Tricijum - šta je to? masa tricijuma. Defekt mase atomskih jezgara. Energija veze

Budući da su nukleoni u jezgri vezani nuklearnim silama, potrebno je mnogo energije da se jezgro podijeli na njegove sastavne protone i neutrone. Ista energija se oslobađa kada se slobodni protoni i neutroni spoje i formiraju jezgro. Ova energija se naziva energija vezivanja jezgra. Prema Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, energija odgovara masi. Prema tome, masa jezgra mora biti manja od zbira masa njegovih sastavnih slobodnih protona i neutrona. Razlika između zbira mase mirovanja slobodnih protona i neutrona od kojih je nastalo jezgro i mase jezgra naziva se defekt nuklearne mase. Energija veze je: E sv = WITH 2×D m

D m je defekt nuklearne mase.

Energija vezivanja je izražena u mega-elektronvoltima (MeV) (MeV=10 6 EV). Budući da je jedinica atomske mase (a.m.u.) jednaka 1,66 × 10 -27 kg, možemo odrediti energiju koja joj odgovara:

Pomoću masenog spektrografa izmjerene su mase svih izotopa i izračunate vrijednosti defekta mase i energije vezivanja za sve jezgre koje se koriste za izračunavanje nuklearnih reakcija. Ako se u nekoj reakciji dobiju jezgra i čestice čija je ukupna masa manja od one originalnih jezgara i čestica, tada se u takvim reakcijama oslobađa energija; ako više, onda se apsorbira i takva reakcija se neće dogoditi spontano.

Izvršimo energetski proračun nuklearne reakcije transformacije radijuma u radon: . Energija veze originalnog jezgra je 1731,6 MeV, a ukupna energija veze formiranih jezgara je 1708,2+28,3=176,5 MeV i veća je od energije veze originalnog jezgra za 4,9 MeV. Stoga ova reakcija oslobađa energiju od 4,9 MeV, što je u osnovi kinetička energija g-čestice.

Velika važnost ima energiju vezivanja po nukleonu. Što je veće, to je jezgro jače. Najizdržljivije srednje jezgre. Lagana jezgra nedovoljno koriste svoju energiju vezivanja. Teška jezgra su oslabljena Kulonovskim odbojnim silama, koje, za razliku od nuklearnih, djeluju između svih nukleona jezgra. Iz ovoga slijedi važan zaključak: energija se oslobađa kada se formiraju srednje jezgre. To može biti kada se teško jezgro dijeli na dva srednja u nuklearnih reaktora ili u sintezi srednjeg jezgra iz dva lakša. To su reakcije termonuklearne fuzije koje se dešavaju na suncu i zvijezdama.

CILJEVI ZA JEDINICU 25

1. U šta se pretvara izotop torijuma, čije jezgro prolazi tri uzastopna raspada.

Rješenje:

Kada se emituje a-čestica, nuklearni naboj se smanjuje za 2 jedinice, a maseni broj za 4 jedinice, što znači da kada se emituju 3 a-čestice, nuklearni naboj se smanjuje za 2 × 3 = 6 jedinica, a masa broj za 4 × 3 = 12 jedinica i onda dobijete izotop prema tabeli, nalazimo da je polonijum ili

2. Kada se dušik bombardira neutronima, formiraju se dva izotopa, od kojih je jedan izotop vodika čiji izotop nastaje u ovoj nuklearnoj reakciji.

IN ovaj slučaj dolazi do nuklearne reakcije koja proizvodi nepoznati izotop X.

U nuklearnim reakcijama, broj nukleona i naboj su očuvani, tako da je zbroj indeksa i superskripta konstantan.

Prema periodnom sistemu nalazimo da se ugljenik dobija:

ovako:

3. Dodajte nuklearnu reakciju:

Određujemo da nepoznata čestica ima naboj 1 i masu 1, što znači da je izotop vodonika, tj. protona, tj. imamo:

4. Pronađite energiju koja odgovara 1 a.m.u. Izrazite to u MeV.

Rješenje:

E \u003d m c 2

m\u003d 1 amu \u003d 1,66 × 10 -27 kg

WITH= 3 × 10 8 m/s

E\u003d 1,66 × 10 -27 × (3 × 10 8) 2 = 14,94 × 10 -11 J

1 EV = 1,6 × 10 -19 J

Dakle: 1 ujutro odgovara 931 MEV.

5. Izračunajte energiju jezgra tricijuma ako je masa protona m str= 1,00814 amu, neutronska masa m n= 1,00898 i masa atoma tricijuma A= 3,01700 amu

Dato:

m str= 1,00814 amu

m n = 1,00898

A = 3.01700 amu

__________________

E St – ?

Rješenje:

Jezgro tricijuma: sastoji se od jednog protona i dva neutrona, čija je ukupna masa: m p + 2m n = 1,00814 + 2 × 1,00898 = = 3,02610

Dakle, defekt mase je:

D m= 3,02610 - 3,01700 amu = 0,00910 amu

jer 1 amu - 931 MEV; To E St= 931×D m ili

E St= 931 × 0,00910 (MEV) = 8,5 MeV

Odgovori: 8,5 MeV

6. Energija se oslobađa ili apsorbira u reakciji:

Bilo je moguće izračunati energiju vezivanja svakog jezgra, ali možete koristiti i posebnu tablicu:

Ukupna masa jezgara i čestica prije reakcije: 39,2 + 28,3 = 67,5 MEV

nakon reakcije: 64,7 + 0 = 64,7 MeV

To znači da se energija apsorbuje u takvoj reakciji: 67,5 - 64,7 = 2,8 MeV

7. Odredi energiju u reakciji:

prije reakcije: 2,2 + 2,2 = 4,4 MEV

nakon reakcije: 8,5 MeV

oslobođena energija: 8.5 - 4,4 = 4,1 MeV

8. Postoji 4 g radioaktivnog kobalta. Koliko grama kobalta se raspadne za 216 dana ako mu je poluživot 72 dana?

Dato:

m 0 = 4 g

t= 216 dana

T= 72 dana

D m – ?

Rješenje:

Pošto je masa supstance direktno proporcionalna broju atoma, onda: DN=N 0 -N;

znači:

To znači: i

Odgovori Težina: 3,5 g

9. Postoji 8 kg radioaktivnog cezijuma. Odredite masu neraspadnutog cezijuma nakon 135 godina radioaktivnog raspada ako je njegovo poluraspad 27 godina.

U novije vrijeme ljudi su vjerovali da je atom integralna nedjeljiva čestica. Kasnije je postalo jasno da se sastoji od jezgra i elektrona koji se okreću oko njega. Istovremeno, središnji dio je opet smatran nedjeljivim i integralnim. Danas znamo da se sastoji od protona i neutrona. Štoviše, ovisno o broju potonjih, ista tvar može imati nekoliko izotopa. Dakle, tricij je za supstancu, kako ga nabaviti i koristiti?

Tricijum - šta je to?

Vodik je najjednostavnija supstanca u prirodi. Ako govorimo o njegovom najčešćem obliku, o čemu će se detaljnije govoriti u nastavku, onda se njegov atom sastoji od samo jednog protona i jednog elektrona. Međutim, može prihvatiti i "dodatne" čestice, koje donekle mijenjaju njegova svojstva. Dakle, jezgro tritijuma se sastoji od protona i dva neutrona. A ako protium, onda ga ima najviše jednostavan oblik vodonik - to je nešto što se ne može reći o njegovoj "poboljšanoj" verziji - u prirodi se nalazi male količine.

Izotop vodonika tricijum (ime dolazi od grčke riječi za "treći") otkrili su 1934. Rutherford, Oliphant i Harteck. I u stvari, oni su ga jako dugo i naporno pokušavali pronaći. Neposredno nakon otkrića deuterijuma i teške vode 1932. godine, naučnici su započeli potragu za ovim izotopom povećavajući osjetljivost konvencionalnog vodonika. Međutim, unatoč svemu, njihovi pokušaji su bili uzaludni - čak ni u najkoncentriranijim uzorcima nije bilo moguće dobiti ni nagovještaj prisutnosti tvari koja je jednostavno morala postojati. No, na kraju je potraga ipak okrunjena uspjehom - Oliphant je sintetizirao element uz pomoć Rutherfordove laboratorije.

Ukratko, definicija tricijuma je sljedeća: radioaktivni izotop vodika, čije se jezgro sastoji od protona i dva neutrona. Dakle, šta se zna o njemu?

O izotopima vodonika

Prvi element u periodnom sistemu je ujedno i najčešći element u svemiru. Istovremeno se u prirodi javlja u obliku jednog od svoja tri izotopa: protijuma, deuterijuma ili tricijuma. Jezgro prvog sastoji se od jednog protona, koji mu je dao ime. Inače, ovo je jedini stabilni element koji nema neutrone. Sljedeći u nizu izotopa vodika je deuterijum. Jezgro njegovog atoma sastoji se od protona i neutrona, a naziv potiče od grčke riječi za "drugi".

U laboratoriji su također dobijeni još teži izotopi vodonika s masenim brojevima od 4 do 7. Njihovo vrijeme poluraspada je ograničeno na dijelove sekunde.

Svojstva

Atomska masa tricijuma je približno 3,02 amu. e. m. Prema vlastitim fizička svojstva ova tvar se gotovo ne razlikuje od običnog vodika, odnosno u normalnim uslovima To je lagan, bezbojan gas bez ukusa i mirisa visoke toplotne provodljivosti. Na temperaturi od oko -250 stepeni Celzijusa, postaje lagana i tekuća bezbojna tečnost. Raspon unutar kojeg se nalazi u ovom stanju agregacije je prilično uzak. Tačka topljenja je oko 259 stepeni Celzijusa, ispod koje vodonik postaje masa nalik snijegu. Osim toga, ovaj element je prilično topiv u nekim metalima.

Međutim, postoje neke razlike u svojstvima. Prvo, treći izotop je manje reaktivan, a drugo, tricij je radioaktivan i stoga nestabilan. ima nešto više od 12 godina. U procesu radiolize pretvara se u treći izotop helijuma uz emisiju elektrona i antineutrina.

Potvrda

U prirodi se tricij nalazi u malim količinama i najčešće se formira u gornjih slojeva atmosfere u sudaru kosmičkih čestica i, na primjer, atoma dušika. Međutim, postoji i industrijska metoda dobijanje ovog elementa zračenjem litijuma-6 neutronima

Sinteza tricijuma u zapremini, čija je masa oko 1 kilogram, košta oko 30 miliona dolara.

Upotreba

Dakle, naučili smo nešto više o tricijumu - šta je to i njegova svojstva. Ali zašto je to potrebno? Hajde da saznamo malo niže. Prema nekim izvještajima, globalna komercijalna potreba za tricijumom je oko 500 grama godišnje, a još 7 kilograma ide za vojne potrebe.

Prema američkom institutu za energetska istraživanja i okruženje, od 1955. do 1996. godine proizvedeno je 2,2 centnera superteškog vodonika u SAD. A 2003. godine ukupne rezerve ovog elementa bile su oko 18 kilograma. Za šta se koriste?

Prvo, tricij je neophodan za održavanje borbene sposobnosti nuklearnog oružja, za koje se zna da neke zemlje još uvijek posjeduju. Drugo, termonuklearna energija je nezamjenjiva bez nje. U nekim se koristi i tricijum naučno istraživanje, na primjer, u geologiji se koristi za datiranje prirodnih voda. Druga namjena je napajanje pozadinskog osvjetljenja u satu. Osim toga, trenutno su u toku eksperimenti za stvaranje generatora radioizotopa ultra male snage, na primjer, za napajanje autonomnih senzora. Očekuje se da će u ovom slučaju njihov vijek trajanja biti oko 20 godina. Cijena takvog generatora bit će oko hiljadu dolara.

As originalni suveniri tu su i privjesci za ključeve sa mala količina tricijum unutra. Emituju sjaj i izgledaju prilično egzotično, pogotovo ako znate za unutrašnji sadržaj.

Opasnost

Tricij je radioaktivan, što objašnjava neka njegova svojstva i namjene. Njegovo vrijeme poluraspada je oko 12 godina, a proizvodi helijum-3 emisijom antineutrina i elektrona. Tokom ove reakcije oslobađa se 18,59 kW energije i beta čestice se šire u vazduhu. Prosječnom čovjeku može izgledati čudno da se radioaktivni izotop koristi, recimo, za osvjetljenje satova, jer to može biti opasno, zar ne? Zapravo, tricij teško da predstavlja prijetnju ljudskom zdravlju, budući da se beta čestice u procesu njegovog raspadanja šire do 6 milimetara i ne mogu savladati najjednostavnije prepreke. Međutim, to ne znači da je rad s njim apsolutno siguran – svako gutanje hranom, zrakom ili apsorpcija kroz kožu može dovesti do problema. Iako se u većini slučajeva lako i brzo uklanja, to nije uvijek slučaj. Dakle, tricijum - šta je to u smislu opasnosti od zračenja?

Zaštitne mjere

Iako niske energije Propadanje tricijuma ne dozvoljava zračenju da se ozbiljno širi, tako da beta čestice ne mogu ni prodrijeti u kožu, nemojte zanemariti svoje zdravlje. Prilikom rada s ovim izotopom, naravno, ne možete koristiti odijelo za zaštitu od zračenja, ali elementarna pravila kao npr. zatvorena odeća i hirurške rukavice se moraju pridržavati. Budući da tricij predstavlja glavnu opasnost od gutanja, važno je zaustaviti aktivnosti u kojima je to moguće. U suprotnom, nema razloga za brigu.

Međutim, ako on u velikom broju ako uđe u tkiva tijela, može se razviti akutna ili kronična radijacijska bolest, ovisno o trajanju, dozi i redovnosti izlaganja. U nekim slučajevima ova bolest se uspješno liječi, ali uz opsežne lezije moguć je smrtni ishod.

U bilo kojem normalno tijelo postoje tragovi tricijuma, iako su apsolutno beznačajni i gotovo ne utiču. Pa, za ljubitelje satova sa svetlećim kazaljkama, njegov nivo je nekoliko puta veći, iako se i dalje smatra sigurnim.

Super teška voda

Tricij, kao i obični vodonik, može formirati nove tvari. Posebno je uključen u molekul takozvane superteške (superteške) vode. Svojstva ove supstance se ne razlikuju previše od uobičajenog H 2 O za svakog čoveka.Uprkos činjenici da tricijum voda takođe može da učestvuje u metabolizmu, prilično je toksična i izlučuje se u roku od deset dana, tokom kojeg tkiva mogu da se prilično visok stepen zračenje. I iako je ova supstanca manje opasna sama po sebi, opasnija je zbog perioda tokom kojeg se nalazi u organizmu.

Apsolutno bilo koji hemijski sastoji se od određenog skupa protona i neutrona. Oni se drže zajedno zbog činjenice da unutar čestice postoji energija vezivanja. atomsko jezgro.

Karakteristična karakteristika nuklearnih sila privlačenja je njihova vrlo velika snaga na relativno malim udaljenostima (od oko 10 -13 cm). Kako se rastojanje između čestica povećava, sile privlačenja unutar atoma također slabe.

Razmišljanje o energiji vezivanja unutar jezgra

Ako zamislite da postoji način da se protoni i neutroni naizmjence odvoje od jezgre atoma i rasporede na takvoj udaljenosti da energija vezivanja atomskog jezgra prestane djelovati, onda to mora biti vrlo težak posao. Da bi se izvukli njegove komponente iz jezgra atoma, mora se pokušati savladati unutaratomske sile. Ovi napori će ići ka podjeli atoma na nukleone koje sadrži. Stoga se može suditi da je energija atomskog jezgra manja od energije čestica od kojih se sastoji.

Da li je masa subatomskih čestica jednaka masi atoma?

Već 1919. istraživači su naučili kako izmjeriti masu atomskog jezgra. Najčešće se "vaga" pomoću posebnih tehničkih uređaja, koji se nazivaju maseni spektrometri. Princip rada takvih uređaja je da se upoređuju karakteristike kretanja čestica različitih masa. Štaviše, takve čestice imaju isti električni naboj. Proračuni pokazuju da one čestice koje imaju različiti indikatori mase se kreću različitim putanjama.

Savremeni naučnici su sa velikom tačnošću otkrili mase svih jezgara, kao i protone i neutrone koji ih čine. Ako uporedimo masu određenog jezgra sa zbrojem masa čestica sadržanih u njemu, onda se ispostavlja da će u svakom slučaju masa jezgra biti veća od mase pojedinačnih protona i neutrona. Ova razlika će biti približno 1% za bilo koju hemikaliju. Stoga možemo zaključiti da energija vezivanja atomskog jezgra iznosi 1% njegove energije mirovanja.

Osobine intranuklearnih sila

Neutroni koji se nalaze unutar jezgra odbijaju se jedan od drugog Kulombovim silama. Međutim, atom se ne raspada. Ovo je olakšano prisustvom privlačne sile između čestica u atomu. Takve sile, koje nisu električne, nazivaju se nuklearnim. A interakcija neutrona i protona naziva se jaka interakcija.

Ukratko, svojstva nuklearnih sila su sljedeća:

• ovo je nezavisnost naplate;
• djelovanje samo na kratkim udaljenostima;
• kao i zasićenje, što se odnosi na zadržavanje samo određenog broja nukleona jedan blizu drugog.

Prema zakonu održanja energije, u trenutku kada se nuklearne čestice spoje, energija se oslobađa u obliku zračenja.

Energija vezivanja atomskih jezgara: formula

Za gornje izračune koristi se općeprihvaćena formula:

E St=(Z m p +(A-Z) m n -MI) s²

Ovdje ispod E St odnosi se na energiju vezivanja jezgra; With- brzina svjetlosti; Z-broj protona; (A-Z) je broj neutrona; m str označava masu protona; A m n je masa neutrona. M i označava masu jezgra atoma.

Unutrašnja energija jezgara raznih supstanci

Za određivanje energije vezivanja jezgra koristi se ista formula. Energija vezivanja izračunata po formuli, kao što je prethodno navedeno, nije veća od 1% od ukupna energija energija atoma ili mirovanja. Međutim, pri pažljivijem ispitivanju, ispostavilo se da ovaj broj prilično jako varira od supstance do supstance. Ako pokušate odrediti njegove točne vrijednosti, onda će se one razlikovati posebno za takozvana laka jezgra.

Na primjer, energija veze unutar atoma vodika je nula jer u njemu postoji samo jedan proton.Energija veze jezgra helijuma bila bi 0,74%. Za jezgra supstance koja se zove tricijum, ovaj broj će biti 0,27%. Kiseonika ima 0,85%. U jezgrima, gdje ima oko šezdeset nukleona, energija unutaratomske veze iznosit će oko 0,92%. Za atomska jezgra veće mase, ovaj broj će se postepeno smanjivati ​​na 0,78%.

Za određivanje energije vezivanja jezgre helija, tritijuma, kisika ili bilo koje druge tvari koristi se ista formula.

Vrste protona i neutrona

Glavni razlozi za takve razlike mogu se objasniti. Naučnici su otkrili da su svi nukleoni koji se nalaze unutar jezgra podijeljeni u dvije kategorije: površinske i unutrašnje. Unutrašnji nukleoni su oni koji su sa svih strana okruženi drugim protonima i neutronima. Površinske su njima okružene samo iznutra.

Energija vezivanja atomskog jezgra je sila koja je izraženija za unutrašnje nukleone. Nešto slično se, inače, događa s površinskim naponom raznih tekućina.

Koliko nukleona stane u jezgro

Utvrđeno je da je broj unutrašnjih nukleona posebno mali u takozvanim lakim jezgrama. A u onima koji spadaju u kategoriju najlakših, gotovo svi nukleoni se smatraju površinskim. Smatra se da je energija vezivanja atomskog jezgra veličina koja treba da raste sa brojem protona i neutrona. Ali čak ni ovaj rast ne može trajati beskonačno. At određeni iznos nukleoni - a to je od 50 do 60 - dolazi u igru ​​druga sila - njihovo električno odbijanje. Javlja se čak i bez obzira na prisustvo energije vezivanja unutar jezgra.

Energija vezivanja atomskog jezgra u razne supstance koju naučnici koriste za oslobađanje nuklearne energije.

Mnoge naučnike oduvek je zanimalo pitanje: odakle energija kada se lakša jezgra stapaju u teška? Zapravo, ovu situaciju slično atomskoj fisiji. U procesu fuzije lakih jezgara, kao što se dešava prilikom cijepanja teških, uvijek nastaju jezgra jačeg tipa. Da bi se iz lakih jezgara „dobili“ svi nukleoni u njima, potrebno je potrošiti manja količina energije od one koja se oslobađa kada se spoje. I obrnuto je tačno. U stvari, energija fuzije, koja pada na određenu jedinicu mase, može biti veća od specifične energije fisije.

Naučnici koji su proučavali procese nuklearne fisije

Ovaj proces su otkrili naučnici Hahn i Strassmann 1938. godine. Unutar zidova berlinskog univerziteta za hemiju, istraživači su otkrili da kada se uranijum bombarduje drugim neutronima, on se pretvara u lakše elemente u sredini periodnog sistema.

Značajan doprinos razvoju ove oblasti znanja dala je i Lise Meitner, kojoj je Hahn svojevremeno predložio da zajedno proučavaju radioaktivnost. Hahn je dozvolio Meitner da radi samo pod uslovom da ona svoje istraživanje provodi u podrumu i da se nikada ne penje gornji spratovišto je bila činjenica diskriminacije. Međutim, to je nije spriječilo da postigne značajan uspjeh u proučavanju atomskog jezgra.