Die Bindungsenergie eines Atomkerns: Formel, Bedeutung und Definition

Jeder der Atomkerne ist absolutEine chemische Substanz besteht aus einer bestimmten Menge von Protonen und Neutronen. Sie werden zusammengehalten, weil die Bindungsenergie des Atomkerns im Inneren des Teilchens vorhanden ist.

Ein charakteristisches Merkmal der nuklearen Anziehungskräfte ist ihre sehr große Kraft in relativ kleinen Entfernungen (von ungefähr 10^-13 cm). Mit zunehmendem Abstand zwischen den Teilchen schwächen sich auch die Anziehungskräfte innerhalb des Atoms.

Nachdenken über die Bindungsenergie im Kern

Wenn wir uns vorstellen, dass es einen Weg gibt, sich zu trennenSchlangen aus dem Kern des Atoms, Protonen und Neutronen und lokalisieren sie in einer solchen Entfernung, dass die Bindungsenergie des Atomkerns aufhört zu funktionieren, dann muss dies eine sehr harte Arbeit sein. Um seine Bestandteile aus dem Kern des Atoms zu extrahieren, ist es notwendig zu versuchen, die intramolekularen Kräfte zu überwinden. Diese Bemühungen werden darin bestehen, das Atom in die darin enthaltenen Nukleonen aufzuteilen. Daher kann man sagen, dass die Energie des Atomkerns geringer ist als die Energie jener Teilchen, aus denen er besteht.

Ist die Masse interatomarer Teilchen gleich der Masse eines Atoms?

Bereits 1919 lernten Forscher zu messenMasse des Atomkerns. Meistens wird es mittels spezieller technischer Geräte "gewogen", die man Massenspektrometer nennt. Das Funktionsprinzip solcher Vorrichtungen besteht darin, dass die Eigenschaften der Bewegung von Teilchen mit unterschiedlichen Massen verglichen werden. Gleichzeitig haben solche Teilchen identische elektrische Ladungen. Berechnungen zeigen, dass sich die Partikel mit unterschiedlichen Massenindikatoren auf unterschiedlichen Trajektorien bewegen.

Moderne Wissenschaftler haben mit großer Genauigkeit gefundendie Massen aller Kerne, sowie die Protonen und Neutronen, die ihre Zusammensetzung bilden. Wenn wir die Masse eines bestimmten Kerns mit der Summe der darin enthaltenen Teilchenmassen vergleichen, stellt sich heraus, dass in jedem Fall die Masse des Kerns größer ist als die Masse der einzelnen Protonen und Neutronen. Dieser Unterschied beträgt ungefähr 1% für jede Chemikalie. Daraus können wir schließen, dass die Bindungsenergie des Atomkerns 1% der Energie seiner Ruhe beträgt.

Eigenschaften von intranuklearen Kräften

Neutronen, die im Kern sind,stoßen sich gegenseitig durch Coulomb-Kräfte ab. Aber das Atom zerfällt nicht in Stücke. Dies wird durch das Vorhandensein einer anziehenden Kraft zwischen den Teilchen im Atom erleichtert. Solche Kräfte, die eine andere als elektrische Natur haben, werden als Kernkräfte bezeichnet. Und die Wechselwirkung von Neutronen und Protonen wird als starke Wechselwirkung bezeichnet.

Kurz gesagt, die Eigenschaften der nuklearen Kräfte sind wie folgt reduziert:

• es ist Ladungsunabhängigkeit;
• Aktion nur auf kurze Distanzen;
• ebenso wie die Sättigung, die sich auf die Beibehaltung von nur einer bestimmten Anzahl von Nukleonen bezieht.

Nach dem Energieerhaltungsgesetz wird in dem Moment, in dem die Kernteilchen miteinander verbunden sind, Energie in Form von Strahlung freigesetzt.

Die Bindungsenergie von Atomkernen: Formel

Für die obigen Berechnungen wird die herkömmliche Formel verwendet:

E_St.= (Z · m_p+ (A-Z) · m_n-M_Ich) · C²

Hier unter E_St. die nukleare Bindungsenergie wird verstanden; mit dem - Lichtgeschwindigkeit; Z - Anzahl der Protonen; (A-Z) ist die Anzahl der Neutronen; m_p bezeichnet die Masse des Protons; a m_n Ist die Neutronenmasse? M_Ich bezeichnet die Masse des Kerns des Atoms.

Die innere Energie der Kerne verschiedener Substanzen

Um die Bindungsenergie des Kerns zu bestimmen, wird er verwendetdie gleiche Formel. Berechnet durch die Formel beträgt die Bindungsenergie, wie zuvor angegeben, nicht mehr als 1% der Gesamtenergie des Atoms oder der Ruhenergie. Bei näherer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass diese Zahl beim Übergang von Stoff zu Stoff recht stark schwankt. Wenn wir versuchen, seine genauen Werte zu bestimmen, werden sie sich in den sogenannten leichten Kernen besonders unterscheiden.

Zum Beispiel ist die Bindungsenergie innerhalb des Wasserstoffatoms Null, weil es nur ein Proton darin gibt. Die Bindungsenergie des Heliumkerns beträgt 0,74%. Im Fall von Kernen der Materie, die Tritium genannt werden, wird diese Zahl 0,27% betragen. Für Sauerstoff ist es 0,85%. In Kernen, wo es etwa sechzig Nukleonen gibt, wird die Energie der intra-atomaren Bindung etwa 0,92% betragen. Für Atomkerne mit einer größeren Masse wird diese Zahl allmählich auf 0,78% abnehmen.

Um die Bindungsenergie des Heliums, Tritiums, Sauerstoffs oder irgendeiner anderen Substanz zu bestimmen, wird die gleiche Formel verwendet.

Arten von Protonen und Neutronen

Die Hauptgründe für solche Unterschiede können seinerklärt. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass alle Nukleonen, die im Kern enthalten sind, in zwei Kategorien eingeteilt werden: oberflächliche und innere. Interne Nukleonen sind solche, die von anderen Protonen und Neutronen aus allen Richtungen umgeben sind. Oberflächliche sind nur von innen von ihnen umgeben.

Die Bindungsenergie eines Atomkerns ist eine Kraft, die in inneren Nukleonen größer ist. So etwas passiert übrigens mit der Oberflächenspannung verschiedener Flüssigkeiten.

Wie viele Nukleonen sind im Kern platziert?

Es wird gefunden, dass die Anzahl der internen Nukleonenbesonders klein in den sogenannten leichten Kernen. Und für diejenigen, die zur Kategorie der Lungen gehören, werden fast alle Nukleonen als oberflächlich betrachtet. Es wird angenommen, dass die Bindungsenergie eines Atomkerns eine Größe ist, die mit der Anzahl von Protonen und Neutronen wachsen muss. Aber selbst solches Wachstum kann nicht unbegrenzt fortgesetzt werden. Mit einer bestimmten Anzahl von Nukleonen - und das ist von 50 bis 60 - kommt eine weitere Kraft in Kraft - ihre elektrische Abstoßung. Es tritt sogar unabhängig von der Anwesenheit von Bindungsenergie im Kern auf.

Die Bindungsenergie eines Atomkerns in verschiedenen Substanzen wird von Wissenschaftlern genutzt, um Kernenergie freizusetzen.

Viele Wissenschaftler waren schon immer an der Frage interessiert: Woher kommt die Energie, wenn leichtere Kerne in schwere übergehen? In der Tat ist diese Situation analog zur Atomspaltung. Bei der Verschmelzung leichter Kerne, wie sie bei der Spaltung schwerer Kerne auftreten, entstehen immer Kerne von längerer Dauer. Um alle Nukleonen in ihnen aus den leichten Kernen "herauszuholen", ist es erforderlich, weniger Energie auszugeben als bei der Kombination. Die umgekehrte Aussage ist auch wahr. Tatsächlich kann die Energie der Synthese, die für eine bestimmte Masseneinheit verantwortlich ist, größer sein als die spezifische Energie der Spaltung.

Wissenschaftler, die die Prozesse der Kernspaltung untersucht haben

Der Prozess der Kernspaltung wurde von den Wissenschaftlern von Ghana undStrassmann 1938. Innerhalb der Mauern der Berliner Chemischen Universität entdeckten die Forscher, dass sie bei der Bombardierung von Uran mit anderen Neutronen in der Mitte von Mendelejews Tisch zu leichteren Elementen werden.

Ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung dieses Wissensfeldesund Lisa Meitner, die einmal vorgeschlagen hatte, Radioaktivität zusammen zu studieren. Gan gestattete Meitner, nur unter der Bedingung zu arbeiten, dass sie ihre Studien im Keller durchführen und niemals in die oberen Stockwerke gehen würde, was eine Tatsache der Diskriminierung war. Dies hinderte sie jedoch nicht daran, bedeutende Erfolge bei der Erforschung des Atomkerns zu erzielen.