Дефект массы химия 11 класс кратко и понятно
Обновлено: 06.07.2024
Дефе́кт ма́ссы (англ. mass excess ) — разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида (зарубежная номенклатура). Советская номенклатура: дефект массы в случае атома — разность между массой покоя ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом данного изотопа. [1] [1] В современной науке для обозначения этой разницы пользуются термином избыток массы (англ. mass excess ). В атомной физике избыток массы как правило выражается [2] в а. е. м. или в электронвольтах. В связи с различием между советской и зарубежной номенклатурами понятие дефекта масс не является однозначно определённым.
Дефект массы - разность между арифметической суммы масс протонов и нейтронов и массой ядра. Масса ядра всегда меньше арифметической суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав.
Масса ядра изотопа гелия 4 2Не (2p, 2n) равна 4,001506 а.е.м., тогда как сумма масс двух протонов и двух нейтронов составляет 4,031882 а.е.м. (2·1,007276 + 2·1,008665), т.е. дефект массы равен 0,030376 а.е.м.
Дефект массы соответствует энергии, которая выделяется при образовании ядра из свободных протонов и нейтронов и может быть вычислена из соотношения:
где ΔE - изменение энергии; Δmя - дефект массы; c - скорость света в вакууме (с = 3·10 8 м·с -1 ).
Согласно этому соотношению уменьшение массы на 0,0304 а.е.м. при образовании ядра гелия из двух протонов и двух нейтронов соответствует выделению 4,52·10 -12 Дж. Следовательно, образование одного моля ядер (6,02·10 23 ядер) гелия-4 из протонов и нейтронов должен сопровождаться выделением огромного количества энергии:
Следовательно, энергия связи нуклонов в ядре в миллионы раз превышает энергию химической связи. Поэтому при химических превращениях веществ атомные ядра не изменяются.
Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов.
Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратить определенную работу А.
Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.
По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов.
Удельная энергия связи
- это энергия связи, приходящаяся на один нуклон.
Если не считать самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи (8,6МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.
По мере перегрузки ядер нейтронами удельная энергия связи убывает.
Для элементов в конце таблицы Менделеева она равна 7,6 МэВ/нуклон (например для урана).
Выделение энергии в результате расщепления или синтеза ядра
Для того, чтобы расщепить ядро надо затратить определенную энергию для преодоления ядерных сил.
Для того, чтобы синтезировать ядро из отдельных частиц надо преодолеть кулоновские силы отталкивания (для этого надо затратить энергию, чтобы разогнать эти частицы до больших скоростей).
То есть, чтобы провести расщепление ядра или синтез ядра надо затратить какую-то энергию.
При синтезе ядра на малых расстояниях на нуклоны начинают действовать ядерные силы, которые побуждают их двигаться с ускорением.
Ускоренные нуклоны излучают гамма-кванты, которые и обладают энергией, равной энергии связи.
На выходе реакции расщепления ядра или синтеза энергия выделяется.
Есть смысл проводить расщепление ядра или синтез ядра, если получаемая, т.е. выделенная энергия в результате расщепления или синтеза, будет больше, чем затраченная.
Согласно графику, выйгрыш в энергии можно получить или при делении (расщеплении) тяжелых ядер, или при при слиянии легких ядер, что и делается на практике.
Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.
При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц.
При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших.
Дефект масс является мерой энергии связи атомного ядра.
Дефект масс равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра:
где Мя – масса ядра ( из справочника)
Z – число протонов в ядре
mp – масса покоя свободного протона (из справочника)
N – число нейтронов в ядре
mn – масса покоя свободного нейтрона (из справочника)
Уменьшение массы при образовании ядра означает, что при этом уменьшается энергия системы нуклонов.
Расчет энергии связи ядра
Энергия связи ядра численно равна работе, которую нужно затратить для расщепления ядра на отдельные нуклоны, или энергии, выделяющейся при синтезе ядер из нуклонов.
Мерой энергии связи ядра является дефект массы.
Формула для расчета энергии связи ядра - это формула Эйнштейна:
если есть какая-то система частиц, обладающая массой, то изменение энергии этой системы приводит к изменению ее массы.
Здесь энергия связи ядра выражена произведением дефекта масс на квадрат скорости света.
В ядерной физике массу частиц выражают в атомных единицах массы (а.е.м.)
Энергию связи можно рассчитать в Джоулях, подставляя в расчетную формулу массу в килограммах.
в ядерной физике принято выражать энергию в электронвольтах (эВ):
Просчитаем соответствие 1 а.е.м. электронвольтам:
Теперь расчетная формула энергии связи (в электронвольтах) будет выглядеть так:
ПРИМЕР РАСЧЕТА энергии связи ядра атома гелия (Не)
Считаем энергию связи ядра в электронвольтах (дефект масс в а.е.м.) по преобразованной формуле
1. Расчет дефекта масс
В ядре атома гелия содержится 2 протона и 2 нейтрона, значение массы ядра гелия и масс покоя протона и нейтрона берем из справочника.
На уроке рассматриваются следующие вопросы: открытие протона и нейтрона как составляющих атомных ядер, нуклонное взаимодействие, эффективный радиус ядра, плотность ядер, взаимосвязь дефекта масс с энергией связи ядер; зависимость удельной энергии связи от массового числа.
Читайте также: