›

كيفية العثور على فيزياء الطاقة الملزمة. كيفية حساب طاقة الربط

أي شخص على الاطلاق مادة كيميائيةيتكون من مجموعة معينة من البروتونات والنيوترونات. يتم تجميعها معًا نظرًا لوجود طاقة الربط للنواة الذرية داخل الجسيم.

من السمات المميزة لقوى الجذب النووي قوتها العالية جدًا على مسافات صغيرة نسبيًا (من حوالي 10 إلى 13 سم). كلما زادت المسافة بين الجزيئات، تضعف قوى الجذب داخل الذرة.

التفكير في طاقة الربط داخل النواة

إذا تخيلنا أن هناك طريقة لفصل البروتونات والنيوترونات عن نواة الذرة بدورها ووضعها على مسافة بحيث تتوقف طاقة الارتباط للنواة الذرية عن العمل، فلا بد أن هذا عمل شاق للغاية. ومن أجل استخلاص مكوناته من نواة الذرة، يجب على المرء أن يحاول التغلب على القوى داخل الذرة. ستتجه هذه الجهود نحو تقسيم الذرة إلى النيوكليونات التي تحتوي عليها. ولذلك يمكننا الحكم على أن طاقة النواة الذرية أقل من طاقة الجسيمات التي تتكون منها.

هل كتلة الجسيمات داخل الذرة تساوي كتلة الذرة؟

بالفعل في عام 1919، تعلم الباحثون قياس كتلة النواة الذرية. في أغلب الأحيان، يتم "وزنه" باستخدام أدوات تقنية خاصة تسمى مقاييس الطيف الكتلي. مبدأ تشغيل هذه الأجهزة هو مقارنة خصائص حركة الجزيئات ذات الكتل المختلفة. علاوة على ذلك، فإن هذه الجسيمات لها نفس الشحنات الكهربائية. تظهر الحسابات أن تلك الجسيمات التي لها كتل مختلفة تتحرك في مسارات مختلفة.

لقد حدد العلماء المعاصرون بدقة كبيرة كتل جميع النوى، وكذلك البروتونات والنيوترونات المكونة لها. فإذا قارنا كتلة نواة معينة بمجموع كتل الجسيمات التي تحتوي عليها، يتبين لنا أنه في كل حالة ستكون كتلة النواة أكبر من كتلة البروتونات والنيوترونات الفردية. سيكون هذا الفرق حوالي 1٪ لأي مادة كيميائية معينة. لذلك يمكننا أن نستنتج أن طاقة الارتباط للنواة الذرية هي 1% من طاقة الراحة.

خصائص القوى النووية

يتم صد النيوترونات الموجودة داخل النواة عن بعضها البعض بواسطة قوى كولوم. لكن الذرة لا تنهار. ومما يسهل ذلك وجود قوة تجاذب بين جزيئات الذرة. وتسمى هذه القوى، التي ليست ذات طبيعة كهربائية، نووية. ويسمى تفاعل النيوترونات والبروتونات بالتفاعل القوي.

باختصار، خصائص القوى النووية هي كما يلي:

  • هذا هو استقلال التهمة؛
  • العمل فقط على مسافات قصيرة؛
  • وكذلك التشبع، الذي يشير إلى الاحتفاظ بعدد معين فقط من النيوكلونات بالقرب من بعضها البعض.

وفقًا لقانون حفظ الطاقة، في اللحظة التي تتحد فيها الجزيئات النووية، تنطلق الطاقة على شكل إشعاع.

طاقة الربط للنواة الذرية: الصيغة

بالنسبة للحسابات المذكورة أعلاه، يتم استخدام الصيغة المقبولة عمومًا:

EST=(ض·م ع +(أ-ي)·م ن -مأنا)·ج²

هنا تحت ESTيشير إلى طاقة الربط للنواة. مع- سرعة الضوء؛ ز-عدد البروتونات. (من الألف إلى الياء) - عدد النيوترونات؛ م صيدل على كتلة البروتون. أ م ن- الكتلة النيوترونية. م طيدل على كتلة نواة الذرة.

الطاقة الداخلية لنواة المواد المختلفة

لتحديد طاقة الارتباط للنواة، يتم استخدام نفس الصيغة. طاقة الربط المحسوبة بالصيغة، كما ذكرنا سابقًا، لا تزيد عن 1% من إجمالي طاقة الذرة أو طاقة الراحة. ومع ذلك، عند الفحص الدقيق، يتبين أن هذا الرقم يتقلب بقوة عند الانتقال من مادة إلى أخرى. إذا حاولت تحديد قيمها الدقيقة، فسوف تختلف بشكل خاص بالنسبة لما يسمى بالنوى الخفيفة.

على سبيل المثال، طاقة الارتباط داخل ذرة الهيدروجين هي صفر لأنها تحتوي على بروتون واحد فقط، وطاقة الارتباط لنواة الهيليوم ستكون 0.74%. وبالنسبة لنواة مادة تسمى التريتيوم، فإن هذا الرقم سيكون 0.27%. الأكسجين بنسبة 0.85%. في النوى التي تحتوي على حوالي ستين نيوكليونًا، ستكون طاقة الرابطة داخل الذرة حوالي 0.92%. بالنسبة للنوى الذرية ذات الكتلة الأكبر، سينخفض ​​هذا العدد تدريجيًا إلى 0.78%.

لتحديد طاقة الارتباط لنواة الهيليوم أو التريتيوم أو الأكسجين أو أي مادة أخرى، يتم استخدام نفس الصيغة.

أنواع البروتونات والنيوترونات

ويمكن تفسير الأسباب الرئيسية لهذه الاختلافات. لقد وجد العلماء أن جميع النيوكليونات الموجودة داخل النواة تنقسم إلى فئتين: سطحية وداخلية. النيوكليونات الداخلية هي تلك التي تجد نفسها محاطة بالبروتونات والنيوترونات الأخرى من جميع الجوانب. السطحية محاطة بهم فقط من الداخل.

طاقة الربط للنواة الذرية هي قوة تكون أكثر وضوحًا في النيوكليونات الداخلية. بالمناسبة، يحدث شيء مشابه مع التوتر السطحي للسوائل المختلفة.

كم عدد النيوكليونات التي تناسب النواة

وقد وجد أن عدد النيوكليونات الداخلية صغير بشكل خاص في ما يسمى بالنوى الخفيفة. وبالنسبة لتلك التي تنتمي إلى الفئة الأخف، تعتبر جميع النيوكليونات تقريبًا سطحية. ويعتقد أن طاقة الربط للنواة الذرية هي الكمية التي يجب أن تزيد مع عدد البروتونات والنيوترونات. ولكن حتى هذا النمو لا يمكن أن يستمر إلى ما لا نهاية. مع وجود عدد معين من النيوكليونات - وهو من 50 إلى 60 - تلعب قوة أخرى دورًا - وهي تنافرها الكهربائي. ويحدث حتى بغض النظر عن وجود طاقة الربط داخل النواة.

طاقة الربط للنواة الذرية مواد مختلفةيستخدمه العلماء لإطلاق الطاقة النووية.

لطالما اهتم العديد من العلماء بالسؤال: من أين تأتي الطاقة عندما تندمج النوى الأخف في النوى الأثقل؟ في الواقع، هذا الوضع يشبه الانشطار الذري. في عملية اندماج النوى الخفيفة، تمامًا كما يحدث أثناء انشطار النوى الثقيلة، تتشكل دائمًا نوى من النوع الأكثر متانة. "للحصول" على جميع النيوكليونات الموجودة فيها من النوى الخفيفة، من الضروري إنفاق طاقة أقل مما يتم إطلاقه عند دمجها. والعكس صحيح أيضا. وفي الواقع فإن طاقة الاندماج التي تقع على وحدة معينة من الكتلة قد تكون أكبر من الطاقة النوعية للانشطار.

العلماء الذين درسوا عمليات الانشطار النووي

تم اكتشاف هذه العملية من قبل العلماء هان وستراسمان في عام 1938. وفي جامعة برلين للكيمياء اكتشف الباحثون أنه أثناء عملية قصف اليورانيوم بالنيوترونات الأخرى فإنه يتحول إلى عناصر أخف وزنا تقع في منتصف الجدول الدوري.

كما قدمت ليز مايتنر أيضًا مساهمة كبيرة في تطوير هذا المجال من المعرفة، حيث دعتها هان ذات مرة لدراسة النشاط الإشعاعي معًا. سمح هان لمايتنر بالعمل فقط بشرط أن تجري بحثها في الطابق السفلي وألا تذهب أبدًا إلى الطوابق العليا، وهو ما كان بمثابة حقيقة تمييزية. لكن هذا لم يمنعها من تحقيق نجاح كبير في أبحاث النواة الذرية.

المواضيع مبرمج امتحان الدولة الموحد: طاقة الربط للنيوكليونات في النواة، القوى النووية.

تتكون النواة الذرية، وفقا لنموذج النيوكليون، من النيوكليونات - البروتونات والنيوترونات. لكن ما هي القوى التي تحمل النيوكليونات داخل النواة؟

لماذا، على سبيل المثال، يوجد بروتونان ونيوترونان مترابطان معًا داخل نواة ذرة الهيليوم؟ بعد كل شيء، البروتونات، التي تتنافر مع القوى الكهربائية، يجب أن تطير بعيدا في اتجاهات مختلفة! ربما هذا الجذب الجذاب للنيوكليونات لبعضها البعض يمنع النواة من الاضمحلال؟

دعونا التحقق من ذلك. دع البروتونين يكونان على مسافة ما من بعضهما البعض. دعونا نوجد نسبة قوة تنافرهما الكهربائي إلى قوة جاذبيتهما:

شحنة البروتون هي K، وكتلة البروتون هي كجم، لذلك لدينا:

يا له من تفوق هائل للقوة الكهربائية! إن جاذبية البروتونات لا تضمن استقرار النواة فحسب - بل إنها غير ملحوظة على الإطلاق على خلفية التنافر الكهربائي المتبادل بينهما.

وبالتالي هناك قوى تجاذب أخرى تعمل على تماسك النيوكليونات داخل النواة وتتجاوز في حجمها قوة التنافر الكهربائي للبروتونات. هذه هي ما يسمى القوات النووية.

القوى النووية.

حتى الآن، كنا نعرف نوعين من التفاعلات في الطبيعة - الجاذبية والكهرومغناطيسية. تعمل القوى النووية كمظهر لنوع ثالث جديد من التفاعل - التفاعل القوي. ولن نخوض في آلية نشوء القوى النووية، بل سنكتفي بسرد أهم خصائصها.

1. تعمل القوى النووية بين أي نوويتين: بروتون وبروتون، بروتون ونيوترون، نيوترون ونيوترون.
2. إن قوى الجذب النووي للبروتونات داخل النواة أكبر بحوالي 100 مرة من قوة التنافر الكهربائي للبروتونات. لا توجد في الطبيعة قوى أقوى من القوى النووية.
3. قوى التجاذب النووي قصيرة المدى: يبلغ نصف قطر عملها حوالي متر. وهذا هو حجم النواة - وعلى هذه المسافة من بعضها البعض يتم الاحتفاظ بالنيوكليونات القوات النووية. ومع زيادة المسافة، تتناقص القوى النووية بسرعة كبيرة؛ فإذا أصبحت المسافة بين النيوكليونات مساوية للمتر، فإن القوى النووية سوف تختفي بشكل شبه كامل.

على مسافات أقل من متر، تصبح القوى النووية قوى تنافرية.

التفاعل القوي هو أحد التفاعلات الأساسية، ولا يمكن تفسيره على أساس أي نوع آخر من التفاعلات. تبين أن القدرة على التفاعلات القوية ليست مميزة للبروتونات والنيوترونات فحسب، بل أيضًا لبعض الجزيئات الأولية الأخرى؛ وتسمى كل هذه الجسيمات هادرونات. لا تنتمي الإلكترونات والفوتونات إلى الهادرونات، فهي لا تشارك في التفاعلات القوية.

وحدة الكتلة الذرية

الكتل الذرية و الجسيمات الأوليةصغيرة جدًا، وقياسها بالكيلوجرامات أمر غير مريح. لذلك، في الفيزياء الذرية والنووية غالبا ما تستخدم وحدة أصغر بكثير - هكذا
تسمى وحدة الكتلة الذرية (مختصرة a.m.u).

حسب التعريف، وحدة الكتلة الذرية هي 1/12 كتلة ذرة الكربون. هذه هي قيمتها، بدقة تصل إلى خمس منازل عشرية بالتدوين القياسي:

A.e.m.kg ز.

(سنحتاج لاحقًا إلى هذه الدقة لحساب كمية واحدة مهمة جدًا، والتي تُستخدم باستمرار في حسابات طاقة النوى والتفاعلات النووية.)

وتبين أن 1 أ. em، معبرًا عنها بالجرام، تساوي عدديًا مقلوب مول أفوجادرو الثابت:

لماذا يحدث هذا؟ تذكر أن عدد أفوجادرو هو عدد الذرات الموجودة في 12 جم من الكربون. بالإضافة إلى ذلك، كتلة ذرة الكربون تساوي 12 أ. م. ومن هنا لدينا:

وبالتالي أ. ه.م = ز، وهو المطلوب.

كما تتذكر، أي جسم كتلته m لديه طاقة راحة E، والتي يتم التعبير عنها بصيغة أينشتاين:

. (1)

دعونا نتعرف على الطاقة الموجودة في وحدة الكتلة الذرية الواحدة. سنحتاج إلى إجراء حسابات بدقة عالية إلى حد ما، لذلك نرفع سرعة الضوء إلى خمس منازل عشرية:

لذلك، بالنسبة للكتلة أ. أي أن لدينا طاقة الراحة المقابلة:

ج. (2)

في حالة الجزيئات الصغيرة، من غير المناسب استخدام الجول - لنفس سبب استخدام الكيلوجرامات. هناك وحدة أصغر بكثير لقياس الطاقة - إلكترون فولت(مختصر فولت).

حسب التعريف، 1 فولت هي الطاقة التي يكتسبها الإلكترون عند مروره عبر فرق جهد متسارع قدره 1 فولت:

إي في كي إل في جيه (3)

(تتذكر أنه في المشكلات يكفي استخدام قيمة الشحنة الأولية في شكل Cl، ولكن هنا نحتاج إلى حسابات أكثر دقة).

والآن، أخيرًا، نحن مستعدون لحساب الكمية المهمة جدًا الموعودة أعلاه - أي ما يعادل الطاقة لوحدة الكتلة الذرية، معبرًا عنها بـ MeV. من (2) و (3) نحصل على:

إيف.

(4) لذلك، دعونا نتذكر:الطاقة الباقية لواحد أ. e.m يساوي 931.5 ميغا إلكترون فولت

. سوف تواجه هذه الحقيقة عدة مرات عند حل المشكلات.

سنحتاج في المستقبل إلى كتل وطاقات الراحة للبروتون والنيوترون والإلكترون. دعونا نقدمها بدقة كافية لحل المشاكل.
امو، MeV؛
أ. م، MeV؛

أ. م، MeV.

عيب الكتلة والطاقة الملزمة.

لنبدأ بمثال ونأخذ جسيم النواة المألوف لنا. في الجدول (على سبيل المثال، في كتاب مسائل ريمكيفيتش) توجد قيمة لكتلة ذرة الهيليوم المحايدة: وهي تساوي 4.00260 أ. للعثور على الكتلة M لنواة الهيليوم، تحتاج إلى طرح كتلة الإلكترونين الموجودين في الذرة من كتلة الذرة المحايدة:

وفي الوقت نفسه، فإن الكتلة الإجمالية للبروتونين والنيوترونين التي تشكل نواة الهيليوم تساوي:

نرى أن مجموع كتل النيوكليونات التي تتكون منها النواة يتجاوز كتلة النواة بمقدار

الكمية تسمى خلل جماعي.وبموجب صيغة أينشتاين (1)، فإن عيب الكتلة يتوافق مع تغير في الطاقة:

ويشار إلى الكمية أيضًا وتسمى طاقة الربط النووي. وبالتالي، فإن طاقة الربط للجسيم تبلغ حوالي 28 ميجا إلكترون فولت.

كيف يبدو الأمر؟ المعنى الجسديطاقة الربط (وبالتالي عيب الكتلة)؟

لتقسيم النواة إلى البروتونات والنيوترونات المكونة لها، تحتاج القيام بالعملضد عمل القوات النووية. وهذا العمل لا يقل عن قيمة معينة؛ الحد الأدنى من العمل لتدمير النواة يتم عندما يتم إطلاق البروتونات والنيوترونات استراحة.

حسنًا، إذا تم بذل شغل على النظام، فستكون طاقة النظام يزيدبمقدار العمل المنجز. لذلك، فإن إجمالي طاقة الراحة للنيوكليونات التي تشكل النواة والتي يتم أخذها بشكل منفصل هي أكثرطاقة الراحة النووية بمقدار.

وبالتالي، فإن الكتلة الإجمالية للنيوكليونات التي تشكل النواة ستكون أكبر من كتلة النواة نفسها. هذا هو سبب حدوث خلل جماعي.

في مثالنا مع الجسيم، إجمالي طاقة الراحة لبروتونين ونيوترونين أكبر بمقدار 28 ميجا إلكترون فولت من طاقة الراحة لنواة الهيليوم. وهذا يعني أنه لتقسيم النواة إلى النيوكليونات المكونة لها، يجب بذل جهد يساوي 28 ميجا إلكترون فولت على الأقل. وقد أطلقنا على هذه الكمية اسم طاقة الربط للنواة.

لذا، طاقة الربط النووية - هذا هو الحد الأدنى من العمل الذي يجب القيام به لتقسيم النواة إلى النيوكليونات المكونة لها.

طاقة الربط للنواة هي الفرق بين الطاقات المتبقية لنويات النواة، مأخوذة بشكل فردي، والطاقة الباقية للنواة نفسها. إذا كانت نواة الكتلة تتكون من بروتونات ونيوترونات، فبالنسبة لطاقة الربط لدينا:

الكمية، كما نعلم بالفعل، تسمى العيب الشامل.

طاقة ربط محددة.

من الخصائص الهامة للقوة الأساسية هو طاقة ربط محددة، تساوي نسبة طاقة الربط إلى عدد النيوكليونات:

طاقة الربط المحددة هي طاقة الربط لكل نيوكليون، ولها معنى وظيفة متوسطةوالتي يجب إجراؤها لإزالة النيوكليون من النواة.

في الشكل. يوضح الشكل 1 اعتماد طاقة الربط المحددة للنظائر الطبيعية (أي التي تحدث بشكل طبيعي 1). العناصر الكيميائيةمن العدد الكتلي A

أرز. 1. طاقة الربط المحددة للنظائر الطبيعية

العناصر ذات الأعداد الكتلية 210-231، 233، 236، 237 لا توجد بشكل طبيعي. وهذا ما يفسر الفجوات في نهاية الرسم البياني.

بالنسبة للعناصر الخفيفة، تزداد طاقة الارتباط المحددة بزيادة، وتصل إلى قيمة قصوى تبلغ 8.8 ميجا إلكترون فولت/نيوكليون في محيط الحديد (أي في نطاق التغيرات من حوالي 50 إلى 65). ثم تنخفض تدريجياً إلى قيمة 7.6 ميجا إلكترون فولت/نيوكليون لليورانيوم.

يتم تفسير طبيعة اعتماد طاقة الربط المحددة على عدد النيوكليونات من خلال العمل المشترك لعاملين موجهين بشكل مختلف.

العامل الأول هو التأثيرات السطحية. إذا كان هناك عدد قليل من النيوكليونات في النواة، فهذا يعني أن جزءًا كبيرًا منها موجود على السطححبات. هذه النيوكليونات السطحية محاطة بعدد أقل من النيوكليونات الداخلية، وبالتالي تتفاعل مع عدد أقل من النيوكليونات المجاورة. مع الزيادة، يزداد جزء النيوكليونات الداخلية، ويتناقص جزء النيوكليونات السطحية؛ ولذلك، فإن العمل الذي يجب القيام به لإزالة نيوكليون واحد من النواة يجب أن يزيد في المتوسط ​​مع الزيادة.

ومع ذلك، مع زيادة عدد النيوكليونات، يبدأ العامل الثاني في الظهور - تنافر كولوم للبروتونات. ففي النهاية، كلما زاد عدد البروتونات في النواة، زاد حجمها القوى الكهربائيةتميل عمليات التنافر إلى تمزيق القلب. بمعنى آخر، كلما زادت قوة تنافر كل بروتون من البروتونات الأخرى. لذلك، فإن الشغل المطلوب لإزالة النيوكليون من النواة يجب أن يتناقص في المتوسط ​​مع الزيادة.

على الرغم من وجود عدد قليل من النيوكليونات، إلا أن العامل الأول يهيمن على العامل الثاني، وبالتالي تزداد طاقة الارتباط النوعية.

في محيط الحديد، تتم مقارنة تصرفات كلا العاملين مع بعضها البعض، ونتيجة لذلك تصل طاقة الارتباط المحددة إلى الحد الأقصى. هذه هي منطقة النوى الأكثر استقرارًا ودائمًا.

ثم يبدأ العامل الثاني في التفوق، وتحت تأثير قوى تنافر كولوم المتزايدة باستمرار التي تدفع النواة بعيدًا، تتناقص طاقة الارتباط المحددة.

تشبع القوى النووية.

وحقيقة أن العامل الثاني يهيمن على النوى الثقيلة تشير إلى وجود واحد ميزة مثيرة للاهتمامالقوى النووية: لها خاصية التشبع. وهذا يعني أن كل نيوكليون في نواة كبيرة يرتبط بواسطة قوى نووية ليس مع جميع النيوكليونات الأخرى، بل مع عدد قليل فقط من جيرانها، وهذا العدد لا يعتمد على حجم النواة.

في الواقع، إذا لم يكن هذا التشبع موجودًا، فإن طاقة الربط المحددة ستستمر في الزيادة مع الزيادة - ففي نهاية المطاف، سيتم ربط كل نيوكليون معًا بواسطة القوى النووية مع عدد متزايد من النيوكليونات في النواة، بحيث يكون العامل الأول دائمًا تهيمن على الثانية. لن يكون لدى قوى كولومب البغيضة أي فرصة لقلب الوضع لصالحهم!

ربط الطاقة هو مفهوم مهم في الكيمياء. فهو يحدد كمية الطاقة اللازمة للكسر الرابطة التساهميةبين ذرتين غازيتين. هذا المفهوم لا ينطبق على الروابط الأيونية. عندما تتحد ذرتان لتكوين جزيء، يمكنك تحديد مدى قوة الرابطة بينهما - فقط ابحث عن الطاقة التي يجب إنفاقها لكسر هذه الرابطة. تذكر أن الذرة الواحدة ليس لديها طاقة ربط؛ وهذه الطاقة هي التي تحدد قوة الرابطة بين ذرتين في الجزيء. لحساب طاقة الربط لأي تفاعل كيميائيما عليك سوى تحديد العدد الإجمالي للروابط المكسورة وطرح عدد الروابط المتكونة منه.

خطوات

الجزء 1

تحديد الاتصالات المكسورة والمتشكلة

    اكتب معادلة لحساب طاقة الارتباط.حسب التعريف، طاقة الربط هي مجموع الروابط المكسورة مطروحًا منه مجموع الروابط المتكونة: ΔH = ∑H (الروابط المكسورة) - ∑H (الروابط المتكونة). تشير ΔH إلى التغير في طاقة الربط، وتسمى أيضًا المحتوى الحراري المرتبط، وتتوافق ∑H مع مجموع طاقات الربط لكلا طرفي معادلة التفاعل الكيميائي.

    اكتب المعادلة الكيميائية وحدد جميع الروابط بين العناصر الفردية.إذا أعطيت معادلة التفاعل على شكل رموز وأرقام كيميائية فمن المفيد إعادة كتابتها والإشارة إلى جميع الروابط بين الذرات. سيسمح لك هذا التدوين المرئي بإحصاء الروابط التي تم كسرها وتشكلها أثناء تفاعل معين بسهولة.

    تعلم قواعد حساب الروابط المكسورة والمتكونة.في معظم الحالات، تستخدم الحسابات متوسط ​​طاقات الربط. يمكن أن تحتوي نفس الرابطة على طاقات مختلفة قليلاً اعتمادًا على الجزيء المعين، لذلك عادةً ما يتم استخدام متوسط ​​طاقات الرابطة. .

    • تعتبر فواصل الروابط الكيميائية الأحادية والثنائية والثلاثية بمثابة رابطة واحدة مكسورة. وعلى الرغم من أن هذه الروابط لها طاقات مختلفة، إلا أنه في كل حالة يعتبر رابطة واحدة مكسورة.
    • وينطبق الشيء نفسه على تكوين رابطة مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية. تعتبر كل حالة من هذه الحالات بمثابة تشكيل اتصال جديد.
    • في مثالنا، جميع السندات مفردة.

  1. تحديد الروابط المكسورة على الجانب الأيسر من المعادلة.الجانب الأيسر المعادلة الكيميائيةيحتوي على المواد المتفاعلة ويمثل جميع الروابط التي تكسرت نتيجة التفاعل. هذه عملية ماصة للحرارة، أي للتمزق الروابط الكيميائيةفمن الضروري أن تنفق بعض الطاقة.

    • في مثالنا، يحتوي الجانب الأيسر من معادلة التفاعل على رابطة H-H واحدة ورابطة Br-Br واحدة.

  2. احسب عدد الروابط المتكونة على الجانب الأيمن من المعادلة.يشار إلى منتجات التفاعل على اليمين. يمثل هذا الجزء من المعادلة جميع الروابط التي تتشكل نتيجة التفاعل الكيميائي. هذه عملية طاردة للحرارة وتطلق الطاقة (عادةً على شكل حرارة).

    • في مثالنا، يحتوي الجانب الأيمن من المعادلة على رابطتين H-Br.

    الجزء 2

    حساب طاقة الربط

    1. أوجد قيم طاقة الربط المطلوبة.هناك العديد من الجداول التي تعطي قيم الطاقة الملزمة لمجموعة واسعة من المركبات. يمكن العثور على هذه الجداول على الإنترنت أو في كتاب مرجعي للكيمياء. يجب أن نتذكر أن طاقات الربط تُعطى دائمًا للجزيئات الموجودة في الحالة الغازية.

    2. اضرب قيم طاقة الرابطة بعدد الروابط المكسورة.في عدد من ردود الفعل، يمكن كسر رابطة واحدة عدة مرات. على سبيل المثال، إذا كان الجزيء يتكون من 4 ذرات هيدروجين، فيجب أن تؤخذ طاقة ربط الهيدروجين في الاعتبار 4 مرات، أي مضروبة في 4.

      • في مثالنا، كل جزيء لديه رابطة واحدة، لذلك يتم ببساطة ضرب قيم طاقة الرابطة في 1.
      • H-H = 436 × 1 = 436 كيلوجول/مول
      • Br-Br = 193 × 1 = 193 كيلوجول/مول

    3. أضف كل طاقات الروابط المكسورة.بمجرد ضرب طاقات الروابط في العدد المقابل من الروابط على الجانب الأيسر من المعادلة، ستحتاج إلى إيجاد المجموع.

      • لنجد الطاقة الإجمالية للروابط المكسورة في مثالنا: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 كيلوجول/مول.

توجد النيوكليونات في النواة في حالات تختلف اختلافًا كبيرًا عن حالاتها الحرة. باستثناء نواة الهيدروجين العادي، في جميع النوىهناك ما لا يقل عن اثنين من النيوكليونات، بينهما خاص القوة النووية القوية – الجذب الذي يضمن استقرار النوى على الرغم من تنافر البروتونات المشحونة المتشابهة.

· طاقة ربط النوكليوناتفي النواة يسمى الكمية المادية، يساوي الشغل الذي يجب القيام به لإزالة النواة من النواة دون نقل الطاقة الحركية إليها.

· طاقة الربط النووية يتحدد حسب حجم العمل,الذي يجب القيام به,لتقسيم النواة إلى النيوكليونات المكونة لها دون نقل الطاقة الحركية إليها.

ويترتب على قانون حفظ الطاقة أنه أثناء تكوين النواة يجب إطلاق الطاقة التي يجب إنفاقها أثناء انقسام النواة إلى النيوكليونات المكونة لها. طاقة الربط للنواة هي الفرق بين طاقة جميع النيوكليونات الحرة التي تشكل النواة وطاقتها في النواة.

عندما تتشكل النواة، تنخفض كتلتها: كتلة النواة أقل من مجموع كتل النويات المكونة لها. يتم تفسير الانخفاض في كتلة النواة أثناء تكوينها من خلال إطلاق طاقة الربط. لو دبليو sv هي كمية الطاقة المنبعثة أثناء تكوين النواة، ثم الكتلة المقابلة لها

(9.2.1)

مُسَمًّى خلل جماعي ويميز الانخفاض في الكتلة الإجمالية أثناء تكوين النواة من النيوكلونات المكونة لها.

إذا كانت النواة لها كتلة ميتكون السم من زالبروتونات ذات الكتلة م صو من ( أ – ز) النيوترونات ذات الكتلة م ن، الذي - التي:

. (9.2.2)

بدلا من الكتلة الأساسية مقيمة السم ∆ ميمكن التعبير عنها من حيث الكتلة الذرية مفي:

, (9.2.3)

أين من– كتلة ذرة الهيدروجين . في الحسابات العملية ∆ ميتم التعبير عن كتل جميع الجزيئات والذرات وحدات الكتلة الذرية (أ.م). وحدة الكتلة الذرية الواحدة تقابل وحدة الطاقة الذرية (a.u.e.): 1 a.u.e. = 931.5016 ميغا إلكترون فولت.

يعمل العيب الكتلي كمقياس لطاقة الربط للنواة:

. (9.2.4)

طاقة الربط النووية المحددة ω سانت تسمى طاقة الربط,لكل نيوكليون:

. (9.2.5)

تبلغ قيمة ωb في المتوسط ​​8 MeV/نوكليون. في الشكل. يوضح الشكل 9.2 اعتماد طاقة الربط المحددة على العدد الكتلي أ، يصف القوة المختلفة للروابط النووية في نوى العناصر الكيميائية المختلفة. نوى العناصر في الجزء الأوسط الجدول الدوري()، أي. من إلى , الأكثر دواما.

في هذه النوى، يقترب ωb من 8.7 MeV/nucleon. مع زيادة عدد النيوكليونات في النواة، تقل طاقة الارتباط النوعية. نوى ذرات العناصر الكيميائية الموجودة في نهاية الجدول الدوري (على سبيل المثال، نواة اليورانيوم) لها ω ضوء ≈ 7.6 MeV/نوكليون. وهذا ما يفسر إمكانية إطلاق الطاقة أثناء انشطار النوى الثقيلة. في المنطقة ذات الأعداد الكتلية الصغيرة توجد "قمم" حادة لطاقة الربط المحددة. الحد الأقصى نموذجي للنوى ذات الأعداد الزوجية من البروتونات والنيوترونات (،،،)، والحد الأدنى مميز للنوى ذات الأعداد الفردية من البروتونات والنيوترونات (،،،).

إذا كانت النواة لديها أدنى طاقة ممكنة، فهي موجودة V حالة الطاقة الأساسية . إذا كانت النواة لديها طاقة، فهي موجودة V حالة الطاقة المثيرة . وتتوافق هذه الحالة مع انقسام النواة إلى النيوكليونات المكونة لها. على عكس مستويات الطاقة في الذرة، والتي تتباعد عن بعضها البعض بوحدات الإلكترون فولت، فإن مستويات الطاقة في النواة تتباعد عن بعضها البعض بمقدار ميجا إلكترون فولت (MeV). وهذا ما يفسر أصل وخصائص إشعاع جاما.

أتاحت البيانات المتعلقة بطاقة ربط النوى واستخدام نموذج القطرة للنواة تحديد بعض الانتظامات في بنية النوى الذرية.

معيار استقرار النوى الذريةهي النسبة بين عدد البروتونات والنيوترونات في قلب مستقرلبيانات الأيزوبار (). شرط الحد الأدنى من الطاقة النووية يؤدي إلى العلاقة التالية بين زالفم و أ:

. (9.2.6)

خذ عددا صحيحا زالفم الأقرب إلى الذي تم الحصول عليه بهذه الصيغة.

بقيم صغيرة ومتوسطة أعدد النيوترونات والبروتونات في النوى المستقرة هو نفسه تقريبًا: ز ≈ أ – ز.

مع النمو زتزداد قوى تنافر كولوم للبروتونات بشكل متناسب ز·( ز – 1) ~ ز 2 (تفاعل زوج البروتون) ، وللتعويض عن هذا التنافر عن طريق الجذب النووي، يجب أن يزيد عدد النيوترونات بشكل أسرع من عدد البروتونات.

لعرض العروض التوضيحية، انقر فوق الارتباط التشعبي المناسب: