56 просмотров

Какой вид завершает это ядерное уравнение: 23290th = 22888ra _____?

Изменения ядер, которые приводят к изменению их атомных номеров, массовых чисел или энергетических состояний, называются ядерные реакции. Чтобы описать ядерную реакцию, мы используем уравнение, которое идентифицирует нуклиды, участвующие в реакции, их массовые числа и атомные номера, а также другие частицы, участвующие в реакции.

Типы частиц в ядерных реакциях

Многие объекты могут быть вовлечены в ядерные реакции. Наиболее распространенными являются протоны, нейтроны, альфа-частицы, бета-частицы, позитроны и гамма-лучи, как показано в таблице 1. Протоны [латекс]left(<>_^text

text<>_^textright)[/latex] и нейтроны [latex]left(<>_^textright)[/latex] являются составными частями атомных ядер и были описаны ранее. Альфа-частицы [latex]left(<>_^texttext_^alpharight)[/latex] — высокоэнергетические ядра гелия. Бета-частицы [latex]left(<>_^betatext_^textright)[/latex] — это высокоэнергетические электроны, а гамма-лучи — это фотоны очень высокоэнергетического электромагнитного излучения. Позитроны [latex]left(<>_^betatext_^betaright)[/latex] — это положительно заряженные электроны («антиэлектроны»). Нижние и верхние индексы необходимы для балансировки ядерных уравнений, но обычно необязательны в других обстоятельствах. Например, альфа-частица — это ядро ​​гелия (Не) с зарядом +2 и массовым числом 4, поэтому она обозначается символом [латекс]<>_^текст[/латекс]. Это работает, потому что, как правило, заряд иона не важен для балансировки ядерных уравнений.

Хотя в ядерных реакциях встречается много видов, в таблице 1 приведены названия, символы, изображения и описания наиболее распространенных из них.

Таблица 1. Ядерные частицы
ИмяСимвол(ы)ПредставлениеОписание
Альфа-частица[латекс]<>_^текст[/латекс] или [латекс]<>_^альфа[/латекс](Высокоэнергетические) ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов
Бета-частица[латекс]<>_^текст[/латекс] или [латекс]<>_^бета[/латекс](Высокоэнергетические) электроны
Позитрон[латекс]<>_^текст[/латекс] или [латекс]<>_^бета[/латекс]Частицы с такой же массой, как электрон, но с 1 единицей положительного заряда
Протон[латекс]<>_^текст[/латекс] или [латекс]<>_^текст

[/латекс]

Ядра атомов водорода
нейтрон[латекс]<>_^текст[/латекс]Частицы с массой примерно равной массе протона, но не имеющие заряда
Гамма-луч[латекс]гамма[/латекс]и фиолетовая закорючка со стрелкой, указывающей вправо на строчную гамму.Очень высокоэнергетическое электромагнитное излучение

Обратите внимание, что позитроны точно такие же, как электроны, за исключением того, что они имеют противоположный заряд. Они являются наиболее распространенным примером антивещество, частицы с той же массой, но противоположным состоянием другого свойства (например, заряда), чем обычное вещество. Когда антиматерия сталкивается с обычной материей, обе они аннигилируют, а их масса превращается в энергию в виде гамма-лучи (γ)— и другие гораздо более мелкие субъядерные частицы, которые выходят за рамки этой главы — в соответствии с уравнением эквивалентности массы и энергии Е = МС 2, показанный в предыдущем разделе. Например, когда позитрон и электрон сталкиваются, оба аннигилируют и создаются два фотона гамма-излучения:

Как видно из главы, посвященной свету и электромагнитному излучению, гамма-лучи составляют коротковолновое, высокоэнергетическое электромагнитное излучение и обладают (намного) большей энергией, чем более известные рентгеновские лучи, которые могут вести себя как частицы в смысле корпускулярно-волнового дуализма. Гамма-лучи производятся, когда ядро ​​претерпевает переход из более высокого в более низкое энергетическое состояние, аналогично тому, как фотон производится электронным переходом с более высокого на более низкий энергетический уровень. Из-за гораздо большей разницы энергий между ядерными энергетическими оболочками гамма-лучи, исходящие от ядра, имеют энергию, которая обычно в миллионы раз превышает энергию электромагнитного излучения, исходящего от электронных переходов.

Баланс ядерных реакций

Сбалансированное уравнение химической реакции отражает тот факт, что в ходе химической реакции связи разрываются и образуются, а атомы перестраиваются, но общее количество атомов каждого элемента сохраняется и не изменяется. Сбалансированное уравнение ядерной реакции указывает на то, что во время ядерной реакции происходит перегруппировка субатомных частиц, а не атомов. Ядерные реакции также подчиняются законам сохранения и уравновешиваются двумя способами:

  1. Сумма массовых чисел реагентов равна сумме массовых чисел продуктов.
  2. Сумма зарядов реагентов равна сумме зарядов продуктов.

Если известны атомный номер и массовое число всех частиц, участвующих в ядерной реакции, кроме одной, мы можем идентифицировать частицу, уравновешивая реакцию. Например, мы могли бы определить, что [латекс]<>_^текст[/латекс] является продуктом ядерной реакции [латекса]<>_^текст[/латекс] и [латекс]<>_^ text[/latex], если бы мы знали, что протон, [latex]<>_^text[/latex], был одним из двух продуктов. Пример 1 показывает, как мы можем идентифицировать нуклид, уравновешивая ядерную реакцию.

Пример 1: Уравнения баланса для ядерных реакций

Реакция α-частицы с магнием-25 [латекс]left(<>_^textright)[/latex] дает протон и нуклид другого элемента. Определите образовавшийся новый нуклид.

Показать решение

Ядерную реакцию можно записать так:

где A — массовое число, а Z — атомный номер нового нуклида, X. Поскольку сумма массовых чисел реагентов должна равняться сумме массовых чисел продуктов:

Точно так же заряды должны уравновешиваться, поэтому:

Проверьте периодическую таблицу: элемент с ядерным зарядом = +13 — это алюминий. Таким образом, продукт [латекс]<>_^текст[/латекс].

Проверьте свое обучение

Нуклид [латекс]<>_^текст[/латекс] соединяется с электроном и производит новое ядро, а не другие массивные частицы. Каково уравнение этой реакции?

Показать решение
[латекс]<>_<53>^text+<>_^textlongrightarrow <>_^text[/латекс]

Ниже приведены уравнения нескольких ядерных реакций, сыгравших важную роль в истории ядерной химии:

  • Первый выделенный в природе нестабильный элемент, полоний, был открыт польским ученым Мари. Кюри и ее муж Пьер в 1898 году. Он распадается, испуская α-частицы:
    • [латекс]<>_^textlongrightarrow <>_^text+<>_^text[/латекс]
    • [латекс]<>_^текст+<>_^альфадлинная правая стрелка <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
    • [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
    • [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow 2<>_^текст+<>_^текст[/латекс]
    • [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст+3<>_^текст[/латекс].

    Ключевые понятия и резюме

    Ядра могут подвергаться реакциям, которые изменяют их количество протонов, количество нейтронов или энергетическое состояние. В ядерных реакциях может участвовать множество различных частиц. Наиболее распространены протоны, нейтроны, позитроны (положительно заряженные электроны), альфа (α) частицы (которые представляют собой высокоэнергетические ядра гелия), бета (β) частицы (которые представляют собой высокоэнергетические электроны) и гамма (γ ) лучи (которые составляют высокоэнергетическое электромагнитное излучение). Как и химические реакции, ядерные реакции всегда сбалансированы. При протекании ядерной реакции общая масса (число) и общий заряд остаются неизменными.

    Попытайся

    Напишите краткое описание или определение каждого из следующего:

    1. нуклон
    2. α-частица
    3. β-частица
    4. позитрон
    5. гамма-луч
    6. нуклид
    7. массовое число
    8. атомный номер

    Показать решение

    1. Нуклон — это любая частица, содержащаяся в ядре атома, поэтому она может относиться к протонам и нейтронам.
    2. α-частица является одним из продуктов естественной радиоактивности и является ядром атома гелия.
    3. β-частица является продуктом естественной радиоактивности и представляет собой высокоскоростной электрон.
    4. Позитрон — это частица с такой же массой, как у электрона, но с положительным зарядом.
    5. Гамма-лучи составляют электромагнитное излучение высокой энергии и короткой длины волны.
    6. Нуклид — это термин, используемый для обозначения одного типа ядра.
    7. Массовое число представляет собой сумму числа протонов и числа нейтронов в элементе.
    8. Атомный номер – это количество протонов в ядре элемента.

    Попытайся

    1. Какие из различных частиц (α-частицы, β-частицы и т. д.), которые могут образоваться в результате ядерной реакции, на самом деле являются ядрами.
    2. Дополните каждое из следующих уравнений, добавив недостающие виды:
      1. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow ?+<>_^текст[/латекс]
      2. [латекс]<>_^текст+?longrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      3. [латекс]<>_^text+<>_^textlongrightarrow text<?>+<>_^text[/latex]
      4. [латекс]<>_^textlongrightarrow text<?>+<>_^text+4<>_^text[/latex]
      1. [латекс]<>_^текст
      2. +текст<?>longrightarrow 2<>_^текст[/латекс]
      3. [латекс]<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+текст<?>[/латекс]
      4. [латекс]<>_^text+<>_^textlongrightarrow text<?>+<>_^text[/latex]
      5. [латекс]<>_^textlongrightarrow text<?>+<>_^text+4<>_^text[/latex]
      1. производство 17 O из 14 N бомбардировкой α-частицами
      2. производство 14 C из 14 N нейтронной бомбардировкой
      3. производство 233 Th из 232 Th с помощью нейтронной бомбардировки
      4. производство 239 U из 238 U бомбардировкой [латекс]<>_^text[/латекс]
      1. Вычислите его энергию связи на атом в миллионах электрон-вольт.
      2. Рассчитайте его энергию связи, приходящуюся на один нуклон.

      Показать выбранные решения

      2. Завершенные уравнения выглядят следующим образом:

      1. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      2. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      3. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      4. [латекс]<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст+4_^текст[/латекс]

      4. Балансовые уравнения выглядят следующим образом:

      1. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      2. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]
      3. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст[/латекс]
      4. [латекс]<>_^текст+<>_^текстlongrightarrow <>_^текст+<>_^текст[/латекс]

      6. Ответы следующие:

      1. Определить дефект массы нуклида, представляющий собой разницу между массой 9 протонов, 10 нейтронов и 9 электронов и наблюдаемой массой атома [латекс]<>_^text[/латекс]:
        [латекс]begin text&=&left[left(9times1.0073text< amu>right)+left(10times1.0087text< amu>right)+left (9times0.00055text<amu>right)right]-18.99840text<amu><>&=&19.15765text<amu>-18.99840text<amu><>& =&0.15925текст<аму>конец[/латекс]
        [латекс]begin E=m^&=&texttimes frac^text>>times <left(2.998times ^fracright)>^<>&=&2. 377times10^text< кг м/с>^2<>&=&2,377times10^text< J> <>end[/latex]
        [латекс]2.337times ^texttimes frac><1.602times ^text>=text[/latex]
      2. Энергия связи на нуклон = [латекс]фракция>=текст[/латекс]

      Глоссарий

      альфа-частица: (α или [латекс]<>_<mathbf<2>>^<mathbf<4>>mathbf>[/latex] или [латекс]<>_<mathbf<2>>^<mathbf<4> >mathbf)[/latex] высокоэнергетическое ядро ​​гелия; атом гелия, потерявший два электрона и содержащий два протона и два нейтрона

      антивещество: частицы с такой же массой, но противоположными свойствами (например, зарядом) обычных частиц

      бета-частица: [латекс]mathbfbeta[/латекс] или [латекс]<>_<mathbf<-1>>^<mathbf<0>>mathbf>[/латекс] или [латекс]<>_< mathbf<-1>>^<mathbf<0>>mathbfmathbf<text<)>>[/latex] высокоэнергетический электрон

      гамма-луч: (γ или [латекс]<>_<mathbf<0>>^<mathbf<0>>mathbf<gamma>mathbf<text<)>>[/latex] коротковолновое высокоэнергетическое электромагнитное излучение, которое демонстрирует корпускулярно-волновой дуализм

      ядерная реакция: превращение в ядро, приводящее к изменениям атомного номера, массового числа или энергетического состояния

      позитрон [латекс]текст<(><>_^бета_<фантом<>>^<фантом<>>[/латекс] или [латекс]<>_^тексттекст<)>[/латекс ] : античастица к электрону; он имеет идентичные свойства с электроном, за исключением того, что имеет противоположный (положительный) заряд

      Лицензии и атрибуты
      Контент с лицензией CC, опубликованный ранее

      • Химия 2д. Предоставлено: ОпенСтакс. Расположен на: https://openstax.org/. Лицензия: CC BY: Авторство. Условия лицензии: бесплатный доступ по адресу https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-introduction.
      • Альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи, позитроны, электроны, протоны и нейтроны. Автор: Репетитор по органической химии. Расположен на: https://www.youtube.com/watch?v=cPRFF-eCGT8. Лицензия: Другой. Условия лицензии: Стандартная лицензия YouTube
      голоса
      Рейтинг статьи
      Статья в тему:  Как пережить ядерную войнуPDF
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x