化学与人类化学与能源分析报告.ppt

上期要点回顾 化学变化 是物质中原子间的排列方式和化学键发生改变的变化。 2.化学与能源 化学向人类提供各种合理使用能源的方法 2.1 原子核能 2.1.1原子结构 18世纪的化学家都认为原子是组成物质不可分割的最小微粒，因此不存在原子的结构或组成问题。 1）电子的发现 汤姆生对阴极射线进行了一系列的实验研究。1897年，他确认阴极射线是带负电的粒子。 问题提出 既然有带负电荷的电子，那么必然还有带正电荷的东西。那是什么？ 2）质子的发现 1911年，卢瑟福（1871-1937）根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。 问题提出 用带正电荷的质子计算原子量时，除氢元素外任何元素的质量都要比正电荷的质子总质量高一倍或更多。 问题很清楚，在 原子核中还有中性但是有质量的东西存在。 那么这种中性的东西是什么呢？ 1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子proton。 3）中子的发现 1932年，查德威克用α粒子轰击铍，产生的中性粒子，中子neutron 原子发现的过程回顾 问题提出 原子核中的中子数目是如何确定的？ 不同的元素有不同的中子数，相同的元素会不会有不同的中子数呢？因为中子数不会影响元素化学的性质。 4)同位素Isotopes 具有相同质子数，不同中子数同一元素的不同核素互为同位素(Isotopes)。 同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一，在元素周期表上占有同一位置，化学行为几乎相同，但原子量或质量数不同。 例如 氢有三种同位素，H氕、D氘（又叫重氢）、T氚（又叫超重氢）； 碳有多种同位素，例如 12C、13C和 14C（有放射性）等 天然铀含234U、235U和238U三种同位素 2.1.2 核结构 1）核子 nucleon 是组成原子核的粒子 质子 proton 中子 neutron 2) 核素 nuclide 是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子 3）核结合能 2.1.3原子核能的获得 首先要物理学家证实 所有的原子是不是处在同一个能位? 证实每个原子核的能位是不一样的。 核物理学家的困惑 例如， 一个质子的静质量m(p)= 1.00728u 一个中子的静质量m(n)= 1.00867u 原子质量单位 amu=atomic mass unit 缩写词 （amu 或u）， 它被定义为碳12原子质量的1/12。 1 u ＝ 1/NA 克 = 1/(1000 NA) 千克 1 u ≈ 1.660 538 921 × 10-27 千克 约翰·道尔顿最早建议使用一个氢原子的质量来作为原子量的单位。 两个中子和两个质子静质量=4.03190u 氦核的静质量=4.00150u， 质量亏损Δm=0.03040u 两个中子和两个质子组合成一个氦核时发生的质量亏损 Δm= 2×1.00728＋2×1.00867－4.00150 =0.03040u， 质量亏损 mass defect 定义：组成原子核的所有单个质子与单个中子质量的总和与原子核质量之差。 阿尔伯特·爱因斯坦（1879－1955），美籍德裔犹太人，因为“对理论物理的贡献，特别是发现了光电效应”而获得1921年诺贝尔物理学奖，现代物理学的开创者、奠基人，相对论——“质能关系”的创立者 爱因斯坦的一句名言“观察和理解的乐趣是大自然最优美的礼物”。 计算题 氦核的结合能 ΔE=Δmc^2 =0.03040×1.6606×10－27×(3×108)^2 =28.28兆电子伏特。 所以，要使一个氦核分裂为单个的质子和中子，就至少需要 28.28 兆电子伏特的能量。 （1焦耳 =6× 1018 电子伏特） 元素的质量数 比结合能. 观察比结合能曲线并思考下列问题： 1、两个氘核发生核反应变成氦核是吸收还是放出能量？ 2、一个重核可以分裂为中等质量的核是吸收还是放出能量？ 获取核能的方法 裂变 fission 聚变 fusion 奥托·哈恩（德语：Otto Hahn，1879年3月8日－1968年7月28日），生于法兰克福逝于格丁根。他是德国放射化学家和物理学家，在1944年获诺贝尔化学奖。 莉泽·迈特纳（Lise Meitner，18