Jisim atom ialah jumlah jisim semua proton, neutron dan elektron yang membentuk atom atau molekul. Berbanding dengan proton dan neutron, jisim elektron adalah sangat kecil, jadi ia tidak diambil kira dalam pengiraan. Walaupun ini tidak betul dari sudut pandangan formal, istilah ini sering digunakan untuk menandakan purata jisim atom semua isotop sesuatu unsur. Ini sebenarnya jisim atom relatif, juga dipanggil berat atom unsur. Berat atom ialah purata jisim atom semua isotop unsur yang terdapat di alam semula jadi. Ahli kimia mesti membezakan antara kedua-dua jenis jisim atom ini apabila melakukan kerja mereka-nilai jisim atom yang salah boleh, sebagai contoh, menghasilkan keputusan yang salah untuk hasil tindak balas.

Langkah-langkah

Mencari jisim atom daripada jadual berkala unsur

Ketahui cara jisim atom ditulis. Jisim atom, iaitu, jisim atom atau molekul tertentu, boleh dinyatakan dalam unit SI piawai - gram, kilogram, dan sebagainya. Walau bagaimanapun, kerana jisim atom yang dinyatakan dalam unit ini adalah sangat kecil, ia sering ditulis dalam unit jisim atom bersatu, atau singkatannya amu. – unit jisim atom. Satu unit jisim atom adalah sama dengan 1/12 jisim isotop karbon-12 piawai.

• Unit jisim atom mencirikan jisim satu mol unsur tertentu dalam gram. Kuantiti ini sangat berguna dalam pengiraan praktikal, kerana ia boleh digunakan untuk menukar jisim bilangan atom atau molekul tertentu dengan mudah kepada mol, dan sebaliknya.

1. Cari jisim atom dalam jadual berkala. Kebanyakan jadual berkala piawai mengandungi jisim atom (berat atom) bagi setiap unsur. Sebagai peraturan, mereka diberikan sebagai nombor di bahagian bawah sel dengan elemen, di bawah huruf yang menunjukkan unsur kimia. Biasanya ini bukan nombor bulat, tetapi pecahan perpuluhan.

   Ingat bahawa jadual berkala memberikan purata jisim atom unsur. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, jisim atom relatif yang diberikan untuk setiap unsur dalam jadual berkala ialah purata jisim semua isotop atom. Nilai purata ini berharga untuk banyak tujuan praktikal: contohnya, ia digunakan dalam mengira jisim molar molekul yang terdiri daripada beberapa atom. Walau bagaimanapun, apabila anda berurusan dengan atom individu, nilai ini biasanya tidak mencukupi.

   • Oleh kerana purata jisim atom ialah purata beberapa isotop, nilai yang ditunjukkan dalam jadual berkala adalah tidak tepat nilai jisim atom mana-mana atom tunggal.
   • Jisim atom bagi atom individu mesti dikira dengan mengambil kira bilangan tepat proton dan neutron dalam satu atom.

Pengiraan jisim atom bagi atom individu

1. Cari nombor atom unsur tertentu atau isotopnya. Nombor atom ialah bilangan proton dalam atom sesuatu unsur dan tidak pernah berubah. Contohnya, semua atom hidrogen, dan sahaja mereka mempunyai satu proton. Nombor atom natrium ialah 11 kerana ia mempunyai sebelas proton dalam nukleusnya, manakala nombor atom oksigen ialah lapan kerana ia mempunyai lapan proton dalam nukleusnya. Anda boleh mencari nombor atom mana-mana unsur dalam jadual berkala - dalam hampir semua versi standardnya, nombor ini ditunjukkan di atas penunjuk huruf unsur kimia. Nombor atom sentiasa integer positif.

   • Katakan kita berminat dengan atom karbon. Atom karbon sentiasa mempunyai enam proton, jadi kita tahu bahawa nombor atomnya ialah 6. Di samping itu, kita melihat bahawa dalam jadual berkala, di bahagian atas sel dengan karbon (C) ialah nombor "6", menunjukkan bahawa atom nombor karbon ialah enam.
   • Ambil perhatian bahawa nombor atom unsur tidak berkaitan secara unik dengan jisim atom relatifnya dalam jadual berkala. Walaupun, terutamanya untuk unsur-unsur di bahagian atas jadual, nampaknya jisim atom unsur adalah dua kali ganda nombor atomnya, ia tidak pernah dikira dengan mendarabkan nombor atom dengan dua.

2. Cari bilangan neutron dalam nukleus. Bilangan neutron boleh berbeza untuk atom berlainan unsur yang sama. Apabila dua atom unsur yang sama dengan bilangan proton yang sama mempunyai bilangan neutron yang berbeza, ia adalah isotop yang berbeza bagi unsur tersebut. Tidak seperti bilangan proton, yang tidak pernah berubah, bilangan neutron dalam atom unsur tertentu selalunya boleh berubah, jadi purata jisim atom unsur ditulis sebagai pecahan perpuluhan dengan nilai yang terletak di antara dua nombor bulat bersebelahan.

   Jumlahkan bilangan proton dan neutron. Ini akan menjadi jisim atom atom ini. Abaikan bilangan elektron yang mengelilingi nukleus - jumlah jisimnya amat kecil, jadi ia hampir tidak memberi kesan pada pengiraan anda.

Mengira jisim atom relatif (berat atom) sesuatu unsur

1. Tentukan isotop yang terkandung dalam sampel. Ahli kimia sering menentukan nisbah isotop sampel tertentu menggunakan alat khas yang dipanggil spektrometer jisim. Walau bagaimanapun, dalam latihan, data ini akan diberikan kepada anda dalam tugasan, ujian, dan sebagainya dalam bentuk nilai yang diambil daripada literatur saintifik.

   • Dalam kes kita, katakan bahawa kita berurusan dengan dua isotop: karbon-12 dan karbon-13.

2. Tentukan kelimpahan relatif setiap isotop dalam sampel. Bagi setiap unsur, isotop yang berbeza berlaku dalam nisbah yang berbeza. Nisbah ini hampir selalu dinyatakan sebagai peratusan. Sesetengah isotop adalah sangat biasa, manakala yang lain sangat jarang-kadang-kadang sangat jarang sehingga sukar untuk dikesan. Nilai ini boleh ditentukan menggunakan spektrometri jisim atau ditemui dalam buku rujukan.

   • Mari kita andaikan bahawa kepekatan karbon-12 ialah 99% dan karbon-13 ialah 1%. Isotop karbon lain sungguh wujud, tetapi dalam kuantiti yang sangat kecil sehingga dalam kes ini mereka boleh diabaikan.

3. Darabkan jisim atom setiap isotop dengan kepekatannya dalam sampel. Darabkan jisim atom setiap isotop dengan peratusan kelimpahannya (dinyatakan sebagai perpuluhan). Untuk menukar peratusan kepada perpuluhan, hanya bahagikannya dengan 100. Kepekatan yang terhasil hendaklah sentiasa ditambah sehingga 1.

   • Sampel kami mengandungi karbon-12 dan karbon-13. Jika karbon-12 membentuk 99% sampel dan karbon-13 membentuk 1%, maka darabkan 12 (jisim atom karbon-12) dengan 0.99 dan 13 (jisim atom karbon-13) dengan 0.01.
   • Buku rujukan memberikan peratusan berdasarkan kuantiti yang diketahui bagi semua isotop unsur tertentu. Kebanyakan buku teks kimia mengandungi maklumat ini dalam jadual di hujung buku. Bagi sampel yang dikaji, kepekatan relatif isotop juga boleh ditentukan menggunakan spektrometer jisim.

4. Tambah hasilnya. Jumlahkan hasil pendaraban yang anda perolehi dalam langkah sebelumnya. Hasil daripada operasi ini, anda akan menemui jisim atom relatif unsur anda - nilai purata jisim atom isotop unsur yang dipersoalkan. Apabila unsur secara keseluruhan dipertimbangkan, dan bukannya isotop khusus unsur tertentu, nilai ini digunakan.

   • Dalam contoh kami, 12 x 0.99 = 11.88 untuk karbon-12, dan 13 x 0.01 = 0.13 untuk karbon-13. Jisim atom relatif dalam kes kami ialah 11.88 + 0.13 = 12,01 .

• Sesetengah isotop kurang stabil daripada yang lain: ia terurai kepada atom unsur dengan kurang proton dan neutron dalam nukleus, membebaskan zarah yang membentuk nukleus atom. Isotop sedemikian dipanggil radioaktif.

Mari kita pertimbangkan keputusan eksperimen untuk mengukur jisim ion positif. Dalam Rajah. 352 menunjukkan spektrogram jisim ion neon positif. Spektrogram jelas menunjukkan tiga jalur dengan keamatan yang berbeza-beza. Dengan membandingkan jarak dari jalur ke celah, ia boleh dikira bahawa jalur sepadan dengan nilai yang berada dalam nisbah .

Kemunculan tiga jalur tidak dapat dijelaskan oleh perbezaan cas ion. Ion neon boleh membawa cas tidak melebihi beberapa unit asas. Nisbah caj mungkin, tetapi tidak . Ia tetap menerima bahawa jalur disebabkan oleh ion yang membawa cas yang sama, tetapi mempunyai jisim yang berbeza, berkaitan dengan . Jisim atom neon ialah 20.2. Oleh itu, jisim purata atom neon ialah . Jisim ion yang menyebabkan jalur adalah sama . Kami sampai pada kesimpulan bahawa unsur neon adalah campuran tiga jenis atom, berbeza antara satu sama lain dalam jisim. Dengan membandingkan keamatan kehitaman garisan pada spektrogram jisim, jumlah relatif atom berbeza dalam neon semula jadi boleh ditemui. Bilangan atom neon dengan jisim 20, 21 dan 22 dikaitkan sebagai .

nasi. 352. Spektrogram jisim neon

Mari kita hitung purata jisim atom neon:

Perjanjian dengan jisim atom neon yang ditemui secara eksperimen mengesahkan idea bahawa unsur neon adalah campuran tiga jenis atom. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa perkadaran atom dengan jisim 20, 21 dan 22 adalah sama dalam sampel neon asal-usul yang berbeza (neon atmosfera, neon dari batu, dll.). Perkadaran ini tidak berubah atau berubah pada tahap yang sangat kecil semasa proses fizikal dan kimia biasa: pencairan, penyejatan, resapan, dsb. Ini membuktikan bahawa ketiga-tiga jenis neon adalah hampir sama sifatnya.

Atom unsur yang sama yang hanya berbeza dalam jisim dipanggil isotop. Semua isotop unsur yang sama adalah sama dalam sifat kimia dan sangat serupa dalam sifat fizikal.

Kehadiran isotop adalah ciri bukan sahaja neon. Kebanyakan unsur adalah campuran dua atau lebih isotop. Contoh komposisi isotop diberikan dalam Jadual. sebelas.

Jadual 11. Komposisi isotop beberapa unsur

Seperti yang dapat dilihat dari jadual. 11, jisim isotop semua unsur dinyatakan sebagai nombor integer unit jisim atom. Kita akan mengetahui maksud keteraturan penting ini dalam § 225. Pengukuran yang tepat menunjukkan bahawa peraturan untuk jisim integer isotop adalah anggaran. Jisim isotop, sebagai peraturan, menunjukkan sisihan kecil daripada integeriti (di tempat perpuluhan kedua hingga keempat). Dalam beberapa masalah, penyimpangan kecil daripada integeriti ini memainkan peranan utama (lihat, sebagai contoh, §226).

Walau bagaimanapun, untuk banyak tujuan, adalah mungkin untuk menggunakan nilai jisim yang dibundarkan kepada nombor keseluruhan unit jisim atom yang terdekat. Jisim isotop (jisim atom), dibundarkan kepada nombor bulat terdekat, dipanggil nombor jisim.

Di atas, kami perhatikan keteguhan komposisi isotop neon dan kebetulan hampir lengkap kebanyakan sifat isotopnya. Peruntukan ini juga sah untuk semua unsur lain yang mempunyai isotop.

Untuk menetapkan isotop, simbol kimia unsur yang sepadan disediakan dengan tanda yang menunjukkan nombor jisim isotop. Jadi, sebagai contoh, - isotop oksigen dengan nombor jisim 17, - isotop klorin dengan nombor jisim 37, dll. Kadang-kadang ia juga menunjukkan di bawah nombor siri unsur dalam jadual berkala Mendeleev dan lain-lain.

Jadual 1.1

Jenis pereputan radioaktif teras

Fenomena pereputan β berganda ditemui pada tahun 1950. M. Ingram dan J. Reynolds menemui isotop 130 Xe antara produk pereputan 130 Te, yang dijelaskan oleh transformasi isotop 130 Te kepada isotop 130 Xe dengan pelepasan serentak dua elektron dan dua antineutrino. Sejak itu, kajian fenomena pereputan β berganda telah menjadi salah satu daripadanya kaedah yang berkesan mengkaji sifat neutrino, menguji Model Standard.

Rajah N-Z nukleus atom

Pada masa ini, ~3500 nukleus atom diketahui, mewakili pelbagai kombinasi nombor proton Z dan neutron N. Mengikut anggaran sedia ada, bilangan nukleus atom mungkin ~7000. Nukleus atom dibahagikan kepada dua kumpulan besar −

• biji yang stabil,
• nukleus radioaktif.

daripada jumlah nombor~3500 nukleus atom yang diketahui ~350 nukleus adalah stabil.
Isotop−nukleus atom mempunyai bilangan proton yang sama (Z = const) dan bilangan neutron yang berbeza.
Isoton− nukleus atom mempunyai bilangan neutron yang sama (N = const) dan bilangan proton yang berbeza.
Isobar− nukleus atom mempunyai nombor jisim A (A = Z + N) yang sama dan nombor neutron dan proton yang berbeza.

nasi. 1.1. Rajah N-Z nukleus atom.

Jadual 1.2

Jadual isotop unsur kimia

Jadual 1.2 menunjukkan nombor siri, simbol, nama dan nombor jisim minimum dan maksimum isotop yang dikesan untuk semua unsur kimia yang dikesan. Unsur kimia dengan Z= 113–118 nama belum diberikan;
Dalam Rajah. Rajah 1.1 menunjukkan rajah N-Z nukleus atom. Titik hitam menunjukkan nukleus yang stabil. Kawasan di mana nukleus stabil terletak biasanya dipanggil lembah kestabilan. Nukleus lembah kestabilan dicirikan oleh nisbah bilangan neutron N berikut kepada bilangan proton Z:

N/Z = 0/98 + 0/015A 2/3 ,

di mana A = N + Z ialah nombor jisim.
Nukleus stabil ringan (A< 40) имеют приблизительно равные числа нейтронов и протонов. В области более тяжелых ядер отношение числа нейтронов к числу протонов начинает возрастать и достигает величины 1.6 в районе A = 250. Это изменение легко понять, если учесть короткодействующий характер kuasa nuklear dan peningkatan peranan interaksi Coulomb proton dalam nukleus dengan peningkatan nombor jisim A. Nukleus berat menjadi lebih stabil secara bertenaga jika ia mengandungi bilangan neutron N yang lebih besar berbanding dengan bilangan proton Z. Nukleus stabil yang paling berat ialah isotop plumbum 206, 207, 208 Pb (Z = 82) dan bismut 209 Bi (Z = 83). Kestabilan nukleus atom dicirikan oleh separuh hayatnya. Sebilangan teras lembah kestabilan dianggap stabil. Walau bagaimanapun, ia sebenarnya boleh mereput dengan separuh hayat yang sangat panjang, selalunya melebihi jangka hayat Alam Semesta t = 13.7·10 9 tahun. Contohnya ialah isotop 100 Mo, 76 Ge, yang dianggap isotop stabil, tetapi separuh hayatnya akibat pereputan β berganda sedang diukur.

T 1/2 (100 Mo → 100 Ru + 2e - + 2) = (7.6±0.4) 10 18 tahun,
T 1/2 (76 Ge → 76 Se + 2e - + 2) = (1.5±0.1) 10 21 tahun,

Keadaan yang sama berlaku dalam kes beberapa nukleus genap genap Z = 64–78, yang dianggap stabil, tetapi mempunyai tenaga positif berbanding dengan pereputan α. Ia dikelaskan sebagai nukleus stabil, contohnya, isotop 176–179 72 Hf. Di sebelah kiri nukleus yang stabil terdapat nukleus yang terbeban dengan proton (nukleus yang kaya dengan proton), di sebelah kanan - nukleus yang terbeban dengan neutron (nukleus yang kaya dengan neutron). Warna gelap dalam Rajah. 1.1 menyerlahkan nukleus atom yang ditemui pada masa ini. berdasarkan pelbagai model adalah dipercayai bahawa jumlah bilangan nukleus atom mungkin ~7000.
Keadaan terikat nukleus atom ditakrifkan sebagai keadaan yang stabil berkenaan dengan pelepasan neutron atau proton. Garis B p = 0 (B p ialah tenaga pemisahan proton) mengehadkan kawasan kewujudan nukleus atom di sebelah kiri (garisan titisan proton). Garis B n = 0 (B n – tenaga pemisahan neutron) – di sebelah kanan (garisan titisan neutron). Di luar sempadan ini, nukleus atom tidak boleh wujud, kerana ia mereput semasa masa nuklear ciri (~ 10 -22 s) dengan pelepasan satu atau beberapa nukleon. Jika purata jangka hayat nukleus ialah τ< 10 -22 c, обычно считается, что ядро не существует, т.к. за это время не успевает образоваться структура характерная для данного ядра. Обычно считается, что времена жизни радио­актив­ных ядер τ >10 -16 malam Jangka hayat nuklear akibat pelepasan nukleon, 10 -23 s< τ < 10 -16 c. Ядра, имеющие такие времена жизни, обычно наблюдаются в виде резонансов в сечениях ядерных реакций. Среднее время жизни ядра τ и ширина резонанса Г связаны соотношением

τ = ћ/ Г, τ[c] = 6.6·10 -22 /Г[MeV].

Mengira sempadan pelepasan nukleon agak sukar, kerana ketepatan tenaga pengikat nukleus diketahui (beberapa ratus keV) tidak mencukupi untuk menentukan sama ada nukleus akan menjadi radioaktif atau sama ada ia akan mereput dengan pelepasan nukleon.
Oleh itu, ketepatan meramalkan sempadan kewujudan nukleus atom ialah 4–5 unit mengikut A. Pertama sekali, ini terpakai kepada sempadan di mana nukleus atom terletak yang tidak stabil berkenaan dengan pelepasan neutron.
Di sudut kanan atas rajah N–Z terdapat kawasan nukleus atom superberat yang sedang dikaji secara intensif. Kajian nukleus atom superberat dengan Z = 109÷118 menunjukkan bahawa di rantau nukleus ini, cengkerang nuklear memainkan peranan penting dalam meningkatkan kestabilan mereka. Persetujuan yang cukup baik antara pengiraan teori dan data eksperimen yang diperoleh baru-baru ini membolehkan kita meramalkan kewujudan pulau kestabilan di rantau Z = 110÷116 dan N = 178÷186. Nukleus pulau kestabilan sepatutnya mempunyai kestabilan yang meningkat berkenaan dengan pereputan α- dan β dan pembelahan spontan. Anggaran teori menunjukkan bahawa jangka hayat nukleus yang terletak di tengah pulau kestabilan boleh ~ 10 5 tahun. Kesukaran untuk menembusi pulau kestabilan adalah disebabkan oleh hakikat bahawa sukar untuk memilih kombinasi nukleus yang sesuai, penggunaannya sebagai sasaran dan zarah kejadian akan membolehkan seseorang masuk ke pusat pulau kestabilan.

Sifat neutron dan proton bebas

Keradioaktifan

Radioaktiviti ialah keupayaan nukleus atom untuk mereput secara spontan dengan memancarkan zarah.
Pereputan radioaktif nukleus adalah mungkin dalam kes apabila ia menguntungkan secara bertenaga, i.e. disertai dengan pelepasan tenaga. Syarat untuk ini ialah jisim M nukleus asal melebihi jumlah jisim m i hasil pereputan,

Syarat ini perlu, tetapi tidak selalu mencukupi. Pereputan radioaktif boleh dilarang oleh undang-undang pemuliharaan lain - pemuliharaan momentum sudut, cas elektrik, caj baryon dan lain-lain.
Pereputan radioaktif dicirikan oleh jangka hayat isotop radioaktif, jenis zarah yang dipancarkan, dan tenaganya.
Jenis utama pereputan radioaktif ialah:

α-reput – pelepasan nukleus atomα-zarah;

• pereputan β – pelepasan elektron dan antineutrino, positron dan neutrino oleh nukleus atom, penangkapan elektron atom oleh nukleus dengan pelepasan neutrino;

γ-reput – pelepasan γ-quanta oleh nukleus atom;

• pembelahan spontan - perpecahan nukleus atom kepada dua atau tiga serpihan jisim yang setanding.

Kepada lebih spesies yang jarang ditemui pereputan radioaktif termasuk:

• pereputan β berganda - pelepasan dua elektron dan dua antineutrino oleh nukleus atom, pelepasan dua positron dan dua neutrino oleh nukleus atom, penangkapan elektron oleh nukleus atom dengan pelepasan positron dan dua neutrino,
• radioaktiviti kelompok - pelepasan nukleus cahaya dari 12 C hingga 32 S oleh nukleus atom,
• radioaktiviti proton - pelepasan proton dari keadaan dasar nukleus,
• radioaktiviti dua proton - pelepasan dua proton dari keadaan dasar nukleus,
• radioaktiviti neutron - pelepasan neutron dari keadaan dasar nukleus.

Dalam semua jenis pereputan radioaktif (kecuali pereputan γ), komposisi nukleus berubah - bilangan proton Z, nombor jisim A, atau kedua-duanya.
Ciri-ciri pereputan radioaktif banyak dipengaruhi oleh interaksi yang menyebabkan pereputan. α-reput disebabkan oleh interaksi yang kuat. Pereputan β disebabkan oleh interaksi yang lemah, dan pereputan gamma disebabkan oleh interaksi elektromagnet.
Terdapat pelbagai sebab mengapa jangka hayat nukleus tidak stabil boleh berubah mengikut beberapa urutan magnitud.

• Keamatan interaksi yang rendah disebabkan oleh pereputan yang berlaku.
• Pelepasan zarah bercas positif yang berat ditindas dengan kuat oleh halangan berpotensi.
• Jangka hayat nukleus radioaktif sangat bergantung kepada tenaga yang dibebaskan semasa pereputan. Jika tenaga ini rendah, maka jangka hayat meningkat secara mendadak. Ketagihan yang terukα-pereputan dan interaksi lemah dicirikan oleh tenaga pereputan Q.
• Jangka hayat nukleus radioaktif sangat bergantung pada perbezaan antara putaran nukleus awal dan akhir.

Untuk mencirikan kadar (kebarangkalian) pereputan radioaktif, tiga kuantiti yang saling berkaitan digunakan - pemalar pereputan λ, purata hayat τ dan separuh hayat T 1/2.

Hukum Pereputan Radioaktif

Malar pereputan λ ialah kebarangkalian pereputan nuklear per unit masa. Jika terdapat N nukleus radioaktif dalam sampel pada masa t, maka bilangan nukleus dN yang mereput semasa dt adalah berkadar dengan Nλ dan selang masa dt:

Tanda “–” bermakna akibat daripada pereputan, bilangan nukleus radioaktif dalam sampel berkurangan.
Hukum pereputan radioaktif mempunyai bentuk:

N(t) = N 0 e −λt ,

di mana N 0 ialah bilangan nukleus radioaktif dalam sampel pada masa awal t = 0, N(t) ialah bilangan nukleus radioaktif, tidak putus dalam sampel pada masa t.
Masa hidup purata τ:

.

Separuh hayat T 1/2 – masa di mana bilangan awal nukleus radioaktif dibelah dua:

T 1/2 = ln2/λ=0.693/λ = τln2.

Aktiviti sumber

Aktiviti sumber I ialah purata bilangan pereputan nukleus sumber setiap unit masa.

Unit aktiviti diambil sebagai bilangan pereputan yang berlaku dalam 1 s dalam 1 g radium, yang berada dalam keseimbangan dengan hasil pereputan. Unit aktiviti ini dipanggil "Curie" dan bersamaan dengan 3.7 10 10 pereputan sesaat. Unit aktiviti SI ialah Becquerel, yang sama dengan 1 pereputan sesaat.

1 Curie = 3.7 10 10 pereputan sesaat.
1 Becquerel = 1 pereputan sesaat.
1 Curie = 3.7 10 10 Becquerel.

Dengan mengukur aktiviti sumber I(t) pemalar reputan λ boleh ditentukan. Untuk isotop dengan pemalar pereputan kecil dan, oleh itu, separuh hayat yang panjang, hubungan (1.1) digunakan. Dalam kes ini, bilangan nukleus N secara praktikal tidak berubah semasa pengukuran dan boleh ditentukan dengan kaedah spektrometri jisim. Untuk isotop dengan pemalar pereputan yang besar, hubungan digunakan

I(t) = I 0 e −λt .

Jika kita memplot pergantungan aktiviti sumber I(t) pada masa t pada skala separa logaritma ln I(t), maka sudut kecondongan φ garis lurus ke paksi t akan menentukan nilai λ.

nasi. 1.2. Graf pereputan ubat radioaktif pada skala separa logaritma. Garis pepejal sepadan dengan hukum pereputan radioaktif I(t) = I 0 e −λt.

Perkara di atas digunakan untuk satu isotop dengan satu saluran pereputan. Kebergantungan aktiviti pada masa boleh diwakili oleh jumlah dua atau lebih eksponen, i.e.

Yang terakhir menunjukkan bahawa sumber mengandungi beberapa isotop radioaktif dengan separuh hayat yang berbeza. Dalam kes ini, pereputan setiap unsur radioaktif berlaku secara bebas.
Jika ubat radioaktif mengandungi dua isotop radioaktif berbeza yang tidak disambungkan oleh rantaian pereputan berturut-turut

Jika separuh hayat isotop berbeza jauh λ 1 >> λ 2, dan bilangan awal nukleus radioaktif setiap isotop adalah setanding, maka pada t kecil hubungan

log(−dI/dt) ≈ log(N 1 λ 1).

Pada umumnya t

log(−dI/dt) ≈ log(N 2 λ 2).

Dalam Rajah. Rajah 1.3 menunjukkan pada skala separa logaritma perubahan masa aktiviti sumber yang terdiri daripada dua komponen dengan pemalar pereputan yang berbeza λ 1 dan λ 2.

Rajah.1.3. Berubah mengikut masa dalam aktiviti purata sumber yang terdiri daripada dua isotop yang tidak berkaitan antara satu sama lain oleh rantaian pereputan berturut-turut. Tangen bagi sudut φ 1 dan φ 2 daripada cerun garis lurus ini adalah sama, masing-masing, dengan pemalar pereputan λ 1 dan λ 2, i.e. tgφ 1 = λ 1, tgφ 2 = λ 2.

Hubungan (1.2) hanya sah jika isotop radioaktif tidak berkaitan secara genetik. Selalunya, nukleus II, hasil daripada pereputan radioaktif nukleus I, juga radioaktif dan mempunyai pemalar pereputan yang berbeza λ 2. Dalam beberapa kes, transformasi berurutan nukleus radioaktif sedemikian membawa kepada pembentukan nombor besar pelbagai isotop radioaktif (Rajah 1.4). Dalam kes ini, pergantungan aktiviti sumber pada masa akan menjadi lebih kompleks.

nasi. 1.4. Rantaian β - -reput berturut-turut nukleus isobar A = 92.

Untuk dua pereputan berturut-turut N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t), perubahan dalam bilangan nukleus N 1 (t) dan bilangan nukleus N 2 (t) diterangkan oleh sistem persamaan

Bilangan nukleus N 1 (t) berkurangan disebabkan oleh pereputannya. Bilangan nukleus N 2 (t) berkurangan disebabkan oleh pereputannya dan bertambah disebabkan oleh pereputan nukleus N 1.
Dalam kes keadaan awal t = 0, N 1 (0) = N 10, N 2 (0) = 0, penyelesaian kepada sistem persamaan (1.3) mempunyai bentuk

Jika λ 1 > λ 2, lengkung pereputan akan mempunyai bentuk yang sama seperti dalam kes pereputan bebas dua isotop dengan separuh hayat yang berbeza. Jika λ 1< λ 2 , кривая логарифма активности будет иметь максимум (рис. 1.5). Подъём на начальном участке обусловлен накоплением ядер N 2 . При больших временах (λ 1 t >> 1) sumbangan daripada eksponen dengan λ 1 menjadi sangat kecil dan keseimbangan radioaktif berlaku, di mana aktiviti dibandingkan, dan nisbah antara nombor N 1 dan N 2 menjadi bebas daripada masa.

N 1 /N 2 = λ 2 /λ 1.

nasi. 1.5. Kebergantungan logaritma aktiviti pada t untuk rantaian pereputan N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t) pada
λ 1< λ 2 .

Pereputan isotop 36 Cl dan 212 Bi, yang mempunyai beberapa saluran pereputan.

Isotop 36 Cl mereput melalui tiga saluran yang berbeza.

• β - -reput dengan kebarangkalian 98.1%
• pereputan β+ dengan kebarangkalian 1.9%
• e-capture dengan kebarangkalian 0.001%

Isotop 212Bi mereput melalui dua saluran berbeza.

• β - pereputan dengan kebarangkalian 64%
• pereputan α dengan kebarangkalian 36%

Keseimbangan sekular

Dalam kes beberapa pereputan berturut-turut

N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t) → ...,

apabila separuh hayat nukleus N 1 jauh melebihi separuh hayat nukleus lain

T 1/2 (N 1) >> T 1/2 (N 2), T 1/2 (N 3),...

bilangan nukleus isotop yang berbeza adalah berkaitan antara satu sama lain mengikut hubungan

N 1 (t) : N 2 (t) : N 3 (t) : ... = T 1/2 (N 1) : T 1/2 (N 2) : T 1/2 (N 3) : . ..

Keadaan ini dipanggil keseimbangan sekular.
Selalunya isotop radioaktif mungkin mempunyai beberapa saluran pereputan yang berbeza, contohnya, seperti yang berlaku dengan pereputan isotop 36 Cl. Isotop 36 Cl mereput dengan kebarangkalian 98.1% hasil daripada β - pereputan, dengan kebarangkalian 1.9% akibat daripada β + pereputan, e-capture ialah 0.001%. Dalam kes ini jumlah kebarangkalian pereputan λ terdiri daripada kebarangkalian pereputan melalui pelbagai saluran

λ = λ 1 + λ 2 + λ 3.

Kebarangkalian relatif pereputan ω i sepanjang saluran i ditentukan oleh hubungan ω i = λ i /λ.
Jika semasa pengukuran bilangan nukleus isotop berubah sedikit, maka aktiviti sumber I dan intensiti separa pereputan dalam saluran individu I 1, I 2, I 3 dikaitkan dengan hubungan

I = λN = I 1 + I 2 + I 3 = λ 1 N + λ 2 N + λ 3 N,

dalam kes ini hubungan itu dipenuhi

I 1: I 2: I 3 = λ 1: λ 2: λ 3.

Jika keamatan isotop berkurangan dengan masa, keamatan pereputan dalam saluran individu I i akan diterangkan oleh hubungan

I i (t) = λ i N(t) = λ i N(0)e −λt ,

mereka. perubahan dalam keamatan pereputan di sepanjang saluran i I i (t) akan ditentukan oleh nilai λ. Kuantiti T i = ln2/λ i dipanggil separuh hayat separa.

Pengaktifan isotop

Pengaktifan ialah proses menghasilkan bahan radioaktif dengan menyinari nukleus stabil dengan neutron, proton dan jenis sinaran lain. Bilangan nukleus yang diaktifkan bergantung pada bilangan atom dalam sasaran, masa penyinaran dan keratan rentas berkesan tindak balas nuklear, di mana isotop yang dikaji terbentuk.
Keratan rentas berkesan σ proses tertentu mencirikan kebarangkalian interaksi zarah dengan nukleus yang sedang dipertimbangkan dan ditakrifkan sebagai nisbah bilangan kejadian jenis tertentu per unit masa bagi satu nukleus sasaran kepada fluks zarah kejadian melalui permukaan unit daripada sasaran. Jika lapisan jirim yang mengandungi n nukleus bersilang ν zarah/cm 2 s, maka bilangan peristiwa interaksi m yang disebabkan olehnya per unit masa akan sama dengan

Keratan rentas berkesan diukur dalam bangsal: 1 b = 10 -24 cm 2.
Biarkan fluks ν zarah/cm 2 s jatuh pada sampel yang mengandungi n nukleus, dan biarkan keratan rentas berkesan untuk menangkap zarah kejadian dengan pembentukan nukleus radioaktif adalah sama dengan σ. Kemudian nukleus radioaktif νnσ terbentuk dalam sampel sesaat. Adalah perlu untuk mengambil kira bahawa beberapa nukleus yang baru terbentuk hancur semasa proses pengaktifan. Semasa dt masa, nukleus νnσdt terbentuk, dan pereputan λNdt, di mana N ialah bilangan nukleus diaktifkan yang terkumpul mengikut masa t. Akibatnya, perubahan dalam bilangan nukleus radioaktif diterangkan oleh hubungan

dN = νnσdt − λNdt, atau
dN/dt = νnσ − λN.

Untuk masa pengaktifan yang besar t > 1/λ peningkatan dalam bilangan nukleus radioaktif secara praktikal berhenti (dN/dt → 0). Ini berlaku apabila bilangan nukleus radioaktif yang terbentuk hampir sama dengan bilangan nukleus yang mereput, i.e. apabila bilangan nukleus radioaktif N(t) → N n = νnσ/λ.

Kuantiti N n dipanggil pengaktifan ketepuan .
Kebergantungan pengaktifan N(t) pada masa penyinaran t mempunyai bentuk

N(t) = N n (1 − e −λt).

nasi. 1.6. Kebergantungan pengaktifan sampel pada masa.

Kebergantungan pengaktifan sampel pada masa ditunjukkan dalam Rajah. 1.6. Hampir tepu dicapai semasa masa penyinaran bersamaan dengan 4-5 separuh hayat. Pada t<< T распадом можно пренебречь. В этом случае N(t) = νnσt, iaitu, pada permulaan penyinaran, bilangan nukleus radioaktif meningkat secara linear mengikut masa.
Neutron sering digunakan untuk menghasilkan isotop radioaktif, kerana tiada daya tolakan elektrostatik untuk mereka daripada nukleus. Pada tahun 1935, Fermi mendapati bahawa keradioaktifan teraruh meningkat berkali-kali jika sumber neutron dan sasaran yang disinari dikelilingi oleh bahan yang mengandungi hidrogen, seperti parafin.
Ternyata, ini disebabkan oleh fakta bahawa neutron, apabila berlanggar dengan proton dengan jisim yang sama, dengan cepat kehilangan tenaga dan merambat melalui medium pada kelajuan terma. Kebarangkalian neutron terma ditangkap oleh nukleus atom adalah berkadar songsang dengan kelajuannya dan mencapai nilai maksimumnya. Di samping itu, neutron haba, mengalami sejumlah besar perlanggaran dalam parafin, bergerak secara huru-hara dan boleh melintasi sasaran yang disinari beberapa kali.
Apabila neutron terma ditangkap oleh nukleus dengan nombor jisim A, "sebatian" terbentuk - nukleus A+1 dalam keadaan teruja. Tenaga berlebihan yang sama dengan tenaga pengikat neutron dalam nukleus A+1 (5–8 MeV) boleh dibebaskan dalam bentuk γ quanta. Reaksi sedemikian dipanggil tangkapan sinaran neutron. Mereka boleh dibentangkan dalam bentuk umum sebagai

di mana B ialah nukleus asal, C* dan C ialah nukleus hasil dalam keadaan teruja dan tanah, masing-masing.

Rasuk nukleus radioaktif

Dua kaedah utama digunakan untuk mendapatkan rasuk nukleus radioaktif. Kedua-dua kaedah ini saling melengkapi dan boleh digunakan bergantung kepada masalah fizikal tertentu.
Perbandingan kaedah ISOL dan IN-FLIGHT ditunjukkan dalam Rajah. 1.7.

nasi. 1.7. Perbandingan kaedah untuk mendapatkan dan mengasingkan rasuk sekunder
ISOL dan DALAM PENERBANGAN.

Rasuk nukleus kaya neutron radioaktif yang dihasilkan dalam tindak balas pembelahan juga boleh dihasilkan menggunakan sumber neutron sengit - reaktor nuklear - atau deuteron dipercepatkan.

kaedah ISOL(saya sotop S perpisahan O n L ine).

Kaedah ini adalah berdasarkan pembentukan ion halaju terma dalam medium pepejal, cecair atau gas; pengekstrakan, pengasingan, pengionan dan pecutan seterusnya kepada tenaga yang diperlukan untuk eksperimen.
Akibat pengeboman sasaran tebal dengan rasuk dipercepatkan (Sasaran Pengeluaran Tebal), nukleus radioaktif terbentuk di dalamnya dalam julat luas Z dan A, yang kekal dalam bahan sasaran. Nukleus yang terhasil kemudiannya dikeluarkan dari sasaran. Setelah diekstrak daripada sasaran, ion diasingkan menggunakan pemisah jisim (Isotop Separator) dan boleh digunakan dalam eksperimen ketepatan pada tenaga rendah (10–500 keV) atau dipercepatkan dalam pemecut kedua. Oleh itu, kaedah ISOL menggunakan dua sistem pemecut. Satu adalah untuk menerima rasuk utama (Pemecut Pemacu) dan mencipta zarah sekunder dalam sasaran yang tebal, yang kedua (Pemecut Pasca) adalah untuk mempercepatkan zarah sekunder. Pemecut kedua menyediakan tenaga pancaran nukleus radioaktif yang diperlukan untuk penyelidikan fizikal.
Kaedah ISOL menjana rasuk zarah sekunder berintensiti tinggi dengan tenaga sehingga 25 MeV/nukleon. Masa pengekstrakan nukleus radioaktif daripada sasaran di mana ia terbentuk dan masa pengangkutannya ke pemecut rasuk sekunder menentukan julat jangka hayat nukleus eksotik yang boleh dikaji dengan kaedah ini.

Kaedah dalam Penerbangan(kaedah pemecahan ion dipercepatkan pada sasaran)

Kaedah Dalam Penerbangan adalah optimum untuk mendapatkan rasuk sekunder isotop jangka pendek dengan hayat 100 ns.
Dalam kaedah ini, rasuk nukleus radioaktif diperolehi dalam perlanggaran persisian zarah bercas berat dengan nukleus sasaran ringan dan pemisahan seterusnya yang dipisahkan oleh Z Dan A produk pemecahan. Rasuk primer mempunyai tenaga daripada 50 MeV/nukleon kepada 1 GeV/nukleon. Serpihan serpihan radioaktif yang terbentuk akibat perlanggaran terbang kebanyakannya ke hadapan ke arah zarah yang jatuh pada kelajuan ~0.9-1.0 daripada kelajuan zarah yang jatuh. Kaedah ini menggunakan sasaran nipis untuk menghasilkan pancaran radioaktif. Untuk isotop jangka pendek, keamatan rasuk sekunder dalam kaedah Dalam Penerbangan boleh melebihi keamatan rasuk yang diperolehi oleh kaedah ISOL.
Pemisah elektromagnet (Fragment Separator) digunakan untuk mengasingkan isotop dan mengasingkan isotop tertentu. Rasuk zarah pada keluaran pemisah boleh sama ada digunakan secara langsung dalam eksperimen, atau selepas perlahan dalam persekitaran gas (Penyumbat Ion Gas), ia boleh dibahagikan kepada rasuk berasingan di sepanjang Au Z dan dipercepatkan semula (Pemecut Pasca) ke menjalankan eksperimen dengan pancaran radioaktif dipercepatkan.

Kaedah untuk mendaftar nukleus radioaktif

Kemajuan dalam kajian radioaktiviti sebahagian besarnya dikaitkan dengan pembangunan kaedah untuk mendapatkan dan merekod nukleus dan sinaran radioaktif. Fenomena radioaktiviti ditemui hasil daripada pendedahan kepada sinaran pada plat fotografi. Pendaftaran pancaran cahaya yang berlaku apabila zarah-α terkena skrin bersalut zink sulfida adalah asas pengesan yang mana G. Geiger dan E. Mardsen mengkaji penyebaran zarah-α oleh atom emas.
Kandungan maklumat mana-mana eksperimen ditentukan oleh keupayaan pengesan yang digunakan di dalamnya. Sejarah fizik nuklear dan zarah adalah, pada dasarnya, sejarah penciptaan kaedah baru untuk mengesan zarah dan penambahbaikan yang lama. Penciptaan kaedah baru untuk mengesan zarah telah berulang kali dianugerahkan Hadiah Nobel.
Pengesan berfungsi untuk mendaftarkan zarah dan untuk menentukan tenaga, momentum, trajektori zarah dan ciri lain. Untuk mendaftarkan zarah, pengesan sering digunakan yang paling sensitif terhadap pengesanan zarah tertentu dan tidak merasakan latar belakang besar yang dicipta oleh zarah lain.
Selalunya dalam eksperimen adalah perlu untuk mengasingkan peristiwa "perlu" daripada latar belakang gergasi peristiwa "luar", yang boleh berbilion kali lebih besar. Untuk melakukan ini, pelbagai kombinasi pembilang dan kaedah pendaftaran digunakan, skema kebetulan atau anti-kebetulan digunakan antara peristiwa yang direkodkan oleh pengesan yang berbeza, pemilihan peristiwa berdasarkan amplitud dan bentuk isyarat, dsb. Pemilihan zarah berdasarkan masa penerbangan jarak tertentu antara pengesan, analisis magnet dan kaedah lain yang membolehkan anda mengasingkan zarah berbeza dengan pasti.
Salah satu prinsip pendaftaran zarah adalah seperti berikut. Zarah bercas, bergerak dalam medium pengesan neutral (gas, cecair, pepejal, amorfus atau kristal), menyebabkan pengionan dan pengujaan atom medium hasil daripada interaksi elektromagnet. Oleh itu, cas percuma (elektron dan ion) dan atom teruja muncul di sepanjang laluan zarah. Jika medium berada dalam medan elektrik, maka arus elektrik timbul di dalamnya, yang direkodkan dalam bentuk nadi elektrik pendek. Pengesan yang menggunakan prinsip ini dipanggil pengionan.
Apabila atom teruja kembali ke keadaan asas, foton dipancarkan, yang boleh dikesan sebagai denyar optik di kawasan yang boleh dilihat atau ultraungu. Prinsip ini digunakan dalam pengesan kilauan .
Dalam keadaan tertentu, trajektori zarah bercas terbang boleh dilihat. Kaedah ini dilaksanakan dalam apa yang dipanggil pengesan trek .
Gamma quanta juga dikesan oleh zarah bercas sekunder - elektron dan positron, yang timbul dalam medium disebabkan oleh kesan fotoelektrik, kesan Compton dan penciptaan pasangan elektron-positron.
Neutrino yang terhasil daripada tindak balas, disebabkan keratan rentas interaksi yang sangat kecil dengan medium (≈ 10 -20 barn), dalam kebanyakan kes tidak didaftarkan oleh pengesan sama sekali. Walau bagaimanapun, fakta penampilannya boleh ditubuhkan. Hakikatnya ialah neutrino yang terlepas daripada pemerhatian langsung membawa bersamanya tenaga, momentum, putaran, dan cas lepton tertentu. Kekurangan dikesan dengan mendaftarkan semua zarah lain dan menggunakan undang-undang pemuliharaan tenaga, momentum, momentum sudut, cas elektrik, cas lepton, dll. Analisis sedemikian membolehkan bukan sahaja untuk memastikan bahawa neutrino sebenarnya telah terbentuk, tetapi juga untuk mewujudkan tenaga dan arah berlepasnya dari titik tindak balas.
Pengesan "tidak mempunyai masa" untuk mengesan nukleus atom yang mereput dengan cepat. Dalam kes ini, mereka didaftarkan oleh produk pereputan.
Keperluan am untuk peralatan pengesanan adalah untuk menentukan jenis zarah (pengenalan) dan ciri kinematiknya (tenaga, momentum, dsb.). Selalunya jenis zarah diketahui terlebih dahulu dan tugas memerhatikannya dipermudahkan. Banyak eksperimen menggunakan sistem kompleks yang terdiri daripada sejumlah besar pengesan pelbagai jenis. Kompleks sedemikian, merekodkan hampir semua zarah yang timbul akibat interaksi, memberikan gambaran yang cukup lengkap tentang fenomena yang sedang dikaji.
Ciri-ciri utama pengesan ialah:

• kecekapan − kebarangkalian pendaftaran zarah apabila ia mengenai pengesan;
• resolusi masa − masa minimum di mana pengesan mengesan dua zarah sebagai berasingan;
• masa mati atau masa pemulihan - masa di mana pengesan, selepas mendaftarkan zarah, sama ada kehilangan sepenuhnya keupayaan untuk mengesan zarah seterusnya, atau merosot dengan ketara ciri-cirinya;
• resolusi tenaga − ketepatan penentuan tenaga zarah;
• resolusi spatial − ketepatan menentukan koordinat zarah.

Pereputan radioaktif adalah proses statistik

Setiap nukleus radioaktif boleh mereput pada bila-bila masa. Corak pereputan nukleus atom diperhatikan hanya secara purata, dalam kes pereputan bilangan nukleus radioaktif yang cukup besar.
Jika sumber radioaktif mengandungi N nukleus radioaktif dan bilangannya secara praktikal tidak berubah semasa masa pengukuran, maka kebarangkalian ω(n) bahawa n nukleus radioaktif akan mereput dalam masa t diterangkan oleh taburan Poisson.

Nilai Nλt mencirikan purata bilangan zarah yang mereput semasa masa t, dan mewakili purata bilangan kiraan, yang diperolehi dalam kes pengukuran berulang dengan masa pengukuran yang sama t

Dengan menggunakan kuantiti , taburan Poisson boleh ditulis semula sebagai

Jisim beberapa isotop

Kami dapati dalam jadual. 26.1 dan 26.2 nilai:

jisim atom 1 H 2: 2.01410 amu,

jisim proton: 1.00728 amu,

jisim neutron: 1.00866 amu,

jisim elektron: 0.00055 amu

Jisim nukleus 1 H 2 = (jisim atom 1 H 2) – (jisim elektron) =

2.01410 – 0.00055 = 2.01355 amu;

(jisim proton + jisim neutron) = 1.00728 + 1.00866 =

2.01594 amu

Seperti yang anda lihat, 2.01594 > 2.01355!

Perbezaan antara jisim nukleon yang membentuk nukleus dan jisim nukleus itu sendiri dipanggil kecacatan jisim .

Masalah 26.4. Kira kecacatan jisim, tenaga pengikat dan tenaga pengikat tentu nukleus helium 2 He 4 (dalam MeV).

Jisim atom ialah jumlah jisim nukleus dan jisim Z elektron:

t a = T saya + Zm e Þ T saya = t a – Zm e.

Kemudian kecacatan jisim teras adalah sama dengan:

D T = Zm p +(A–Z)m n – (t a – Zm e) =

= Z(m p + i.e.) + (A–Z)m n – t a.

Mari kita ambil kira bahawa atom hidrogen 1 H 1 hanyalah "proton + elektron", jadi kita boleh menganggap bahawa m p + i.e. = T N, di mana T H ialah jisim atom hidrogen 1 H 1 . Kemudian formula untuk kecacatan jisim akan mengambil bentuk:

D T = Zm n + (A–Z)m n – t a. (26.3)

Mari gunakan formula (26.3) untuk kes kami: Z = 2, A= 4, kita dapat

D T = 2m n + (4 – 2)m n – t a.

Jisim atom hidrogen 1 H 1 dan 2 He 4 terdapat dalam jadual. 26.2, dan nilai jisim neutron adalah dalam jadual. 26.1. Mari kita gantikan nilai berangka ke dalam formula dan dapatkan

D T= 2×1.00783 + (4 – 2)×1.00866 – 4.00260 » 0.03038 amu

Mari kita ingat bahawa 1 amu = (g) = kg.

Mari terjemahkan D T kepada kilogram: D T= 5.05×10 –29 kg.

Sekarang mari kita cari tenaga pengikat menggunakan formula:

E sv = D ts 2 , (26.4)

E St = 5.05×10 –29 kg × (3.0×10 8 m/s) 2" 4.55×10 –12 J.

Mari kita tukar joule kepada volt elektron:

E sv = eV » 28.4 MeV.

Menggunakan formula (26.2) kita dapati tenaga pengikat tertentu:

7.1 MeV.

Jawab:D T» 0.03038 amu; E cahaya » 28.4 MeV; E pukul » 7.1 MeV.

BERHENTI! Tentukan sendiri: A5–A7, B6–B8.

Masalah 26.5. Adakah tenaga dibebaskan atau diserap dalam tindak balas nuklear 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1?

Penyelesaian. Untuk menjawab persoalan masalah, adalah perlu untuk mengetahui sama ada jisim sistem akibat daripada tindak balas tersebut. Jisim atom sebelum tindak balas ialah

Jisim atom selepas tindak balas:

18,00696 > 18,00567.

Ini bermakna tenaga telah meningkat: E 2 > E 1, jadi untuk tindak balas berlaku, tenaga "luaran" mesti ditambah. Dan semasa tindak balas, tenaga tambahan ini akan diserap: ia akan meningkatkan jisim sistem.

Jawab: Tenaga diserap.

BERHENTI! Tentukan sendiri: S9.

Masalah 26.6. Berapakah tenaga yang akan diserap dalam tindak balas nuklear 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1?

Penyelesaian. Tenaga yang diserap ialah tenaga yang pergi untuk meningkatkan jisim sistem: E = D ts 2 .

Bernilai T boleh didapati menggunakan hasil masalah sebelumnya:

D t = 18.00696 – 18.00567 » 1.29×10 –3 amu

Jom terjemah a.u.m. dalam kilogram:

D t = kg.

E = D ts 2 = 2.14×10 –30 × (3.0×10 8 m/s) 2 » 1.93×10 –13 J.

Mari kita tukarkan tenaga ini kepada volt elektron:

E = eV = 1.2 MeV.

Jawab: E = D ts 2 » 1.2 MeV.

BERHENTI! Tentukan sendiri: B10, C1, C2.

Masalah 26.7. Cari tenaga kinetik minimum W kepada proton yang mampu "memecahkan" nukleus deuterium kepada proton dan neutron.

Penyelesaian.

Pembaca: Mudah sahaja: W k = D ts 2 di mana D T - Kecacatan jisim nukleus Deuterium.

Pengarang: Tidak pasti dengan cara itu. Lagipun, "serpihan" pembelahan - proton dan neutron - akan mempunyai beberapa kelajuan, yang bermaksud mereka akan mempunyai tenaga kinetik. Di samping itu, proton "masuk" selepas perlanggaran akan mempunyai sedikit kelajuan.

Biarkan kelajuan awal proton υ 0 . Mari kita bahagikan proses interaksinya dengan nukleus kepada dua peringkat: pertama, nukleus menangkap proton dan membentuk satu keseluruhan dengannya, dan kemudian mereput kepada tiga serpihan: 2 proton dan 1 neutron.

Salah satu konsep asas kimia ialah jisim atom unsur, yang digunakan dalam hampir semua pengiraan kimia. Keupayaan untuk mengira jisim atom akan berguna terutamanya untuk pelajar sekolah dan mereka yang merancang untuk belajar kimia pada masa akan datang. Walau bagaimanapun, formula untuk mengira jisim atom adalah sangat mudah.

Definisi dan formula

Jisim atom ialah jumlah jisim semua proton, neutron dan elektron yang membentuk atom. Berbanding dengan jisim proton dan neutron, jisim elektron boleh diabaikan, jadi elektron tidak diambil kira dalam pengiraan. Oleh kerana jisim neutron dan proton sendiri dikira dengan nombor terhingga 27 darjah negatif, maka untuk kemudahan pengiraan, jisim atom relatif digunakan, yang dinyatakan dalam unit atom tanpa wajah.

Unit jisim atom- ini adalah nilai relatif sama dengan 1/12 jisim nukleus karbon-12, nukleusnya mengandungi 6 neutron dan 6 proton. Oleh itu, formula untuk menentukan jisim atom kelihatan seperti ini:

Jisim = bilangan neutron + bilangan proton.

Menggunakan formula ini, jisim atom isotop individu unsur kimia dikira. Ini bermakna jisim uranium-238 ialah 238 amu, manakala uranium-235 mempunyai nombor jisim 235. Unsur kimia ini umumnya kaya dengan isotop, jadi terdapat nukleus uranium dengan nombor jisim 232, 233, 234, 235 , 236 dan 238. Walaupun kepelbagaian ini, uranium-238 menduduki 99% daripada semua uranium di alam semula jadi, jadi jika anda mengira nilai purata nombor atom, unsur kimia uranium mempunyai berat atom 238.029.

Oleh itu, adalah penting untuk memahami perbezaan antara jisim atom dan berat atom purata:

• jisim atom - jumlah neutron dan proton bagi isotop tertentu (sentiasa integer);
• berat atom - min aritmetik jisim atom semua isotop yang berlaku di alam semula jadi (biasanya nombor pecahan).

Contoh yang lain

Hidrogen adalah unsur yang paling banyak di Alam Semesta. 99% hidrogen adalah protium atau hidrogen-1, yang mengandungi hanya 1 proton. Terdapat juga isotop: deuterium atau hidrogen-2 dan tritium atau hidrogen-3. Isotop ini mempunyai jisim atom 2 dan 3, masing-masing, tetapi ia sangat jarang berlaku, jadi berat atom hidrogen ialah 1.00784.

Mencari jisim atom

Anda boleh menentukan nombor atom untuk unsur yang dipilih menggunakan jadual berkala. Nombor unsur dalam jadual sentiasa sepadan dengan bilangan proton dalam nukleus. Sebagai contoh, hidrogen yang disebutkan di atas mempunyai nombor pertama dalam jadual dan mengandungi hanya 1 proton. Jadual di bawah sentiasa menunjukkan purata berat atom unsur, yang mesti dibundarkan kepada nombor bulat terdekat untuk pengiraan.

Pada mulanya memaparkan semua maklumat tentang bilangan proton dan elektron dalam atom, serta jisim atomnya. Itulah sebabnya dalam masalah sekolah untuk menentukan jisim atom adalah cukup untuk menggunakan jadual berkala dan tidak mengira apa-apa secara khusus.

Biasanya dalam pelajaran kimia masalah songsang ditimbulkan: bagaimana untuk menentukan bilangan neutron dalam isotop tertentu? Dalam kes ini, formula mudah digunakan:

Bilangan neutron = jisim atom – nombor atom.

Sebagai contoh, atom hidrogen-1 tidak mengandungi neutron, kerana nombor atomnya juga sama dengan satu. Tetapi tritium sudah menjadi hidrogen dengan satu proton dan dua neutron. Tritium ialah isotop yang tidak stabil. Ia mudah mereput menjadi atom helium, elektron bebas dan antineutrino, membebaskan sejumlah tenaga. Isotop yang tidak stabil dipanggil radioaktif.

Mari kita lihat contoh

Penentuan jisim atom

Mari kita pertimbangkan oksigen - unsur kimia yang mempunyai nombor atom 8 dalam jadual berkala Mendeleev. Ini bermakna oksigen mempunyai 8 proton dalam nukleusnya, serta 8 elektron dalam orbitnya. Jisim atom yang ditunjukkan dalam jadual ialah 16 a. e. m, untuk mengira yang mana kita tidak memerlukan kalkulator. Daripada maklumat ini kita boleh menentukan bahawa atom oksigen mengandungi 8 neutron. Walau bagaimanapun, bilangan neutron dengan mudah boleh berubah bergantung kepada keadaan luaran.

Jika oksigen kehilangan atau mendapat satu neutron, kita mendapat isotop baharu yang jisim atomnya berubah. Menggunakan kalkulator, anda boleh mengira nombor jisim isotop oksigen yang berbeza, yang, bagaimanapun, mengandungi jawapan kepada soalan ini dalam namanya sendiri. Secara semula jadi, terdapat 3 isotop oksigen yang stabil: oksigen-16, oksigen-17 dan oksigen-18. Dua yang terakhir mempunyai neutron "tambahan" dalam nukleus.

Di samping itu, terdapat isotop oksigen yang tidak stabil, yang separuh hayatnya berkisar antara beberapa minit hingga sepersejuta nanosaat.

Kesimpulan

Nombor jisim ialah parameter penting bagi mana-mana elemen, yang mana ia dikira jisim molar semasa menjalankan tindak balas kimia. Walau bagaimanapun, nombor jisim sentiasa ditunjukkan dalam jadual berkala Mendeleev, jadi kalkulator kami akan berguna terutamanya untuk pelajar sekolah yang baru mula mempelajari sains kimia yang menakjubkan.