Energia wiązania jądra atomowego: formuła, znaczenie i definicja

Każde z jąder atomowych jest absolutnieSubstancja chemiczna składa się ze specyficznego zestawu protonów i neutronów. Są trzymane razem ze względu na fakt, że energia wiązania jądra atomowego jest obecna wewnątrz cząstki.

Charakterystyczną cechą przyciągania sił jądrowych jest ich bardzo duża moc przy stosunkowo niewielkich odległościach (od około 10^-13 cm). Wraz ze wzrostem odległości między cząsteczkami siły przyciągania wewnątrz atomu również słabną.

Rozumowanie o energii wiązania w jądrze

Jeśli wyobrażamy sobie, że istnieje sposób, aby się rozdzielićkolejki z jądra atomu, protony i neutrony i zlokalizuj je na takiej odległości, że energia wiązania jądra atomowego przestaje działać, to musi być bardzo ciężka praca. Aby wyodrębnić jego składniki z jądra atomu, musimy spróbować pokonać siły wewnątrzatomowe. Wysiłki te będą polegały na podzieleniu atomu na zawarte w nim nukleony. Można więc sądzić, że energia jądra atomowego jest mniejsza niż energia cząstek, z których się składa.

Czy masa cząstek międzyatomowych jest równa masie atomu?

Już w 1919 roku naukowcy nauczyli się mierzyćmasa jądra atomowego. Najczęściej "waży się" za pomocą specjalnych urządzeń technicznych, które nazywane są spektrometrami mas. Zasada działania takich urządzeń polega na porównaniu charakterystyki ruchu cząstek o różnych masach. W tym samym czasie takie cząstki mają identyczne ładunki elektryczne. Obliczenia pokazują, że cząstki o różnych wskaźnikach masy poruszają się po różnych trajektoriach.

Współcześni naukowcy odkryli z wielką dokładnościąmas wszystkich jąder i ich składowe protony i neutrony. Jeśli porównamy masy konkretnego jądra z sumą mas cząstek zawartych w nim, okazuje się, że w każdym przypadku masa rdzenia jest większa niż masa poszczególnych protonów i neutronów. Różnica ta wynosi około 1% dla dowolnej substancji chemicznej. W związku z tym można stwierdzić, że energia wiązania jądra atomowego - jest 1% energii swojego pokoju.

Właściwości sił wewnątrzjądrowych

Neutrony znajdujące się w jądrze,odpychają się nawzajem przez siły Coulomba. Ale atom nie rozpada się na kawałki. Jest to ułatwione przez obecność siły przyciągania pomiędzy cząstkami w atomie. Takie siły, które mają naturę inną niż elektryczna, są nazywane siłami jądrowymi. Interakcja neutronów i protonów nazywana jest silną interakcją.

Krótko mówiąc, właściwości sił jądrowych są ograniczone do następujących:

• jest niezależna od opłat;
• działanie tylko na krótkich dystansach;
• jak również nasycenie, które odnosi się do zatrzymywania siebie tylko pewnej liczby nukleonów.

Zgodnie z prawem zachowania energii, w momencie, gdy cząsteczki jądrowe są połączone, energia uwalniana jest w postaci promieniowania.

Energia wiązania jąder atomowych: wzór

Do powyższych obliczeń używana jest konwencjonalna formuła:

E_St.= (Z · m_str+ (A-Z) · m_n-M_Ja) · C²

Tutaj pod E_St. energia wiążąca jądro jest zrozumiała; z - prędkość światła; Z - liczba protonów; (A-Z) to liczba neutronów; m_str oznacza masę protonu; a m_n Jest masa neutronowa. M_Ja oznacza masę jądra atomu.

Wewnętrzna energia jądra różnych substancji

Aby określić energię wiązania jądra, stosuje się gota sama formuła. Obliczona wzorem, energia wiązania, jak wskazano poprzednio, wynosi nie więcej niż 1% całkowitej energii atomu lub energii spoczynkowej. Jednak po dokładniejszym zbadaniu okazuje się, że liczba ta zmienia się dość mocno podczas przejścia od substancji do substancji. Jeśli spróbujemy określić dokładne wartości, będą one szczególnie różne w tak zwanych lekkich jądrach.

Na przykład energia wiązania wewnątrz atomu wodoru wynosi zero, ponieważ jest w nim tylko jeden proton. Energia wiązania jądra helu wyniesie 0,74%. W przypadku jąder materii zwanej trytem liczba ta wyniesie 0,27%. Dla tlenu wynosi 0,85%. W jądrach, w których występuje około sześćdziesięciu nukleonów, energia wiązania wewnątrzatomowego wynosi około 0,92%. W przypadku jąder atomowych o większej masie liczba ta stopniowo spadnie do 0,78%.

Aby określić energię wiązania helu, trytu, tlenu lub jakiejkolwiek innej substancji, stosuje się tę samą formułę.

Rodzaje protonów i neutronów

Głównymi przyczynami takich różnic mogą byćwyjaśniono. Naukowcy odkryli, że wszystkie nukleony zawarte w jądrze dzielą się na dwie kategorie: powierzchowne i wewnętrzne. Nukleony wewnętrzne to te, które są otoczone przez inne protony i neutrony ze wszystkich stron. Powierzchniowe są otoczone tylko od środka.

Energia wiązania jądra atomowego jest siłą, która jest większa w wewnętrznych nukleonom. Coś w ten sposób, nawiasem mówiąc, występuje z napięciem powierzchniowym różnych cieczy.

Ile nukleonów jest umieszczonych w jądrze

Stwierdzono, że liczba wewnętrznych nukleonówszczególnie małe w tak zwanych lekkich jądrach. A dla tych, które należą do kategorii płuc, prawie wszystkie nukleony są uważane za powierzchowne. Uważa się, że energia wiązania jądra atomowego jest ilością, która musi rosnąć wraz z liczbą protonów i neutronów. Ale nawet taki wzrost nie może trwać w nieskończoność. Przy pewnej liczbie nukleonów - i to jest od 50 do 60 - wchodzi w życie kolejna siła - ich elektryczne odpychanie. Występuje nawet bez względu na obecność energii wiążącej wewnątrz jądra.

Energia wiązania jądra atomowego w różnych substancjach jest wykorzystywana przez naukowców do uwalniania energii jądrowej.

Wielu naukowców zawsze interesowało się pytaniem: skąd pochodzi energia, gdy lżejsze jądra łączą się w ciężkie? W rzeczywistości ta sytuacja jest analogiczna do rozszczepienia atomowego. W procesie fuzji lekkich jąder, tak jak to się dzieje podczas rozszczepiania ciężkich jąder, zawsze powstają jądra bardziej trwałego typu. Aby "wydobyć" z lekkich jąder wszystkie nukleony w nich, wymagane jest wydawanie mniejszej ilości energii niż to, co jest przydzielane, gdy są połączone. Odwrotne stwierdzenie jest również prawdziwe. W rzeczywistości energia syntezy, która stanowi pewną jednostkę masy, może być większa niż specyficzna energia rozszczepienia.

Naukowcy, którzy badali procesy rozszczepienia jądrowego

Proces rozszczepienia jądrowego został odkryty przez naukowców z Ghany iStrassmann w 1938 r. W murach berlińskiego Uniwersytetu Chemicznego naukowcy odkryli, że w procesie bombardowania uranu innymi neutronami zmienia się on w lżejsze elementy w środku stołu Mendelejewa.

Znaczący wkład w rozwój tej dziedziny wiedzyi Lisa Meitner, którą Gan zaproponował kiedyś, by razem zbadać radioaktywność. Gan pozwolił Meitnerowi pracować tylko pod warunkiem, że przeprowadzi studia w piwnicy i nigdy nie przejdzie na wyższe piętra, co było faktem dyskryminacji. Jednak to nie przeszkodziło jej w osiągnięciu znaczących sukcesów w badaniach jądra atomowego.