεντελλέγιεφ.
Σημαντική συμβολή στην ανάπτυξη αυτού του πεδίου γνώσηςκαι η Lisa Meitner, την οποία ο Gan κάποτε πρότεινε να μελετήσει μαζί τη ραδιενέργεια. Η Gan επέτρεψε στη Meitner να εργαστεί μόνο υπό την προϋπόθεση ότι θα πραγματοποιούσε τις σπουδές της στο υπόγειο και ποτέ δεν θα ανέβαινε στους επάνω ορόφους, κάτι που ήταν γεγονός διακρίσεων. Ωστόσο, αυτό δεν την εμπόδισε να επιτύχει σημαντικές επιτυχίες στην έρευνα του ατομικού πυρήνα.
</ p>
