Skip to main content
Global

21.3: Ulinganifu wa nyuklia

  • Page ID
    187930
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Kutambua chembe za kawaida na nguvu zinazohusika katika athari za nyuklia
    • Andika na usawa usawa wa nyuklia

    Mabadiliko ya viini yanayotokana na mabadiliko katika namba zao za atomia, namba za wingi, au majimbo ya nishati ni athari za nyuklia. Kuelezea mmenyuko wa nyuklia, tunatumia equation inayobainisha nuclides zinazohusika katika mmenyuko, namba zao za wingi na namba za atomiki, na chembe zingine zinazohusika katika mmenyuko.

    Aina ya Chembe katika athari za nyuklia

    Vyombo vingi vinaweza kushiriki katika athari za nyuklia. Ya kawaida ni protoni, neutroni, chembe za alpha, chembe za beta, positrons, na mionzi ya gamma, kama inavyoonekana kwenye Mchoro 21.4. protoni(11p,(11p,pia inawakilishwa na ishara11H)11H)na nyutroni(01n)(01n)ni sehemu ya viini atomiki, na wamekuwa ilivyoelezwa hapo awali. Alpha chembe(24Yeye,(24Yeye,pia inawakilishwa na ishara24α)24α)ni high-nishati ya heliamu nuclei. Beta chembe(-10β,(-10β,pia inawakilishwa na ishara-10e)-10e)ni elektroni za juu-nishati, na mionzi ya gamma ni photoni za mionzi ya juu-nishati ya umeme. Positrons(+10e,(+10e,pia inawakilishwa na ishara+10β)+10β)ni chanya kushtakiwa elektroni (“anti-elektroni”). Subscripts na superscripts ni muhimu kwa kusawazisha milinganyo ya nyuklia, lakini kwa kawaida ni hiari katika mazingira mengine. Kwa mfano, chembe ya alpha ni kiini cha heliamu (He) na malipo ya +2 na idadi kubwa ya 4, hivyo inaashiria24Yeye.24Yeye.Hii inafanya kazi kwa sababu, kwa ujumla, malipo ya ion si muhimu katika kusawazisha milinganyo ya nyuklia.

    Jedwali hili lina nguzo nne na safu saba. Mstari wa kwanza ni mstari wa kichwa na huandika kila safu: “Jina,” “Ishara (s),” “Uwakilishi,” na “Maelezo.” Chini ya safu ya “Jina” ni zifuatazo: “Alpha chembe,” “chembe ya beta,” “Positron,” “proton,” “Neutron,” na “Gamma ray.” Chini ya safu ya “Mkono (s)” ni yafuatayo: “superscript 4 imechukuliwa juu ya usajili 2 H e au alpha ndogo,” “superscript 0 imechukuliwa juu ya usajili 1 e au beta ya chini,” “superscript 0 imechukuliwa juu ya usajili mzuri 1 e au ishara ya chini ya beta superscript,” “superscript 1 imechukuliwa juu ya subscript 1 H au lowercase rho superscript 1 sifa juu ya subscript 1 H, “superscript 1 sifa juu ya subscript 0 n au lowercase eta superscript 1 sifa juu ya subscript 0 n,” na gamma lowercase. Chini ya “safu ya Uwakilishi,” ni yafuatayo: nyanja mbili nyeupe zilizounganishwa na nyanja mbili za bluu za ukubwa sawa na ishara nzuri ndani yao; nyanja ndogo nyekundu yenye ishara hasi ndani yake; nyanja ndogo nyekundu yenye ishara nzuri ndani yake; nyanja ya bluu yenye ishara nzuri ndani yake; nyanja nyeupe; na a zambarau squiggle ling na mshale akizungumzia haki ya gamma lowercase. Chini ya safu ya “Maelezo” ni yafuatayo: “(High-energy) nuclei ya heliamu yenye protoni mbili na nyutroni mbili,” “uchaguzi (High-energy),” “Chembe zenye masi sawa na elektroni lakini zenye kitengo 1 cha chaji chanya,” “Nuclei ya atomi za hidrojeni,” “Chembe zilizo na masi takriban sawa na ile ya proton lakini bila malipo,” na “high-sana nishati ya umeme mionzi.”
    Kielelezo 21.4 Ingawa aina nyingi zinakutana katika athari za nyuklia, meza hii inafupisha majina, alama, uwakilishi, na maelezo ya kawaida ya haya.

    Kumbuka kwamba positroni ni sawa na elektroni, isipokuwa wana malipo kinyume. Wao ni mfano wa kawaida wa antimatter, chembe zilizo na wingi sawa lakini hali tofauti ya mali nyingine (kwa mfano, malipo) kuliko jambo la kawaida. Wakati antimater inakabiliwa na jambo la kawaida, wote wawili huangamizwa na wingi wao hubadilishwa kuwa nishati kwa namna ya mionzi ya gamma (γ) -na chembe zingine ndogo ndogo ndogo, ambazo ziko zaidi ya upeo wa sura hii-kulingana na usawa wa nishati ya wingi E = mc 2, kuonekana katika sehemu iliyotangulia. Kwa mfano, wakati positron na elektroni hupigana, wote wawili huharibiwa na photons mbili za gamma ray zinaundwa:

    -10e++10eγ+γ-10e++10eγ+γ

    Kama inavyoonekana katika sura inayojadili mionzi ya mwanga na sumakuumeme, mionzi ya gamma hutunga wavelength fupi, mionzi ya juu-nishati ya umeme na ni (mengi) juhudi zaidi kuliko X-rays inayojulikana zaidi ambayo inaweza kuishi kama chembe katika hisia ya wimbi-chembe duality. Mionzi ya Gamma ni aina ya mionzi ya juu ya nishati ya umeme inayozalishwa wakati kiini kinakabiliwa na mpito kutoka hali ya juu hadi chini ya nishati, sawa na jinsi fotoni inavyozalishwa na mpito wa elektroniki kutoka kiwango cha juu hadi kiwango cha chini cha nishati. Kutokana na tofauti kubwa za nishati kati ya maganda ya nishati ya nyuklia, mionzi ya gamma inayotokana na kiini huwa na nguvu ambazo ni kawaida mamilioni ya nyakati kubwa kuliko mionzi ya sumakuumeme inayotokana na mabadiliko ya elektroniki.

    kusawazisha athari nyuklia

    Uwiano wa mmenyuko wa kemikali unaonyesha ukweli kwamba wakati wa mmenyuko wa kemikali, vifungo huvunja na kuunda, na atomi zinarekebishwa upya, lakini idadi ya atomi za kila kipengele huhifadhiwa na hazibadilika. Ulinganifu wa majibu ya nyuklia unaonyesha kuwa kuna rearrangement wakati wa mmenyuko wa nyuklia, lakini ya nucleons (chembe za subatomiki ndani ya viini vya atomi) badala ya atomi. Athari za nyuklia pia hufuata sheria za uhifadhi, na zina uwiano kwa njia mbili:

    1. Jumla ya idadi kubwa ya wahusika ni sawa na jumla ya idadi kubwa ya bidhaa.
    2. Jumla ya mashtaka ya wahusika ni sawa na jumla ya mashtaka ya bidhaa.

    Kama namba atomia na idadi kubwa ya yote lakini moja ya chembe katika mmenyuko wa nyuklia zinajulikana, tunaweza kutambua chembe kwa kusawazisha mmenyuko. Kwa mfano, tunaweza kuamua kwamba817O817Oni bidhaa ya majibu ya nyuklia ya714N714Nna24Yeye24Yeyekama tulijua kwamba proton,11H,11H,alikuwa mmoja wa bidhaa mbili. Mfano 21.4 unaonyesha jinsi tunavyoweza kutambua nuclide kwa kusawazisha majibu ya nyuklia.

    Mfano 21.4

    Kusawazisha equations kwa athari za nyukl

    Majibu ya chembe α na magnesium-25(1225Mg)(1225Mg)hutoa proton na nuclide ya kipengele kingine. Kutambua nuclide mpya zinazozalishwa.

    Suluhisho

    Mitikio ya nyuklia yanaweza kuandikwa kama:
    1225Mg+24Yeye11H+ZAX1225Mg+24Yeye11H+ZAX

    ambapo A ni idadi ya wingi na Z ni namba atomiki ya nuclide mpya, X. sababu jumla ya idadi ya wingi wa reactants lazima sawa jumla ya idadi ya wingi wa bidhaa:

    25+4=A+1,au A=2825+4=A+1,au A=28

    Vile vile, mashtaka yanapaswa kusawazisha, hivyo:

    12+2=Z+1,na Z=1312+2=Z+1,na Z=13

    Angalia meza ya mara kwa mara: Kipengele kilicho na malipo ya nyuklia = +13 ni alumini. Hivyo, bidhaa ni1328Al.1328Al.

    Angalia Kujifunza Yako

    Nuclide53125I53125Iunachanganya na elektroni na hutoa kiini kipya na hakuna chembe nyingine kubwa. Je, ni equation kwa mmenyuko huu?

    Jibu:

    53125I+-10e52125Te53125I+-10e52125Te

    Zifuatazo ni milinganyo ya athari kadhaa za nyuklia ambazo zina majukumu muhimu katika historia ya kemia ya nyuklia:

    • Kipengele cha kwanza kilichotokea kwa kawaida ambacho kilikuwa kimetengwa, polonium, kiligunduliwa na mwanasayansi wa Kipolishi Marie Curie na mumewe Pierre mwaka 1898. Inaharibika, ikitoa chembe α:
      84212Po82208Pb+24Yeye84212Po82208Pb+24Yeye
    • Nuclide ya kwanza kutayarishwa kwa njia bandia ilikuwa isotopu ya oksijeni, 17 O. ilitengenezwa na Ernest Rutherford mwaka 1919 kwa kupiga atomi za nitrojeni na chembe α:
      714N+24Yeye817O+11H714N+24Yeye817O+11H
    • James Chadwick aligundua nyutroni mwaka 1932, kama chembe isiyojulikana ya neutral iliyotengenezwa pamoja na 12 C na mmenyuko wa nyuklia kati ya 9 Kuwa na 4 Yeye:
      49Kuwa+24Yeye612C+01n49Kuwa+24Yeye612C+01n
    • Kipengele cha kwanza cha kutayarishwa ambacho hakitokea kwa kawaida duniani, technetium, kiliundwa na bombardment ya molybdenum na deuterons (hidrojeni nzito,12H)12H), na Emilio Segre na Carlo Perrier katika 1937:
      12H+4297Mo201n+4397Tc12H+4297Mo201n+4397Tc
    • Mmenyuko wa kwanza wa nyuklia uliodhibitiwa ulifanyika katika reactor katika Chuo Kikuu cha Chicago mwaka wa 1942. Moja ya athari nyingi zilizohusika ni:
      92235U+01n3587Br+57146La+301n92235U+01n3587Br+57146La+301n