Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Строение ядра. Ядерные превращения




Ядро атома.Структурными единицами, образующими атомное ядро являются положительно заряженные протоны (р) и нейтральные нейтроны (n), представляющие собой два различных состояния одной и той же частицы — нуклона.

Возможный переход нуклона из одного состояния в другое сопровождается «рождением» электрона е- или позитрона е+ вместе с частицей, не имеющей заряда и мас­сы покоя — нейтрино ν:

рn + е+ + ν; n р + е- + ν .

Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в Периодической таблице Д.И. Менделеева. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом N. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом А и приблизительно равно средней массе атома, указанной в Периодической таблице. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами.

Атомная масса химического элемента (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является средневзвешенной атомной массой всех стабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной распространённости в земной коре и атмосфере.

В ядре между нуклонами действуют силы сцепления, на­зываемые ядерными силами. Для них характерно: 1) дейст­вие между всеми частицами ядра; 2) необычайная мощность, благодаря которой плотность ядерного вещества достигает огромного значения порядка 1014 г/см2; 3) способность дей­ствовать только на очень малых расстояниях, не превышаю­щих размера самого ядра (10-13 см).

Дефектом массыm) называют разность между массой ядра и арифметической суммой масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Дефект массы связан с энергией, выделяющейся при образовании ядра, соотношением Эйн­штейна E= Δm∙c 2. Чем больше Δm, тем больше энергия свя­зи между частицами в ядре и тем выше его устойчивость. Благодаря большим значениям Δm для ядерных реакций применим не закон сохранения массы, а общий закон со­хранения материи: ΣmЕ = const.

Ядерная реакция — процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом. Ядерная реакция изображается уравнением реакции, в котором последовательно указывается: ядро-мишень, бомбардирующая частица («снаряд»), вылетающая частица и образовавшееся ядро. Большая часть ядерных реакций протекает в две стадии: 1) захват «снаряда» ядром-мишенью, 2) распад неустойчивого продукта захвата с об­разованием конечного ядра — продукта реакции.

В результате ядерной реакции ядро атома претерпевает более или менее глубокие превращения, в результате которых образуют­ся ядра атомов других элементов (одно или несколько) или же из­меняется энергетическое состояние исходного ядра.

При составлении уравнений ядерных реакций необходимо учитывать следующие их особенности.

1. Приводимые в этих уравнениях химические символы обозна­чают не атомы элементов, а лишь их ядра (зная заряд и массу ядра, легко можно представить себе и атом в целом).

2. Индексы у структурного символа той или иной частицы обоз­начают: верхний индекс — массовое число, т. е. массу данной час­тицы, округленную до ближайшего целого числа; нижний индекс — положительный заряд частицы (зарядовое число). У ядер атомов он численно равен порядковому номеру элемента в таблице Менделее­ва.

Уравнения ядерных реакций должны удовлетворять следующим требованиям (правило равенства сумм индексов):

а) сумма массовых чисел частиц левой и правой частей уравне­ния (по верхним индексам) должны быть равны между собой. При этом массы электронов, позитронов и фотонов не учитываются;

б) суммы зарядов частиц (по нижним индексам) в обеих частях уравнения также должны быть одинаковыми. Заряд электрона учитывается со знаком минус, протона и позитрона — со знаком плюс. Нейтрон и γ-фотон заряда не имеют.

Часто пользуются сокращенными записями ядерных реакций. При этом действующая частица («бом­бардирующая» частица облучения) и выбрасываемая (вто­ричная) частица указываются в скобках.

Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изо­топ другого, которое сопровождается испусканием элемен­тарных частиц или ядер. Существует несколько видов радиоактивного распада: α – распад, электронный или β- – распад, β+ – распад, электронный захват и спонтанной деление.

За единицу радиоактивного распада в СИ принят беккерель (Бк) — радиоактивность, при которой за 1 с про­исходит 1 акт распада (с-1). Внесистемная единица кюри (Ки) равна 3,7∙1010 Бк (число α-частиц, которые испускает радий массой 1 г в 1 с).

 

Задачи:

1.Символ одного из изотопов элемента 5224Э. Укажите: а) название элемента; б) число протонов и ней­тронов в ядре; в) число электронов в электронной обо­лочке атома.

2. Ядро атома некоторого элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка этого атома — 15 электронов. Назовите элемент, изотопом которого яв­ляется данный атом. Приведите запись его символа с указанием заряда ядра и массового числа.

3. При бомбардировке ядер бора 105B нейтронами был получен изотоп лития 73Li. Определите промежуточное ядро и выброшенную частицу.

4. В результате бомбардировки изотопа неона 2110Ne некоторыми частицами образуются изотоп фтора и α-частица. Определите бомбардирующую частицу.

5. Из ядра магния 2412Mg получено ядро изотопа нат­рия 2211Nа и α-частица, а из ядер 94Ве получены 105В + n и 126С + n. При помощи каких «снарядов» были осуществлены эти реакции?

6. γ-Кванты возбуждают ядра цинка 6630Znи магния 26­­12Мg, благодаря чему первое ядро выбрасывает протон и нейтрон, а второе — только протон. Определите, ядра каких элементов при этом образуются.

7. Изотоп какого элемента образуется, если ядро лития 63Li, поглощая нейтрон, выбрасывает α-частицу?

8. При бомбардировке протонами ядер: а) изотопа 2110Ne вылетают α-частицы; б) меди 6329Сu - нейтроны. Какие изо­топы и каких элементов при этом образовались?

9. Технеций Тс — первый элемент, полученный синте­тическим путем при облучении 9642Мо дейтронами. Какое возбужденное ядро при этом образуется и в ядро какого элемента оно превращается после выброса нейтрона?

10. Сколько α-частиц теряет ядро радона, если в резуль­тате образуется изотоп свинца 21482Рb?

11. Сколько α- и β- -частиц теряют ядра 23290Th, 2389223592U, превращаясь в конечном итоге в изотопы свинца?

12. Какой элемент периодической системы образуется, если в цепи радиоактивных превращений ядро атома ра­дия 22688Ra в конечном счете потеряло 5α- и 4β- -частиц?

13. Чему равна Есв между протоном и нейтроном в ядре дейтерия в кДж/моль? Сравните ее с Есв между атомами водорода в молекуле Н2, равной 436 кДж/моль. Δm(D) = 0,00185 а. е. м.

14. Полные уравнения ядерных реакций запишите в сокращенном виде:

а) 3717С1 + 21D → 3516S+ 42Не д) 189F → 188О + β+

б) 20983Вi + 42Не → 21185Аt + 2n е) 3416S + n 3516S + γ

в) 19779Аu + 21D → 19477Ir + 42Не + p ж) 6228Ni + γ → 6127Со + p

г) 9942Mо → 9943Тс + β-

15. Сокращенные уравнения ядерных реакций запишите в полном виде (с указанием верхних и нижних индексов):

а) 27А1 (р, α)24Мg д) 56Мn (—, β-) 56

б) 70Zn (р, n)70Gа е) 13N (—, β +) 13С

в) 54Fе (γ; р, n) 52Мn ж) 239Рu (—, α)235U

г) 31Р (n, γ) 32Р

16. Для приведенных ядерных реакций укажите структурный символ составного ядра (обозначен знаком вопроса в скобках):

а) 199F + α →(?) → 2211Ne + p

б) 94Ве + α → (?)→ 126С + n

в) 19779Аu + 21D → (?) → 19477Ir + α + p

17. Представьте структурный символ промежуточного ядра в реакции, записанной в общем виде (промежуточное ядро обозначить через Э):

AZХ + 42Не → ? →A+3Z+2Y + n

18. Допишите уравнения ядерных реакций:

а) 6128Ni + p → (?)→ ? + n

б) 8939Y + n → (?)→ 8938Sr + ?

в) ? + p → (8335Вr) → ? + n

г) 25399Es + ? → (?)→ 256101Md + ?

д) 5024Сr + p→ (?)→ ? + γ

19. В природных соединениях хлор находится в виде изотопов 35Сl (75,5% (масс.)) и 37Сl (24,5% (масс.)). Вычислите среднюю атомную массу природного хлора.

20. Природный магний состоит из изотопов 24Мg, 25Mg и 26Мg. Вычислите среднюю атомную массу при­родного магния, если содержание отдельных изотопов в атомных процентах соответственно равно 78,6, 10,1 и 11,3.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1. Массовое число атома некоторого элемента рав­но 181, в электронной оболочке атома содержится 73 электрона. Укажите число протонов и нейтронов в ядре атома и название элемента.

2. Напишите полные уравнения реакций, краткая запись которых имеет вид: а) 6329Сu(р, n)6330Zn; б) 9842Mo(n, е-)9943Tc; в) 55Мn(n, α)52V;г) 53Сr(d, n)54Мn.

3. Фотон γ-излучения выбивает из ядра изотопа 2612Мg протон. Какое ядро при этом образуется?

4.При действии γ- квантов алюминий превращается в изотоп магния. Какая частица испускается при этом возбужденным ядром алюминия?

5. Определите исходное ядро, если из него при бом­бардировке дейтронами образуется изотоп марганца 5425Мn с выбросом нейтрона.

6. При облучении дейтронами ядер изотопа 4119К обра­зуется возбужденное ядро, выбрасывающее протон. Какой конечный изотоп получен в результате этой реакции?

7. Самый тяжелый галоген астат был получен в 1940 г. при облучении 20983Вi α-частицами. Какой изотоп астата образуется, если возбужденное ядро выбрасывает два нейтрона?

8. Какие элементы образуются при α-распаде ядер 115B; 2814Si; 21484Ро?

9. Укажите природу и состав неустойчивого промежуточного ядра (т. е. приведите его структурный символ) для следующих ядерных реакций:

а) 53Сr (d, n) 54Мn

б) 55Мn (n, α)52V

в) 32S (α, d) 34Сl

10. Напишите уравнения ядерных реакций:

а) 51V(α, n)? г) ? (α, d) 34Cl

б) 56Fе (d, ?) 57Со д) 19 F(?, γ) 20

в) 14N (?, р) 17О

11. Природный галлий состоит из изотопов 71Gа и 69Gа. В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если средняя атомная масса галлия равна 69,72?

 


Занятие №5.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 1524. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия