La energía de enlace de un núcleo atómico: fórmula, significado y definición

Cada uno de los núcleos atómicos es absolutamenteUna sustancia química consiste en un conjunto específico de protones y neutrones. Se mantienen unidos debido al hecho de que la energía de enlace del núcleo atómico está presente dentro de la partícula.

Un rasgo característico de las fuerzas nucleares de atracción es su poder muy grande a distancias relativamente pequeñas (de alrededor de 10^-13 cm). A medida que aumenta la distancia entre las partículas, las fuerzas de atracción dentro del átomo también se debilitan.

Razonar sobre la energía de unión dentro del núcleo

Si imaginamos que hay una manera de separarnos porcolas desde el núcleo del átomo, protones y neutrones y localizarlos a una distancia tal que la energía de enlace del núcleo atómico deja de operar, entonces este debe ser un trabajo muy difícil. Para extraer sus constituyentes del núcleo del átomo, debemos intentar superar las fuerzas intraatómicas. Estos esfuerzos serán para dividir el átomo en los nucleones que contiene. Por lo tanto, puede juzgarse que la energía del núcleo atómico es menor que la energía de las partículas de las que consta.

¿La masa de partículas interatómicas es igual a la masa de un átomo?

Ya en 1919, los investigadores aprendieron a medirmasa del núcleo atómico. Muy a menudo se "pesa" por medio de dispositivos técnicos especiales, que se llaman espectrómetros de masas. El principio de funcionamiento de tales dispositivos es que se comparan las características del movimiento de partículas con masas diferentes. Al mismo tiempo, tales partículas tienen cargas eléctricas idénticas. Los cálculos muestran que las partículas que tienen diferentes indicadores de masa se mueven a lo largo de diferentes trayectorias.

Los científicos modernos han encontrado con gran precisiónlas masas de todos los núcleos, así como los protones y neutrones que componen su composición. Si comparamos la masa de un determinado núcleo con la suma de las masas de partículas que contiene, resulta que, en cada caso, la masa del núcleo será mayor que la masa de protones y neutrones individuales. Esta diferencia es aproximadamente del 1% para cualquier sustancia química. Por lo tanto, podemos concluir que la energía de enlace del núcleo atómico es el 1% de la energía de su resto.

Propiedades de las fuerzas intranucleares

Neutrones que están dentro del núcleo,repelerse entre sí por las fuerzas de Coulomb. Pero el átomo no se rompe en pedazos. Esto es facilitado por la presencia de una fuerza atractiva entre las partículas en el átomo. Tales fuerzas, que tienen una naturaleza que no es eléctrica, se llaman fuerzas nucleares. Y la interacción de neutrones y protones se llama interacción fuerte.

En resumen, las propiedades de las fuerzas nucleares se reducen a lo siguiente:

• es independencia de carga;
• acción solo a distancias cortas;
• así como la saturación, que se refiere a la retención de unos pocos de otros solo un cierto número de nucleones.

Según la ley de conservación de energía, en el momento en que las partículas nucleares están conectadas, la energía se libera en forma de radiación.

La energía de enlace de los núcleos atómicos: fórmula

Para los cálculos anteriores, se usa la fórmula convencional:

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

Aquí bajo E_St. la energía de enlace nuclear es entendida; con el - velocidad de la luz; Z - número de protones; (A-Z) es la cantidad de neutrones; m_p denota la masa del protón; un m_n Es la masa de neutrones M_Yo denota la masa del núcleo del átomo.

La energía interna de los núcleos de varias sustancias

Para determinar la energía de enlace del núcleo, se usala misma fórmula Calculado por la fórmula, la energía de enlace, como se indicó previamente, no es más del 1% de la energía total del átomo o la energía de reposo. Sin embargo, en un examen más detallado, resulta que este número fluctúa bastante fuertemente durante la transición de sustancia a sustancia. Si tratamos de determinar sus valores exactos, serán especialmente diferentes en los llamados núcleos ligeros.

Por ejemplo, la energía de enlace dentro del átomo de hidrógeno es cero, porque solo hay un protón en ella. La energía de enlace del núcleo de helio será 0.74%. En el caso de los núcleos de materia llamados tritio, este número será de 0.27%. Para el oxígeno es 0.85%. En los núcleos, donde hay alrededor de sesenta nucleones, la energía del enlace intraatómico será de aproximadamente 0.92%. Para los núcleos atómicos con una masa más grande, este número disminuirá gradualmente a 0.78%.

Para determinar la energía de enlace del helio, tritio, oxígeno o cualquier otra sustancia, se usa la misma fórmula.

Tipos de protones y neutrones

Las razones principales de tales diferencias pueden serexplicado Los científicos han descubierto que todos los nucleones que están contenidos dentro del núcleo caen en dos categorías: superficial e interno. Los nucleones internos son aquellos que están rodeados por otros protones y neutrones desde todas las direcciones. Los de superficie están rodeados por ellos solo desde el interior.

La energía de enlace de un núcleo atómico es una fuerza que es mayor en nucleones internos. Algo así, por cierto, ocurre con la tensión superficial de varios líquidos.

Cuántos nucleones se colocan en el núcleo

Se encuentra que la cantidad de nucleones internosespecialmente pequeño en los llamados núcleos ligeros. Y para aquellos que pertenecen a la categoría de los pulmones, casi todos los nucleones se consideran superficiales. Se cree que la energía de unión de un núcleo atómico es una cantidad que debe crecer con la cantidad de protones y neutrones. Pero incluso ese crecimiento no puede continuar indefinidamente. Con un cierto número de nucleones, y esto es de 50 a 60, entra en vigor otra fuerza: su repulsión eléctrica. Ocurre incluso independientemente de la presencia de energía de unión dentro del núcleo.

La energía de unión de un núcleo atómico en diversas sustancias es utilizada por los científicos para liberar energía nuclear.

Muchos científicos siempre han estado interesados ​​en la pregunta: ¿De dónde viene la energía cuando los núcleos más livianos se funden en los más pesados? De hecho, esta situación es análoga a la fisión atómica. En el proceso de fusión de núcleos ligeros, tal como sucede durante la división de núcleos pesados, siempre se forman núcleos de un tipo más duradero. Para "sacar" de los núcleos ligeros todos los nucleones que contienen, se requiere gastar menos cantidad de energía que la asignada cuando se combinan. La declaración inversa también es verdadera. De hecho, la energía de síntesis, que representa una cierta unidad de masa, puede ser mayor que la energía específica de fisión.

Científicos que estudiaron los procesos de fisión nuclear

El proceso de fisión nuclear fue descubierto por los científicos de Ghana yStrassmann en 1938. Dentro de las paredes de la Universidad Química de Berlín, los investigadores descubrieron que en el proceso de bombardeo de uranio con otros neutrones, se convierte en elementos más ligeros en el medio de la mesa de Mendeleiev.

Una contribución significativa al desarrollo de este campo del conocimientoy Lisa Meitner, a quien Gan una vez propuso estudiar la radiactividad juntos. Gan permitió a Meitner trabajar solo con la condición de que ella condujera sus estudios en el sótano y nunca subiera a los pisos superiores, lo que era un hecho de discriminación. Sin embargo, esto no le impidió alcanzar éxitos significativos en la investigación del núcleo atómico.